一种天然气高压体积管长度测量装置及测量方法与流程

本发明涉及天然气管道测量，具体涉及一种天然气高压体积管长度测量装置及测量方法。

背景技术：

1、由于目前hppp原级标准装置中体积管长度测量利用的拉线式位移传感器法，该测量系统包括两个基本组件。一个是在线性致动器，另一个是线性台。为了测量长度，将活塞放置在管段内，并通过适配杆连接到线性台上滑动。首先，线性轴必须被固定在管段上并对准到高压管的凸缘。线性轴应平行于管段。在垂直和水平方向上都要保持准确。线致动器被安装在管道的另一端，然后将绳子与活塞连接，然后，所有相关的位置开关传感器的连接点都可以通过移动活塞的位置进行测量。

2、现有的hppp法原级标准几何尺寸法测量，准确度高，系统软件及硬件封闭、技术升级昂贵、运维响应不及时等情况，实现系统国产化可以摆脱对国外技术及后续服务的依赖。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种天然气高压体积管长度测量装置及测量方法，旨在解决现有技术中的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种天然气高压体积管长度测量装置，包括设置在待测管道内并可移动的活塞，还包括激光干涉仪、线性干涉镜、线性反射镜、支架、控制器和多个传感器，所述支架固定安装在所述待测管道一端的端部，所述线性干涉镜安装在所述支架上；所述线性反射镜安装在所述待测管道内，其与所述线性干涉镜同轴分布，且其可随所述待测管道内的活塞一起移动；所述激光干涉仪安装在所述待测管道的一端外，且所述支架位于所述激光干涉仪与所述待测管道之间；多个所述传感器分别安装在所述待测管道内，其沿所述待测管道的轴向均匀间隔分布，分别用于检测所述活塞的位置；多个所述传感器和所述激光干涉仪分别与所述控制器通讯连接。

4、本发明的有益效果是：测量过程中，首先，激光干涉仪发射的光束经线性干涉镜分为参考光束和测量光束；然后，参考光束经线性干涉镜反射后重新回到激光干涉仪，测量光束到达线性反射镜，并经线性反射镜反射后透过线性干涉镜重新回到激光干涉仪；同时，激光干涉仪接收参考光束及测量光束，并获得参考光束及测量光束的光程差，同时将光程差对应的脉冲信号发送给控制器；控制器接收上述脉冲信号及对应传感器发送的信号，并确定活塞的位置，从而计算出待测管道的有效长度，测量方便。

5、本发明结构简单，设计合理，通过激光法可实现体积管长度的精确测量，精确度高，测量方便。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

7、进一步，所述支架包括法兰盘和支撑器，所述法兰盘同轴固定安装在所述待测管道的一端上，所述支撑器安装在所述法兰盘上；所述线性干涉镜安装在所述支撑器上，所述支撑器用于调节所述线性干涉镜的位置。

8、采用上述进一步方案的有益效果是法兰盘的设计方便装配在待测管道一端的端部，且不会影响测量光束通过待测管道的一端；另外，支撑器方便装配线性干涉镜，省时省力。

9、进一步，所述法兰盘上沿其周向均匀间隔设有多个弧形通孔，多个所述弧形通孔分别沿所述法兰盘的周向延伸。

10、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，多个弧形通孔的设计可减轻整个法兰盘的重量，方便装配，且可降低成本。

11、进一步，所述支撑器包括托板和支撑组件，所述托板水平固定安装在所述法兰盘上；所述支撑组件可移动的置于所述托板上，所述线性干涉镜安装在所述支撑组件上。

12、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，利用托板支撑住上述支撑组件，而线性干涉镜安装在支撑组件上，方便调节线性干涉镜的位置，以便与线性反射镜同轴分布。

13、进一步，所述支撑组件包括支撑块和支撑杆，所述支撑块可移动的置于所述托板上，所述支撑杆竖直固定安装在所述支撑块上；所述线性干涉镜安装在所述支撑杆上，且其可上下移动并定位。

14、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，可根据需求任意调节支撑块在托板上的具体位置，即可通过调整上述支撑块的位置来调节线性干涉镜在水平面上的位置；同时，还可以通过调节线性干涉镜在支撑杆上的位置以调节线性干涉镜在竖直面上的位置，操作简便，省时省力。

15、进一步，所述线性干涉镜包括角锥反射镜a和分光镜，所述角锥反射镜a和所述分光镜分别安装在所述支架上，且所述角锥反射镜a位于所述分光镜的上方；所述分光镜用于将所述激光干涉仪发出的参考光束反射给所述角锥反射镜a，并将所述角锥反射镜a反射回来的参考光束重新反射回所述激光干涉仪；所述分光镜还用于将所述激光干涉仪发出的测量光束透过到所述线性反射镜，并将从所述线性反射镜反射回来的测量光束透过重新回到所述激光干涉仪。

16、采用上述进一步方案的有益效果是角锥反射镜a和分光镜设置合理，可实现光束的发射和透过，以便进行测量。

17、进一步，所述线性反射镜包括角锥反射镜b，所述角锥反射镜b安装在所述活塞上。

18、采用上述进一步方案的有益效果是角锥反射镜b设置合理，方便接收光束并将光束进行反射。

19、进一步，所述角锥反射镜a和所述角锥反射镜b分别为45°角锥反射镜，且所述分光镜与水平面之间的夹角为45°。

20、采用上述进一步方案的有益效果是角锥反射镜a和角锥反射镜b选择合理，且分光镜的角度设置合理，方便进行检测。

21、进一步，还包括放置台，所述放置台位于所述待测管道的一端旁，所述激光干涉仪置于所述放置台上。

22、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，通过放置台放置激光干涉仪，方便后续测量。

23、本发明还涉及一种天然气高压体积管活塞位置测量方法，利用如上所述的天然气高压体积管长度测量装置实现，包括以下具体步骤：

24、s1：激光干涉仪发射的光束经线性干涉镜分为参考光束和测量光束，参考光束经所述线性干涉镜反射后重新回到所述激光干涉仪，测量光束透过所述线性干涉镜反射到达线性反射镜，并经所述线性反射镜反射后透过所述线性干涉镜重新回到所述激光干涉仪；

25、s2：所述激光干涉仪接收参考光束及测量光束，并获得参考光束及测量光束的光程差；

26、当活塞运动到初始位置时，触发对应的传感器，此时产生脉冲触发信号发送给所述激光干涉仪，所述激光干涉仪记录此时的位置信息，即此时的光程差为初始值；

27、当所述活塞继续移动后，继续触发对应的所述传感器，此时产生新的脉冲触发信号发送给所述激光干涉仪，所述激光干涉仪记录此时位置信息，此时刻光程差与初始位置光程差的差值即为所述活塞的移动距离，从而计算出待测管道的有效长度。

28、采用上述进一步方案的有益效果是本发明还提供一种天然气高压体积管活塞位置测量方法，该测量方法通过激光法实现体积管尺寸测量，能够将长度测量误差，从原来拉线位移传感器法的100μm左右，减少到激光干涉仪10μm以内，能够显著降低由于长度测量传感器带来的不确定度，精确度高。

技术特征：

1.一种天然气高压体积管长度测量装置，包括设置在待测管道(3)内并可移动的活塞，其特征在于：还包括激光干涉仪(1)、线性干涉镜、线性反射镜、支架、控制器和多个传感器(2)，所述支架固定安装在所述待测管道(3)一端的端部，所述线性干涉镜安装在所述支架上；所述线性反射镜安装在所述待测管道(3)内，其与所述线性干涉镜同轴分布，且其可随所述待测管道(3)内的活塞一起移动；所述激光干涉仪(1)安装在所述待测管道(3)的一端外，且所述支架位于所述激光干涉仪(1)与所述待测管道(3)之间；多个所述传感器(2)分别安装在所述待测管道(3)内，其沿所述待测管道(3)的轴向均匀间隔分布，分别用于检测所述活塞的位置；多个所述传感器(2)和所述激光干涉仪(1)分别与所述控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述支架包括法兰盘(4)和支撑器，所述法兰盘(4)同轴固定安装在所述待测管道(3)的一端上，所述支撑器安装在所述法兰盘(4)上；所述线性干涉镜安装在所述支撑器上，所述支撑器用于调节所述线性干涉镜的位置。

3.根据权利要求2所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述法兰盘(4)上沿其周向均匀间隔设有多个弧形通孔(5)，多个所述弧形通孔(5)分别沿所述法兰盘(4)的周向延伸。

4.根据权利要求2所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述支撑器包括托板(6)和支撑组件，所述托板(6)水平固定安装在所述法兰盘(4)上；所述支撑组件可移动的置于所述托板(6)上，所述线性干涉镜安装在所述支撑组件上。

5.根据权利要求4所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述支撑组件包括支撑块(7)和支撑杆(8)，所述支撑块(7)可移动的置于所述托板(6)上，所述支撑杆(8)竖直固定安装在所述支撑块(7)上；所述线性干涉镜安装在所述支撑杆(8)上，且其可上下移动并定位。

6.根据权利要求1-5任一项所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述线性干涉镜包括角锥反射镜a(9)和分光镜(10)，所述角锥反射镜a(9)和所述分光镜(10)分别安装在所述支架上，且所述角锥反射镜a(9)位于所述分光镜(10)的上方；所述分光镜(10)用于将所述激光干涉仪(1)发出的参考光束反射给所述角锥反射镜a(9)，并将所述角锥反射镜a(9)反射回来的参考光束重新反射回所述激光干涉仪(1)；所述分光镜(10)还用于将所述激光干涉仪(1)发出的测量光束透过到所述线性反射镜，并将从所述线性反射镜反射回来的测量光束透过重新回到所述激光干涉仪(1)。

7.根据权利要求6所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述线性反射镜包括角锥反射镜b(11)，所述角锥反射镜b(11)安装在所述活塞上。

8.根据权利要求7所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：所述角锥反射镜a(9)和所述角锥反射镜b(11)分别为45°角锥反射镜，且所述分光镜(10)与水平面之间的夹角为45°。

9.根据权利要求1-5任一项所述的天然气高压体积管长度测量装置，其特征在于：还包括放置台(12)，所述放置台(12)位于所述待测管道(3)的一端旁，所述激光干涉仪(1)置于所述放置台(12)上。

10.一种天然气高压体积管活塞位置测量方法，其特征在于：利用如权利要求1-9任一项所述的天然气高压体积管长度测量装置实现，包括以下具体步骤：

技术总结
本发明涉及一种天然气高压体积管长度测量装置及测量方法，该装置包括设置在待测管道内并可移动的活塞，还包括激光干涉仪、线性干涉镜、线性反射镜、支架、控制器和多个传感器，支架固定安装在待测管道一端的端部，线性干涉镜安装在支架上；线性反射镜安装在待测管道内，其与线性干涉镜同轴分布，且其可随待测管道内的活塞一起移动；激光干涉仪安装在待测管道的一端外，且支架位于激光干涉仪与待测管道之间；多个传感器分别安装在待测管道内，其沿待测管道的轴向均匀间隔分布，分别用于检测活塞的位置；多个传感器和激光干涉仪分别与控制器通讯连接。本发明结构简单，设计合理，通过激光法可实现体积管长度的精确测量，精确度高，测量方便。

技术研发人员：裴勇涛,尹恒,魏娜,裴全斌,闫海明,刘博韬,薛永鑫,王柯栩,游经明,彭娇
受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15