基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法与流程

本发明属于管道输送，涉及一种基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法。

背景技术：

1、应变是反映管道输送系统运行状态的重要参数之一，为识别长距离矸石泵送管道堵塞状态，准确测试获取长距离矸石泵送管道微变形，实施应变检测是识别长距离矸石泵送管道堵塞状态研究的关键。目前，对于长距离矸石泵送管道堵塞状态的识别方法，传统方法是将传统应变传感器在管道表面轴向粘贴，识别长距离矸石泵送管道堵塞状态，然而传统识别方法存在如下缺陷：常用应变测量方法是在管道表面粘贴应变片，由于管道处于运转状态，传统应变片及传输线缆的尺寸和自重将对管道表面流场和泵送动力性能产生一定影响，从而影响识别结果的准确性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，该方法将直接测量长距离矸石泵送管道堵塞状态的应变转换为间接测量，提高了管道堵塞状态识别结果的准确性。

2、本发明所采用的技术方案是，基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，具体包括如下步骤：

3、步骤1，在泵送管道上布设fbg应变传感器，获取fbg应变传感器在测量矸石泵送工作状态下的波长值λb；

4、步骤2，根据步骤1测得的波长值λb求光纤布拉格光栅反射光波波长变化值δλb，并将δλb转化为轴向应变的变化量δεa；

5、步骤3，利用fbg振动传感器应变与加速度的关系原理将步骤2得到的轴向应变的变化量δεa对时间求二次导转化为应变加速度值ε″a(t)；

6、步骤4，利用步骤3得到的应变加速度值ε″a(t)对管道横截面堵塞程度按照堵塞等级进行划分。

7、本发明的特点还在于：

8、步骤1的具体过程为：

9、在管道表面测点位置布置若干fbg应变传感器，即将fbg应变传感器利用表面粘贴法铺设在泵送管道壁面正上方，利用环氧树脂固定栅区，将各fbg应变传感器依次串联后，将其中一个位于端部的fbg应变传感器一端与fbg解调仪连接，fbg解调仪通过跳线与显示器连接，注浆泵开启后，显示器显示波长值λb。

10、步骤2的具体过程为：

11、步骤2.1，采用如下公式(1)计算fbg应变传感器反馈的光纤布拉格光栅反射光波波长变化值δλb：

12、

13、式中，为光纤布拉格光栅的初始波长；

14、步骤2.2，在外界温度改变的条件下，反射光谱中心波长的偏移受光纤光栅传感器所在应力场的变化影响，并受温度场的变化影响，由此得温度变化状态下的光纤布拉格光栅反射光波波长变化值δλb如下公式(2)所示：

15、

16、由式(2)从而得到在外界温度改变的条件下fbg应变传感器光栅所在区域的轴向应变的变化量δεa如下公式(3)所示：

17、

18、式中：δt为温度差；为轴向应变灵敏系数，αt为温度灵敏系数。

19、步骤3的具体过程为：

20、应变信号为时间t求一阶导，即对应变信号微分得到应变率：

21、

22、式中，l0为光纤的原始长度，l(t)为每个时间t光纤的长度，v(t)为每个时间t光纤被拉伸的速度；

23、再对应变信号为时间t求二阶导，即对应变信号二次微分得到应变加速度ε″a(t)：

24、

25、式中，a(t)为每个时间t光纤被拉伸的加速度。

26、步骤4中，堵塞等级划分为严重堵塞l4、一般堵塞l3、轻微堵塞l2及不堵塞l1；

27、当应变加速度值为[ε″a(t)s＝0，ε″a(t)s＝20％]时，堵塞等级为l1；

28、当应变加速度值为[ε″a(t)s＝20％，ε″a(t)s＝40％]时，堵塞等级为l2；

29、当应变加速度值为[ε″a(t)s＝40％，ε″a(t)s＝60％]时，堵塞等级为l3；

30、应变加速度值为[ε″a(t)s＝60％，ε″a(t)s＝100％]时，堵塞等级为l4。

31、本发明的有益效果如下：

32、1.本发明提出了一种基于光纤光栅(fiber bragg grating，fbg)的应变测量方法，把直接测量长距离矸石泵送管道堵塞状态的应变转换为间接测量，考虑了温度对光纤光栅的影响，以剔除光纤光栅温度应变的敏感，引入多通道数据，且数据包括有时序，使识别方法的数据基础更科学；

33、2.本发明方法可实时探测长距离矸石泵送管道的堵塞程度，能够快速指导管道疏通作业；该方法不受管材质的影响，安装光纤光栅传感器时也不需对长距离矸石泵送管道各组成部分进行拆解，不影响长距离矸石泵送管道的正常工作；

34、3.本发明针对长距离矸石泵送管道的堵塞程度(包括多通道数据)设计相应的堵塞等级分型及堵塞识别方法，为更准确识别长距离矸石泵送管道的堵塞程度提供基础。

技术特征：

1.基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：

3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：

4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：

5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，其特征在于：所述步骤4中，堵塞等级划分为严重堵塞l4、一般堵塞l3、轻微堵塞l2及不堵塞l1；

技术总结
本发明公开了基于光纤光栅传感的长距离泵送管道堵塞状态识别方法，具体包括如下步骤：步骤1，布设FBG应变传感器，获取测量矸石泵送工作状态下的波长值λ<subgt;B</subgt;；步骤2，根据λ<subgt;B</subgt;求光纤布拉格光栅反射光波波长变化值Δλ<subgt;B</subgt;，并将Δλ<subgt;B</subgt;转化为轴向应变的变化量Δε<subgt;a</subgt;；步骤3，将步骤2得到的轴向应变的变化量Δε<subgt;a</subgt;对时间求二次导转化为应变加速度值ε″<subgt;a</subgt;(t)；步骤4，利用步骤3得到的应变加速度值ε″<subgt;a</subgt;(t)对管道横截面堵塞程度按照堵塞等级进行划分。本发明将直接测量长距离矸石泵送管道堵塞状态的应变转换为间接测量，提高了管道堵塞状态识别结果的准确性。

技术研发人员：朱磊,吴玉意,柴敬,刘成勇,张丁丁,古文哲,马晨阳,秋丰岐,杨雅雯
受保护的技术使用者：中煤能源研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17