本發(fā)明屬于管道檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵傳感的管道縱向裂紋檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

管道廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金、運輸?shù)刃袠I(yè)中，當(dāng)管道長期處于高溫高壓腐蝕的環(huán)境中時很容易在服役期間產(chǎn)生裂紋，有些裂紋對管道的使用并沒有影響，在此情況下對裂紋進(jìn)行處理是不經(jīng)濟(jì)的，然而有些裂紋往往是管道內(nèi)介質(zhì)泄漏及介質(zhì)泄漏導(dǎo)致的爆炸的主因，因此，監(jiān)測含裂紋的管道并根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行安全評定，不僅能保證管道長周期安全工作，還可以避免更換或者返修等不經(jīng)濟(jì)的行為。

監(jiān)測含裂紋的管道的前提是對管道進(jìn)行檢測從而確定裂紋的位置，目前常用的管道檢測方法有超聲波檢測和磁漏檢測和光纖光柵傳感器檢測，光纖光柵傳感器檢測與超聲波檢測和磁漏檢測相比，具有精巧輕柔、穩(wěn)定性好、耐酸堿抗腐蝕、抗電磁干擾和精度高、無火花、復(fù)用能力強(qiáng)、易于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離多通道的遙測與控制等諸多優(yōu)點，但是現(xiàn)有的光纖光柵傳感器檢測存在以下問題：1)現(xiàn)有的光纖光柵傳感器檢測一般用于檢測泄漏，沒有針對裂紋進(jìn)行檢測設(shè)計，而且無法準(zhǔn)確測得管道裂紋的具體位置；2)光纖光柵傳感器一般采用粘貼安裝，安裝麻煩，很難移動和重復(fù)使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖光柵傳感的管道縱向裂紋檢測裝置及方法，實現(xiàn)了裂紋的準(zhǔn)確定位、光纖光柵陣列傳感器便于拆卸和多次利用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于光纖光柵傳感的管道縱向裂紋檢測裝置，包括依次連接的光纖光柵陣列傳感器、光纖光柵解調(diào)儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，光纖光柵陣列傳感器沿管道外壁周向設(shè)置，光纖光柵陣列傳感器包括一根封裝的光纖和在光纖上等距分布的光纖光柵，光纖光柵陣列傳感器預(yù)拉伸后通過磁鐵夾緊固定在管道外壁上。

進(jìn)一步地，磁鐵底部為與管道外壁貼合的圓弧面，圓弧面上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)固定有橡膠條，橡膠條底部設(shè)有用于放置光纖光柵陣列傳感器的弧形凹槽。

進(jìn)一步地，光纖通過玻璃纖維或者碳纖維進(jìn)行封裝。

進(jìn)一步地，光纖上光纖光柵的間距為5mm。

一種基于光纖光柵傳感的管道縱向裂紋檢測方法，在管道外壁周向設(shè)置光纖光柵陣列傳感器，光纖光柵陣列傳感器包括一根封裝的光纖和在光纖上等距分布的光纖光柵，光纖光柵陣列傳感器預(yù)拉伸后通過磁鐵夾緊固定在管道外壁上，光纖光柵陣列傳感器將各個光纖光柵測量到的局部環(huán)向應(yīng)變解調(diào)后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，有縱向裂紋的管道的環(huán)向應(yīng)變以裂紋為中心呈對稱分布，裂紋處的局部環(huán)向應(yīng)變最小，靠近裂紋的一段區(qū)域內(nèi)，局部環(huán)向應(yīng)變隨與裂紋的距離的增大而增大，遠(yuǎn)離裂紋的區(qū)域內(nèi)，局部環(huán)向應(yīng)變趨近于一個常數(shù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)環(huán)向應(yīng)變的變化情況找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變從而確定管道縱向裂紋的位置。

進(jìn)一步地，光纖光柵陣列傳感器進(jìn)行測量時，如果所有的局部環(huán)向應(yīng)變中有一個局部環(huán)向應(yīng)變明顯比其余的局部環(huán)向應(yīng)變小，并且將光纖光柵陣列傳感器向任一個方向微小轉(zhuǎn)動后所述的局部環(huán)向應(yīng)變均會增大，則所述的局部環(huán)向應(yīng)變?yōu)樽钚〉木植凯h(huán)向應(yīng)變，如果所有的局部環(huán)向應(yīng)變趨近于一個常數(shù)，則將光纖光柵陣列傳感器轉(zhuǎn)動一定角度繼續(xù)測量直至局部環(huán)向應(yīng)變開始變小，如果有部分局部環(huán)向應(yīng)變向同一個方向持續(xù)變小，則將光纖光柵陣列傳感器向變小的方向轉(zhuǎn)動一定角度繼續(xù)測量直至測得最小的局部環(huán)向應(yīng)變。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明通過實驗發(fā)現(xiàn)有縱向裂紋的管道的環(huán)向應(yīng)變以裂紋為中心呈對稱分布，將光纖光柵陣列傳感器沿管道外壁周向設(shè)置可以測得管道外壁的環(huán)向應(yīng)變，因此只要找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變所在處即為管道縱向裂紋的位置，實現(xiàn)了準(zhǔn)確的定位；光纖光柵陣列傳感器采用磁鐵夾緊固定，相比傳統(tǒng)粘貼式得方法，可以拆卸和多次利用，降低檢測成本的同時提高了工作效率。

2.由于光纖光柵陣列傳感器有時不能完全覆蓋周向所有的位置，相鄰光纖光柵之間也存在間隔，所以很難一次就找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變，對此，設(shè)計一套高效的操作方法并提供三種情況，針對這三種情況進(jìn)行操作規(guī)范，可以提高效率。

3.橡膠條受到壓縮把光纖光柵陣列傳感器緊緊的卡在橡膠條底部的弧形凹槽內(nèi)，增大了磁鐵和光纖光柵陣列傳感器之間的摩擦力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工作示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例中磁鐵和橡膠條的示意圖。

圖3是實驗時測得的管道上距離裂紋的弧長與環(huán)形應(yīng)變的數(shù)據(jù)圖。

圖中：1-光纖；2-橡膠條；3-磁鐵；4-光纖光柵a；5-光纖光柵b；6-光纖光柵c；7-光纖光柵d；8-光纖光柵e；9-光纖光柵f；10-光纖光柵g；11-管道；12-裂紋；13-鎧裝光纜；14-光纖光柵解調(diào)儀；15-數(shù)據(jù)線；16-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。

如圖1所示，一種基于光纖光柵傳感的管道縱向裂紋檢測裝置，包括依次連接的光纖光柵陣列傳感器、光纖光柵解調(diào)儀14和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)16，光纖光柵陣列傳感器沿管道11外壁周向設(shè)置，光纖光柵陣列傳感器包括一根封裝的光纖1和在光纖1上等距分布的光纖光柵(在本實施例中，設(shè)置7個光纖光柵，可以根據(jù)實際情況選擇具體的個數(shù)，并非只能用7個)，光纖光柵陣列傳感器預(yù)拉伸后通過磁鐵3夾緊固定在管道11外壁上。磁鐵3位于相鄰光纖光柵之間的間隔處以及首尾兩個光纖光柵(4和10)的外側(cè)，光纖光柵陣列傳感器將各個光纖光柵測量到的局部環(huán)向應(yīng)變解調(diào)后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)(光纖光柵陣列傳感器通過鎧裝光纜13與光纖光柵解調(diào)儀14連接，光纖光柵解調(diào)儀14通過15RS232數(shù)據(jù)線15與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)16連接)，如圖3所示，有縱向裂紋12的管道11的環(huán)向應(yīng)變以裂紋為中心呈對稱分布，裂紋12處的局部環(huán)向應(yīng)變最小，靠近裂紋12的一段區(qū)域內(nèi)，局部環(huán)向應(yīng)變隨與裂紋的距離的增大而增大，遠(yuǎn)離裂紋12的區(qū)域內(nèi)，局部環(huán)向應(yīng)變趨近于一個常數(shù)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)16根據(jù)環(huán)向應(yīng)變的變化情況找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變從而確定管道縱向裂紋12的位置。

本發(fā)明通過實驗發(fā)現(xiàn)有縱向裂紋12的管道11的環(huán)向應(yīng)變以裂紋12為中心呈對稱分布，將光纖光柵陣列傳感器沿管道11外壁周向設(shè)置可以測得管道11外壁的環(huán)向應(yīng)變，因此只要找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變所在處即為管道縱向裂紋12的位置，實現(xiàn)了準(zhǔn)確的定位；光纖光柵陣列傳感器采用磁鐵3夾緊固定，相比傳統(tǒng)粘貼式得方法，可以拆卸和多次利用，降低檢測成本的同時提高了工作效率。

光纖光柵陣列傳感器進(jìn)行測量時，如果所有的局部環(huán)向應(yīng)變中有一個局部環(huán)向應(yīng)變明顯比其余的局部環(huán)向應(yīng)變小，并且將光纖光柵陣列傳感器向任一個方向微小轉(zhuǎn)動后所述的局部環(huán)向應(yīng)變均會增大，則所述的局部環(huán)向應(yīng)變?yōu)樽钚〉木植凯h(huán)向應(yīng)變，如果所有的局部環(huán)向應(yīng)變趨近于一個常數(shù)，則將光纖光柵陣列傳感器轉(zhuǎn)動一定角度繼續(xù)測量直至局部環(huán)向應(yīng)變開始變小，如果有部分局部環(huán)向應(yīng)變向同一個方向持續(xù)變小，則將光纖光柵陣列傳感器向變小的方向轉(zhuǎn)動一定角度繼續(xù)測量直至測得最小的局部環(huán)向應(yīng)變。由于光纖光柵陣列傳感器有時不能完全覆蓋周向所有的位置，相鄰光纖光柵之間也存在間隔，所以很難一次就找到最小的局部環(huán)向應(yīng)變，對此，設(shè)計一套高效的操作方法并提供三種情況，針對這三種情況進(jìn)行操作規(guī)范，可以提高效率。

如圖2所示，在本實施例中，磁鐵3底部為與管道11外壁貼合的圓弧面，圓弧面上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)固定有橡膠條2，橡膠條2底部設(shè)有用于放置光纖光柵陣列傳感器的弧形凹槽。橡膠條2受到壓縮把光纖光柵陣列傳感器緊緊的卡在橡膠條2底部的弧形凹槽內(nèi)，增大了磁鐵3和光纖光柵陣列傳感器之間的摩擦力。

在本實施例中，光纖1通過玻璃纖維或者碳纖維進(jìn)行封裝。光纖1上光纖光柵的間距為5mm。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。