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基于光纤光栅应变箍的管道健康监测
| 论文题名： | 基于光纤光栅应变箍的管道健康监测 |
| 关键词： | 光纤光栅应变箍;管道腐蚀;泄漏监测;BP神经网络;干扰信号 |
| 摘要： | 管道健康监测技术对于及时了解管道安全运营状态，确保国民经济和人民生命财产安全具有重要意义。随着新型材料、新型传感器的不断发展，各种管道检测及监测技术应运而生。本文提出一种利用环向应变进行管道腐蚀监测以及管道泄漏定位的方法，同时，为了满足监测需求，开发了一种用于测量管道环向平均应变的光纤光栅应变箍传感器。围绕上述监测理论及传感技术，本文主要进行了以下几方面的研究工作: (1)管道腐蚀引起的壁厚减小和管道泄漏引起的压力突降均会使管道环向应变发生变化。本文提出了一种利用环向应变评价管道均匀腐蚀及局部腐蚀，以及进行管道泄漏监测和定位的方法。探讨了环向平均应变相比于单点测量对于管道腐蚀评价的优势，利用有限元软件分析了管道环向平均应变对于局部腐蚀的敏感性。而基于环向应变的管道泄漏监测方法中，包括用于常规泄漏量的负压波时间差定位法，以及用于泄漏量较小情况的负压波能量衰减定位法。本文通过钢管道模型和PVC管道模型分别进行了腐蚀和泄漏模拟试验，验证了文中提出方法的有效性。 (2)为满足管道环向应变监测要求，开发了一种光纤光栅应变箍传感器，可用于监测管道的环向平均应变进而评价管道腐蚀程度，且具有监测泄漏过程所引起的环向应变动态变化的能力。本文对自行研制封装的光纤光栅应变箍传感器进行了灵敏度、稳定性等方面的测试，分析了其在管道健康监测中的有效性和实用性。设计中还包括一种预拉伸夹持装置，可使传感器与管道结构保持一致变形。 (3)利用特征线法，分析了管道泄漏后达到稳定状态时，管道沿线的环向应变分布。结合BP神经网络，提出了一种基于管道沿线稳态环向应变分布的管道泄漏定位方法。分析比较了不同环向应变测点数量、隐含层节点数量时，该定位方法对于管道泄漏位置判断的准确率，获得了最优化的神经网络预测结构。同时，还通过叠加干扰信号证明了该方法对噪声干扰具有较好的抑制能力。 (4)由于环向应变测点布置灵活，通过布设一定数量的环向应变测点，可使管道的目标检测泄漏量的限值大幅降低。本文利用数学模型分析了管道泄漏发生后的负压波能量衰减规律，并提出基于环向应变的管道泄漏定位方法中，使用环向应变可检半径来确定环向应变测点间距的方法，以满足对于不同目标检测泄漏量的要求。本文还分析了不同的管道运营参数，对于环向应变可检半径的影响。 |
| 作者： | 贾子光 |
| 专业： | 防灾减灾工程及防护工程 |
| 导师： | 李宏男;任亮 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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