一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、安全狀態(tài)評(píng)估模塊、預(yù)警報(bào)警模塊和仿真顯示模塊，其中監(jiān)測(cè)模塊包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，數(shù)據(jù)處理模塊包括采集中心站、信號(hào)調(diào)理器和信號(hào)傳輸裝置，安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括微處理器，預(yù)警報(bào)警模塊包括分析處理器和報(bào)警器，仿真顯示模塊包括三維GIS仿真平臺(tái)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下管道健康的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)地下管道的剩余壽命，在全覆蓋、全天候監(jiān)測(cè)上達(dá)到了前所未有的高度。
【專利說明】
一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及石油開采設(shè)備監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 相關(guān)技術(shù)中，一般通過監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行用于石油開采的地下管道的健康監(jiān)測(cè)，然 而傳感器大多數(shù)無法根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)該地下管道的剩余壽命。這一缺陷導(dǎo)致地下管道 維護(hù)人員需要通過自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)判斷傳感器所反饋的數(shù)據(jù)，降低了對(duì)地下管道監(jiān)測(cè)的及 時(shí)性，同時(shí)也大大增加了地下管道維護(hù)人員的工作量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：
[0006] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0007] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0011]其中，取〇. 5h為采樣時(shí)間間隔，max&min(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和；
[0008] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊，所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理 器，所述微處理器將由信號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的 平均位移差，由于地下管道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位 移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn)行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳 感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽 命，并將所述剩余疲勞壽命與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安 全狀態(tài)：
[0009]
[0010]
[0012] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0013]
[0014] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)， &1，32，-_，311為系數(shù)，1'為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0015] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0016] 當(dāng) ox(i)2〇b 時(shí)，
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，〇b為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P 1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程
Ta為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)；
[0021] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器； [0022] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為： [0023] d、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0024] e、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0025] f、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為:通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化 監(jiān)測(cè)，便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān) 測(cè)，覆蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)的工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與 位移閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的 測(cè)量精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀 況，具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果。
【附圖說明】
[0027]利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0030] 實(shí)施例1:如圖1所示的一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
[0031] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0032] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0033] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊；
[0034] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器； [0035] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為： [0036] a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0037] b、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0038] c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0039]所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管 道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn) 行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0040] a、平均位移w⑴的計(jì)算公式為：
[0041]
[0042]其中，取0.5h為采樣時(shí)間間隔，max&min(1+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和； [0043] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0044]
[0045] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)， &1，32，~，311為系數(shù)，1'為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0046] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051 ]其中，Ob為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程，
Ta為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
[0052]在此實(shí)施例中，通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān)測(cè)，覆 蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與位移 閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的測(cè)量 精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀況， 具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果；時(shí)間階段t = 24h，實(shí)現(xiàn)了地下管道動(dòng)態(tài)健康的全 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度提高了 15%。
[0053]實(shí)施例2:如圖1所示的一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
[0054] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0055] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0056] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊；
[0057] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器； [0058] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為：
[0059] a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0060] b、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0061] c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0062]所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管 道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn) 行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0063] a、平均位移w(i)的計(jì)算公式為：
[0064]
[0065] 具中，取0.5h為米樣時(shí)丨日」丨日」隔，max&min(i+t)為前一時(shí)丨日」階段的位栘?cái)?shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和； [0066] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0067]
[0068] 其中，α?，α2，…，知為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)，ai，a 2,…，&"為系數(shù)，T為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0069] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0070]當(dāng) ox(i)2〇b 時(shí)，
[0071]
[0072]
[0073]
[0074] 具中，結(jié)構(gòu)疲勞極I很，σχ為谷監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程，
，Ta為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
[0075] 在此實(shí)施例中，通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān)測(cè)，覆 蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與位移 閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的測(cè)量 精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀況， 具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果；時(shí)間階段t = 28h，實(shí)現(xiàn)了地下管道動(dòng)態(tài)健康的全 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度提高了 17%。
[0076] 實(shí)施例3:如圖1所示的一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
[0077] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0078] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0079] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊；
[0080] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器；
[0081] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為：
[0082] a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0083] b、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0084] c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0085]所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管 道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn) 行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0086] a、平均位移w(i)的計(jì)算公式為：
[0087]
[0088]其中，取〇.5h為采樣時(shí)間間隔，max&min(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和； [0089] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0090]
[0091]其中，αυ〗，···，αη為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)，ai，a2，···，a n為系數(shù)，T為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0092] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0093] i〇x(i)2〇b 時(shí)，
[0094]
[0095]
[0096]
[0097] 其中，〇b為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P 1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程， Ta為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于O，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于O時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
[0098] 在此實(shí)施例中，通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān)測(cè)，覆 蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與位移 閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的測(cè)量 精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀況， 具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果；時(shí)間階段t = 32h，實(shí)現(xiàn)了地下管道動(dòng)態(tài)健康的全 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度提高了 18%。
[0099] 實(shí)施例4:如圖1所示的一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
[0100] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0101] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0102] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊；
[0103] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器；
[0104] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為：
[0105] a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0106] b、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0107] c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0108] 所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管 道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn) 行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0109] a、平均位移w⑴的計(jì)算公式為：
[0110]
[0111] 其中，取〇. 5h為采樣時(shí)間間隔，max&min(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min( i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和；
[0112] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0113]
[0114]其中，αυν，αη為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)，ai，a2，···，a n為系數(shù)，T為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0115] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0116] 9〇x(i)2〇h 時(shí)，
[0117:
[0118:
[0119:
[0120] 其中，Ob為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程
ΓΑ為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
[0121] 在此實(shí)施例中，通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān)測(cè)，覆 蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與位移 閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的測(cè)量 精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀況， 具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果；時(shí)間階段t = 36h，實(shí)現(xiàn)了地下管道動(dòng)態(tài)健康的全 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度提高了20%。
[0122] 實(shí)施例5:如圖1所示的一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：
[0123] (1)監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管 道各危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健 康結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí) 感知;所述位移傳感器以用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定 性的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行三維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和 全局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能 及結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和 溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上；
[0124] (2)數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中心站、對(duì)采集中心站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大 處理的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置；
[0125] (3)安全狀態(tài)評(píng)估模塊；
[0126] (4)預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù) 庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器；
[0127] (5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺(tái)，所述三維GIS仿真平 臺(tái)對(duì)安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為：
[0128] a、利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同 構(gòu)件的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置；
[0129] b、通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器 組件和位移傳感器；
[0130] c、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在 GIS平臺(tái)的界面上顯示。
[0131]所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信 號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位移差，由于地下管 道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與規(guī)定位移差閾值進(jìn) 行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)；
[0132] a、平均位移w⑴的計(jì)算公式為：
[0133]
[0134] 其中，取0.5h為采樣時(shí)間間隔，max&min(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大 值和極小值之和，max&min( i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和；
[0135] b、設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：
[0136]
[0137] 其中，(11，(12，~，€[11為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)， &1，32，-_，311為系數(shù)，1'為選 定時(shí)間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。
[0138] c、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為：
[0139] i〇x(i)2〇b 時(shí)，
[0140]
[0141]
[0142]
[0143] 其中，Ob為結(jié)構(gòu)疲勞極限，σχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)， P1S在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用 中，會(huì)受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性 的過程
Ja為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下 管道總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，4表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀 態(tài)，當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)。
[0144] 在此實(shí)施例中，通過各個(gè)模塊的構(gòu)建連接，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)健康的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)， 便于人員及早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題;提出了用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地下管道的健康監(jiān)測(cè)，覆 蓋廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng);提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計(jì)算的工作量，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的 工作效率;提出了平均位移的計(jì)算公式，并且對(duì)平均位移進(jìn)行了修正，采用平均位移與位移 閾值進(jìn)行比較判斷，減少了計(jì)算的工作量;對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了應(yīng)變的測(cè)量 精度，進(jìn)而提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度;利用GIS仿真平臺(tái)模擬地下管道的健康狀況， 具有良好的與用戶進(jìn)行界面交互的效果；時(shí)間階段t = 40h，實(shí)現(xiàn)了地下管道動(dòng)態(tài)健康的全 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體測(cè)量精度提高了21 %。
[0145] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí) 質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于石油開采的地下管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于對(duì)地下管道的健康進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù) 警，其特征是，包括： (1) 監(jiān)測(cè)模塊，包括對(duì)地下管道健康進(jìn)行監(jiān)測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、用于監(jiān)測(cè)地下管道各 危險(xiǎn)部位的應(yīng)變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全覆蓋對(duì)地下管道健康結(jié) 構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的物理信息融合系統(tǒng)，對(duì)地下管道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行實(shí)時(shí)感 知;所述位移傳感器W用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)部位位移變化的工作基點(diǎn)和用于校核工作基點(diǎn)穩(wěn)定性 的全局基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行Ξ維空間位移監(jiān)測(cè)，所述地下管道的各危險(xiǎn)部位、工作基點(diǎn)和全 局基準(zhǔn)點(diǎn)通過對(duì)地下管道進(jìn)行有限元模擬分析確定;所述應(yīng)變傳感器組件包括參數(shù)性能及 結(jié)構(gòu)完全相同的工作用應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器，所述工作用應(yīng)變傳感器和溫 度補(bǔ)償用應(yīng)變傳感器串聯(lián)后設(shè)置于地下管道的各個(gè)危險(xiǎn)部位上； (2) 數(shù)據(jù)處理模塊，其包括采集中屯、站、對(duì)采集中屯、站收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理放大處理 的信號(hào)調(diào)理器和對(duì)信號(hào)調(diào)理器處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的信號(hào)傳輸裝置； (3) 安全狀態(tài)評(píng)估模塊，所述安全狀態(tài)評(píng)估模塊包括連接信號(hào)傳輸裝置的微處理器，所 述微處理器將由信號(hào)傳輸裝置傳送的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到兩個(gè)時(shí)間階段t之間的平均位 移差，由于地下管道存在熱脹冷縮現(xiàn)象因此先要對(duì)位移差進(jìn)行補(bǔ)償，然后將平均位移差與 規(guī)定位移差闊值進(jìn)行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)變傳感器組 件24h的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)力幅譜，根據(jù)應(yīng)力幅譜計(jì)算結(jié)構(gòu)的剩余疲勞壽命，并將 所述剩余疲勞壽命與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態(tài)； a、 平均位移WW的計(jì)算公式為：其中，取0.化為采樣時(shí)間間隔，max&min(i+t)為前一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和 極小值之和，max&min(i+2t)為后一時(shí)間階段的位移數(shù)據(jù)中的極大值和極小值之和； b、 設(shè)膨脹系數(shù)為α，修正后的平均位移為：其中，αι，日2，…，an為各危險(xiǎn)部位的材料溫度膨脹系數(shù)，ai，曰2，…，an為系數(shù)，Τ為選定時(shí) 間段內(nèi)平均溫度，To為地下管道所在地年平均溫度。 C、所述壽命安全評(píng)估的判斷公式為： 當(dāng)〇x(i) >〇b時(shí)，其中，Ob為結(jié)構(gòu)疲勞極限，Οχ為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數(shù)，Pi為 在熱點(diǎn)應(yīng)力幅下結(jié)構(gòu)實(shí)際經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)，Tb為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì) 受地下管道過載影響，因此是動(dòng)態(tài)變化的，且隨著過載使用天數(shù)的變化是一個(gè)非線性的過 程，Τα為初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)疲勞壽命，dz表示地下管道 總設(shè)計(jì)使用天數(shù)，dg表示地下管道過載使用天數(shù)；當(dāng)A大于0，判定結(jié)構(gòu)壽命處于安全狀態(tài)， 當(dāng)A小于或等于0時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)； (4) 預(yù)警報(bào)警模塊，其包括用于防止誤報(bào)警的分析處理器、報(bào)警器和信息記錄數(shù)據(jù)庫， 所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報(bào)警器； (5) 仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的Ξ維GIS仿真平臺(tái)，所述Ξ維GIS仿真平臺(tái)對(duì) 安全狀態(tài)評(píng)估模塊的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行仿真顯示，模擬地下管道的健康狀況，仿真步驟為： a、 利用有限元軟件進(jìn)行地下管道的建模后導(dǎo)入GIS平臺(tái)，分別構(gòu)建地下管道不同構(gòu)件 的模型，在GIS平臺(tái)上調(diào)整各地下管道構(gòu)件的空間位置； b、 通過不同的形狀符號(hào)在GIS平臺(tái)上模擬顯示地下管道各危險(xiǎn)部位、應(yīng)變傳感器組件 和位移傳感器； C、根據(jù)安全狀態(tài)模塊評(píng)估的結(jié)果對(duì)不處于安全狀態(tài)的危險(xiǎn)部位用規(guī)定的顏色在GIS平 臺(tái)的界面上顯示。
【文檔編號(hào)】G05B19/048GK105843140SQ201610165880
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】韋醒妃
【申請(qǐng)人】韋醒妃