CN105258649A - 一种管道焊缝三维变形自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道焊缝三维变形自动监测系统，包括：传感器子系统，用于感应管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；数据采集传输子系统，与传感器子系统连接，用于通过传感器子系统测量水平错动、垂直错动、开合度，获得水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据，并通过无线网络将水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据发送给远程控制设备。本发明可以实现测量自动化、尺寸小型化、安装便捷化的管道焊缝三维变形自动监测，在无人值守情况下实时、精确获得管道焊缝的开合度、水平及垂直错动三个方向的位移变形量。

Description

一种管道焊缝三维变形自动监测系统

技术领域

本发明涉及管道焊缝变形监测技术领域，尤其涉及一种管道焊缝三维变形自动监测系统。

背景技术

管道在焊接过程中，焊接区域可能会产生各种缺陷，而焊接缺陷会引起局部应力集中，从而产生裂纹源，导致管道爆破泄漏等灾难性后果。可见焊缝是管道系统中较为薄弱的环节，焊缝如何变形是焊接结构安全的重要指标，研发自动化、高精度、易安装的管道焊缝监测设备，开展管道焊缝实时监测，对于确保管道系统安全运行具有重要意义。

由于管道是三维壳体结构，因此对管道焊缝的变形监测主要是针对焊缝的水平错动、垂直错动及焊缝开合度三个维度进行开展。不仅需要对变形过程进行自动持续监测，而且需要通过变形性态分析对变形发展态势给出预测。目前的监测设备无法在无人值守情况下对管道焊缝进行实时、精确的三维变形自动化测量，现有监测设备也无法满足尺寸小型化、安装便捷化和地下复杂环境使用安全化的要求。

发明内容

本发明针对现有管道焊缝变形监测设备不能自动、实时、精确的对焊缝水平错动、垂直错动及开合度三个维度进行变形监测的技术问题，提供一种测量自动化、尺寸小型化、安装便捷化、复杂环境下使用安全化的管道焊缝三维变形自动监测系统，其可在无人值守情况下进行管道焊缝三维变形量监测，安装便捷、使用方便。

为了解决上述问题，本发明提供一种管道焊缝三维变形自动监测系统，应用管道焊接过程中，包括：

传感器子系统，用于感应管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；

数据采集传输子系统，与所述传感器子系统连接，用于通过所述传感器子系统测量所述水平错动、所述垂直错动、所述开合度，获得表示所述水平错动的水平错动数据、表示所述垂直错动的垂直错动数据、以及表示所述开合度的开合度数据，并通过无线网络将所述水平错动数据、所述垂直错动数据、以及所述开合度数据发送给远程控制设备。

优选地，所述传感器子系统，包括：

相位灵敏探测器PSD光敏芯片，设置在所述管道焊缝的一侧，用于感应所述管道焊缝的水平错动和垂直错动；

激光测距仪，设置在所述管道焊缝的另一侧，用于感应所述管道焊缝的开合度。

优选地，所述数据采集传输子系统，包括：

PSD控制器，与所述PSD光敏芯片连接；

第一无线射频天线，与所述PSD控制器连接；

其中，所述PSD控制器用于通过所述PSD光敏芯片测量所述水平错动和垂直错动，获得所述水平错动数据和所述垂直错动数据，并通过所述第一无线射频天线将所述水平错动数据和所述垂直错动数据发送给所述远程控制设备。

优选地，所述数据采集传输子系统，还包括：

外接采集端口，设置在所述PSD控制器上，用于连接所述远程控制设备；

此时，所述PSD控制器还用于通过所述外接采集端口将所述水平错动数据和所述垂直错动数据发送给所述远程控制设备。

优选地，所述数据采集传输子系统，还包括：

激光测距控制器，与所述激光测距仪连接；

第二无线射频天线，与所述激光测距控制器连接；

其中，所述激光测距控制器用于通过所述激光测距仪测量所述管道焊缝的开合度，获取所述开合度数据，并通过所述第二无线射频天线将所述开合度数据发送给所述远程控制设备。

优选地，所述PSD控制器内置锂电池，所述激光测距控制器内置锂电池。

优选地，所述数据采集传输子系统，还包括：

第一外置电源接口，与所述PSD控制器连接，所述第一外置电源接口用于连接外置电源；

第二外置电源接口，与所述激光测距控制器连接，所述第二外置电源接口用于连接外置电源。

优选地，所述管道焊缝三维变形自动监测系统，还包括：

附属子系统，所述附属子系统包括一激光光路定位管，所述激光光路定位管连接所述PSD光敏芯片与所述激光测距仪。

优选地，所述激光光路定位管，具体为：

由弹簧网与橡胶材料合成的柔性薄壁光路管。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，公开了一种管道焊缝三维变形自动监测系统，应用管道焊接过程中，包括：传感器子系统，用于感应管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；数据采集传输子系统，与传感器子系统连接，用于通过传感器子系统测量水平错动、垂直错动、开合度，获得水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据，并通过无线网络将水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据发送给远程控制设备。利用本管道焊缝三维变形自动监测系统，可以在无人值守情况下对管道焊缝开合度、水平及垂直错动三维变形进行自动监测，具有测量自动化、尺寸小型化、安装便捷化，安装和使用方便的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的管道焊缝三维变形自动监测系统的功能模块图；

图2是本发明实施例的管道焊缝三维变形自动监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种管道焊缝三维变形自动监测系统，应用管道焊接过程中，包括：

传感器子系统110，用于感应管道焊接时管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；

数据采集传输子系统120，与传感器子系统110连接，用于通过传感器子系统110实时测量管道焊接时管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度，获得表示水平错动的水平错动数据、表示垂直错动的垂直错动数据、以及表示开合度的开合度数据，并通过无线网络将水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据发送给远程控制设备。

在具体实施过程中，如图2所示，传感器子系统110，包括：

PSD(Phase-SensitiveDetetor，相位灵敏探测器)光敏芯片111，设置在管道焊缝的一侧，用于感应管道焊缝的水平错动和垂直错动；

激光测距仪112，设置在管道焊缝的另一侧，用于感应管道焊缝的开合度，其中，激光测距仪112具体为可调焦激光测距仪。

在具体实施过程中，数据采集传输子系统120，包括：

PSD控制器121，与PSD光敏芯片111连接；

第一无线射频天线122，与PSD控制器121连接，其中，第一无线射频天线122可以为无线射频及GPRS(GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务)综合天线；

其中，PSD控制器121用于通过PSD光敏芯片111测量管道焊接时管道焊缝的水平错动和垂直错动，获得水平错动数据和垂直错动数据，并通过第一无线射频天线122将水平错动数据和垂直错动数据发送给远程控制设备，使得工作人员可以在远程控制设备的显示屏上实时看到水平错动数据和垂直错动数据。

在具体实施过程中，PSD控制器121可以采用内嵌高性能微处理器的单片机，其内置A/D转换模块，可以将PSD光敏芯片111采集到的模拟信号转换为数字信号。考虑到管道焊缝的可能变形量及系统尺寸小型化，PSD控制器121可以选取为边长1cm大小的方形芯片。

在具体实施过程中，数据采集传输子系统120，还包括：

外接采集端口123，设置在PSD控制器121上，用于连接远程控制设备；此时，PSD控制器121还用于通过外接采集端口123将水平错动数据和垂直错动数据发送给远程控制设备。这样，在第一无线射频天线122出现故障或损坏的情况下，工作人员可以将远程控制设备手动连接在外接采集端口123上，从而读取到水平错动数据和垂直错动数据。

在具体实施过程中，数据采集传输子系统120，还包括：

激光测距控制器125，与激光测距仪112连接；

第二无线射频天线126，与激光测距控制器125连接；

其中，激光测距控制器125用于通过激光测距仪112测量管道焊接时管道焊缝的开合度，获取开合度数据，并通过第二无线射频天线126将开合度数据发送给远程控制设备。

在具体实施过程中，激光测距控制器125还用于通过第二无线射频天线126接收远程控制设备发来的控制指令(例如：用于调节激光测距仪112的焦距的指令)，并执行该控制指令对激光测距仪112的焦距进行调节。

在具体实施过程中，激光测距控制器125可以采用内嵌高性能微处理器的单片机，且内置A/D转换模块，可以将光测距仪112采集到的模拟信号转换为数字信号。考虑到管道焊缝的可能变形量及系统尺寸小型化，激光测距控制器125可以选取为边长1cm大小的方形芯片。

在具体实施过程中，PSD控制器121内置锂电池，该锂电池用于给PSD控制器、PSD光敏芯片111、第一无线射频天线122等耗电元器件供电；激光测距控制器125也内置锂电池，该锂电池用于给激光测距控制器125、激光测距仪112、第二无线射频天线126等耗电元器件供电。

在具体实施过程中，数据采集传输子系统120，还包括：

第一外置电源接口124，与PSD控制器121连接，第一外置电源接口124用于连接外置电源；

第二外置电源接口127，与激光测距控制器125连接，第二外置电源接口127用于连接外置电源；

这样，在PSD控制器121或激光测距控制器125内置的锂电池电量低时，可以通过外置电源进行供电。

在具体实施过程中，所述管道焊缝三维变形自动监测系统，还包括：

附属子系统130，附属子系统130包括一激光光路定位管131，激光光路定位管131连接PSD光敏芯片111与激光测距仪112。

在具体实施过程中，激光光路定位管131具体为由弹簧网与橡胶材料合成的柔性薄壁光路管。一方面，柔性薄壁光路管具有密封性，实现激光传输通道与外界环境完全隔绝，确保激光测距仪112发射的激光光束20不受外界环境干扰；另一方面，柔性薄壁光路管具有延展性，确保裂缝在发生法向张位移与切向错动位移时，定位管能够协同变形，而不发生破坏。

上述实施例中技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，公开了一种管道焊缝三维变形自动监测系统，应用管道焊接过程中，包括：传感器子系统，用于感应管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；数据采集传输子系统，与传感器子系统连接，用于通过传感器子系统测量水平错动、垂直错动、开合度，获得水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据，并通过无线网络将水平错动数据、垂直错动数据、以及开合度数据发送给远程控制设备。利用本管道焊缝三维变形自动监测系统，可以在无人值守情况下对管道焊缝开合度、水平及垂直错动三维变形自动进行监测，具有测量自动化、尺寸小型化、安装便捷化，安装和使用方便的优点。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种管道焊缝三维变形自动监测系统，应用管道焊接过程中，其特征在于，包括：

传感器子系统，用于感应管道焊缝的水平错动、垂直错动、开合度三个维度的变形；

数据采集传输子系统，与所述传感器子系统连接，用于通过所述传感器子系统测量所述水平错动、所述垂直错动、所述开合度，获得表示所述水平错动的水平错动数据、表示所述垂直错动的垂直错动数据、以及表示所述开合度的开合度数据，并通过无线网络将所述水平错动数据、所述垂直错动数据、以及所述开合度数据发送给远程控制设备。

2.如权利要求1所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述传感器子系统，包括：

相位灵敏探测器PSD光敏芯片，设置在所述管道焊缝的一侧，用于感应所述管道焊缝的水平错动和垂直错动；

激光测距仪，设置在所述管道焊缝的另一侧，用于感应所述管道焊缝的开合度。

3.如权利要求2所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述数据采集传输子系统，包括：

PSD控制器，与所述PSD光敏芯片连接；

第一无线射频天线，与所述PSD控制器连接；

其中，所述PSD控制器用于通过所述PSD光敏芯片测量所述水平错动和垂直错动，获得所述水平错动数据和所述垂直错动数据，并通过所述第一无线射频天线将所述水平错动数据和所述垂直错动数据发送给所述远程控制设备。

4.如权利要求3所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述数据采集传输子系统，还包括：

外接采集端口，设置在所述PSD控制器上，用于连接所述远程控制设备；

此时，所述PSD控制器还用于通过所述外接采集端口将所述水平错动数据和所述垂直错动数据发送给所述远程控制设备。

5.如权利要求2所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述数据采集传输子系统，还包括：

激光测距控制器，与所述激光测距仪连接；

第二无线射频天线，与所述激光测距控制器连接；

其中，所述激光测距控制器用于通过所述激光测距仪测量所述管道焊缝的开合度，获取所述开合度数据，并通过所述第二无线射频天线将所述开合度数据发送给所述远程控制设备。

6.如权利要求3或5所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述PSD控制器内置锂电池，所述激光测距控制器内置锂电池。

7.如权利要求6所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述数据采集传输子系统，还包括：

第一外置电源接口，与所述PSD控制器连接，所述第一外置电源接口用于连接外置电源；

第二外置电源接口，与所述激光测距控制器连接，所述第二外置电源接口用于连接外置电源。

8.如权利要求1所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述管道焊缝三维变形自动监测系统，还包括：

附属子系统，所述附属子系统包括一激光光路定位管，所述激光光路定位管连接所述PSD光敏芯片与所述激光测距仪。

9.如权利要求8所述的管道焊缝三维变形自动监测系统，其特征在于，所述激光光路定位管，具体为：

由弹簧网与橡胶材料合成的柔性薄壁光路管。