CN109027706B - 一种自供电管道监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供电管道监测装置，包括固定支架、磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、振动传导机构和线圈，振动传导机构设于管道上方，振动传导机构顶部与磁致伸缩薄膜相连，固定支架上部装设有托架，托架上放置线圈骨架，磁致伸缩薄膜两端穿过线圈骨架的腔体并与线圈骨架外端部连接，线圈环绕在线圈骨架外表面的环形凹槽内，线圈骨架外端部与固定支架之间设有永磁体。本发明两个独立线圈,一个线圈用于储能电路为外接电路供电，另一个线圈用于检测管道振动为外部电路所记录，可以收集管道振动过程中产生的电能而实现自供电，同时也能对管道振动进行监测。

Description

一种自供电管道监测装置

技术领域

本发明属于管道监测技术领域，涉及一种基于磁致伸缩材料的自供电管道监测装置。

背景技术

现有的管道监控装置大都以外在供电为主，采用应变片或者其他机构来收集管道的振动数据，这种机构需要采用输电线供电或者电池供电，像远程输油管道等会存在一些人迹罕至的地区，架设远程的输电线成本较高，且需要经常维护，而电池供电需要定期更换电池，这两种方案都会带来高昂的成本。还有一种自供电的管道监控装置需要在管道上开孔，利用管道内的流体带动浆旋转发电，这种装置虽然解决了供电的问题，但是开孔本身对管道是一种损伤，易带来漏油等问题，也给设备的维护带来了很多困难。

磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能转换成机械能，相反也可以将机械能，转换成电磁能。由铁和镓组成的合金具有优异的磁致伸缩性能，称为Galfenol合金。由铽、镝、钬和铁等组成的超磁致伸缩材料，称为Terfenol-D合金，即中文名为铽镝铁稀土超磁致伸缩合金。Galfenol合金和Terfenol-D合金在换能器与水声监测等领域有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种自供电的管道监测装置，该装置能够将管道的振动能量收集，并监测管道的振动，能够在管道有异样振动发生时候报警。

为了达到上述目的，本发明所采取的具体技术方案为：

一种自供电管道监测装置，包括固定支架、磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、振动传导机构和线圈，所述振动传导机构设于管道上方，所述振动传导机构顶部与磁致伸缩薄膜相连，所述固定支架设于管道的两侧，两个所述固定支架上部均装设有托架，所述托架上放置线圈骨架，所述线圈骨架内部设有腔体，所述磁致伸缩薄膜两端穿过线圈骨架的腔体并与线圈骨架外端部连接，所述线圈骨架外表面设有环形凹槽，所述线圈环绕在环形凹槽内，所述线圈骨架外端部与固定支架之间设有永磁体。其中一侧永磁体的左侧为S极，右侧为N极，另一侧永磁体的左侧为S极，右侧为N极，与感应线圈和罩盖组合形成闭合的磁回路。

进一步的，所述监测装置还包括罩盖，所述罩盖将磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、永磁体、振动传导机构的上部及固定支架上部均罩设于其中，所述罩盖与固定支架上部固定连接。

进一步的，所述罩盖上侧的内表面设有与其所罩设部件之间空隙的适应性凸起，所述罩盖将其所罩设部件紧固与罩盖内。所述部件是指磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、永磁体、振动传导机构。凸起与放置在托架上的线圈骨架、永磁体相对应，当罩盖通过螺纹孔经螺栓固定在固定支架上的时，线圈骨架和永磁体都会被夹紧在罩盖和托架之间，使线圈骨架和永磁体完全固定。

进一步的，所述罩盖为中空的长方体。

进一步的，所述线圈骨架外端部中间凸起，所述凸起处形成的上壁和下壁，所述上壁和下壁设有凹槽，所述上壁和下壁设有螺纹孔。

进一步的，所述托架为一个躺倒向下的L型板，所述托架L型短板处开有螺纹孔，所述托架螺纹孔经螺栓固定在固定支架上部，所述托架L型长板的上表面放置线圈骨架和永磁体。

进一步的，两个所述线圈的缠绕方向一致，一个线圈用于储能电路为外接电路供电，另一个线圈用于作为检测管道振动信号为外部电路所记录。

进一步的，所述振动传导机构的下部为箍体，所述振动传导机构的上部为顶部为尖端状的柱体，所述振动传导机构的上部设于振动传导机构的下部的中间，所述柱体的顶部与磁致伸缩薄膜中间粘连在一起。

进一步的，所述振动传导机构与管道之间粘结、焊接或者通过管箍套固。

进一步的，线圈骨架设有预留孔，所述预留孔供线圈的导线通过。

进一步的，所述磁致伸缩薄膜为铁镓合金或Terfenol-D，所述磁致伸缩薄膜两端固定。管道的振动经振动传导机构传导到磁致伸缩薄膜上，根据维拉里效应薄片会产生变化的电磁场，根据法拉第电磁感应定律线圈会产生电能和电信号。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、本发明可以收集管道振动过程中产生的电能而实现自供电，同时也能对管道振动进行监测。

2、相对于传统的两类管道监测装置，本发明既可以实现自供电而不需外部电源，省去了人工定期更换电源的高昂成本，也无需对已经施工好的管道另行加工，直接安装即可，不影响管道的正常使用。

3、可靠性高，本发明的磁致伸缩结构都包裹在罩盖和托板内，在雨天、沙尘暴等恶劣环境下均不影响正常工作。材料发电不存在疲劳、老化等问题，工作性能可靠，信号检测灵敏。

附图说明

图1为本发明一种自供电管道监测装置的整体结构图；

图2为本发明一种自供电管道监测装置中磁致伸缩薄膜与线圈骨架的装配示意图；

图3为本发明一种自供电管道监测装置的整体剖面示意图；

图4为本发明一种自供电管道监测装置去掉端盖后的结构图；

图5为本发明一种自供电管道监测装置的拓展安装示意图。

其中，1、罩盖，2、管道，3、固定支架，4、外端部，5、预留孔，6、磁致伸缩薄膜，7、凹槽，8、螺栓，9、振动传导机构，10、线圈，11、永磁体，12、线圈骨架，13、托架，14、螺柱，15、柱体。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2图3所示，一种自供电管道监测装置，包括固定支架3、磁致伸缩薄膜6、线圈骨架12、托架13、振动传导机构9和线圈10，所述振动传导机构9设于管道2上方，所述振动传导机构9顶部与磁致伸缩薄膜6相连，所述固定支架3设于管道2的两侧，两个所述固定支架3上部均装设有托架13，所述托架13上放置线圈骨架12，所述线圈骨架12内部设有腔体，所述磁致伸缩薄膜6两端穿过线圈骨架12的腔体并与线圈骨架12外端部4连接，所述线圈骨架12外表面设有环形凹槽，所述线圈10环绕在环形凹槽内，所述线圈骨架12外端部4与固定支架3之间设有永磁体11。

永磁体11的内侧与线圈骨架12外端部4的外侧相接触。两个所述线圈10的缠绕方向一致，一个线圈10用于储能电路为外接电路供电，另一个线圈10用于作为检测管道振动信号为外部电路所记录。其中一侧永磁体11的左侧为S极，右侧为N极，另一侧永磁体11的左侧为S极，右侧为N极，与线圈10和罩盖1组合形成闭合的磁回路。

所述监测装置还包括罩盖1，所述罩盖1将磁致伸缩薄膜6、线圈骨架12、托架13、永磁体11、振动传导机构9的上部及固定支架3上部均罩设于其中，所述罩盖1与固定支架3上部固定连接。通过罩盖1和固定支架3预留的螺纹孔，插入螺柱14使得罩盖1和固定支架3连接。所述罩盖1上侧的内表面设有与其所罩设部件之间空隙的适应性凸起，所述罩盖1将其所罩设部件紧固与罩盖1内。所述部件是指磁致伸缩薄膜6、线圈骨架12、托架13、永磁体11、振动传导机构9。凸起与放置在托架上的线圈骨架12、永磁体11相对应，当罩盖1通过螺纹孔经螺栓14固定在固定支架3上的时，线圈骨架12和永磁体11都会被夹紧在罩盖1和托架13之间，使线圈骨架12和永磁体11完全固定。所述罩盖1为中空的长方体。

所述线圈骨架外端部4中间凸起，所述凸起处形成的上壁和下壁，所述上壁和下壁设有凹槽7，所述上壁和下壁设有螺纹孔。将加工好的磁致伸缩薄膜6插入到对称分布的线圈骨架12腔体内，并嵌入凹槽7处，磁致伸缩薄膜6插入后，通过线圈骨架12外端部4的螺栓8连接将磁致伸缩薄膜6夹紧在其中。

所述托架13为一个躺倒向下的L型板，所述托架L型短板处开有螺纹孔，所述托架13螺纹孔经螺栓固定在固定支架3上部，所述托架L型长板的上表面放置线圈骨架12和永磁体11。

所述振动传导机构9的下部为箍体，所述振动传导机构9的上部为顶部为尖端状的柱体15，所述振动传导机构9的上部设于振动传导机构9的下部的中间，所述柱体15的顶部与磁致伸缩薄膜6中间粘连在一起。

所述振动传导机构9与管道2之间粘结、焊接或者通过管箍套固。

所述磁致伸缩薄膜6为铁镓合金或Terfenol-D，所述磁致伸缩薄膜6两端固定。管道2的振动经振动传导机9构传导到磁致伸缩薄膜6上，根据维拉里效应薄片会产生变化的电磁场，根据法拉第电磁感应定律线圈会产生电能和电信号。

图2中A处表示该处的圈骨架12及线圈10组合的简略示意结构。

如图4、图5所示，线圈10的导线通过线圈骨架12的预留孔5导出外接储能及报警电路。这里的两个线圈是独立的两个线圈，一个用于外接储能电路，一个用于外接报警电路，两个线圈直接不连接。

振动传导机构9的箍体可以根据不同的实际需要，粘结、焊接在管道2上。也可以如图5所示管箍套在管道2上。振动传导机构9的尖端粘连在磁致伸缩薄膜6的中间。

工作原理：

当管道2中有流体经过时，因流体的脉动或者其他原因会导致管道2呈一定规律的振动，此时管道2的振动会经过振动传导机构9传导给磁致伸缩薄膜6，磁致伸缩薄膜6两端固支，中间产生弯曲形变，内部会产生应力。由于其自身的维拉里效应，磁致伸缩薄膜6周边的磁场形态会发生改变。磁致伸缩薄膜两端的永磁体11已经预先提供了一个偏置的磁场，磁致伸缩薄膜6因振动产生一个变化的磁场，则线圈10内部有了变化的磁场。根据法拉第电磁感应定律可知，线圈10会产生感应电流和感应电动势，感应电流通过导线输出到外部的电路中。线圈骨架12一侧的线圈10会将产生的感应电流输送到储能机构供给检测报警电路，线圈骨架12另一侧的线圈10会将感应电流作为电信号被外部电路所记录，以外部电路处理这个电信号。当有漏油、管路拥堵等情况发生时候，会产生异样的振动，检测电路会根据电信号的波动激发报警信号。

本领域的技术人员应该理解，本发明的具体实施方式仅用于解释本发明的原理，而并不限制本发明。凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自供电管道监测装置，其特征在于：包括固定支架、磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、振动传导机构和线圈，所述振动传导机构设于管道上方，所述振动传导机构顶部与磁致伸缩薄膜相连，所述固定支架设于管道的两侧，两个所述固定支架上部均装设有托架，所述托架上放置线圈骨架，所述线圈骨架内部设有腔体，所述磁致伸缩薄膜两端穿过线圈骨架的腔体并与线圈骨架外端部连接，所述线圈骨架外表面设有环形凹槽，所述线圈环绕在环形凹槽内，所述线圈骨架外端部与固定支架之间设有永磁体；所述监测装置还包括罩盖，所述罩盖将磁致伸缩薄膜、线圈骨架、托架、永磁体、振动传导机构的上部及固定支架上部均罩设于其中，所述罩盖与固定支架上部固定连接；所述罩盖上侧的内表面设有与其所罩设部件之间空隙的适应性凸起，所述罩盖将其所罩设部件紧固于 罩盖内；所述线圈骨架外端部中间凸起，所述凸起处形成的上壁和下壁，所述上壁和下壁设有凹槽，所述上壁和下壁设有螺纹孔。

2.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：所述罩盖为中空的长方体。

3.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：所述托架为一个躺倒向下的L型板，所述托架L型短板处开有螺纹孔，所述托架螺纹孔经螺栓固定在固定支架上部，所述托架L型长板的上表面放置线圈骨架和永磁体。

4.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：两个所述线圈的缠绕方向一致，一个线圈用于储能电路为外接电路供电，另一个线圈用于作为检测管道振动信号为外部电路所记录。

5.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：所述振动传导机构的下部为箍体，所述振动传导机构的上部为顶部为尖端状的柱体，所述振动传导机构的上部设于振动传导机构的下部的中间，所述柱体的顶部与磁致伸缩薄膜中间粘连在一起。

6.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：所述振动传导机构与管道之间粘结、焊接或者通过管箍套固。

7.如权利要求1所述的一种自供电管道监测装置，其特征在于：所述磁致伸缩薄膜为铁镓合金或Terfenol-D，所述磁致伸缩薄膜两端固定。