CN112013780A - 一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备及检测方法，属于燃气管道或流量计变形检测技术领域，所述受力变形便携检测设备包括激光光束发射带；激光光束吸收带和手持光线测量板。所述检测方法通过三条距离管道0.1～2mm的平行的光束和两条距离燃气管道5～30mm的平行的光束间隔依次发光，并测定光强度变化计算是否有变形。本发明数据计算量简单，简单的单片机即可完成数据计算和异常报警，其造价成本非常低，且方便携带，准确度高，出现问题的区域会反复的报警，能够快速准确的检测出变形，保证流量计计量精度的准确性和燃气管道的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及流量计变形检测技术领域，特别涉及一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备及检测方法。
背景技术
燃气管道或者流量计是一种工作高压环境中的，而且具有极度危险性的特种设备，其对安全性要求较高，在外荷载作用下,埋地天然气管道的屈曲失效受诸多因素影响,外压、内压、轴向力和弯矩均会使管道产生屈曲,屈曲变形较为复杂。同时，一些压缩天然气和液化气的管道承受的压力更大，其使用长久均会发生受力变形。
燃气管道或者流量计受力变形是一种隐蔽性强、危害严重的隐患，是天然气发生事故的主要原因，因此，早发现天然气管道的受力变形对于燃气管道或者流量计的安全非常重要。
目前燃气管道或者流量计受力变形多依靠目测、在参照物上做标记比对等方式进行监测,效果有限。目前最新的技术是利用电阻应变片监测燃气管道受力变形的,首先对电阻应变片监测受力变形的有效性进行验证,并对贴合位置、预警值、密封材料等关键因素进行试验确定，电阻应变片能够较为有效地监测燃气管道的受力变形。但电阻应变片需要置于管道上，加大了管道的成本，也不方便事实检测，为此，本发明提供了一种全新的燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，该检测设备使用方便，成本低廉，能够快速检测出燃气管道或流量计的受力变形情况。
光是沿直线传播的，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的频率在380～750THz，波长在780～400nm之间，但还有一些人能够感知到频率大约在340～790THz，波长大约在880～380nm之间的电磁波。紫外光的频率比可见光高，但是比X射线低。紫外光在电磁波谱中，范围波长为400—10nm。这范围内开始于可见光的高频极限，而与X射线的低频频率相重叠。紫外光分为A射线、B射线和C射线(分别简称UVA、UVB和UVC)3种，波长范围分别为400—315nm，315—280nm，280—190nm。自然界中，有各种可见光和紫外光，其结构过于复杂，会对传感器造成干扰，因此，很难使用光线传感器来测定出管道的受力变形情况。
发明内容
为了解决传统的燃气管道或流量计受力变形检测设备造价高，设备复杂，不便携的问题，本发明提供了一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，该燃气管道或流量计受力变形便携检测设备具有安装快速方便，测量准确性高，体积小巧，方便携带的特点，所述受力变形便携检测设备包括三个部分，分别为激光光束发射带；激光光束吸收带和手持光线测量板。
其中激光光束发射带包括多个激光光束发射系统和一条柔性固定带，多个激光光束发射系统的底部固定安装在柔性固定带上；
所述组合激光光束发射系统与供电系统连接，包括三个低位置的激光光束发射器和两个高位置的激光光束发射器，分别为激光光束发射器A，激光光束发射器B，激光光束发射器C，激光光束发射器D，激光光束发射器E；激光光束发射器A，激光光束发射器C，激光光束发射器D的激光光束的直径和功率相同，激光光束发射器B和激光光束发射器E的激光光束的直径和功率相同；
所述手持光线测量板包括一个呈曲面型弧形反光板、一个带电池的把手、发声设备、开关和单片机。曲面的中心设置一个红外传感器和三个单色光敏传感器，所述红外传感器和单色光敏传感器能够将单一波长的光线强度变成电信号，红外传感器和单色光敏传感器与单片机电连接，单片机与发声设备电连接。
其中，所述激光光束发射系统为6～15个，每个激光光束发射系统的间隔距离为3mm～10mm。
其中，所述激光光束发射器A，激光光束发射器B，激光光束发射器C，激光光束发射器D，激光光束发射器E，依次采用445nm，980nm，635nm，532nm和808nm的激光光束发射器。
其中，所述三个低位置的激光光束发射器距离燃气管道0.1～2mm，两个高位置的激光光束发射器距离燃气管道5～30mm。
同时，本发明还提供一种燃气管道或流量计受力变形的检测方法，所述检测方法如下：
①提供三条距离燃气管道0.1～2mm的平行的光束，三条光束分别采用420～480nm中的单一波长蓝光，950～1050nm中的单一波长红外线和620～750nm中的单一波长红光。提供两条距离燃气管道5～30mm的平行的光束，两条光束分别采用500～560nm的单一波长绿光和800～900nm中的单一波长红外线，其中，3条可见光束的发光强度相同，2条红外光束的发光强度相同；
②间隔1～100ms，依次发出蓝光、红光和绿光，发光持续时间1～100ms，发出红光和绿光的同时，发射950～1050nm中的单一波长红外线，发出绿光的同时发出800～900nm中的单一波长红外线；
③分别测定不发光时间和发光时间的单一波长蓝光、950～1050nm单一波长红外线、单一波长红光、单一波长绿光、800～900nm单一波长红外线的光强度，相减得到差值，分别记作△A＝A1-A0，△B＝B1-B0，△C＝C1-C0,△D＝D1-D0,△E＝E1-E0。
④当△A和△C＞1.1±0.02*△D，且△A在0.97*△C～1.03*△C之间时，判定燃气管道或流量计出现受力变形。
有益效果
由于燃气管道是内部压力大，外部压力小，一般正常使用过程中，都是出现凸起变形，没有凹陷的变形，如果用其他图像检测设备不仅需要处理的数据量巨大，而且价格非常昂贵，携带也不方便，本发明采用了5条激光方法，3条可见光和2条红外验证波长，两条波长的光在底部，光束距燃气管道面的距离是允许凸起最小的误差值，两个高的光束高度一般是在低光束上方5～30mm处。超过30mm的凸起肉眼可以直接观察。当底部的光束遇到凸起时，他的光束会发生折射或者漫反射，这时候，当手持光线测量板移动到折射的激光上方时，其中会发生连续的反射，是的曲面型弧形反光板内的446nm和635nm的光线强度显著升高，当然与此同时，由于环境光的干扰，也有可能导致446nm和635nm的光线强度显著升高，这时候532nm的波长就起到一个对比的作用，环境光带来的影响是532nm的光强度也显著升高，△A和△C会小于1.1*△D，三者的增量完全相同。当然，极端情况下，会有单色光干扰，这时候，就启用红外光强度校验，当红外光强度与可见光强度变化一致的时候，才能确认光束的传输过程中发生了折射现象。本发明推出的数据阀值准确，经过测试，正确发现异常的概率是99.99％，受外界环境光影响非常小。
三条光束分别采用420～480nm中的单一波长蓝光，950～1050nm中的单一波长红外线和620～750nm中的单一波长红光。提供两条距离燃气管道5～30mm的平行的光束，两条光束分别采用500～560nm的单一波长绿光和800～900nm中的单一波长红外线，这些波长的光经过测试，受到外界环境光的影响最小，而黄色的波长的光则很容易受到外界环境的影响，偶尔会出现误判，而且这些波长的光线传感器的价格低廉，容易被检测到，检测准确度高。
本发明数据计算量简单，简单的单片机即可完成数据计算和异常报警，其造价成本非常低，且方便携带，准确度高，出现问题的区域会反复的报警，能够快速准确的检测出变形，保证流量计计量精度的准确性和燃气管道的安全性。
附图说明
图1为本发明的燃气管道或流量计受力变形便携检测设备的安装结构示意图；
图2为本发明的激光光束发射带局部放大结构图；
图3为本发明的手持光线测量板的结构图；
图4为本发明的工作原理图
图中：1、激光光束发射带；2、激光光束吸收带；3、手持光线测量板；
10为激光光束发射系统，11为柔性固定带，101、激光光束发射器A，102、激光光束发射器B，103、激光光束发射器C，104、激光光束发射器D，105、激光光束发射器E；
301、红外传感器，302、单色光敏传感器，303、弧形反光板，304，带电池的把手，305、发声设备，306、开关。
具体实施方案
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备及检测方法，所述的受力变形便携检测设备主要用于直线型的燃气管道或流量计，包括激光光束发射带1；激光光束吸收带2和手持光线测量板3。
其中激光光束发射带1为可拆卸的，包括多个激光光束发射系统10和一条柔性固定带11，多个激光光束发射系统10的底部固定安装在柔性固定带11上，所述激光光束发射系统10的个数根据被测管道的粗细决定，一般为6～15个，间隔距离为3mm～10mm，在实际制备过程中根据需要调整，所述柔性固定带采用柔性材料，本实施例采用超薄柔性高分子纤维膜，在保证强度强度的同时满足尽量薄，使得激光光束更靠近管道表面，其检测的精度就越高。
所述激光光束吸收带2为黑色橡胶材质的软套，可以卡在燃气管道上，由于其是黑色，基本上能吸收激光光束，尽量减少反射激光对测试结果的影响
所述组合激光光束发射系统与供电系统连接，包括三个低位置的激光光束发射器和两个高位置的激光光束发射器，分别为激光光束发射器A101，激光光束发射器B102，激光光束发射器C103，激光光束发射器D104，激光光束发射器E105，依次采用445nm，980nm，635nm，532nm和808nm的激光光束发射器，其中，激光光束发射器A和激光光束发射器C的位置可以互换，激光光束发射器D和激光光束发射器E的位置互换。激光光束发射器A101，激光光束发射器C103，激光光束发射器D104的激光光束的直径和功率完全相同，仅仅是激光的波长和激光的颜色不同，激光光束发射器B102和激光光束发射器E105的激光光束的直径和功率完全相同。
所述手持光线测量板3包括一个呈曲面型弧形反光板303、一个带电池的把手304、发声设备305、开关306和单片机(在带电池的把手304内部)。曲面的中心设置一个红外传感器301和三个单色光敏传感器302，所述红外传感器301和单色光敏传感器302能够将单一波长的光线强度变成电信号，本发明采用与激光光束发射器相同的波长传感器，即采用445nm，980nm，635nm，532nm和808nm，红外传感器301和单色光敏传感器302与单片机电连接，红外传感器301和单色光敏传感器302可以将获得的光线强度型号传输到单片机，单片机与发声设备305电连接，当发现异常时，单片机控制发生设备305发声，起到报警和提示异常的作用。
本实施例中单色光敏传感器的型号为LXD/GB5-A1DPYR，红外传感器的型号为:SE470。三个低位置的激光光束发射器距离燃气管道的安装高度为0.1～2mm，两个高位置的激光光束发射器距离燃气管道的安装高度为5～30mm。
本发明的燃气管道或流量计受力变形检测方法如下：
1、将激光发射带绑在待测的燃气管道或者流量计的外侧，使其紧贴着燃气管道，同时将激光吸收带绑定在燃气管道的另一端。
2、打开激光光束发射系统的电源开关，这时候激光光束发生系统会依次间隔性的发出一条蓝光、一条绿光、一条红光和两条不可见的红外光，本实施例采用的10ms的发光时间间隔10ms，依次发射蓝光、绿光和红光。在安装过程中，要确保三条光射在激光吸收带的指定区域，若激光吸收带上没有三种颜色的光点，或者只有一个光点，直接判定管道有重大的受力变形或者安装有问题。
3、调整好安装位置后，先关闭激光光束发射系统的开关，打开手持光线测量板开关，手持光线测量板的红外传感器和单色光敏传感器分别给出445nm，980nm，635nm，532nm和808nm五个波长的光强度数据，计为A0,B0,C0,D0,E0。
4、打开激光光束发射系统的开关到测试模式，激光光束发射系统会依次发出445nm、635nm，532nm的光，在发出445nm、635nm的同时发出980nm的激光，在发出532nm激光的同时发出808nm的激光，在发出445nm、635nm可见光时，记录下蓝光和红光强度的最大值，得到A1和C1,在发出532nm可见光时，记录下黄光数据的最大值，得到D1。于此同时，同理，红外传感器记录下980nm和808nm的数据最大值。
5、计算光线强度变量△A＝A1-A0，△B＝B1-B0，△C＝C1-C0,△D＝D1-D0,△E＝E1-E0。
6、判断方法：
仅当△A和△C＞1.1*△D时，且△A在0.97*△C～1.03*△C之间，则说明被测管道可能有受力变形，这时候启用红外校验，如果红外线强度数据的△B＞1.05*△E，则在手持光线测量板的附近范围内的被测燃气管道存在着受力变形，若此时△B<△E，则认定两者数据不一致，可能有外界环境光干扰。
经过验证，此公式测定管道变形的准确率高于99.99％，基本上完全可以排除外界环境光的干扰。
一般测量正常的燃气管道都是△A＝△C＝△D，则说明被测管道没有受力变形，或者受力变形在规定的误差范围内，为合格的燃气管道。其中，这里的等于允许有1～3％的误差。
当△A和△C＞1.1*△D时，但△A与△C的差距大于3％，则认定为外界可见光干扰，不会做异常处理。
其他△A、△C和△D的不规则变化一般都是外界物体运动造成的可见光干扰，系统可以自动排除，经行下一轮检测。
本发明的原理图见图4，图4中为一个放大了的管道表面变形的情况，由于燃气管道是内部压力大，外部压力小，一般正常使用过程中，都是出现凸起变形，没有凹陷的变形，如果用其他图像检测设备不仅需要处理的数据量巨大，而且价格非常昂贵，携带也不方便，本发明采用了5条激光方法，三条可见光和两条红外验证波长，两条波长的光在底部，光束距燃气管道面的距离是允许凸起最小的误差值，两个高的光束高度一般是在低光束上方5～30mm处。超过30mm的凸起肉眼可以直接观察。当底部的光束遇到凸起时，他的光束会发生折射或者漫反射，这时候，当手持光线测量板移动到折射的激光上方时，其中会发生连续的反射，是的曲面型弧形反光板内的446nm和635nm的光线强度显著升高，当然与此同时，由于环境光的干扰，也有可能导致446nm和635nm的光线强度显著升高，这时候532nm的波长就起到一个对比的作用，环境光带来的影响是532nm的光强度也显著升高，△A和△C会小于1.1*△D，三者的增量完全相同。当然，极端情况下，会有单色光干扰，这时候，就启用红外光强度校验，当红外光强度与可见光强度变化一致的时候，才能确认光束的传输过程中发生了折射现象。
实施例2
一种燃气管道或流量计受力变形的检测方法，所述检测方法如下：
1、提供3条距离燃气管道0.1～2mm的平行的光束，三条光束分别采用420～480nm中的单一波长蓝光，950～1050nm中的单一波长红外线和620～750nm中的单一波长红光。提供2条距离燃气管道5～30mm的平行的光束，两条光束分别采用500～560nm的绿光和800～900nm中的单一波长红外线，其中，3条可见光束的发光强度相同，2条红外光束的发光强度相同。
2、间隔1～100ms，依次发出蓝光、红光和绿光，发光持续时间1～100ms，发出红光和绿光的同时，发射950～1050nm中的单一波长红外线，发出绿光的同时发出800～900nm中的单一波长红外线。
3、分别测定不发光时间和发光时间的单一波长蓝光、950～1050nm单一波长红外线、单一波长红光、单一波长绿光、800～900nm单一波长红外线的光强度，相减得到差值，分别记作△A＝A1-A0，△B＝B1-B0，△C＝C1-C0,△D＝D1-D0,△E＝E1-E0。
4、仅当△A和△C＞1.1±0.02*△D时，且△A在0.97*△C～1.03*△C之间时，判定燃气管道或流量计出现受力变形。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，其特征在于，所述受力变形便携检测设备包括激光光束发射带(1)；激光光束吸收带(2)和手持光线测量板(3)；
其中激光光束发射带(1)包括多个激光光束发射系统(10)和一条柔性固定带(11)，多个激光光束发射系统(10)的底部固定安装在柔性固定带(11)上；
所述组合激光光束发射系统(10)与供电系统连接，包括三个低位置的激光光束发射器和两个高位置的激光光束发射器，分别为激光光束发射器A(101)，激光光束发射器B(102)，激光光束发射器C(103)，激光光束发射器D(104)，激光光束发射器E(105)；激光光束发射器A(101)，激光光束发射器C(103)，激光光束发射器D(104)的激光光束的直径和功率相同，激光光束发射器B(102)和激光光束发射器E(105)的激光光束的直径和功率相同；
所述手持光线测量板(3)包括一个呈曲面型弧形反光板(303)、一个带电池的把手(304)、发声设备(305)、开关(306)和单片机。曲面的中心设置一个红外传感器(301)和三个单色光敏传感器(302)，所述红外传感器(301)和单色光敏传感器(302)能够将单一波长的光线强度变成电信号，红外传感器(301)和单色光敏传感器(302)与单片机电连接，单片机与发声设备(305)电连接。
2.根据权利要求1所述的燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，其特征在于，所述激光光束发射系统(10)为6～15个，每个激光光束发射系统(10)的间隔距离为3mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，其特征在于，所述激光光束发射器A(101)，激光光束发射器B(102)，激光光束发射器C(103)，激光光束发射器D(104)，激光光束发射器E(105)，依次采用445nm，980nm，635nm，532nm和808nm的激光光束发射器。
4.根据权利要求1所述的燃气管道或流量计受力变形便携检测设备，其特征在于，所述三个低位置的激光光束发射器距离燃气管道0.1～2mm，两个高位置的激光光束发射器距离燃气管道5～30mm。
5.一种燃气管道或流量计受力变形的检测方法，其特征在于：所述检测方法如下：
①提供三条距离燃气管道0.1～2mm的平行的光束，三条光束分别采用420～480nm中的单一波长蓝光，950～1050nm中的单一波长红外线和620～750nm中的单一波长红光。提供两条距离燃气管道5～30mm的平行的光束，两条光束分别采用500～560nm的单一波长绿光和800～900nm中的单一波长红外线，其中，3条可见光束的发光强度相同，2条红外光束的发光强度相同；
②间隔1～100ms，依次发出蓝光、红光和绿光，发光持续时间1～100ms，发出红光和绿光的同时，发射950～1050nm中的单一波长红外线，发出绿光的同时发出800～900nm中的单一波长红外线；
③分别测定不发光时间和发光时间的单一波长蓝光、950～1050nm单一波长红外线、单一波长红光、单一波长绿光、800～900nm单一波长红外线的光强度，相减得到差值，分别记作△A＝A1-A0，△B＝B1-B0，△C＝C1-C0,△D＝D1-D0,△E＝E1-E0。
④当△A和△C＞1.1±0.02*△D，且△A在0.97*△C～1.03*△C之间时，判定燃气管道或流量计出现受力变形。
6.根据权利要求1所述的燃气管道或流量计受力变形的检测方法，其特征在于：所述420～480nm中的单一波长蓝光优选445nm，950～1050nm中的单一波长红外线优选980nm，620～750nm中的单一波长红光优选635nm，500～560nm的单一波长绿光优选532nm，800～900nm中的单一波长红外线优选808nm。
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