CN114945799A - 用于使用光纤布拉格光栅(fbg)传感器实时监测壁变薄和确定壁属性的方法和系统 - Google Patents

用于使用光纤布拉格光栅(fbg)传感器实时监测壁变薄和确定壁属性的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及至少一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的方法。一种方法包括：当包括具有外表面和内表面的壁的压力容器正在工作时：确定设置在所述压力容器上的第一外表面位置处的第一光纤布拉格光栅(FBG)传感器的当前波长偏移；以及通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前厚度：基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量；将所述向量提供给预定的回归模型；以及使用所述回归模型，确定所述壁的当前厚度。

Description

用于使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器实时监测壁变薄和确 定壁属性的方法和系统
技术领域
本公开总体上涉及非破坏性状态监测结构完整性(例如，可在恶劣环境(例如，高温和/或高压)下工作的压力容器的壁变薄)，特别是确定压力容器壁的属性(例如对压力容器壁的当前状况进行分类和对压力容器壁的当前厚度进行估计)。
背景技术
石油和天然气精炼厂、石油工业、能源或电力工业等，在其蒸汽发电机组、高温环境或联合循环燃气轮机机组中部署管式锅炉。锅炉管中的结构缺陷通常主要通过使用超声波测厚仪(UTG)以及B扫描、清洁和目视检查来进行手动监测。为了对未检测到的故障进行定期预防性维护和不定期维护，主要标准是通过使用点/UTG扫描来对所涉及的总管的一小部分执行随机检查。维护政策要求关闭机组，这既费时又费力，而且成本效益低。在实际应用中非常需要实时状态监测方案，以加速和自动化维护过程。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的方法。所述方法包括：
当包括具有外表面和内表面的壁的压力容器正在工作时：
确定设置在压力容器上的第一外表面位置处的第一光纤布拉格光栅(FBG)传感器的当前波长偏移；以及
通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前厚度：
基于当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型，确定所述壁的当前厚度。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的系统。所述系统包括：
多个光纤布拉格光栅(FBG)传感器，所述多个FBG传感器设置在压力容器上的外表面位置处，所述压力容器包括具有外表面和内表面的壁，其中所述FBG传感器包括设置在压力容器上的第一外表面位置处的第一FBG传感器；以及
计算处理器或工作站，所述计算处理器或工作站经由通信网络可通信地联接到FBG传感器，其中所述计算处理器或工作站被配置为：
当压力容器正在工作时：
确定第一FBG的当前波长偏移；以及
通过以下方式来确定在第一外表面位置处的所述壁的当前厚度：
基于当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型，确定所述壁的当前厚度。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的系统的示意图；
图2A示出了在预定的压力条件(例如X巴)下、相对于壁厚度的波长偏移分布和平均波长偏移；
图2B示出了在图2A的预定压力条件的范围(例如(X±0.5)巴)内、相对于壁厚度的波长偏移分布和平均波长偏移；
图2C示出了如从图2A和图2B推导出的相对于壁厚度的平均波长偏移；
图3示出了描述用于估计壁的当前厚度以及可选地对壁的当前状况进行分类的方法的流程图；
图4A示出了针对较大壁厚度(厚管)的波长偏移随时间的振荡或波动；
图4B示出了针对较小壁厚度(薄管)的波长偏移或变化随时间的振荡或波动；
从图4A和图4B推导出的图4C示出了波长偏移(在厚度量化之前)关于壁厚度的连续变化的绝对值的总和；
图4D示出了在厚度量化之后的图4C所示的总和值；
图5示出了描述用于对壁的当前状况进行分类的方法的流程图；
图6A示出了针对较大壁厚度(厚管)的波长偏移随时间的振荡或波动；
图6B示出了针对较小壁厚度(薄管)的波长偏移随时间的振荡或波动；
从图6A和图6B推导出的图6C示出了波长偏移(在厚度量化之前)关于壁厚度的梯度；
图6D示出了在厚度量化之后的图6C所示的梯度；
图7示出了描述用于对壁的当前状况进行分类的方法的流程图；
图8A和图8B分别示出了在厚度量化之前和之后，关于波长偏移的绝对变化总和的波长偏移梯度；
图9示出了描述用于对壁的当前状况进行分类的方法的流程图；
图10示出了描述用于确定(例如估计)管壁的当前厚度的方法的流程图；并且
图11示出了FBG传感器和参考传感器关于厚度的波长偏移。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的各种说明性实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，未详细描述熟知的过程操作，以免不必要地混淆所描述实施例的相关方面。在附图中，贯穿几个视图，相似的附图标记指代相同或类似的功能或特征。
在方法或设备之一的上下文中描述的实施例对其他方法或设备同样有效。类似地，在方法的上下文中描述的实施例对设备同样有效，并且反之亦然。
在实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或类似的特征。在实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例，即使在这些其他实施例中没有明确地描述。此外，在实施例的上下文中针对特征所描述的添加和/或组合和/或替代可以相应地适用于其他实施例中的相同或类似的特征。
在各种实施例的上下文中，包括示例和权利要求，关于特征或元素使用的冠词“一”、“一个”和“该”包括对所述特征或元素中的一个或多个的提及。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是开放式的，并且表示除所列特征或元素之外可能还有其他特征或元素。诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的标识符仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求，也不以在限制之间施加任何相对位置或时间顺序的方式进行解释。术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。此外，术语“联接”和相关术语在操作意义上使用，并且不一定限于直接物理连接或联接。因此，例如，两个设备可以直接联接，或者经由一个或多个中间设备联接。在某些示例中，设备可以适当地联接，使得信息或信号可以在它们之间传递，同时彼此之间不共享任何物理连接。例如，两个设备可以经由有线或无线连接可通信地联接。基于本公开，本领域普通技术人员将理解，根据前述定义存在联接的多种方式。术语“压力容器”通常包括用于容纳任何处于压力下的物质的器皿或容器，并且可以进一步包括容纳流体而不管压力条件如何的器皿或容器支撑物。这种器皿或容器可以是完全封闭的或部分封闭的。“压力容器”的示例包括但不限于锅炉、热交换器、管、管道等。在使用或展示术语“管”和相关术语的整个描述和附图中，应当理解，相关描述和附图适用于“压力容器”及其示例，并且不仅仅限于与“管”相关的应用。诸如“先前”和“当前”之类的标识符可以定义限制之间的时间顺序，但不一定意味着限制的连续出现；此外，标识符“当前”不一定意味着实时发生。术语“基本上”和“大约”将被赋予对本领域技术人员来说其普通和惯常的含义。它们可以指代但不限于提供期望功能的足够量。例如，如果参考传感器设置在与FBG传感器的方向成85°或88°或92°或95°的方向上有助于使用参考传感器去除不需要的分量，则术语“基本上”当在“参考传感器设置在与FBG传感器的方向基本上正交的方向上”中使用时，将被理解为包括90°的方向偏离量和至少上述值。在使用术语“量化”的情况下，该术语将被赋予对本领域技术人员来说其普通和惯常的含义。例如，对于d的量化区间，在d的步长下，从tmin到tmax枚举t的X轴值，并且每个t覆盖(t-d,t+d)厚度范围内的数据点的Y轴值并对所述数据点的Y轴值求平均。
根据本公开的各方面，提供了用于使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器来确定压力容器壁(例如管壁)的至少一种属性的系统和方法。这些属性可以包括但不限于壁的状况或状态以及壁的厚度。取决于应用，压力容器的环境温度可以是室温(25℃)、低于室温或高于室温，例如高达500℃或700℃或更高。压力容器内的压力可能高于1atm。多个FBG传感器安装在压力容器的外壁表面上的关键位置处，例如在管的弯曲部分或非弯曲部分处。如果在这些特定位置处发生压力容器的腐蚀(水侧或任何其他类型)，则在恒定的环境条件(例如温度、内部气体流量、压力等)下，腐蚀可能导致这些特定位置处的壁厚度变化和压力容器材料的应变变化。每个FBG传感器在一段时间内连续捕获这些渐变的应变变化。可以收集和存储来自这些传感器的大数据，并且可以使用此类大数据以及已知或预定的厚度值(例如使用超声波测厚仪或B扫描测量出的厚度值)来训练预测模型。然后，可以使用基于实况数据通过模型实现的预测来实时监测压力容器。此外，本公开的方法可以根据传感器响应数据将压力容器的状况广义地分类为非过度变薄(厚)或过度变薄(薄)和/或通过使用一组参考值来估计或确定壁厚度。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于确定压力容器壁(例如管壁)的至少一种属性的系统。所述系统通常包括：设置在压力容器(例如管)上的外表面位置处的多个FBG传感器；一个或多个计算处理器或工作站；以及在FBG传感器与计算处理器或工作站之间可通信地联接的通信网络。
FBG传感器安装在要监测的压力容器(例如管)处。这些管通常可以是在任何环境中工作的紧密间隔的小直径弯管，所述环境包括但不限于恶劣的环境条件，例如高温和/或高压。这些压力容器可以在设备中使用和操作，所述设备诸如但不限于锅炉、风力涡轮机、排气控制装置、发电厂控制装置和海底环境。
FBG传感器可以设置在压力容器的外表面上的各种位置处。压力容器(例如管)通常包括具有形成流体通道的内表面和与内表面相反布置的外表面的壁，其中在操作期间，内表面接触流过通道的流体，而外表面通常不接触流过通道的流体。在恒定的条件(诸如温度、内部气体流量、压力等)下，如果压力容器发生腐蚀并且导致内表面处的壁厚度发生变化，则压力容器的外表面上的应变将相应地发生变化。由于FBG传感器可以表面安装在压力容器的外表面上，因此当其他条件恒定时，FBG传感器可以直接测量和量化容器外表面上的应变变化。如果对压力容器的应变和温度测量的长期监测显示出一致的读数，则这意味着压力容器处于良好状态并且没有引起过度变薄，即壁厚度没有过度减少。另一方面，当发生过度变薄时，应变读数将逐渐发生变化并且最终将读数推至异常水平，从而将触发警报。由于压力容器的腐蚀部分、形状、大小和深度沿着压力容器的表面可能不是恒定的，因此多个FBG传感器设置在压力容器的外表面位置处(例如设置在所述外表面位置上)，以测量压力容器的外表面的应变分布的变化。基于关注点适当地选择此类位置以监测压力容器中的厚度减少或所导致的变薄。这些位置包括压力容器的弯曲部分和/或笔直部分。在一些实施例中，弯曲的角度可以是锐角、直角或钝角。在一些其他实施例中，弯曲的角度为大约45度。在其他实施例中，弯曲部包括U形弯曲部或U形部分的顶点。
可以设想将FBG传感器设置在压力容器的外表面位置处的各种方式。FBG传感器可以通过合适的粘合剂、复合材料安置、安装或固定在压力容器的外表面之上，和/或使用焊料或点焊接头进行机械安装。传感器安装方式的选择取决于压力容器的布置和环境的工作条件。工作条件通常与环境变量有关，这些环境变量包括但不限于周围烟气温度、水/蒸汽流速、压力和温度、振动(如果存在的话)等。
FBG能够嵌入金属结构下方以测量结构完整性参数，从而在难以接近的环境中提供有用的监测机制。
取决于压力容器的几何形状和尺寸，可以使用具有明确光谱的合适长度的光栅。当光栅在附接到曲面时超过特定长度时，光栅间距会变得不均匀。这可能在光栅的波长光谱中引起啁啾效应(chirping effect)。
通信网络可以包括各种光学、电气和/或电子设备，这些设备被配置为将由FBG传感器产生的数据和/或信号传输到计算处理器或工作站，并且可以被进一步配置为在此传输之前或在此传输期间处理此类数据和/或信号。
计算处理器可以可通信地联接到以下中的一个或多个单元：用于存储用于执行根据本公开的各方面的操作的计算机可执行代码的存储器存储装置、用于显示通过执行操作而生成的输出的显示单元等。计算处理器被配置为接收和处理数据以监测、分类和/或确定压力容器中壁厚度的减少。计算处理器可以作为存储器存储装置、处理器和显示设备的基于云的网络的一部分来提供，或者作为计算工作站(例膝上型计算机、个人计算机)来提供。
图1示出了根据一些实施例的前述系统10的示意图。如图所示，FBG传感器12设置在压力容器上，例如高压蒸发器和/或高压节能器管。FBG传感器12可通信地联接到FBG询问器14，该FBG询问器将接收来自FBG传感器12的光脉冲并且被配置为允许从连接的传感器12实时读取数据。FBG询问器14可通信地联接到计算机处理器16、18。在一些实施例中，FBG询问器14可以经由通信网络(诸如互联网或内部网络)可通信地联接到一个或多个计算处理器16、18。本地计算处理器16可通信地联接到询问器14，并且可以配置为预处理从询问器14以及可选地从另一个源20接收的数据，例如环境数据，所述环境数据诸如但不限于在包括压力容器的系统的各个位置处的温度、压力和流速。中央计算处理器18可通信地联接到本地计算处理器16并且可以从所述本地计算处理器接收预处理的数据。中央计算处理器18可通信地联接到FBG询问器14并且可以从FBG询问器14接收传感器数据，例如压力容器的应变和温度信息。中央计算处理器18可以被进一步配置为接收环境数据源20。中央计算处理器18被配置为处理来自FBG询问器14、环境数据源20、本地计算处理器16或其任意组合的数据，以确定压力容器壁的属性；此操作将在后面的段落中进行解释。中央计算处理器18以及可选地本地计算处理器16可通信地联接到可视化设备30，例如显示单元和/或被配置为呈现来自本地和/或中央计算处理器16、18的输出的其他输出设备。
应当理解，在一些实施例中，本地和/或中央计算处理器16、18可以分别指代边缘计算和云计算。在一些实施例中，中央计算处理器18和/或本地计算处理器16可以作为基于云的平台或工作站的一部分来提供。应当理解，在一些实施例中，可以省略本地计算处理器16，其中来自FBG询问器14的数据由中央计算处理器18进行处理，而无需在其他地方进行预处理。此外，应当理解，在其他实施例中，可以省略或替换系统10的一些上述部件。
FBG传感器经由其响应中的峰值波长来体现其应变传感特性。波长偏移(替代性地，波长响应)被定义为FBG传感器关于该传感器在室温(例如25℃)和1巴(在本文档中，默认情况下，巴表示bara)基线条件的大气压下(例如，在其固定粘合剂安装和室温固化之后)测量的峰值波长的波长变化。
在多个FBG传感器沿着U形弯管设置在管的外表面上的多个位置(包括顶点位置)处的非限制性示例中，沿着U形弯管的不同考虑点处的FBG传感器表现出不同的响应，可以处理这些响应以提供用于区分不同可用厚度的方法或工具。对于任何给定的压力，没有发生变薄的最厚点具有最小的波长偏移，而已经发生最大变薄的最薄点具有最大的波长偏移。换言之，随着管壁厚度的增加，波长偏移或响应减小。
根据本公开的各方面，根据各种实施例提供了用于确定压力容器壁(例如管壁)的一种或多种属性的各种方法，包括分类和/或确定(估计)压力容器的壁厚度，具体地腐蚀后剩余的容器壁厚度。
可以使用映射来确定压力容器壁的属性和/或对所述属性进行分类。在一些实施例中，诸如通过信号处理软件获得压力容器的壁厚度与不同压力水平下的传感器响应(波长偏移)之间的映射。基于映射和/或其分析，可以通过计算在给定压力下波长偏移与厚度值之间的相关系数(CC)来确定压力容器的壁厚度。
在多个压力条件下，来自每个压力条件下所有测试斜坡(test ramp)的数据可以在一个或多个散点图中提供，该一个或多个散点图可以由图2A和图2B概括。图2A示出了在压力条件X巴下针对每个壁厚度值的波长偏移。应当理解，每个独特厚度处数据点的分布可能是由于跨测试斜坡的传感器测量值的可变性，这可能是由于当压力变化速率可能很快时某些速率相关的滞后效应。尽管存在这种分布，但这种情况下的相关系数仍然相当强。因此，图2A表明壁厚度与波长偏移之间存在很强的相关性，这与它们之间视觉上明显的关系相一致。图2B示出了在压力条件(X±0.5)巴下针对每个壁厚度值的波长偏移，即压力范围为(X-0.5)巴至(X+0.5)巴，步长为0.5巴。与图2A相比，图2B示出了在每个壁厚度处的更大数据分布，但相关系数降低但仍然显著。
当松弛到(X±0.5)巴时，壁厚度与波长偏移之间的映射在视觉上看起来不太精确，因此计算了所有测试斜坡上给定厚度处的平均波长偏移，如图2A和图2B所示。通过结合来自图2A和图2B两者的散点图的平均值，结果在图2C中示出，其中针对X巴和(X±0.5)巴的平均散点图几乎相同。因此，即使在实际工作环境中的压力发生变化时，只要平均压力稳定，经过适当次数的测量，平均波长偏移就具有高度的一致性和可重复性。这表明，通过多次测量和求平均，将有效地消除和减少测试斜坡上的任何现有滞后。
根据各种压力条件的散点图，可以通过对相关压力水平下的适当数量的FBG传感器响应求平均来获得波长偏移关于压力容器壁厚度的映射，以产生一个或多个预定映射，该一个或多个预定映射可以用于图3中300的流程图所描述的方法。
应当理解，在某些实施例中，预定映射可以包括针对一种或多种压力条件的平均波长偏移的线性回归。在示出波长偏移关于变薄的线性回归的预定映射中，针对特定壁厚度的波长偏移在较高工作压力下将比在较低工作压力下更高。这种预定映射可以从图2C和/或其他压力条件的类似图推导出。具体地，在给定的变薄量下，在特定的压力下捕获FBG响应，并减去参考FBG响应(其中压力为例如1巴)，并且针对不同的变薄水平和不同的压力水平重复此操作，然后对减去之后所得的值进行线性回归。应当理解，可以使用经验数据(例如关于管壁厚度的波长偏移)来呈现这种映射的替代方案。
根据鉴于图2A至图2C的一种方法，图3示出了描述确定压力容器的至少一种属性的方法300的流程图。在块301中，针对一个或多个温度和/或压力水平或范围，确定波长偏移。在块302中，针对一个或多个温度和/或压力水平或范围，对块301中获得的波长偏移求平均以产生使波长偏移与壁厚度或其减少相关联的映射，例如图2A至图2C。在块303中，(例如实时)确定工作中的压力容器上的外表面位置上的各种FBG传感器的当前波长偏移。当前波长偏移可以从设置在被监测的压力容器的弯曲部或非弯曲部分处的第一外表面位置处的第一FBG传感器和设置在该压力容器的弯曲部和/或非弯曲部分上的其他外表面位置处的第二或其他FBG传感器获得。在块304中，使用具有与被监测的压力容器的当前条件类似的温度条件和/或压力条件的对应映射(从块302预定的)，基于来自块303的一个或多个确定的当前波长偏移来确定(例如估计)一个或多个外表面位置处的当前厚度。
在块305中，将来自块303的一个或多个确定的当前波长偏移与阈值进行比较，此后将对应外表面位置处的壁的当前状况分类为一个或多个类别，例如：过度变薄状况；非过度变薄状况等。过度变薄状况是指压力容器壁的厚度低于领域专家定义的某个阈值的薄壁或异常状况。非过度变薄状况是指压力容器壁的厚度高于阈值的厚壁或正常状况。如果满足阈值条件，则在对应外表面位置处的壁的当前状况被分类为过度变薄状况。例如，如果当前波长偏移高于对应FBG传感器的先前波长偏移(作为阈值)或预定阈值，例如最小值，则将对应外表面位置处的壁的当前状况分类为过度变薄状况。过度变薄状况标示压力容器即将发生故障，这表明压力容器壁的当前厚度已经达到或接近异常水平并且可以向压力容器的操作者产生适当的警报或通知。否则，如果不满足阈值条件，例如如果当前波长偏移小于或等于对应FBG传感器的先前波长偏移(作为阈值)或预定阈值，则将对应外表面位置处的壁的当前状况分类为非过度变薄或正常状况，这表明压力容器壁的当前厚度在正常水平内。
应当理解，块305的性能是可选的，并且取决于要确定的属性。还应当理解，可以针对具有FBG传感器的一个或多个外表面位置执行估计壁厚度。
可以在不明确知道环境参数的值的情况下使用传感器响应关于时间的绝对变化总和和/或传感器响应关于时间的梯度来对压力容器壁的属性进行分类。在一些其他实施例中，可以将压力容器壁的当前状况分类为一个或多个类别，例如：过度变薄状况；非过度变薄状况等。可以通过计算和/或分析传感器响应关于时间的绝对变化总和、并将该总和与适当区分过度变薄(薄壁)状况和非过度变薄(厚壁)状况的阈值进行比较来执行分类。如果不满足阈值条件，例如计算出的绝对变化总和值低于阈值总和值，则管壁的当前状况被分类为非过度变薄(厚壁)状况(或者换言之，壁厚度被广义地定义为厚的)；另一方面，如果满足阈值条件，例如计算出的绝对变化总和值高于阈值总和值，则管壁的当前状况被分类为过度变薄(薄壁)状况(或者换言之，壁厚度被广义地定义为薄的)。作为绝对变化总和的替代方案，可以通过计算和/或分析传感器响应关于时间的梯度、并将该梯度与适当区分过度变薄(薄壁)状况和非过度变薄(厚壁)状况的阈值进行比较来执行分类。如果不满足阈值条件，例如计算出的梯度值高于阈值梯度值，则管壁的当前状况被分类为非过度变薄(厚壁)状况(或者换言之，壁厚度被广义地定义为厚的)；另一方面，如果满足阈值条件，例如计算出的梯度值低于阈值梯度值，则管壁的当前状况被分类为过度变薄(薄壁)状况(或者换言之，壁厚度被广义地定义为薄的)。
在传感器响应的绝对变化总和方法中，计算连续波长偏移或变化的绝对值的总和，诸如使用以下公式
Figure BDA0003720748580000111
其中x表示波长偏移或变化，并且n表示时间序列中的FBG传感器读数的数量。传感器响应的绝对变化总和通常反映时间序列数据的波动量(即振荡)，并且可能适用于环境稳定的时间段。图4A示出了针对较大壁厚度(厚管)的波长偏移随时间的振荡或波动，而图4B示出了针对较小壁厚度(细管)的波长偏移随时间的振荡或波动。从图4A和图4B推导出的图4C示出了传感器响应(波长偏移)关于壁厚度(在厚度量化之前)的连续变化的绝对值的总和。图4D示出了在厚度量化之后的图4C所示的各种总和值。从图4A至图4D可以理解，较小壁厚度(薄管)的传感器响应的绝对变化总和大于或高于较大壁厚度的传感器响应的绝对变化总和(厚管)。
根据鉴于图4A至图4D的一种方法，图5示出了描述将压力容器壁(例如管壁)的当前状况分类为过度变薄(薄壁)状况或非过度变薄(厚壁)状况的方法500的流程图。在块501中，在压力容器工作期间的一段时间内确定当前波长偏移以获得FBG传感器的当前波长偏移的时间序列。在块502中，基于其时间序列来计算连续当前波长偏移的绝对值的当前总和。该计算出的当前总和可以替代性地被称为当前波长偏移的时间序列的导数。在块503中，将计算出的当前总和值与阈值进行比较，此后根据是否满足阈值条件，将壁的当前状况分类为过度变薄或非过度变薄状况。例如，如果当前总和值高于相同FBG传感器的先前波长偏移中的至少一个先前总和值(作为阈值条件)，则将壁的当前状况分类为过度变薄状况，否则如果当前总和值小于或等于块501中提到的同一个FBG传感器的先前波长偏移中的至少一个先前总和值(作为阈值条件)，则将壁的当前状况分类为非过度变薄状况。替代性地，阈值可以是通过其他方法预定的，例如当前总和值可能不会超过的最大总和值，并且可能在外表面位置上的FBG传感器的初始设置期间或其他适当的时间已经确定。图5的基于阈值的分类方法的局限性在于，它只有在测试环境参数(例如温度和压力)与推导出阈值条件的训练环境的值相似的情况下才有效。应当理解，可以针对具有FBG传感器的一个或多个外表面位置执行计算总和值和对壁的当前状况进行分类。
在波长偏移的梯度方法中，计算波长偏移或变化的梯度，诸如使用以下公式：|xi+T-xi|/T其中T＝环境快速变化的时间段，x表示波长偏移。波长偏移的梯度通常反映时间序列数据响应于环境变化的速度和范围。图6A示出了针对较大壁厚度(厚管)的波长偏移或变化随时间的速度和范围，而图6B示出了针对较小壁厚度(薄管)的波长偏移或变化随时间的速度和范围。从图6A和图6B推导出的图6C示出了波长偏移(在厚度量化之前)关于壁厚度的梯度。图6D示出了在厚度量化之后的图6C所示的梯度。从图6A至图6D可以理解，较小壁厚度(薄管)的波长偏移的梯度低于较大壁厚度(厚管)的波长偏移的梯度。
根据鉴于图6A至图6D的一种方法，图7示出了描述将压力容器壁的当前状况分类为过度变薄(薄壁)状况或非过度变薄(厚壁)状况的方法700的流程图。在块701中，在压力容器工作期间的一段时间内确定当前波长偏移以获得FBG传感器的当前波长偏移的时间序列。在块702中，基于所确定的当前波长偏移的时间序列来计算波长偏移的当前梯度。该计算出的当前梯度可以替代性地被称为当前波长偏移的时间序列的导数。在块703中，将计算出的当前梯度值与阈值进行比较，此后根据是否满足阈值条件，将壁的当前状况分类为过度变薄或非过度变薄状况。例如，如果当前梯度值低于同一个FBG传感器的先前波长偏移的至少一个先前梯度值(作为阈值)，则将壁的当前状况分类为过度变薄状况，否则如果当前梯度值高于或等于块701中提到的相同FBG传感器的先前波长偏移的至少一个先前梯度值(作为阈值)，则将壁的当前状况分类为非过度变薄状况。替代性地，阈值可以是通过其他方法预定的，例如当前梯度值不得低于的最小梯度值，并且可能在外表面位置上的FBG传感器的初始设置期间或其他适当的时间已经确定。图7的基于阈值的分类方法的局限性在于，它只有在测试环境参数(例如温度和压力)与推导出阈值的训练环境的值相似的情况下才有效。应当理解，可以针对具有FBG传感器的一个或多个外表面位置执行计算梯度值和对壁的当前状况进行分类。
图4C和图6C可以组合以提供图8A。图4D和图6D可以组合以提供图8B。图8A和图8B分别示出了在厚度量化之前和之后，关于波长偏移的绝对变化总和的波长偏移梯度。从图8A和图8B可以理解，较大的壁厚度(厚管)占据所示虚线(阈值条件)的左上区域801A、801B，而较小的壁厚度(薄管)占据该虚线的右下区域802A、802B。因此，可以基于当前波长偏移的时间序列并且联合来自确定波长偏移的梯度和波长偏移的绝对变化总和两者的指数(power)来执行壁的当前状况的分类。这增强了分类结果的可靠性。图8A或图8B中所示的虚线可以被称为结合梯度和绝对变化总和的预定阈值线。
根据鉴于图8A和图8B的一种方法，图9示出了描述将管壁的当前状况分类为过度变薄(薄壁)状况或非过度变薄(厚壁)状况的方法900的流程图。在块901中，在压力容器工作期间的一段时间内确定当前波长偏移以获得当前波长偏移的时间序列。在块902中，与在块502中一样，基于其时间序列来计算连续当前波长偏移的绝对值的当前总和。在块903中，与在块702中一样，基于所确定的当前波长偏移的时间序列来计算波长偏移的当前梯度。在块904中，可以将计算出的当前总和和计算出的当前梯度与阈值的预定区域进行比较。替代性地，可以将计算出的当前总和和计算出的当前梯度的组合(作为二维点)与预定阈值线进行比较。此后，根据是否满足阈值条件，将壁的当前状况分类为过度变薄或非过度变薄状况。例如，如果两个计算出的值的组合(作为二维点)落在阈值的预定区域内，例如图8A中的区域802A(如果厚度未被量化)或图8B中的802B(如果厚度被量化)，则将壁的当前状况分类为过度变薄状况，否则如果该组合落在区域802A(如果厚度未被量化)或802B(如果厚度被量化)之外和/或落在区域801A(如果厚度未被量化)或801B(如果厚度被量化)内，则将壁的当前状况分类为非过度变薄状况。替代性地，如果计算出的当前总和和计算出的当前梯度的组合(作为二维点)低于预定阈值线，例如图8A或图8B中的虚线，则将壁的当前状况分类为过度变薄状况，否则如果该组合高于预定阈值线，例如图8A或图8B中的虚线，则将壁的当前状况分类为非过度变薄状况。应当理解，可以针对具有FBG传感器的一个或多个外表面位置执行计算总和值和对壁的当前状况进行分类。
应当理解，当前总和和当前梯度可以替代性地被称为当前波长偏移的时间序列的导数。
应当理解，用于将壁的当前状况分类为过度变薄或非过度变薄状况的预定阈值条件可以是以下中的任何一种：先前波长偏移的绝对变化的至少一个先前总和；先前波长偏移的至少一个先前梯度；至少一个预定的阈值(例如在压力容器处的FBG传感器的初始设置或安装期间确定的至少一个预定的阈值)；以及预定的阈值线，该阈值线可以根据先前波长偏移的绝对变化的先前总和和先前波长偏移的先前波长偏移梯度而计算出。
在一些实施例中，可以通过对从FBG传感器接收的输出数据执行回归推理来确定或计算压力容器壁(例如管壁)的厚度。图10示出了描述确定壁厚度的方法1000的流程图。在块1001中，从至少一个FBG传感器(例如设置在压力容器的弯曲部或非弯曲部分处的第一FBG传感器)确定或接收输出数据。输出数据可能是初始时间序列偏移(其在一段时间内的值被视为向量)的形式，经过处理以滤除环境变化。初始波长值(其可以是绝对波长值)可以减去对应的FBG传感器的基线波长，以产生波长偏移。这种对初始时间序列波长偏移的处理是可选的，并且可以通过以下方式来执行：对初始时间序列波长偏移求平均；或使用中值滤波器对初始时间序列波长偏移进行滤波；或使用低通滤波器对初始时间序列波长偏移进行滤波。这种对初始时间序列波长偏移的处理产生了当前波长偏移的时间序列。在块1002中，可以根据从块1001获得的当前波长偏移的时间序列来计算当前向量。例如，如果当前向量的维度为N，则可以使用由N个样本组成的当前波长偏移的时间序列的窗口来创建当前向量，其中以连续的方式，每个维度的标量值对应于当前波长偏移的时间序列的窗口中的样本。替代性地，在块1002中，可以根据当前波长偏移的时间序列的导数(例如绝对变化总和与梯度)或当前波长偏移的导数(例如当前波长偏移与参考值相差较小，该参考值可以从参考传感器的参考波长偏移获得)来计算当前向量。
在块1003中，将计算出的向量提供给预定的回归模型作为模型的输入。使用回归模型，确定设置有上述至少一个FBG传感器的外表面位置处的壁的当前厚度。
在块1004中，可以使用先前波长向量或历史波长向量来训练预定的回归模型，其中每个训练项可以是在指定时间段内以与当前向量相同的处理方式获得的历史向量，并且用作回归模型的预测值/变量，并且在此期间历史向量的对应历史厚度是已知的，并且其中用于特定训练项的回归目标值/变量是对应的历史厚度。历史厚度可以是在壁上安装FBG传感器之前建立的壁的厚度。用于训练项的历史向量可以经过块1001中的处理步骤，其中可以从来自FBG监测传感器和参考传感器两者的波长的历史向量联合推导出经处理的时间序列波长偏移。在块1001中，经处理的波长偏移可以替代性地是计算出的波长偏移的梯度、计算出的波长偏移的绝对变化总和、或波长的其他描述性统计数据。可以使用任何回归训练方法，诸如单层线性回归或更复杂的使用神经网络的多层回归，所述多层回归在存在从波长向量到厚度的非线性关系的情况下效果更好。应当理解，可以针对具有FBG传感器的一个或多个外表面位置执行确定壁的当前厚度。
在可以与任何前述方法300、500、700、900和1000结合使用的一些实施例中，可以使用一组至少一个参考传感器和/或一组预定的参考值来与FBG传感器的读数进行比较，以进一步量化正在考虑的外表面位置处的厚度值或发生的变薄。更具体地，参考传感器和/或一组预定的参考值试图去除不需要的分量，例如压力容器的外表面上的热应变(仅考虑机械应变数据)、压力容器中流动的流体的压力、压力容器的外表面上的振动。具体地，在上述确定FBG传感器的当前波长偏移的步骤或其等效步骤中，例如在块303、501、701、901和1001中，步骤包括：确定设置在管上(例如第一外表面位置)的FBG传感器的初始波长偏移；通过计算当前波长偏移与参考值之间的差异，从当前波长偏移中去除热应变数据；以及将该差异确定为当前波长偏移的导数，该导数随后将在后面的各个块中进行分类和/或量化。参考值可以是根据已知的值预定的，或者根据设置在第一外表面位置或另一外表面位置(例如靠近第一外表面位置)处的参考传感器的参考波长偏移确定。
在采用参考传感器的实施例中，参考传感器可以设置在与FBG传感器的方向基本上正交的方向上。例如，参考传感器可以设置在管的基本上纵向的方向上，而监测FBG传感器可以设置在管的基本上径向的方向上。参考传感器可以是光学传感器、或热电偶或振动传感器。
图11示出了根据一些实施例的径向安装的FBG传感器和纵向安装的参考(FBG)传感器关于厚度的波长偏移。在各种条件下，包括高温和室温条件，压力容器壁厚度的减小导致波长偏移增加。尽管图11示出了波长偏移与管壁厚度之间的线性关系，但是应当理解，波长偏移与管壁厚度之间的关系在某些示例中可以是非线性的。还应当理解，可以计算出FBG传感器和参考传感器的波长偏移之间的差异以消除热应变，并且从而将该差异确定为当前波长偏移的导数，该导数将在任一方法300、500、700、900、1000中使用。
安装在径向方向上的FBG传感器会经历压缩，而安装在纵向方向上的参考传感器会经历膨胀(泊松效应)。每个FBG传感器都捕获总的‘热和机械应变’。参考传感器可以用于补偿热应变，即计算(FBG传感器的总应变–参考传感器的总应变)给出有效的机械应变。这种有效的机械应变可以用作结构变形(即壁厚度减少)的指示器。因此，一对FBG传感器(例如一个沿径向方向设置且另一个沿纵向方向设置)将减少或消除公共噪声并提高整体信号的信噪比。
应当理解，在上述方法中(至少在图3、图5、图7、图9和图10的流程图中)，确定当前波长偏移的步骤(至少在块301、303、501、701、901、1001中)可以由计算处理器或工作站来执行，所述计算处理器或工作站可以在适当的情况下与FBG传感器、FBG询问器、通信网络或它们的组合协作或通信联接。求平均、比较、分类、确定和训练的步骤(至少在块302、304、305、502、503、702、703、902、903、1002、1003、1004中)可以由计算处理器或工作站来执行，所述计算处理器或工作站可以与数据存储装置或存储器设备协作或通信联接，所述数据存储装置或存储器设备在适当的情况下存储所确定的当前波长偏移、先前波长偏移、预定的映射、计算出的总和、计算出的梯度、阈值和回归模型。应当理解，在确定压力容器壁的当前厚度(至少在块304、1003中)之后和/或在确定压力容器壁的当前状况(至少在块305、503、703、904中)之后，所确定的厚度值和/或状况可以存储在数据存储装置中和/或由计算处理器或工作站传输给操作者或其他方，例如通过经由用户接口在显示设备上呈现、通过将通知传输到适当的接收设备。
在上述方法中(至少在图3、图5、图7、图9和图10的流程图中)，应当理解，如果所确定的压力容器壁的当前厚度值和/或当前状况标示出过度变薄状况，则可以由计算处理器或工作站生成警报或适当的通知，并且通过类似或其他通信通道进行通信，以通知操作者或其他方压力容器即将发生故障。
根据本公开的一个方面，提供了一种具有可由至少一个处理器执行的计算机可读代码的非暂时性计算机可读介质，以执行如前所述的方法/步骤，例如方法300、500、700、900和/或1000。
本公开的实施例提供的优点包括但不限于以下内容。
(i)当压力容器(例如管)在恶劣的环境中工作时，提供了对应变变化的连续实况或实时监测(用于估计管厚度或管厚度的减少)。这可以显著减少停机(例如机组关闭，无论是意外还是需要进行定期维护)的频率和/或持续时间，以及维护所需的人力。
(ii)提供了减少人力需求的自动检查机制。
(iii)监测方案不仅可以自动检测缺陷，还可以提高检测的速度。因此，可以以合理的成本检测到其他未检测到的即将发生的故障，从而减少了不定期维护的发生。
(iv)可以以实时或接近实时的速度更准确地确定或估计压力容器壁(例如管壁)的厚度或厚度减少(变薄)。
(v)实施例可以应用于各种直径的管或管道，特别是小直径(例如，其中管的外径在几十毫米或低于10厘米的范围内，例如38mm)、管弯曲部和/或间距小的管。
(vi)可以结合增量学习方法(例如使用上述实施例的组合)来识别和调查关键的解释性故障原因，这可以导致更令人满意的检测性能。
为了说明本文公开的方法和系统，这里提供了实施例的非限制性列表：
示例1包括一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的方法，所述方法包括：
当包括具有外表面和内表面的壁的压力容器正在工作时：
确定设置在所述压力容器的弯曲部上的第一外表面位置处的第一光纤布拉格光栅(FBG)传感器的当前波长偏移；以及
基于所述当前波长偏移或所述当前波长偏移的导数来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度。
示例2包括权利要求1所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
使用将波长偏移与壁厚度或所述壁厚度的减少相关联的预定映射，基于所述当前波长偏移来确定所述当前厚度，其中与所述当前波长偏移对应的温度条件和/或压力条件基本上类似于与所述预定映射对应的温度条件和/或压力条件。
示例3包括示例2所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
如果所述当前波长偏移满足阈值条件，例如所述当前波长偏移超过作为/包括所述第一FBG传感器的先前波长偏移的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力值即将失效。
示例4包括示例2或示例3所述的方法，其中所述预定映射包括平均波长偏移相对于壁厚度的第一映射和/或平均波长偏移相对于壁厚度或所述壁厚度的减少的线性回归的第二映射。
示例5包括示例1或示例2所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和，以及如果所述当前总和满足阈值条件，例如所述当前总和超过作为所述第一FBG传感器的先前波长偏移关于时间的绝对变化的至少一个先前总和的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例6包括示例1或示例2所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的当前梯度，以及如果所述当前梯度满足阈值条件，例如所述当前梯度低于作为所述第一FBG传感器的先前波长偏移关于时间的至少一个先前梯度的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例7包括示例1或示例2所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和；
基于所述当前波长偏移的所述时间序列来计算所述当前波长偏移的当前梯度；以及
如果所述当前总和与所述当前梯度两者满足阈值条件，例如所述当前总和与所述当前梯度两者落入预定的阈值区域内，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例8包括示例1所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
通过以下方式来计算所述当前厚度：
基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型，确定所述当前壁厚度。
示例9包括示例5至示例8中任一项所述的方法，其中所述当前波长偏移的所述时间序列是通过以下方式从所述当前波长偏移的初始时间序列获得的：通过对所述初始时间序列求平均；或使用中值滤波器对所述初始时间序列进行滤波；或使用低通滤波器对所述初始时间序列进行滤波。
示例10包括示例8所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度包括：
通过计算所述当前波长偏移与参考值之间的差异，从所述当前波长偏移中去除至少一个不需要的分量，所述参考值是预定的或根据设置在所述压力容器的所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的参考传感器的参考波长偏移确定的；以及
确定所述差异为所述当前波长偏移的导数。
示例11包括示例10所述的方法，其中所述至少一个不需要的分量选自由以下各项组成的组：所述压力容器的外表面上的热应变；在所述压力容器中流动的流体的压力；以及所述压力容器的外表面上的振动。
示例12包括示例10或示例11所述的方法，其中所述参考传感器设置在与所述第一FBG传感器的方向基本上正交的方向上。
示例13包括示例10或示例11所述的方法，其中所述参考传感器设置在所述压力容器的基本上纵向的方向上，并且其中所述第一FBG传感器设置在所述压力容器的径向方向上。
示例14包括示例10至示例13中任一项所述的方法，其中所述参考传感器包括光学传感器、或热电偶或振动传感器。
示例15包括示例1至示例14中任一项所述的方法，其中所述弯曲部包括为锐角、直角、钝角或大约45度的角。
示例16包括示例1至示例14中任一项所述的方法，其中所述弯曲部包括U形弯曲部。
示例17包括示例1至示例14中任一项所述的方法，其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的所述当前状况和/或厚度包括：
确定设置在所述压力容器上的其他外表面位置处的其他FBG传感器的其他当前波长偏移；以及
其中基于所述当前波长偏移来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的所述当前状况和/或厚度包括
基于所述其他当前波长偏移来确定在所述其他外表面位置处的所述壁的其他当前状况和/或厚度。
示例18包括一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的系统，所述系统包括：
多个光纤布拉格光栅(FBG)传感器，所述多个FBG传感器设置在压力容器上的外表面位置处，所述压力容器包括具有外壁和内壁的壁，其中所述FBG传感器包括设置在所述压力容器的弯曲部上的第一外表面位置处的第一FBG传感器；
计算处理器或工作站，所述计算处理器或工作站可通信地联接到所述FBG传感器，其中所述计算处理器或工作站被配置为：
当所述压力容器正在工作时：
确定设置在所述压力容器的弯曲部上的第一外表面位置处的第一光纤布拉格光栅(FBG)传感器的当前波长偏移；以及
基于所述当前波长偏移或其所述当前波长偏移的导数来确定在所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况和/或厚度。
示例19包括示例18所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
使用将波长偏移与壁厚度或所述壁厚度的减少相关联的预定映射，基于所述当前波长偏移来确定所述当前厚度，其中与所述当前波长偏移对应的温度条件和/或压力条件基本上类似于与所述预定映射对应的温度条件和/或压力条件。
示例20包括示例19所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
如果所述当前波长偏移满足阈值条件，例如所述当前波长偏移超过作为所述第一FBG传感器的先前波长偏移的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例21包括示例19或示例20所述的系统，其中所述预定映射包括平均波长偏移相对于壁厚度的第一映射和/或平均波长偏移相对于壁厚度或所述壁厚度的减少的线性回归的第二映射。
示例22包括示例18所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和，以及如果所述当前总和满足阈值条件，例如所述当前总和超过作为所述第一FBG传感器的先前波长偏移关于时间的绝对变化的至少一个先前总和的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例23包括示例18或示例19所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的当前梯度，以及如果所述当前梯度满足阈值条件，例如所述当前梯度低于作为所述第一FBG传感器的先前波长偏移关于时间的至少一个先前梯度的阈值或预定阈值，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例24包括示例18或示例19所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
基于所述当前波长偏移的时间序列来计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和；
基于所述当前波长偏移的所述时间序列来计算所述当前波长偏移的当前梯度；以及
如果所述当前总和与所述当前梯度两者满足阈值条件，例如所述当前总和与所述当前梯度两者落入预定的阈值区域内，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
示例25包括示例18所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
通过以下方式来计算所述当前厚度：
基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型来确定所述当前壁厚度。
示例26包括示例22至示例25中任一项所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
通过以下方式从所述当前波长偏移的初始时间序列获得所述当前波长偏移的所述时间序列：对所述初始时间序列求平均；或使用中值滤波器对所述初始时间序列进行滤波；或使用低通滤波器对所述初始时间序列进行滤波。
示例27包括示例25所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被进一步配置为：
通过计算所述初始波长偏移与参考值之间的差异，从所述初始波长偏移中去除至少一个不需要的分量，所述参考值是预定的或根据设置在所述压力容器的所述弯曲部上的所述第一外表面位置处的参考传感器的参考波长偏移确定的；以及
确定所述差异为所述当前波长偏移的导数。
示例28包括示例27所述的系统，其中所述至少一个不需要的分量选自由以下各项组成的组：所述压力容器的外表面上的热应变；在所述压力容器中流动的流体的压力；以及所述压力容器的外表面上的振动。
示例29包括示例27或示例28所述的系统，其中所述参考传感器设置在与所述第一FBG传感器的方向基本上正交的方向上。
示例30包括示例27或示例28所述的系统，其中所述参考传感器设置在所述压力容器的基本上纵向的方向上，并且其中所述第一FBG传感器设置在所述压力容器的基本上径向的方向上。
示例31包括示例27至示例30中任一项所述的系统，其中所述参考传感器包括光学传感器、或热电偶或振动传感器。
示例32包括示例18至示例31中任一项所述的系统，其中所述弯曲部包括为锐角、直角、钝角或大约45度的角。
示例33包括示例18至示例31中任一项所述的系统，其中所述弯曲部包括U形弯曲部。
示例34包括示例18至示例33中任一项所述的系统，其中所述计算处理器或工作站被配置为：
确定设置在所述压力容器上的其他外表面位置处的除所述第一FBG传感器之外的FBG传感器的其他当前波长偏移；以及
基于所述其他当前波长偏移来确定在所述其他外表面位置处的所述壁的其他当前状况和/或厚度。
示例35包括非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质具有可由至少一个计算机处理器执行以执行根据示例1至17中任一项所述的方法的计算机可读代码。
考虑到本公开的说明书和实践，本领域技术人员将明白其他实施例。此外，某些术语已用于描述清楚的目的，而不是限制所公开的实施例。以上所述实施例和特征应当被认为是示例性的。

Claims (25)

1.一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的方法，所述方法包括：
当包括具有外表面和内表面的壁的压力容器正在工作时：
确定设置在所述压力容器上的第一外表面位置处的第一光纤布拉格光栅(FBG)传感器的当前波长偏移；以及
通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前厚度：
基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型，确定所述壁的当前厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况：
如果所述当前厚度满足预定的阈值条件，则将所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况：
基于所述当前波长偏移的所述时间序列，计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和和/或所述当前波长偏移的当前梯度；以及
如果所述当前总和、或所述梯度、或所述当前总和与所述梯度的组合满足阈值条件，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，所述阈值条件选自由以下各项组成的组：所述第一FBG传感器的先前波长偏移的绝对变化的至少一个先前总和、所述第一FBG传感器的先前波长偏移的至少一个先前梯度、至少一个预定阈值以及预定阈值线，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的方法，其中所述当前波长偏移的所述时间序列通过以下方式从所述当前波长偏移的初始时间序列获得：通过对所述初始时间序列求平均；或使用中值滤波器对所述初始时间序列进行滤波；或使用低通滤波器对所述初始时间序列进行滤波。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其中基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量包括：
通过计算所述当前波长偏移与参考值之间的差异，从所述当前波长偏移中去除至少一个不需要的分量，所述参考值是预定的或根据设置在所述压力容器的所述第一或另一外表面位置处的参考传感器的参考波长偏移确定的；以及
确定所述差异为所述当前波长偏移的导数。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个不需要的分量选自由以下各项组成的组：所述压力容器的外表面上的热应变；在所述压力容器中流动的流体的压力；以及所述压力容器的外表面上的振动。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述参考传感器设置在与所述第一FBG传感器的方向基本上正交的方向上。
8.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述参考传感器设置在所述压力容器的基本上纵向的方向上，并且其中所述第一FBG传感器设置在所述压力容器的基本上径向的方向上。
9.根据权利要求5至权利要求8中任一项所述的方法，其中所述参考传感器包括光学传感器、或热电偶、或振动传感器。
10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的方法，其中所述第一外表面位置设置在所述压力容器上的弯曲部处或U形弯曲部处。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述弯曲部包括为锐角、直角、钝角或大约45度的角。
12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的方法，其中所述压力容器是管。
13.一种用于确定压力容器壁的至少一种属性的系统，所述系统包括：
多个光纤布拉格光栅(FBG)传感器，所述多个FBG传感器设置在压力容器上的外表面位置处，所述压力容器包括具有外表面和内表面的壁，其中所述FBG传感器包括设置在所述压力容器上的第一外表面位置处的第一FBG传感器；以及
计算处理器，所述计算处理器能够经由通信网络通信地联接到所述FBG传感器，其中所述计算处理器被配置为：
当所述压力容器正在工作时：
确定所述第一FBG的当前波长偏移；以及
通过以下方式来确定在所述第一外表面位置处的所述壁的当前厚度：
基于所述当前波长偏移的时间序列、或所述时间序列的导数、或所述当前波长偏移的导数来计算向量；
将所述向量提供给预定的回归模型；以及
使用所述回归模型，确定所述壁的当前厚度。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述计算处理器被配置为：
如果所述当前厚度满足预定的阈值条件，则将所述第一外表面位置处的所述壁的当前状况分类为过度变薄状况，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述计算处理器被进一步配置为：
基于所述当前波长偏移的所述时间序列，计算所述当前波长偏移的绝对变化的当前总和和/或所述当前波长偏移的当前梯度；以及
如果所述当前总和、或所述梯度、或所述当前总和与所述梯度的组合满足阈值条件，则将所述当前状况分类为过度变薄状况，所述阈值条件选自由以下各项组成的组：所述第一FBG传感器的先前波长偏移的绝对变化的至少一个先前总和、所述第一FBG传感器的先前波长偏移的至少一个先前梯度、至少一个预定阈值以及预定阈值线，其中所述过度变薄状况标示所述压力容器即将发生故障。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的系统，其中所述计算处理器被进一步配置为：
通过以下方式从所述当前波长偏移的初始时间序列获得所述当前波长偏移的所述时间序列：对所述初始时间序列求平均；或使用中值滤波器对所述初始时间序列进行滤波；或使用低通滤波器对所述初始时间序列进行滤波。
17.根据权利要求13至权利要求16中任一项所述的系统，其中所述计算处理器被进一步配置为：
通过计算所述当前波长偏移与参考值之间的差异，从所述当前波长偏移中去除至少一个不需要的分量，所述参考值是预定的或根据设置在所述压力容器的所述第一或另一外表面位置处的参考传感器的参考波长偏移确定的；以及
确定所述差异为当前波长偏移的导数。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个不需要的分量选自由以下各项组成的组：所述压力容器的外表面上的热应变；在所述压力容器中流动的流体的压力；以及所述压力容器的外表面上的振动。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的系统，其中所述参考传感器设置在与所述第一FBG传感器的方向基本上正交的方向上。
20.根据权利要求17或权利要求18所述的系统，其中所述参考传感器设置在所述压力容器的基本上纵向的方向上，并且其中所述第一FBG传感器设置在所述压力容器的基本上径向的方向上。
21.根据权利要求17至权利要求20中任一项所述的系统，其中所述参考传感器包括光学传感器、或热电偶、或振动传感器。
22.根据权利要求12至权利要求21中任一项所述的系统，其中所述第一外表面位置设置在所述压力容器上的弯曲部处或U形弯曲部处。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述弯曲部包括为锐角、直角、钝角或大约45度的角。
24.根据权利要求13至权利要求23中任一项所述的系统，其中所述压力容器是管。
25.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有能够由至少一个计算机处理器执行的计算机可读代码以执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
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