CN115031170B - 一种机械式管道损伤传感器阵列装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械式管道损伤传感器阵列装置，包括一种机械式管道损伤传感器阵列装置，其包括管道单元，所述管道单元包括外管、内管、连接套、连接管和密封垫，所述连接套设置于所述外管外壁，所述密封垫设置于所述内管内壁；以及，感应单元，所述感应单元包括压电复合传感器组件和振动传感器组件，所述压电复合传感器组件设置于所述内管内壁，所述振动传感器组件设置于所述压电复合传感器组件一侧，本发明可全面有效的检测管道的损伤状态，检测精度高，检测全面性好，不需要人工检测，对管道的损伤可及时发现，使用及时性好。

Description

一种机械式管道损伤传感器阵列装置
技术领域
本发明涉及管道监测技术领域，特别是一种机械式管道损伤传感器阵列装置。
背景技术
管道是一种常用且比较广泛的运输工具，广泛应用于石油、化工、天然气和供水等行业中，管网分布复杂且路线较长，管道有位于地上的也有位于地下或墙体内的，地上的管道检测方便，但很多隐藏在建筑体内的管道人力检测难以企及，对管道内的损伤无法及时检测，这对管道后续的运输的安全性影响很大，容易发生事故，存在极大的潜在危险，管道损伤不及时发现处理，运输物料泄漏会危害环境，也会造成各种意外危险，因此管道损伤检测效果有待提高。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种机械式管道损伤传感器阵列装置，其能够解决对管道内部监测不便的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种机械式管道损伤传感器阵列装置，其包括管道单元，所述管道单元包括外管、内管、连接套、连接管和密封垫，所述连接套设置于所述外管外壁，所述密封垫设置于所述内管内壁；以及，
感应单元，所述感应单元包括压电复合传感器组件和振动传感器组件，所述压电复合传感器组件设置于所述内管内壁，所述振动传感器组件设置于所述压电复合传感器组件一侧。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述外管与所述连接管通过连接套固定连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述密封垫固定安装在连接套的内部。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述密封垫一侧与所述内管密封连接，另一侧与所述连接管的内壁连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述外管包括支撑环，所述支撑环与外管内壁固定连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述内管包括耐腐蚀层和高密弹网层，所述耐腐蚀层与所述支撑环固定连接，所述高密弹网层与所述耐腐蚀层固定连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述压电复合传感器组件包括防水基材、碳素基材和压电传感器，所述碳素基材设置于所述防水基材外侧，所述压电传感器固定于所述碳素基材内部，所述碳素基材与所述防水基材固定连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述振动传感器组件包括连接钢管和振动传感器，所述连接钢管固定连接在所述碳素基材外圈，所述振动传感器与所述高密弹网层固定连接。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述振动传感器呈环绕分布在高密弹网层内部。
作为本发明所述机械式管道损伤传感器阵列装置的一种优选方案，其中：所述压电传感器呈环绕分布在碳素基材内部。
本发明的有益效果：
1、该机械式管道损伤传感器阵列装置，设有损伤检测的传感器结构，可全面有效的检测管道的损伤状态，检测精度高，检测全面性好，不需要人工检测，对管道的损伤可及时发现，使用及时性好。
2、该机械式管道损伤传感器阵列装置，设置的耐腐蚀层可以有效提高管道内部的耐腐蚀性，管道不易从内部腐化，便于管道维护工作进行，高密弹网层可将作用力大幅度抵消，减少作用力对管道的影响，当管道无法承受较强作用力而破损时，也可起到部分缓冲和平衡作用。
3、该机械式管道损伤传感器阵列装置，传感器机构二环绕分布可将管道的全方位覆盖检测，检测更加有效，振动传感器可检测各管道当前所在位置受到的振动力，判断地震等自然作用力对运输管道的影响幅度，配合其他检测传感器可有效检测出管道所受外力造成的损伤状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为机械式管道损伤传感器阵列装置的外部结构图。
图2为机械式管道损伤传感器阵列装置的内部剖视图。
图3为机械式管道损伤传感器阵列装置的截面剖视图。
图4为机械式管道损伤传感器阵列装置的A处放大图。
图5(a)～图5(d)为机械式管道损伤传感器阵列装置的无损伤时超声回波在不同时间节点的分布。
图6(a)～图6(d)为机械式管道损伤传感器阵列装置的有损伤时超声回波在不同时间节点的分布。
图7为机械式管道损伤传感器阵列装置的无损伤时压电传感器电势分布。
图8为机械式管道损伤传感器阵列装置的有损伤时压电传感器电势分布。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种机械式管道损伤传感器阵列装置，其能解决管道内部监测不便的问题。
具体的，管道单元100，所述管道单元100包括外管101、内管102、连接套103、连接管104和密封垫105，所述连接套103设置于所述外管101外壁，所述密封垫105设置于所述内管102内壁；以及，感应单元200，所述感应单元200包括压电复合传感器组件201和振动传感器组件202，所述压电复合传感器组件201设置于所述内管102内壁，所述振动传感器组件202设置于所述压电复合传感器组件201一侧。
进一步的，通过安装使得外管101和连接管104通过连接套103稳定连接在一起，组成管道结构，便于运输和安装，内部的内管102和连接管104内壁之间贴合有密封垫105，外部则是固定连接有连接套103，能够保证整个装置的整体连接性和稳定性。
较佳的，感应单元200设置有两个传感器组件，分别为压电复合传感器组件201和振动传感器组件202，通过振动传感器组件202能够感受到管道传输而来的振动，从而获取当前管道的受损信息，而压电复合传感器能够通过受损位置电势的变化来感应受损的位置，方便维修。
实施例2
参照图1～4，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：还包括所述外管101与所述连接管104通过连接套103固定连接，所述密封垫105固定安装在连接套103的内部，所述密封垫105一侧与所述内管102密封连接，另一侧与所述连接管104的内壁连接，所述外管101包括支撑环101a，所述支撑环101a与外管101内壁固定连接。
进一步的，所述内管102包括耐腐蚀层102a和高密弹网层102b，所述耐腐蚀层102a与所述耐腐蚀层102a与所述支撑环101a固定连接，所述高密弹网层102b与所述耐腐蚀层102a固定连接。
较佳的，所述压电复合传感器组件201包括防水基材201a、碳素基材201b和压电传感器201c，所述碳素基材201b设置于所述防水基材201b外侧，所述压电传感器201c固定于所述碳素基材201b内部，所述碳素基材201b与所述防水基材201a固定连接。
优选的，所述振动传感器组件202包括连接钢管202a和振动传感器202b，所述连接钢管202a固定连接在所述碳素基材201b外圈，所述振动传感器202b与所述高密弹网层102b固定连接，所述振动传感器202b呈环绕分布在高密弹网层102b内部，所述压电传感器201c呈环绕分布在碳素基材201b内部。
具体的，通过安装内管102在管道单元100中，有效的提高了管道使用的安全性和稳定性，支撑环101a将整个管道结构支撑起来，使用效果好，背部设置的耐腐蚀层102a可以有效的提高管道内部的耐腐蚀性，使其不易从内部老化腐蚀，便于管道维护工作进行，提高了传感器的使用寿命，设置的高密弹网层102b提高了管道内部可承受作用力的幅度，管道受到地震或者人工机器等作用力时，内部设置的高密弹网层102b可以将作用力大幅度抵消，减少作用力对管道的影响，当管道的承受到达极限而破损时，内部的高密弹网层102b也可以起到部分缓冲和平衡作用，破碎的物料不会直接接触传感器，使用安全性和运输安全性得到保障。
进一步的，振动传感器202b，固定安装在高密弹网层102b内侧，碳素基材201b和连接钢管202a之间是固定连接，传感器通过设置的连接钢管202a稳定连接，环绕分布可将管道全方位覆盖监测，使得监测更加有效，设置的振动传感器202b可检测各个管道当前所在位置受到的振动力，判断力对管道的影响幅度配合压电传感器201c可以有效的检测管道所受外力造成的损伤状态，便于检修工作有针对性的进行，传感器与控制设备之间是电性连接，便于将监测数据传递至云端，人们可以及时收到管道损坏的信息，操作及时性好。
较佳的，振动传感器202b环绕分布在高密弹网层102b内部，压电传感器201c环绕分布在碳素基材201b内部，这种设置使得结构之间的分布更为合理和均匀，环绕阵列分布的传感器可规律且全面的对管道进行有效损伤检测，使得管道损坏时可及时被发现，损伤检测的及时性好，操作安全性得到保证和提高，密封垫105和外管101与连接管104之间的适配，使得结构连接更加稳定，连接口部位不会出现泄漏的现象，防水基材201a可以有效的防护传感器不受液体的影响。
实施例3
参照图1～8，为本发明的第三个实施例，其在前两个实施例的基础上：还包括了一种机械式管道损伤传感器阵列装置的工作原理。
具体的，该装置是一种机械是管道损伤传感器阵列装置，内端设有损伤检测的传感器结构，可全面有效的检测管道的损伤状态，检测精度高，检测全面，不需要人工检测，对管道的损伤可以及时发现，使用及时性好，便于维护工作及时进行，避免管道出现安全隐患，传感器内侧设置有防水结构，可以有效的防水，因此传感器的使用安全性好，不易受到外界环境影响，检测专一性好，压电复合传感器设置在管道的碳素结构内部，其支撑强度和硬度较好，进一步提高了传感器使用的安全性和稳定性，压电复合传感器形状更加贴合曲面的管道，不易损坏，不易断裂，使用适配性好，通过压电复合传感器的检测并传递至云端的超声回波，寻找到损坏位置，精度高，均匀阵列分布的传感器也有效提高了检测全面性，图5(a)～图5(d)和图6(a)～图6(d)均为模拟某单个阵列传感器对于损伤部位的超声回波示意图，从图中可以看出，当管道损伤时，会影响超声回波的状态，从图7和图8可以看出，超声回波的变化会影响到压电传感器内部电势的变化，从而判断损坏位置的具体情况，振动传感器可以检测管道的受到外部振动压力的情况，配合压电传感器完成检测。
综上所述，该机械式管道损伤传感器阵列装置，阵列环绕分布可将管道的全方位覆盖检测，检测更加有效，振动传感器可检测各管道当前所在位置受到的振动力，判断地震等自然作用力对运输管道的影响幅度，配合压电检测传感器可有效检测出管道所受压力造成的损伤状态。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：包括，
管道单元（100），所述管道单元（100）包括外管（101）、内管（102）、连接套（103）、连接管（104）和密封垫（105），所述连接套（103）设置于所述外管（101）外壁，所述密封垫（105）设置于所述内管（102）内壁，所述外管（101）包括支撑环（101a），所述支撑环（101a）与外管（101）内壁固定连接，所述内管（102）包括耐腐蚀层（102a）和高密弹网层（102b），所述耐腐蚀层（102a）与所述支撑环（101a）固定连接，所述高密弹网层（102b）与所述耐腐蚀层（102a）固定连接；以及，
感应单元（200），所述感应单元（200）包括压电复合传感器组件（201）和振动传感器组件（202），所述压电复合传感器组件（201）设置于所述内管（102）内壁，所述振动传感器组件（202）设置于所述压电复合传感器组件（201）一侧，所述压电复合传感器组件（201）包括防水基材（201a）、碳素基材（201b）和压电传感器（201c），所述碳素基材（201b）设置于所述防水基材（201a）外侧，所述压电传感器（201c）固定于所述碳素基材（201b）内部，所述碳素基材（201b）与所述防水基材（201a）固定连接，所述振动传感器组件（202）包括连接钢管（202a）和振动传感器（202b），所述连接钢管（202a）固定连接在所述碳素基材（201b）外圈，所述振动传感器（202b）与所述高密弹网层（102b）固定连接；
通过振动传感器组件（202）能够感受到管道传输而来的振动，从而获取当前管道的受损信息，而压电复合传感器组件（201）能够通过受损位置电势的变化来感应受损的位置。
2.如权利要求1所述的机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：所述外管（101）与所述连接管（104）通过连接套（103）固定连接。
3.如权利要求2所述的机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：所述密封垫（105）固定安装在连接套（103）的内部。
4.如权利要求1~3任一所述的机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：所述密封垫（105）一侧与所述内管（102）密封连接，另一侧与所述连接管（104）的内壁连接。
5.如权利要求4所述的机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：所述振动传感器（202b）呈环绕分布在高密弹网层（102b）内部。
6.如权利要求5所述的机械式管道损伤传感器阵列装置，其特征在于：所述压电传感器（201c）呈环绕分布在碳素基材（201b）内部。
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