CN116625437B - 一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法，涉及金属波纹管在线监测领域，该装置包括：数据处理组件，分别与无线传输组件以及多传感器组件相连接，用于将多传感器组件采集的金属波纹管参数通过无线传输组件传输至云平台；太阳能电池组件，分别与数据处理组件、无线传输组件以及多传感器组件相连接，用于提供工作电源；客户端，通过TCP/IP协议获取云平台上所存储的金属波纹管参数，用于根据金属波纹管参数还原金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析金属波纹管的运行状态，以及预估金属波纹管的使用寿命。本发明能够同时测量金属波纹管的多个参数。

Description

一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法

技术领域

本发明涉及金属波纹管在线监测领域，特别是涉及一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法。

背景技术

随着石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等行业的飞速发展，能源或材料传输管线的热型变、震荡以及沉降形变等问题成为限制发展的一种不可忽视的存在因素。而金属波纹管，由于其抗渗、耐压、强度高、柔性好并在保证施工质量的前提下可以有效缩短工期等优点，而被广泛应用。

金属波纹管由一系列金属波纹形成，可以通过波纹间连接实现内部扭曲和伸缩，从而使金属波纹管具有一定的弹性和柔韧性，可以适应不同的工作环境和工作条件。在流体传输用途中，由于具有较好的密封性能，可以有效避免流体的流失和损耗；在线缆保护过程中，可以起到吸收热型变、减震以及降低形变等功能。将两种特质相结合可以应用于电力传输领域，通过填充惰性气体的方式，降低电能在线缆中传输时的损耗。

金属波纹管在使用过程中，位移量、扭曲角度以及工作温度等直接参数以及使用寿命等间接参数，对金属波纹管的应用、维护及更换具有十分重要的意义。同时，随着金属波纹管的使用，器材的静态指标也在随着时间进行缓慢变化。

现有的金属波纹管测量装置一般只能进行单一或少数参数指标测量，并且只能进行现场测试，对人力物力等资源消耗量过大。并且，在对间接指标进行计算时，需要通过手动录入大量数据实现对指标的时间累计，效率较为低下，而且需要多套装置联合测算才能获取所需的全部数据，在此基础上，如何保证多组测量设备的时间同步也会占用一部分的设计资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法，以实现同时测量金属波纹管的多个参数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多参数金属波纹管在线监测装置，包括：数据处理组件、无线传输组件、太阳能电源组件、云平台、客户端以及设于金属波纹管上的多传感器组件；

所述数据处理组件，分别与所述无线传输组件以及所述多传感器组件相连接，用于将所述多传感器组件采集的金属波纹管参数通过所述无线传输组件传输至所述云平台；所述金属波纹管参数包括所述金属波纹管的三维位移、角度、温度、压强以及应变；

所述太阳能电池组件，分别与所述数据处理组件、所述无线传输组件以及所述多传感器组件相连接，用于提供工作电源；

所述客户端，通过TCP/IP协议获取所述云平台上所存储的金属波纹管参数，用于根据所述金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命。

可选的，所述多传感器组件，具体包括：第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、第4位移传感器、第5位移传感器、第6位移传感器、第1角度传感器、第2角度传感器、第3角度传感器、第4角度传感器、第1温度传感器、第2温度传感器、第3温度传感器、第4温度传感器、第1压强传感器、第2压强传感器、第1应变片、第2应变片、第3应变片以及第4应变片；

所述第1位移传感器、所述第2位移传感器、所述第3位移传感器以及所述第4位移传感器分别安装于所述金属波纹管的轴向四个方向，用于测量金属波纹管的四个方向的轴向位移量；

所述第5位移传感器以及所述第6位移传感器分别安装于所述金属波纹管的横向上下两面，用于测量所述金属波纹管的上下横向位移量；

所述第1角度传感器、所述第2角度传感器、所述第3角度传感器以及所述第4角度传感器分别安装于所述金属波纹管的四个方向，用于测量所述金属波纹管的四个方向的角度变化；

所述第1应变片、所述第2应变片、所述第3应变片以及所述第4应变片分别安装于所述金属波纹管四个方向的管壁上，用于测量所述金属波纹管各方向的应力变化；

所述第1温度传感器、所述第2温度传感器、所述第3温度传感器以及所述第4温度传感器分别安装于所述金属波纹管两端的两侧，用于测量不同光照下所述金属波纹管的温度变化；

所述第1压强传感器以及第2压强传感器分别安装于所述金属波纹管的两端用于测量所述所述金属波纹管两端压强变化。

可选的，所述数据处理组件，具体包括：第1数字信号接口、第2数字信号接口、第3数字信号接口、第4数字信号接口、第5数字信号接口、第6数字信号接口、第7数字信号接口、第8数字信号接口、第9数字信号接口、第10数字信号接口、第1模拟信号接口、第2模拟信号接口、第3模拟信号接口、第4模拟信号接口、第5模拟信号接口、第6模拟信号接口、第7模拟信号接口、第8模拟信号接口、第9模拟信号接口、第10模拟信号接口、通信接口以及电源接口；

所述第1数字信号接口至所述第4数字信号接口与所述第1位移传感器至所述第4位移传感器一一对应连接；

所述第5数字信号接口以及所述第6数字信号接口与所述第5位移传感器以及所述第6位移传感器一一对应连接；

所述第7数字信号接口至所述第10数字信号接口与所述第1角度传感器至所述第4角度传感器一一对应连接；

所述第1模拟信号接口至所述第4模拟信号接口与所述第1温度传感器至所述第4温度传感器一一对应连接；

所述第5模拟信号接口以及所述第6模拟信号接口与所述第1压强传感器以及所述第2压强传感器一一对应连接；

所述第7模拟信号接口至所述第10模拟信号接口与所述第1应变片至所述第4应变片一一对应连接；

所述通信接口与所述无线传输组件相连接，通过485通信协议进行数据传输；

所述电源接口与所述太阳能电源组件相连接。

可选的，还包括：防水电控箱；

所述防水电控箱，内置所述数据处理组件以及所述无线传输组建，并对所有连接线缆进行统一转接分配。

可选的，所述客户端，还用于显示各个金属波纹管参数、形变位移图像、热力场图像、数据分类存储以及参数动态失衡报警，输入所述金属波纹管的原始参数，以及调整多参数金属波纹管在线监测装置的采样周期；所述原始参数包括管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强。

一种多参数金属波纹管在线监测方法，包括：

在客户端的参数输入界面输入金属波纹管的原始参数以及采样周期，并在所述客户端的状态修正界面将系统参数通过网络下发至数据处理组件；所述原始参数包括管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强；所述系统参数包括所述采样周期、IP地址以及工作状态；

在所述系统参数已下发且多参数金属波纹管在线监测装置已开始工作的状态下，多传感器组件采集金属波纹管参数对应的物理量，并将所述物理量转换为电信号传输至所述数据处理组件；

利用所述数据处理组件根据所述IP地址对无线传输组件进行配置，并利用所述无线传输组件将所述电信号通过无线网络上传至云平台接收及存储；

所述客户端从所述云平台读取所述电信号，在读取过程中校验时间参数，当时间连续的情况下，读取当前电信号对应的金属波纹管参数；当时间出现缺损的情况下，在所述云平台搜索缺失的金属波纹管参数，一并下载；

根据所述客户端读取的金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命。

可选的，还包括：

对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，判断所述金属波纹管的当前运行状态是否正常；

若所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测；

若所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期。

可选的，对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，具体包括：

根据三维位移量对所述金属波纹管体积的改变、温度对气体体积的变化，结合初始压强计算实时压强；

对比所述实时压强以及通过第1压强传感器以及第2压强传感器测量的测量压强，判断所述金属波纹管体积是否发生漏气；

若是，根据所述实时压强以及测量压强的差异性预估漏气位置，并确定所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期；

若否，确定所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法，设置数据处理组件、无线传输组件、太阳能电源组件、云平台、客户端以及设于金属波纹管上的多传感器组件，通过多传感器组件采集多个金属波纹管参数，并通过数据处理组件以及无线传输组件上传至客户端，根据金属波纹管参数还原金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析金属波纹管的运行状态，以及预估金属波纹管的使用寿命，实现了同时测量金属波纹管的多个参数的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1为本发明所提供的多参数金属波纹管在线监测装置示意图；

图2为本发明所提供的多传感器组件在金属波纹管上的分布示意图；

图3为本发明所提供的数据处理组件接线图；

图4为本发明所提供的多参数金属波纹管在线监测方法应用于工作过程中的工作流程图；

图5为本发明所提供的客户端界面图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多参数金属波纹管在线监测装置及方法，能够同时测量金属波纹管的多个参数。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种多参数金属波纹管在线监测装置，包括：数据处理组件1、无线传输组件2、太阳能电源组件3、云平台4、客户端5以及设于金属波纹管上的多传感器组件6。

所述数据处理组件1，分别与所述无线传输组件2以及所述多传感器组件6相连接，用于将所述多传感器组件6采集的金属波纹管参数通过所述无线传输组件2传输至所述云平台4；所述金属波纹管参数包括所述金属波纹管的三维位移、角度、温度、压强以及应变。

所述太阳能电池组件，分别与所述数据处理组件1、所述无线传输组件2以及所述多传感器组件6相连接，用于提供工作电源。

所述客户端5，通过TCP/IP协议获取所述云平台4上所存储的金属波纹管参数，用于根据所述金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命。

在实际应用中，所述多传感器组件6，具体包括：第1位移传感器61、第2位移传感器62、第3位移传感器63、第4位移传感器64、第5位移传感器65、第6位移传感器66、第1角度传感器67、第2角度传感器68、第3角度传感器69、第4角度传感器70、第1温度传感器71、第2温度传感器72、第3温度传感器73、第4温度传感器74、第1压强传感器75、第2压强传感器76、第1应变片77、第2应变片78、第3应变片79以及第4应变片80。

所述第1位移传感器61、第2位移传感器62、第3位移传感器63、第4位移传感器64、第5位移传感器65、第6位移传感器66、第1角度传感器67、第2角度传感器68、第3角度传感器69、第4角度传感器70、第1温度传感器71、第2温度传感器72、第3温度传感器73、第4温度传感器74、第1压强传感器75、第2压强传感器76、第1应变片77、第2应变片78、第3应变片79以及第4应变片80的数据传输端分别与数据处理组件1进行连接以传输传感器获取的金属波纹管参数。

所述无线传输组件2的数据传输端与数据处理组件1进行连接用以接受需要传输到云平台4的数据及协议。

所述无线传输组件2通过无线网将数据传输到云平台4内进行存储。

所述客户端5通过TCP/IP协议获取云平台4内存储数据，并对其进行存储及处理。

所述数据处理组件1、无线传输组件2、第1位移传感器61、第2位移传感器62、第3位移传感器63、第4位移传感器64、第5位移传感器65、第6位移传感器66、第1角度传感器67、第2角度传感器68、第3角度传感器69、第4角度传感器70、第1温度传感器71、第2温度传感器72、第3温度传感器73、第4温度传感器74、第1压强传感器75、第2压强传感器76、第1应变片77、第2应变片78、第3应变片79以及第4应变片80与太阳能电源组件3连接获取工作电源。

如图2所示，所述第1位移传感器61、第2位移传感器62、第3位移传感器63以及第4位移传感器64分别安装于金属波纹管轴向四个方向，用于测量金属波纹管的四个方向的轴向位移量。

所述第5位移传感器65以及第6位移传感器66分别安装于金属波纹管横向上下两面，用于测量金属波纹管的上下横向位移量。

所述第1角度传感器67、第2角度传感器68、第3角度传感器69以及第4角度传感器70分别安装于金属波纹管四个方向，用于测量金属波纹管的四个方向的角度变化。

所述第1应变片77、第2应变片78、第3应变片79以及第4应变片80分别安装于金属波纹管四个方向的管壁，用于测量金属波纹管各方向应力变化。

所述第1温度传感器71、第2温度传感器72、第3温度传感器73以及第4温度传感器74分别安装于金属波纹管两端的两侧，用于测量不同光照下金属波纹管的温度变化。

所述第1压强传感器75以及第2压强传感器76分别安装于金属波纹管的两端用于测量金属波纹管两端压强变化。

在实际应用中，本发明还设有一套防水电控箱，用于保护数据处理组件1以及无线传输组件2，并对所有连接线缆进行统一转接分配，为多参数金属波纹管在线监测装置的户外应用提供必要的对抗环境能力。

在实际应用中，所述客户端5除与云平台4通信获取数据及计算功能外，客户端5界面可以显示各传感器参数、形变位移图像、热力场图像显示、数据分类存储以及参数动态失衡报警等多种功能。

如图3所示，所述数据处理组件1，包括：第1数字信号接口101、第2数字信号接口102、第3数字信号接口103、第4数字信号接口104、第5数字信号接口105、第6数字信号接口106、第7数字信号接口107、第8数字信号接口108、第9数字信号接口109、第10数字信号接口110、第1模拟信号接口111、第2模拟信号接口112、第3模拟信号接口113、第4模拟信号接口114、第5模拟信号接口115、第6模拟信号接口116、第7模拟信号接口117、第8模拟信号接口118、第9模拟信号接口119、第10模拟信号接口120、通信接口121以及电源接口131。

其中，第1数字信号接口101~第4数字信号接口104与第1位移传感器61~第4位移传感器64相连接；第5数字信号接口105、第6数字信号接口106与第5位移传感器65、第6位移传感器66相连接；第7数字信号接口107~第10数字信号接口110与第1角度传感器67~第4角度传感器70相连接；第1模拟信号接口111~第4模拟信号接口114与第1温度传感器71~第4温度传感器74相连接；第5模拟信号接口115、第6模拟信号接口116与第1压强传感器75、第2压强传感器76相连接；第7模拟信号接口117~第10模拟信号接口120与第1应变片77~第4应变片80相连接；通信接口121与无线传输组件2相连接，通过485通信协议进行数据传输；电源接口131与太阳能电源组件3相连接。

基于上述多参数金属波纹管在线监测装置，本发明还提供了一种多参数金属波纹管在线监测方法，包括：

在客户端5的参数输入界面输入金属波纹管的原始参数以及采样周期，并在所述客户端5的状态修正界面将系统参数通过网络下发至数据处理组件1；所述原始参数包括管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强；所述系统参数包括所述采样周期、IP地址以及工作状态。

在所述系统参数已下发且多参数金属波纹管在线监测装置已开始工作的状态下，多传感器组件6采集金属波纹管参数对应的物理量，并将所述物理量转换为电信号传输至所述数据处理组件1。

利用所述数据处理组件1根据所述IP地址对无线传输组件2进行配置，并利用所述无线传输组件2将所述电信号通过无线网络上传至云平台4接收及存储。

所述客户端5从所述云平台4读取所述电信号，在读取过程中校验时间参数，当时间连续的情况下，读取当前电信号对应的金属波纹管参数；当时间出现缺损的情况下，在所述云平台4搜索缺失的金属波纹管参数，一并下载。

根据所述客户端5读取的金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命。

在实际应用中，本发明还包括：对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，判断所述金属波纹管的当前运行状态是否正常；若所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测；若所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期。

在实际应用中，对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，具体包括：根据三维位移量对所述金属波纹管体积的改变、温度对气体体积的变化，结合初始压强计算实时压强；对比所述实时压强以及通过第1压强传感器以及第2压强传感器测量的测量压强，判断所述金属波纹管体积是否发生漏气；若是，根据所述实时压强以及测量压强的差异性预估漏气位置，并确定所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期；若否，确定所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测。

将本发明所提供的多参数金属波纹管在线监测方法应用于工作过程中，工作过程如图4所示。

步骤1：设置参数。

如图5所示，使用者在客户端5参数输入界面52输入/选择关于金属波纹管管道及多参数金属波纹管在线监测装置的参数，包括金属波纹管原始参数（管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强等）以及采样周期等。其中，采样周期可以选择5min、1s以及自动调整；5min采样周期为日常监测所用；1s采样周期为金属波纹管及多参数金属波纹管在线监测装置调试时使用；自动调整的状态是在金属波纹管伸缩速度不稳定的情况下，为对金属波纹管数据档案具有良好记录设立，在运行过程中，根据金属波纹管每次测量间隔变化情况，可以自适应调整测量的采样周期。

在正常运行状态下，以5min/次周期进行测量，当通过第1位移传感器61~第6位移传感器66计算判别金属波纹管伸缩速度较快或速度存在较大变化的情况下，根据计算所得速度或加速度自动适配采样频率至1min/次、10s/次或1s/次，尽量避免单一周期下数据的缺失或冗余。

在数据计算过程中，本发明可以根据用户输入的金属波纹管原始参数对金属波纹管的运行状态分析进行参数调整，满足金属波纹管材质、尺寸等性质的变化，以适配不同指标参数的金属波纹管，适配性更高。

还可以根据需求，手动或自动调整采样周期，在保证用户需求的基础上，数据量不缺失、不冗余，自由度更高。

步骤2：参数下发。

使用者在客户端5状态修正界面51可以通过点击相应按键将系统参数通过网络下发给数据处理组件1，主要下发的系统参数为采样周期、IP地址以及工作状态参数。其中，开关按键对多参数金属波纹管在线监测装置的工作状态进行定义，系统参数下发工作与多参数金属波纹管在线监测装置的工作状态无关，多参数金属波纹管在线监测装置待机或工作情况下均可进行正常下发。

步骤3：数据采集及预处理。

在系统参数已下发且开始工作的状态下，多参数金属波纹管在线监测装置开始工作，多传感器组件6开始采集物理量并转为电信号传输给数据处理组件1；数据处理组件1接受相应电信号并对其进行预处理，其中，电信号包括4-20mA电流量，0-10V电压量以及包括485和I2C等总线协议的开关量。数据处理组件1对信号进行模拟量采样、开关量解析等工作，将其转为人工可识别数据，如字符串等，便于后续的数据传递。

步骤4：数据上传及云平台数据接收。

数据处理组件1通过步骤1中下发IP地址参数对无线传输组件2进行配置，并将步骤1中已完成处理的数据通过485协议进行组件间传输。无线传输组件2对收到的金属波纹管参数通过无线网络上传到云平台4进行接收及存储。

步骤5：数据读取及解析。

客户端5通过TCP/IP协议从云平台4读取数据，读取过程中检校数据的时间参数，当时间连续的情况下，读取当前数据即可，当时间出现缺损的情况下，在云平台4数据库中搜索缺失数据，一并下载，保证了装置工作时客户端5断开连接的情况下数据的完整性；需要注意的是，在本发明中，读取的数据为金属波纹管参数。

数据经无线传输组件2传输给云平台4后通过客户端5读取，可以保证客户端5在离线后数据在云平台4存储，客户端5上线后批量下载，提高了数据的完整性和数据采集存储的稳定性。

步骤6：数据计算及存储。

客户端5将下载数据进行计算，并将其存储在数据库中，便于后续检索。

计算过程具体包括：

根据第1位移传感器61~第6位移传感器66以及第1角度传感器67~第4角度传感器采集的位移量以及角度计算金属波纹管形变状态：

计算如下：

。

其中，(x_10，y₁₀)，(x_20，y₂₀)，(x_30，y₃₀)，(x_40，y₄₀)为金属波纹管固定端四个顶点，(x_11，y₁₁)，(x_21，y₂₁)，(x_31，y₃₁)，(x_41，y₄₁)为金属波纹管移动端四个顶点，l₁~l₆为第1位移传感器61~第6位移传感器66的测量结果，α₁~α₄为第1角度传感器67~第4角度传感器70的测量结果。

根据第1温度传感器71~第4温度传感器74计算金属波纹管内温度梯度变化情况：

计算如下：

。

其中，T_l为第1温度传感器71和第4温度传感器74间温度差，T_k为第2温度传感器72和第3温度传感器73间温度差，n₁为第1温度传感器71和第4温度传感器74间位置向量，n₂为第2温度传感器72和第3温度传感器73间位置向量，为第1温度传感器71和第4温度传感器74等温线法相方向上任一向量，/>为第2温度传感器72和第3温度传感器73等温线法相方向上任一向量，/>为（x_j，y_j）与相应/>，/>的向量。

结合第1应变片77~第4应变片80的应变量以及位移量计算金属波纹管的稳定情况，当满足下述情况时，即应力与位移和金属波纹管模量成正比，金属波纹管状态稳定，否则，相应方向上金属波纹管出现破损等情况。

。

其中，F₁为第1应变片77的应力测量数据，F₂为第2应变片78的应力测量数据，F₃为第3应变片79的应力测量数据，F₄为第4应变片80的应力测量数据，为金属波纹管的第一模量，/>为金属波纹管的第二模量，/>为金属波纹管的第三模量，/>为金属波纹管的第四模量。

数据根据序号、时间、参数类型及参数量排序存储到本地数据库中，可以调用参数对金属波纹管的预估的使用寿命进行计算：

根据中国国家标准GB/T 12777-2019计算如下：

。

其中，[N_c]为波纹管设计疲劳寿命，单位为周次，h为波高的数值，单位为毫米（mm），p为设计压力，单位为兆帕（MPa），n为波纹管层数，E_b为室温下波纹管弹性模量，C_d、C_f、C_p为波纹管计算修正参数，e为计算单波总当量轴向位移，单位为毫米（mm），n_f为设计疲劳寿命安全系数，为波纹管成型后一层材料的名义厚度，单位为毫米（mm）。

步骤7：数据及图像显示。

将步骤5以及步骤6中读取及计算的参数以及金属波纹管的形变程度和温度梯度在测量显示界面53、波纹管形变状态图像界面54以及波纹管温度梯度图像界面55中进行显示。刷新速率与数据采集周期相关。

步骤8：状态判定及后续处理。

完成数据计算后，通过比对金属波纹管当前运行状态与标准状态，判定金属波纹管是否正常。

判断过程具体包括：根据位移量对金属波纹管体积的改变、温度对气体体积的变化结合原始压强计算的实时压强并与多参数金属波纹管在线监测装置中压强传感器测量的测量压强进行比对判断是否发生漏气。

通过实时压强与测量压强的差异性预估漏气位置，并确定所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，通过对使用者发送警报，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期，之后重复步骤2~步骤8；若否，确定所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测。

本发明可以根据远程数据对金属波纹管的运行状态进行分析，包括运动状态以及温度分布，相比于单纯的数字显示方法，用户使用更直观。并且具备金属波纹管异常性分析，可以获取金属波纹管的运行状态是否满足相应参数下的正常状态，包括应力、温度、位移与压强相互间关系，提高了金属波纹管使用的可靠性。

本发明通过多个不同类型传感器获取金属波纹管工作过程中三维位移、温度、压强以及应力等参数，并可以进行远程监测及数据存储，通过云平台4支持软件离线重连后数据下载的完整性。

本发明能够同时实现多参数测量，并可以远程对数据进行分类存储和计算，不仅具备测量及数据存储等功能，还具有一定反馈和警报能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多参数金属波纹管在线监测装置，其特征在于，包括：数据处理组件、无线传输组件、太阳能电源组件、云平台、客户端以及设于金属波纹管上的多传感器组件；

所述数据处理组件，分别与所述无线传输组件以及所述多传感器组件相连接，用于将所述多传感器组件采集的金属波纹管参数通过所述无线传输组件传输至所述云平台；所述金属波纹管参数包括所述金属波纹管的三维位移、角度、温度、压强以及应变；所述多传感器组件，具体包括：第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、第4位移传感器、第5位移传感器、第6位移传感器、第1角度传感器、第2角度传感器、第3角度传感器、第4角度传感器、第1温度传感器、第2温度传感器、第3温度传感器、第4温度传感器、第1压强传感器、第2压强传感器、第1应变片、第2应变片、第3应变片以及第4应变片；

所述第1位移传感器、所述第2位移传感器、所述第3位移传感器以及所述第4位移传感器分别安装于所述金属波纹管的轴向四个方向，用于测量金属波纹管的四个方向的轴向位移量；

所述第5位移传感器以及所述第6位移传感器分别安装于所述金属波纹管的横向上下两面，用于测量所述金属波纹管的上下横向位移量；

所述第1角度传感器、所述第2角度传感器、所述第3角度传感器以及所述第4角度传感器分别安装于所述金属波纹管的四个方向，用于测量所述金属波纹管的四个方向的角度变化；

所述第1应变片、所述第2应变片、所述第3应变片以及所述第4应变片分别安装于所述金属波纹管四个方向的管壁上，用于测量所述金属波纹管各方向的应力变化；

所述第1温度传感器、所述第2温度传感器、所述第3温度传感器以及所述第4温度传感器分别安装于所述金属波纹管两端的两侧，用于测量不同光照下所述金属波纹管的温度变化；

所述第1压强传感器以及第2压强传感器7分别安装于所述金属波纹管的两端用于测量所述所述金属波纹管两端压强变化；

所述太阳能电源组件，分别与所述数据处理组件、所述无线传输组件以及所述多传感器组件相连接，用于提供工作电源；

所述客户端，通过TCP/IP协议获取所述云平台上所存储的金属波纹管参数，用于根据所述金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命；

计算过程具体包括：

根据第1位移传感器61～第6位移传感器66以及第1角度传感器67～第4角度传感器采集的位移量以及角度计算金属波纹管形变状态：

计算如下：

x₁₁＝x₁₀+l₅cos(α₄)

y₁₁＝y₁₀+l₁cos(α₁)

x₂₁＝x₂₀+l₆cos(α₃)

y₂₁＝y₂₀+l₂cos(α₂)

x₃₁＝x₃₀+l₅cos(α₄)

y₃₁＝y₃₀+l₃cos(α₁)

x₄₁＝x₄₀+l₆cos(α₃)

y₄₁＝y₄₀+l₄cos(α₂)；

其中，(x₁₀，y₁₀)，(x₂₀，y₂₀)，(x₃₀，y₃₀)，(x₄₀，y₄₀)为金属波纹管固定端四个顶点，(x₁₁，y₁₁)，(x₂₁，y₂₁)，(x₃₁，y₃₁)，(x₄₁，y₄₁)为金属波纹管移动端四个顶点，l₁～l₆为第1位移传感器61～第6位移传感器66的测量结果，α₁～α₄为第1角度传感器67～第4角度传感器70的测量结果；

根据第1温度传感器71～第4温度传感器74计算金属波纹管内温度梯度变化情况：

计算如下：

其中，T_l为第1温度传感器71和第4温度传感器74间温度差，T_k为第2温度传感器72和第3温度传感器73间温度差，n₁为第1温度传感器71和第4温度传感器74间位置向量，n₂为第2温度传感器72和第3温度传感器73间位置向量，为第1温度传感器71和第4温度传感器74等温线法相方向上任一向量，/>为第2温度传感器72和第3温度传感器73等温线法相方向上任一向量，/>为(x_j，y_j)与相应/>的向量；

结合第1应变片77～第4应变片80的应变量以及位移量计算金属波纹管的稳定情况，当满足下述情况时，即应力与位移和金属波纹管模量成正比，金属波纹管状态稳定，否则，相应方向上金属波纹管出现破损情况；

F₁＝l₁×σ₁

F₂＝l₂×σ₂

F₃＝l₃×σ₃

F₄＝l₄×σ₄；

其中，F₁为第1应变片77的应力测量数据，F₂为第2应变片78的应力测量数据，F₃为第3应变片79的应力测量数据，F₄为第4应变片80的应力测量数据，σ₁为金属波纹管的第一模量，σ₂为金属波纹管的第二模量，σ₃为金属波纹管的第三模量，σ₄为金属波纹管的第四模量。

2.根据权利要求1所述的多参数金属波纹管在线监测装置.，其特征在于，所述数据处理组件，具体包括：第1数字信号接口、第2数字信号接口、第3数字信号接口、第4数字信号接口、第5数字信号接口、第6数字信号接口、第7数字信号接口、第8数字信号接口、第9数字信号接口、第10数字信号接口、第1模拟信号接口、第2模拟信号接口、第3模拟信号接口、第4模拟信号接口、第5模拟信号接口、第6模拟信号接口、第7模拟信号接口、第8模拟信号接口、第9模拟信号接口、第10模拟信号接口、通信接口以及电源接口；

所述第1数字信号接口至所述第4数字信号接口与所述第1位移传感器至所述第4位移传感器一一对应连接；

所述第5数字信号接口以及所述第6数字信号接口与所述第5位移传感器以及所述第6位移传感器一一对应连接；

所述第7数字信号接口至所述第10数字信号接口与所述第1角度传感器至所述第4角度传感器一一对应连接；

所述第1模拟信号接口至所述第4模拟信号接口与所述第1温度传感器至所述第4温度传感器一一对应连接；

所述第5模拟信号接口以及所述第6模拟信号接口与所述第1压强传感器以及所述第2压强传感器一一对应连接；

所述第7模拟信号接口至所述第10模拟信号接口与所述第1应变片至所述第4应变片一一对应连接；

所述通信接口与所述无线传输组件相连接，通过485通信协议进行数据传输；

所述电源接口与所述太阳能电源组件相连接。

3.根据权利要求1所述的多参数金属波纹管在线监测装置，其特征在于，还包括：防水电控箱；

所述防水电控箱，内置所述数据处理组件以及所述无线传输组件，并对所有连接线缆进行同一转接分配。

4.根据权利要求1所述的多参数金属波纹管在线监测装置，其特征在于，所述客户端，还用于显示各个金属波纹管参数、形变位移图像、热力场图像、数据分类存储以及参数动态失衡报警，输入所述金属波纹管的原始参数，以及调整多参数金属波纹管在线监测装置的采样周期；所述原始参数包括管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强。

5.一种多参数金属波纹管在线监测方法，其特征在于，所述多参数金属波纹管在线监测方法应用于权利要求1-4任一项所述的多参数金属波纹管在线监测装置，所述多参数金属波纹管在线监测方法，包括：

在客户端的参数输入界面输入金属波纹管的原始参数以及采样周期，并在所述客户端的状态修正界面将系统参数通过网络下发至数据处理组件；所述原始参数包括管径、壁厚、材质、初始温度及初始压强；所述系统参数包括所述采样周期、IP地址以及工作状态；

在所述系统参数已下发且多参数金属波纹管在线监测装置已开始工作的状态下，多传感器组件采集金属波纹管参数对应的物理量，并将所述物理量转换为电信号传输至所述数据处理组件；

利用所述数据处理组件根据所述IP地址对无线传输组件进行配置，并利用所述无线传输组件将所述电信号通过无线网络上传至云平台接收及存储；

所述客户端从所述云平台读取所述电信号，在读取过程中校验时间参数，当时间连续的情况下，读取当前电信号对应的金属波纹管参数；当时间出现缺损的情况下，在所述云平台搜索缺失的金属波纹管参数，一并下载；

根据所述客户端读取的金属波纹管参数还原所述金属波纹管在工作过程中的运行状态及温度梯度情况，并分析所述金属波纹管的运行状态，以及预估所述金属波纹管的使用寿命；

计算过程具体包括：

根据第1位移传感器61～第6位移传感器66以及第1角度传感器67～第4角度传感器采集的位移量以及角度计算金属波纹管形变状态：

计算如下：

x₁₁＝x₁₀+l₅cos(α₄)

y₁₁＝y₁₀+l₁cos(α₁)

x₂₁＝x₂₀+l₆cos(α₃)

y₂₁＝y₂₀+l₂cos(α₂)

x₃₁＝x₃₀+l₅cos(α₄)

y₃₁＝y₃₀+l₃cos(α₁)

x₄₁＝x₄₀+l₆cos(α₃)

y₄₁＝y₄₀+l₄cos(α₂)；

其中，(x₁₀，y₁₀)，(x₂₀，y₂₀)，(x₃₀，y₃₀)，(x₄₀，y₄₀)为金属波纹管固定端四个顶点，(x₁₁，y₁₁)，(x₂₁，y₂₁)，(x₃₁，y₃₁)，(x₄₁，y₄₁)为金属波纹管移动端四个顶点，l₁～l₆为第1位移传感器61～第6位移传感器66的测量结果，α₁～α₄为第1角度传感器67～第4角度传感器70的测量结果；

根据第1温度传感器71～第4温度传感器74计算金属波纹管内温度梯度变化情况：

计算如下：

其中，T_l为第1温度传感器71和第4温度传感器74间温度差，T_k为第2温度传感器72和第3温度传感器73间温度差，n₁为第1温度传感器71和第4温度传感器74间位置向量，n₂为第2温度传感器72和第3温度传感器73间位置向量，为第1温度传感器71和第4温度传感器74等温线法相方向上任一向量，/>为第2温度传感器72和第3温度传感器73等温线法相方向上任一向量，/>为(x_j，y_j)与相应/>的向量；

结合第1应变片77～第4应变片80的应变量以及位移量计算金属波纹管的稳定情况，当满足下述情况时，即应力与位移和金属波纹管模量成正比，金属波纹管状态稳定，否则，相应方向上金属波纹管出现破损情况；

F₁＝l₁×σ₁

F₂＝l₂×σ₂

F₃＝l₃×σ₃

F₄＝l₄×σ₄；

其中，F₁为第1应变片77的应力测量数据，F₂为第2应变片78的应力测量数据，F₃为第3应变片79的应力测量数据，F₄为第4应变片80的应力测量数据，σ₁为金属波纹管的第一模量，σ₂为金属波纹管的第二模量，σ₃为金属波纹管的第三模量，σ₄为金属波纹管的第四模量。

6.根据权利要求5所述的多参数金属波纹管在线监测方法，其特征在于，还包括：

对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，判断所述金属波纹管的当前运行状态是否正常；

若所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测；

若所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期。

7.根据权利要求5所述的多参数金属波纹管在线监测方法，其特征在于，对比所述金属波纹管的当前运行状态以及标准状态，具体包括：

根据三维位移量对所述金属波纹管体积的改变、温度对气体体积的变化，结合初始压强计算实时压强；

对比所述实时压强以及通过第1压强传感器以及第2压强传感器测量的测量压强，判断所述金属波纹管体积是否发生漏气；

若是，根据所述实时压强以及测量压强的差异性预估漏气位置，并确定所述金属波纹管的当前运行状态处于不正常状态，提醒检修或修改所述原始参数以及所述采样周期；

若否，确定所述金属波纹管的当前运行状态处于正常状态，继续监测。