Sci论文 - 至繁归于至简,Sci论文网。 设为首页|加入收藏
当前位置:首页 > 理工论文 > 正文

地下金属管道位移监测技术研究与应用论文

发布时间:2022-03-29 10:50:39 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):
 
  摘要:为了有效地检测地下金属管道的附加应力,对地下金属管道位移监测技术进行了研究和应用。研究提出一种基于惯性导航技术的地下金属管道位移检测方法,经过试验验证了此种方法能够高效快速地检测出整个地下金属管道位移位置,能够及时发现管道位移的距离,经过多次试验验证了该种方法的正确性,为地下金属管道的安全运行提供有效保障。

  关键词:地下;金属管道;位移;监测技术

  随着地下金属管道铺设范围逐渐扩大,管道在地下状态也在随时发生变化。地下金属管道不可避免地要经过微震、地震等地质灾害多发地区,在发生地质灾害时,由于管道管身受到自身重力和来自地面的巨大压力导致弯曲变形,更严重的还会导致管道完全破损,管道中的液体溢出,一方面会造成极大地环境污染,另一方面也会造成资源的浪费。因此,对地下金属管道的状况进行定期检查是非常必要的[1]。在检查过程当中,针对管道出现的问题应及时做好记录,根据相关标准判断管道是否完整并找出管道当前的最大问题,比如当金属管道出现了变形,则需要找到变形程度最大的部位进行重点评估,借此避免在输送过程中管道因变形而失效。

  传统地下金属管道位移的检测方法是在地震高发区安装监控或探测仪来判断该地区的金属管道是否会发生位移。在进行具体操作的时候,需要挖开检测区域的管道,大大局限了监测管道的范围,效果微弱,效率低下[2]。为提高地下金属管道监测的质量,设计一种麻醉测量单元(anaesthetist Measurement Unit)进行地下金属管道位移检测。相比于传统方法的监测局限性,该方法可以高效快速地发现地下金属管道发生位移的位置以及距离,根据金属管道特征点的位置通过信息测绘判断出管道是否发生了形变,为地下金属管道的完整性和安全运行提供了可靠的数据支持。

\

  1地下金属管道位移监测设备结构组成及工作原理

       1.1结构组成

  管道中心线和应变检测系统包括内部检测器、地面校准箱和变送器。受设备检测和空间条件的影响,将检测的核心单元设定为IMU惯性单元,该系统能实现快速连接检测仪器。通过对测绘系统的控制,探测器主要由三路陀螺仪和陀螺仪构成,监测设备根据已经调整好的频率和速度对底线金属管道进行探测,并自动生成并采集金属管道在发生位移时的速度和里程表数据。当金属管道位移结束后,该探测器则会将地下金属管道在位移过程中的所有数据统一存储到系统存储器中。

  当然任何机器都存在一定的误差,为了避免这种误差影响到探测器的正常运行,在进行自动存储的同时,该探测器还自带低频信号发射机。探测器工作原理主要是通过自动定位系统对探测器测得的管道位移距离进行检测和控制,当出现位移偏差较大时,该发射机会自动更正探测器的位置误差,从而得到高精度的位移距离,避免出现数据存储错误现象。

  1.2工作原理

  对地下金属管线进行定位需应用到管道自身位移所产生的惯性和探测器自带的数据处理功能相结合,实现对地下金属管道的实时位移距离的测量和矫正。其中惯性测量单元是根据导航系统提供的行程和相关弯曲度信息,利用惯性导航系统的导航计算和导航卡尔曼滤波模型来测量地下金属管道位移路径,如图1所示。此外,在整个地下金属管道检测完成后,根据IMU采集到的数据内容对地下金属管道破损程度进行分析得到一个确定参数,将参数与地面标准定位器采集到的信息相结合,最终得到高精度的地下金属管道位移监测数据。
\

  为了进一步提高定位精度,选取可用的特征定位点,与设备测试到数据进行比对,对存在误差之处进行更改,以确保对地下金属管道位移位置的准确测量。

  2金属管道位移弯曲应变计算

  2.1位移计算

  金属管道在地下所处位置的位移角度测量需要应用陀螺仪进行测定,在得到角速度确定值的情况下,对陀螺仪本身的检测装置进行检查,确保检测得出的数据准确无误。在更新矩阵的同时,也要将之前得到的角速度值纳入其中,通过采用积分算法对加速度值的增量进行计算,从而得出地下金属管道在进行位移的同时惯性装置在时间上与探测器的误差量是多少,并借此得出惯性装置的具体位置。

  操作方式主要是采用低频信号发射机,校正数据信息,此时得到的数据是没有受到探测器自身重力以及地心引力的加速度干扰的标准的数据。此时探测器显示屏会显示出一组惯性装置在标准无干扰情况下的具体数值以及位移移动位置,并计算出惯性装置的位置矢量。要想得到具体位置可根据之前得出的标准数据将管道最初的坐标带入,即可得出此时地下金属管道所处位置。第一步对中心线的数据进行反演,对比解码后获取的数据和管道中心反演数据结果,对管道位移过程进行模拟,再利用过程求解方式推测出载体在管道中的位置,最后得出的结果为正负计算结果。采用最优滤波平滑算法,得到矢量,将矢量进行标定计算即可实现对管道位置的精确测量,具体操作过程见图2。
\

  惯性测量单元的惯性装置固定在运动载体上,根据其特有的算法来测定管道具体位置。该种方法虽然保证了地下金属管道内部不确定性因素的减少,但是未能避免外部由于恶劣环境带来的影响,因为干扰因素造成的误差会随着时间的推移而累积,因此在远距离检测时,不能完全依靠惯性装置,而是需要探测器对外部干扰因素进行测定和排除。通常将管线上坐标已知的点设置为误差校正的校正点。由于中心线探测器的检测数据和实际现场测的数据会产生较大差异,因此在进行位移测定时通常选用管道作为校正点,确定好管道坐标后可以通过低频信号发射机进行定位,得到修正过后的管道坐标。

  2.2弯曲应变计算

  在地下金属管道可承受弯曲的规定数值内,管道的弯曲应变与曲率的变化成正比金属管道的弯曲率随弯曲应变而发生改变,由此可以得出金属管道的曲率[3]。进行管计算管道位移数据时,既可以得到管道在未经过修正前的原坐标,也可以得到经过发射器修正过后的现坐标。探测器发生的俯仰变化表示管道在发生位移时倾斜角度变化,由于管道在发生位移时探测器的航向也会发生变化,因此管的曲率与内部探测器的姿态存在转换关系。

  管道垂直位移kv为:

\

  式(1)中,ϕ为俯仰角;s为固定管段的长度。

  水平方向的曲率为:

\

  式(2)中,α为角度变化。

  则管道总曲率变化kh为:

\

  通过式(3)得到管道的总曲率变化,对比设计参数,即可发现管道的变形是否处于可接受范围内,实现对地下金属管道的非接触式监测。

  3试验测试

  为了验证探测器内置偏移量所得数据的准确性,本次实验通过改变地下金属管道在沉降过程中的偏移量进行测量,具体数据如表1所示。

\

  根据表1可知,IMU内检测器偏移量检测的准确性较好,偏差值最大没有超过3。

  此外为了检验内置检测器的结果是否准确,本实验还安装了低频信号发射器,通过将应变计与IMU的测量值进行对,发现测量值上的差异,具体实验结果如表2所示。

\

  由表2可看出当测量方位发生改变时,应变器测量值与IMU计算值分别发生相应变化,且二者之间测量值误差较小。

  4结语

  本文研究的地下金属管道位移监测方法,可应用在地下长距离管道的弯曲应变测试中,得到的中心线位置坐标准确,不仅可以有效监测管道,管道风险的应变和位移点及时,并能准确固定地下金属管道。通过试验确定了该方法的可行性和有效性,在进行地下金属管道位移监测时,该方法也可用在地面塌陷、温度载荷发生变化而导致的地下金属管道位移监测。

  通过试验确定了地下金属管道位移检测技术的新方法的有效性和准确性,在进行具体位置探测时可以根据此种方法进行地下金属管道坐标的确定,希望该方法的提出能够为城市管道施工的开展带来一定帮助。

  参考文献

  [1]李国新,初世明,程学亮,郑宏伟.主管道位移监测及汽缸稳定性在线评估系统研究及应用[J].汽轮机技术,2020,62(06):478-480.

  [2]李国政,杨观赐.山区天然气管道滑坡位移监测系统设计[J].中国测试,2020,46(08):87-93.

  [3]管凌霄,徐长节,可文海,等.盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平位移研究[J].土木与环境工程学报(中英文),2020,42(06):54-62.

关注SCI论文创作发表,寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑,请锁定SCI论文网!
 

文章出自SCI论文网转载请注明出处:https://www.scipaper.net/ligonglunwen/36758.html

发表评论

Sci论文网 - Sci论文发表 - Sci论文修改润色 - Sci论文期刊 - Sci论文代发
Copyright © Sci论文网 版权所有 | SCI论文网手机版 | 豫ICP备2022008342号-1 | 网站地图xml | 百度地图xml