2013年第3期
仅表技术与传盛器 InstrumentTechniqueandSensor
基于虚拟仪器的高温压力管道光纤光栅应变监测软件设计
皇莆晓洪，刘月明，刘涛，蔡庆木
（中国计量学院光学与电子科技学院，浙江杭州310018）
2013 No.3
摘要：为预防高温压力管道泄漏或悉性爆管事故的发生，研制了耐高温长周期光纤光栅对高温管道表面应变进行实时监测的安全预警系统。在使用光纤光栅解调仪进行信号解调的基础上，开发了基于PC机的高温压力管道光纤应变监测软件，该软件使用虚拟仪器编译软件LabVIEW进行编写，具备信号分析、实时报警、数据管理、监测报表以及参数设定等功能。文中在对应变超限预警模型分析的基础上，采用了系计应变和应变速率2种方式进行端程，实现了对应变信号的实时监控和预警。
关键词：长周期光纤光栅；高温管送；LabVIEW；应变；监测软件
中图分类号：TP277
文献标识码：A
文章编号：10021841(2013)03004703
StrainMonitoringSystemofHighTemperature PressurePipelineUsingLPFGBasedonLabVIEW
HUANGFU Xiao-hong,LIU Yue-ming, LIU Tao, CAI Qing-mu
(College of Optical and Electronic Technology,China JiLiang University,Hangzhou 310018,China)
Abstract: In order to prevent the leakage or explosion of the high temperature and pressure pipeline,a security alarm system was developed using the high temperature LFBG to monitor the surface strain of the high temperature pipeline in real-time, On the basis of using optical fiber grating demodulator,a computer monitoring system was designed to process the demodulated signals of the high temperature pressure pipeline,and this monitoring system was written in LabVIEW,including signal analysis,real-time a larm,and data management,monitoring statements, parameter setting and other functions. Based on the analysis of the strain thresh old model,the total strain and strain rate was programmed,to realize the real-time monitoring and early waming of the signals Key words: LPFG; high-temperature pipeline; LabVIEW ;strain; monitoring software
0引言
在石油化工企业，高溢压力管道大量使用。由于长期高温高压运行，材质老化及高温螨变损伤使管道的安全间题越来越突出，经常发生管道泄漏或爆炸事故，管道的安全监测问题越来越受到重视"}。排除管道的先天制造缺陷和人工误操作之外，长时间服役的高温压力管道发生泄蒲和爆炸事故的主要原因是高温蠕变和管壁腐蚀减薄。另一种管壁腐蚀减薄是由于管道中液体或气体对管道内壁的腐蚀，造成高温管道的管壁局部减薄或变性，从而导致管道外壁的局部应变。目前国内对于高温压力管道的监测一般采用人工停机年检，这种方法需要停产进行，检测效率低，安全等级差，而国外的技术发展趋势是采用在线检测技术，可供采用的实时检测技术争段包括：电学传感器检测方法，超声波检测方法和红外热成像检测方法("）。电学传感器及其电路通常不能工作于高温条件下，而且由于高温压力管道内部通常为易燃易爆的危险品，电学传感器的电火花极易引发燃爆，并不适合此时的需要；超声波检测方法和红外热成像检测方法基于无损检测理论，虽避免了电传感器的安全缺陷，均只能检测管道的壁厚和内壁的裂缝以及材料的气泡缺陷，比较适用于检测管道出厂时的品质检测，而对于高温管道的外壁应变实时检测无能为力。目前高温压力管道应变实时
收稿日期：20120406收修改稿日期：20121226
监测急需开发更加合适的技术装置。
文中在采用耐高温长周期光纤光栅来感受管道的表面应变基础上，基于计算机LabVIEW平台，设计了高温压力管道光纤光栅应变监测软件系统，该系统通过对经光纤光栅解调仪解调后的透射光信号的波长变化，即输人PC后信号的频率变化进行分析和处理，实现数据管理、报警费醒、监测报表生成以及用户界面等功能。在对应变信号的实时监控和预警方法上，首先对应变超限预警模型进行了分析建模，然后设计了应变累计上限和应变速率超限2种预警模型[3-4)。该软件系统作为虚
拟仪器能代替传统的仪器设备，节约了成本，简化了程序。 1原理及结构
1.1高温压力管道光纤光栅应变检测原理
该系统监测的是高温压力管道，工作温度高达500℃以上，采用是用3束高频聚集CO，激光脉冲对称写人法制备的耐高温长周期光纤光栅，来检测管道的应变[3)。长周期光纤光栅是将前向传输的纤芯基模耦合至同向传输的阶包层模中，由耦合模理论可知，长周期光纤光栅的相位匹配条件可表示为：
A,=(nn2.)A,(m=1,2,3,.)
(1)
式中：入，为谱报波长；4为光栅周期；n和n分别为纤芯基模LP和一阶m次包层模LP的有效折射率。
可见，当外界条件如温度或应力作用手光栅引起其纤芯和包层的有效折射率和光栅周期变化时，光栅的透射波长就会产