一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统和方法与流程

本发明属于工程结构健康监测，尤其涉及一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统和方法。

背景技术：

1、目前在电力能源和石油化工工程管道支吊架状态监测中，现有的监测方法主要依赖目测法对管道-支吊架系统安装后状态进行定性检验。在对弹性吊架进行节点载荷的定量检验评价时，主要借助吊架的标尺和指针进行评价。该方法已经作为相关行业标准的推荐方法。但是，目测法天然地具有无法做到精确定量分析的缺点，即过于依赖人工经验，评价效果和吊架的标尺和指针的损坏状态密切相关，所以该方法效率较低，难以对管道支吊架系统的静/动力学服役特性进行精确的分析评价，亟需发展相应的精确智能化检测方法，对管道支吊架系统进行监测和评价，进而构建管道支吊架系统的数字孪生体和物联网建设。

2、公开号为cn113324180a的中国发明专利公开了一种火电厂高温/高压管道状态监测与风险评估系统，并具体公开了检测系统包括管道壁温监测系统、管道保温监测系统、管道热膨胀监测系统、管道支吊架受力监测系统、管道振动监测系统、管道腐蚀监测系统、管道泄漏监测系统、管道应力监测系统以及管道无损及理化检测历史数据分析系统。管道无损及理化检测历史数据分析系统，将历次大小修金属检验检测数据信息化，然后存入系统，以时间为横坐标，进行数据趋势分析，从而判断失效风险。但是该发明中并没有公开监测系统信息是如何采集传输处理的。

3、公开号为cn109945073a的中国发明专利公开了一种火力发电厂蒸汽管道实时状态信息采集及风险预测系统，其公开了在蒸汽管道上以及管道各吊架上安装不同的传感器，并将各传感器与计算机连接，进行采集、分析管道的工作情况。该发明使得蒸汽管道状态监测及时、快速、可视化，大大提高了机组运行的可靠性和安全性，同时事前控制和状态检修又极大的提高了机组的经济性。但是该发明中并没有公开监测系统信息是如何采集传输处理的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统和方法，提高监测精度和效率。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，监测系统包括多物理场监测传感模块、射频识别通信模块、上位机及数字信号处理模块、电源及信号通讯辅助模块；

4、多物理场监测传感模块包括多种测量传感器；

5、射频识别通信模块包括射频标签天线、射频识别系统读写器以及信息存储和处理器，测量传感器与射频标签天线连接，用于获取表征受监管道支吊架结构静/动力学服役特性的多物理场测量信号；信息存储和处理器存储受监管道支吊架结构的身份信息和历史数据；射频识别系统读写器用于通过射频通信技术盘点射频标签天线，获取受监管道支吊架结构的静/动力学服役状态的数字信号，并传输给上位机；

6、上位机及数字信号处理模块用于根据所测多物理场监测数据，分析和评价管道支吊架系统的静/动力学服役状态；

7、电源及信号通讯辅助模块用于系统供能和信号传递。

8、进一步的，多物理场监测传感模块包括温度测量传感器、加速度测量传感器、应变测量传感器。

9、进一步的，温度测量传感器用于测量支吊架系统的环境温度，修正支吊架材料的刚度特性；加速度测量传感器可以测量支吊架系统中细长杆件的横向加速度响应，进而获得细长杆件的轴向拉力，作为该吊架实际承受的管道节点载荷测量的备用选项；应变测量传感器用于直接测量支吊架结构所承受的管道节点载荷，可根据支吊架几何构型特点，采用多传感器布置方式获得支吊架的应力应变特性，可直接获得支吊架结构承受的管道节点载荷；所测量的应变数据也可以测量支吊架的服役状态，用以评价支吊架的强度。

10、进一步的，身份信息包括空间位置和设计参数。

11、进一步的，测量传感器与射频标签天线连接集成，构成支吊架服役状态多物理场信号的采集终端。

12、进一步的，射频识别通信模块设置有多个通信接口，支吊架倾角测量传感器、管道内液体流速计、管道内压力测量传感器、管道内温度测量传感器均可通过通信接口连接到射频识别通信模块中。

13、本发明还提供一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测方法，包括以下步骤：

14、s1：搭建基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统；

15、s2：利用上位机控制射频识别系统读写器盘点识别管道支吊架承力结构件的射频标签天线，获得该身份标签对应的编号为i的支吊架身份信息和历史数据idi；

16、s3：射频识别系统读写器发送射频信号iri至射频标签天线，进而激发多物理场监测传感模块，获取监测信号，并转化为数字信号msi存储于射频标签天线的芯片中；

17、s4：上位机控制射频识别系统读写器再次盘点射频标签天线，射频通讯，获得信号msi；

18、s5：利用上位机及数字信号处理模块分析信号msi，结合支吊架身份信息和历史数据idi，分析和评价管道支吊架系统的静/动力学服役状态。

19、进一步的，监测方法还包括步骤s6，根据步骤s5得到的管道支吊架系统的静/动力学服役状态，反馈指导相应的调整工作，获得的管道支吊架系统动力学特性用以指导管道结构的强度评价和振动控制。

20、与现有技术相比，本发明提供的基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统和方法有以下有益效果：

21、本发明提供的基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，包括多物理场监测传感模块、射频识别通信模块、上位机及数字信号处理模块、电源及信号通讯辅助模块；多物理场监测传感模块包括多种测量传感器；

22、射频识别通信模块包括射频标签天线、射频识别系统读写器以及信息存储和处理器，测量传感器与射频标签天线连接，用于获取表征受监管道支吊架结构静/动力学服役特性的多物理场测量信号；信息存储和处理器存储受监管道支吊架结构的身份信息和历史数据；射频识别系统读写器用于通过射频通信技术盘点射频标签天线，获取受监管道支吊架结构的静/动力学服役状态的数字信号，并传输给上位机；

23、上位机及数字信号处理模块用于根据所测多物理场监测数据，分析和评价管道支吊架系统的静/动力学服役状态；电源及信号通讯辅助模块用于系统供能和信号传递。

24、本发明中射频标签天线、射频识别系统读写器之间数据传输不需要连接数据线，避免了布设大量的数据线；且抗干扰强、识别速度快。

25、利用射频识别，实现智能化检测，监测系统具有灵敏度高、误差小、尺寸小、重量轻和功耗低等优点。

26、本发明提供的基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统和方法，实现对管道支吊架系统的静/动力学服役特性进行精确的定量分析和评价，及时发现管道-支吊架系统的隐患，指导相应的检修维护工作，保障管道-支吊架系统的安全稳定运行。

技术特征：

1.一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，所述监测系统包括多物理场监测传感模块、射频识别通信模块、上位机及数字信号处理模块、电源及信号通讯辅助模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，所述多物理场监测传感模块包括温度测量传感器、加速度测量传感器、应变测量传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，温度测量传感器用于测量支吊架系统的环境温度，修正支吊架材料的刚度特性；加速度测量传感器可以测量支吊架系统中细长杆件的横向加速度响应，进而获得细长杆件的轴向拉力，作为该吊架实际承受的管道节点载荷测量的备用选项；应变测量传感器用于直接测量支吊架结构所承受的管道节点载荷，可根据支吊架几何构型特点，采用多传感器布置方式获得支吊架的应力应变特性，可直接获得支吊架结构承受的管道节点载荷；所测量的应变数据也可以测量支吊架的服役状态，用以评价支吊架的强度。

4.根据权利要求1所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，所述身份信息包括空间位置和设计参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，测量传感器与射频标签天线连接集成，构成支吊架服役状态多物理场信号的采集终端。

6.根据权利要求1所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，其特征在于，射频识别通信模块设置有多个通信接口，支吊架倾角测量传感器、管道内液体流速计、管道内压力测量传感器、管道内温度测量传感器均可通过通信接口连接到射频识别通信模块中。

7.一种使用如权利要求1所述的基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测方法，其特征在于，所述方法还包括步骤s6：根据步骤s5得到的管道支吊架系统的静/动力学服役状态，反馈指导相应的调整工作，获得的管道支吊架系统动力学特性用以指导管道结构的强度评价和振动控制。

技术总结
本发明公开一种基于射频识别技术的管道支吊架状态监测系统，包括多物理场监测传感模块、射频识别通信模块、上位机及数字信号处理模块、电源及信号通讯辅助模块；多物理场监测传感模块包括多种测量传感器；射频识别通信模块包括射频标签天线、射频识别系统读写器以及信息存储和处理器，测量传感器用于获取多物理场测量信号；信息存储和处理器存储身份信息和历史数据；射频识别系统读写器用于盘点射频标签天线，获取信号并传输给上位机；上位机及数字信号处理模块用于根据所测多物理场监测数据，分析和评价管道支吊架系统的静/动力学服役状态；电源及信号通讯辅助模块用于系统供能和信号传递。本发明提供的监测系统可以提高监测精度和效率。

技术研发人员：张留斌,兰光宇,汪毅,马云瑞,赵永峰,张武能,王晓晨,卢蒙,景天,金俊,李金峰,方堃,张帅,魏利锋
受保护的技术使用者：河南九域恩湃电力技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12