专利名称：一种隔水管应力测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种隔水管应力测量装置及测量方法，特别是关于一种基于光纤光栅 应变传感器的隔水管应力测量装置及测量方法。
背景技术：
随着海洋石油向深水领域的不断发展，隔水管随水深增加而加长，其强度、稳定性 能否适应深水钻井的要求已经成为深水钻井主要考虑的问题。深水条件下，隔水管管柱的 受力状态非常复杂和恶劣，有不少浮动钻井船或平台由于隔水管不能适应和承受巨大的综 合性外力作用而使钻井作业中断，甚至无法恢复钻井，造成钻井失败等事故，进而给海洋钻 井工程造成巨大的损失。因此，获得隔水管受力情况的实时可靠监测数据，可为隔水管的受 力分析提供必要的信息。目前，国外多采用捆扎和粘接方式将传感器设置在带有防腐涂层 的隔水管外表面。其中，捆扎方式通常采用的是位移传感器，利用位移传感器采集到的位移 信号再来获得应力数据，而采集到的位移信号是电信号，因此还得另外采用电磁屏蔽进行 处理，操作繁琐复杂。粘接方式采用的是聚合物包覆的光纤传感器，且传感方式为干涉仪 式，但是，粘接方式不仅容易损坏隔水管的防腐涂层，而且干涉方式对外界环境敏感度高， 使测量结果的准确率降低。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于光纤光栅应变传感器的隔水管应力 测量装置及测量方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种隔水管应力测量装置，其特征在 于它包括围绕隔水管设置的扎带，通过扎带固定在隔水管同一圆周上的四个光纤布拉格 光栅应变传感器，四个所述传感器之间相互间隔90°，且通过一光纤串接。所述扎带包括对称设置的两个半圆环，每个半圆环两端的结合部分别设置有一连 接盘，对应的两对所述连接盘通过螺栓固定连接成一体，组合后的所述扎带的内径小于隔 水管的外径，每一传感器与其相邻的连接盘端面的夹角为45°。所述扎带为平行设置的两个，每个所述扎带分别包括四个四分之一圆环，每个所 述四分之一圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，四个所述四分之一圆环上对应的四对 连接盘通过螺栓固定连接成一体，组合后的扎带内径隔水管外径；每两个平行设置的所述 四分之一圆环的中点相对设置有一 T形梁，四对相对的所述T形梁底端之间分别设置有一 传感器。所述扎带的内径小于隔水管外径。所述扎带材料为防海水腐蚀的316号系列不锈钢。一种采用上述装置的隔水管应力测量方法，其包括以下步骤1)用一根光纤串接四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个传感器位于隔水管的同 一圆周上且间隔90°设置；
2)当隔水管受到外力作用时，通过四个传感器获取隔水管由应变引起的光纤布拉 格光栅中心波长漂移量Δ
权利要求
1.一种隔水管应力测量装置，其特征在于它包括围绕隔水管设置的扎带，通过扎带 固定在隔水管同一圆周上的四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个所述传感器之间相互间 隔90°，且通过一光纤串接。
2.如权利要求1所述的隔水管应力测量装置，其特征在于所述扎带包括对称设置的 两个半圆环，每个半圆环两端的结合部分别设置有一连接盘，对应的两对所述连接盘通过 螺栓固定连接成一体，每一传感器与其相邻的连接盘端面的夹角为45°。
3.如权利要求1所述的隔水管应力测量装置，其特征在于所述扎带为平行设置的两 个，每个所述扎带分别包括四个四分之一圆环，每个所述四分之一圆环两端的结合部分别 设置有一连接盘，四个所述四分之一圆环上对应的四对连接盘通过螺栓固定连接成一体， 每两个平行设置的所述四分之一圆环的中点相对设置有一 T形梁，四对相对的所述T形梁 底端之间分别设置有一传感器。
4.如权利要求1或2或3所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于所述扎带 的内径小于隔水管外径。
5.如权利要求1或2或3所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于所述扎带 材料为防海水腐蚀的316号系列不锈钢。
6.如权利要求4所述的一种隔水管应力的测量装置，其特征在于所述扎带材料为防 海水腐蚀的316号系列不锈钢。
7.—种如权利要求1 6任一项所述装置的隔水管应力测量方法，其包括以下步骤1)用一根光纤串接四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个传感器位于隔水管的同一圆 周上且间隔90°设置；2)当隔水管受到外力作用时，通过四个传感器获取隔水管由应变引起的光纤布拉格光 栅中心波长漂移量Δ λ ” Δ λ 2、Δ λ 3、Δ λ 4 ；3)设定四个传感器的应变分别为ερ ε 2、ε 3、ε 4，则纯弯曲应变时，应变￡1与ε3，￡2与ε 4大小相等，符号相反，所以
全文摘要
本发明涉及一种隔水管应力测量装置及测量方法，其主要是围绕隔水管设置四个光纤布拉格光栅应变传感器，四个传感器围绕隔水管5的轴线方向设置，且四个传感器位于隔水管外壁的同一圆周上，相互间隔90°。当隔水管受到外力作用时，安装于隔水管外侧的四个传感器将受到拉伸与弯曲组合作用，本发明通过传感器可以测量和计算得到隔水管周向和弯曲组合应变。本发明结构简单，对外界环境敏感度小，测量结构准确率高，它可以广泛用于各种隔水管应力的测量中。
文档编号G01L1/24GK102141452SQ201110000440
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者何轲, 周建良, 姜亚军, 杨德兴, 王海燕, 王骏, 申晓红, 秦川, 蒋世全, 许亮斌, 邓欣 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 西北工业大学