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1、油气管道振动检测装置设计摘 要油气输送管道的工程中往往会因为管道流体输送、外界震源影响造成 输送管道振动，可能导致管道破损，引发安全事故。为了监测管道振动现象，本 文设计完成了振动监测系统。该系统的上位机基于 LabVIEW 开发，下位机采用 STC89C52 单片机采集振动、温度等检测数据，下位机将检测的数据通过串口模块 发送给上位机，上位机 LabVIEW 界面同步显示振动、温度数值，根据采集数据分 析振动原因，还可按照振动限值发出警报，从而实现油气输送振动信息监测、采 集、保存、分析、报警。关键词管道振动；单片机；LabVIEW0 引言管道振动是实际生产过程中不能忽略的影响管道流体输送的
2、现象1。当管道 产生不正常振动现象时，及时的发现并做出相应的反应措施可以避免造成重大的 安全事故与经济损失23。本设计建立了一个管道振动实验平台，模拟不同振动 情况，对管道振动信号进行检测与分析，寻找管道振动产生原因与运行参数之间 的关系，对于油气输送管道安全运行具有重要意义。1 系统设计本设计的管道振动实验平台组成如图 1 所示。实验平台由空气压缩机模拟气 源，结合阀门改变管道内气体流量。在检测点 1、3、4 号位置安装三只 ADXL345 加速度传感器，用来检测管道上三个点的振动。检测点 2 号位置上安装温度传感 器DS18B20。DS18B20需要注意正负极的区分，错误的连接依旧会显示温
3、度，但 是也会造成传感器损坏甚至烧毁。该装置以STC89C52单片机作为接受传感器数据的下位机，与温度传感器45、振动传感器连接，采集到的数据经USB串口发送LabVIEW。上位机采用 LabVIEW作为呈现检测数据6789，方便根据用户的需求分析、调用原始数据。图 1 系统框图2 系统软件设计2.1 下位机设计本设计为了检测油气输送管道振动以及其他外界因素对管道振动的影响，利 用 ADXL345 三轴加速度传感器测振。同时考虑外界温度对于管道振动影响，使用 DS18B20 数字式温度传感器检测环境温度。振动监测首先完成传感器、定时器、 串口初始化，然后完成振动值读取并与初始化后的初始值做差输
4、出。测振工作流 程如图 2 所示。温度检测是辅助检测手段，可以独立于测振功能单独编写， DS18B20 时钟数据线为一条总线，在完成初始化后经过读温与数据处理最后发送 至上位机。测温工作流程图如图 3 所示。图 2 测振流程图 图 3 测温流程图2.2 上位机设计在编写上位机程序时，首先要考虑的就是与单片机的通信问题。本设计使用 了 visa 及其相关函数，和单片机的各项数据调整完毕后，成功实现了信号的传 输。在振动方面，在一定的采样频率下，将收集到的振动信号混合波形分为 x，y z 三个波形，转换为数组数据进行保存后再转换为波形图输出，保证了信号的准确性。在采集信号时，使用了 DAQ 进行模
5、拟收集，方便整体把控，并将收集到的 信号进行数据类型的转换后，与波形表相连，完成显示后，进一步修改成 visa 函数与单片机相连，确保程序的可行性。在温度采集方面，使用 visa 函数直接 收集单片机传输信号，并且采用了温度计与波形图双显式模式，最大程度的保证 了数据的准确性。同时还设置了温度范围与报警系统，对系统进行保护。将温度 分为了纯温度与时间温度两个部分，更好的展现出了温度的整体走向，同时也便 于实时数据的读取。最后，为了方便对比，设置了温度回溯部分，可以将过往的 温度进行整体比对。3 运行结果在模拟实验中，采用 HG-70ZY 型振动试验台模拟实际现场振动情况，实验测 试结果如下：表
6、 1 测振试验台与传感器数据采集对比振动频率验台.324.416.968.221.453.231.193.435.522传002002002感器1.351.376.314.243.472.643.172.416.964传002002003感器2.357.355.291.251.418.599.181.405.010传002002002感器3.302.381.417.247.437.670.166.424.893差0.03H传感器1传感器2传感器3xyzxyzxyz方向方向方向方向方向方向方向方向方向891111682.3.67.60.14.66.4.7.42.8941171131.9.18.5
7、3.5.76.51.8.59.716.67H2表 2 误差分析22.31Hz10.84.317.56.26.919.314.02.514.7绝 1000000000对6.67H.027.04.412.034.061.368.022.035.441误z差20000000000.03H.022.019.346.03.035.323.026.016.449z20000000002.31H.021.019.442.012.03.488.027.011.371z*HG-70ZY 振幅：0-3.5mm*HG-70ZY 工作频率：0-60HzADXL345测振传感器测量范围 g ,振动更新时间为一秒，可测振
8、动幅度范 围最大不超过4.903325mm。x方向最大误差为14.0%, y方向最大误差为14.6%, z方向最大误差为22.8%。根据表1、表2可以判断出管道在不同方向的振动表现 有明显差异。其中x方向（与管道固定方向同向）与y方向（水平垂直与x方向） 产生了极微小位移变化，其中二号测振传感器（管道中间安装）位移变化相较于 一、三号传感器（固定在管道两端）发生了较大变化。z方向的位移偏差在数值 上明显大于x、y两方向。同比x、y方向在振动实验中z方向产生了最大的偏差, 垂直方向的振动影响参数应该是实验研究时值得更加关注的。4总结与展望本设计通过单片机的控制能力与 LabVIEW 的数据整合能
9、力构建了一个振动检 测系统。在检测振动的实验中观察到管道振动的幅度都是微小的，各个方向的测 量值都会因为不同的干扰因素造成改变，但总体上可以表现管道状态。对于低频 振动，模拟管道可以实现测量，但随着振动频率的上升模拟管道各方面要求无法 达到更方便与精准的测量。在油气管道振动检测的应用的研究方向上，针对不同的管道场地会衍生出更 多具有针对性的检测方案而非简单的使用加速度传感器完成管道状态检测。同时 检测各种干扰因素的变化与振动的关系会成为管道振动检测与处理的大方向。1参考文献党锡淇,黄幼玲.工程中的管道振动问题J.力学与实践，1993 (4)： 9-16.2李柏松,苏建峰,张兴,董学刚,高丽.输
10、油泵进出口管道振动诊断方法J.迪 气储运,2021(1):21-25.3】南洪宇,王宇雁,李嘉文,孙泽贤.基于可视化技术的液压管道振动检测装置 研究J.无线互联科技,2017(24):103-104.4】李俊,张晓东.基于单片机的温湿度检测与控制系统J,科技与创新.2008 (17)：116-118.5】周鹏基于STC89C52单片机的温度检测系统设计J.现代电子技术,2012 (22)：10-13.6】曾柄杰基于单片机和LabVIEW的无线葡萄酒窖环境测控系统设计J.国外 电子测量技术,2020 (4)： 133-137.7】谢波,侯海良.基于LabVIEW与单片机的温湿度检测系统研究J.岳阳职业 技术学院学报,2019 (4)： 63-66.8白亮亮.基于单片机与LabVIEW的悬浮物采集系统设计J,电子测试.2021 （14）：23-24.9】霍海波基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计构想J.中国设备 工程，2019（18）：111-113.
