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    重庆时时彩1星: 一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510969891.6

    申请日:

    2015.12.21

    公开号:

    CN105606275A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01L 1/24申请日:20151221|||公开
    IPC分类号: G01L1/24; G01K11/32 主分类号: G01L1/24
    申请人: 山东大学
    发明人: 贾玉玺; 董琪; 万国顺; 郭云力
    地址: 250061 山东省济南市历下区经十路17923号
    优先权:
    专利代理机构: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 张勇
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510969891.6

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.01.05|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法,系统包括光纤光栅解调仪、光纤耦合器、处理器和光纤光栅传感器组件,其中,光纤光栅传感器组件设置于芯板内,光源发出光信号,光信号通过光纤耦合器传输到光纤光栅传感器组件,光信号与光纤光栅相互作用后,反射光经过光纤耦合器进入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪连接处理器,处理器调用芯板损伤数据库,分析损伤程度,建立三维模型,输出芯板的损伤分布,本发明能够评估芯板的健康情况,并且及时发布预警,有助于准确快速排除芯板故障和安全隐患,避免安全事故和生产损失,保证设备制造厂家以及用户双方的利益。

    权利要求书

    1.一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:包括光纤光栅解调仪、光纤耦合器、
    处理器和光纤光栅传感器组件,其中,光纤光栅传感器组件设置于芯板内,光源发出光信号,
    光信号通过光纤耦合器传输到光纤光栅传感器组件,光信号与光纤光栅相互作用后,反射光
    经过光纤耦合器进入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪连接处理器。
    2.如权利要求1所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述光信号通过
    一个光纤耦合器传输到光纤光栅传感器组件的一端,形成一个兼具光入射和光反射的端口。
    所述光纤耦合器有一个或者两个,光信号分成一路或者两路,分别通过一个或者两个光纤耦
    合器传输到光纤光栅传感器组件的一端或者两端,形成一个或者两个端口。
    3.如权利要求1所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述光纤光栅传
    感器组件,包括若干列的光纤光栅对传感器嵌件,所述光纤光栅对传感器嵌件,包括温度光
    纤光栅和应变光纤光栅,温度光纤光栅用来测量温度,应变光纤光栅用来测量应变,温度光
    纤光栅和应变光纤光栅平行、相邻排列,温度光纤光栅中的每个温度光栅单元与应变光纤光
    栅的每个应变光栅单元一一对应。
    4.如权利要求3所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述光纤光栅对
    传感器嵌件固定于芯板的模具内腔,在模压或者注塑过程中和芯板一体成型。
    5.如权利要求3所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述光纤光栅对
    传感器嵌件的端部设有光纤连接器的内埋接头,光纤光栅对传感器嵌件上分布有若干个棒状
    支撑,以实现在模压、注塑成型过程中嵌件在模具中的定位和固定,所述棒状支撑与芯板模
    具上预设的安装孔相配合或将棒状支撑的端部粘接固定在模具上。
    6.如权利要求5所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述的光纤光栅
    对传感器嵌件是通过热塑性塑料封装技术来制备的,将芯板结构内埋用双芯光纤连接器的内
    埋接头预安装在封装模具的一端或两端,光纤光栅对置于封装模具中,向模具中浇注热塑性
    塑料熔体,冷却后开模即得到热塑性塑料封装的端部带有双芯光纤连接器的光纤光栅对传感
    器嵌件。
    7.如权利要求1所述的一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,其特征是:所述处理器包括
    光纤光栅信号解析???、芯板损伤数据库???、CAD建模???、CAE有限元分析???、芯板
    健康整体评估??楹拖允臼涑瞿??,其中,所述光纤光栅信号解析???,用于解析光纤光栅
    解调仪采集的信号;所述芯板损伤数据库???,用于存储芯板损伤数据;所述CAD建模???,
    用于建立芯板的三维几何模型;所述CAE有限元分析???,用于仿真计算芯板损伤程度;所
    述芯板健康整体评估???,用于根据芯板的损伤分布状况评估滤板的健康情况;所述显示输
    出???,用于显示芯板的三维几何模型和健康情况。
    8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的监测系统的方法,其特征是:包括以下步骤:
    (1)根据隔膜滤板的芯板的结构以及监测需要刻制光栅单元,并对每个光栅单元编号,
    选择两条光纤光栅组建光纤光栅对;
    (2)对光纤光栅对传感器以及双芯光纤连接器的内埋接头采用热塑性塑料熔体浇注的
    方式在封装模具中进行封装,得到光纤光栅对传感器嵌件;
    (3)采用模压或者注塑工艺制备隔膜滤板芯板,实现隔膜滤板芯板和光纤光栅对传感器
    嵌件的一体成型;
    (4)把每个光纤光栅对传感器嵌件的一端或两端的双芯光纤连接器的内埋接头分别连
    接光纤耦合器的对应端口,光纤耦合器通过光纤接入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪通过
    数据线连接信号处理器,信号处理器解析光纤光栅解调仪采集的信号,求解芯板温度、应变
    和应力;
    (5)建立隔膜滤板的芯板的三维几何模型,利用有限元分析方法计算芯板的损伤程度,
    判断芯板是否出现损伤,如若出现损伤,判断损伤位置及损伤程度,输出损伤,进而评价芯
    板健康程度。
    9.如权利要求8所述的方法,其特征是:所述步骤(3)中,在隔膜滤板芯板模压或者注
    塑成型前,在模具内腔中根据封装后的光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑数量预设安装孔,
    将光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑与模具内腔中预设的安装孔配合,或将棒状支撑端部粘
    胶接固定实现嵌件在模具中的固定;将嵌件端部的光纤连接器的内埋接头与封堵头配合;在
    芯板模压或注塑成型后,将多余残留在芯板外部的光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑去除,
    并将芯板表面打磨平整。
    10.如权利要求8所述的方法,其特征是:所述步骤(5)中,具体步骤包括:
    (5-1)利用CAD建模软件建立隔膜滤板芯板的三维几何模型,并导入CAE有限元分析
    软件,划分网格,建立有限元模型;
    (5-2)根据空间位置对应关系,建立有限元模型中单元exkj和光栅单元xkj的对应关系:
    将光栅测量的温度、应变和应力映射到有限元模型中,开展芯板的温度场和应力
    应变场的有限元模拟;
    (5-3)处理器接收光纤光栅解调仪传输来的信号,并统计死亡光栅编号;
    (5-4)将接收到的光栅xkj信号进行处理后和芯板损伤数据库中相应的损伤数据模型对
    比,诊断光栅单元位置的芯板是否发生损伤以及损伤程度,建立光栅单元和芯板损伤程度之
    间的关系:xkj→d(xkj);
    (5-5)结合步骤(5-2)、(5-4),得到有限元模型中的光栅单元集团在健康监测过程中损
    伤程度的变化关系:e(xkj)→d(xkj),比较分析损伤程度的有限元模拟结果和步骤(5-4)中所得
    的诊断结果,丰富、优化芯板的损伤数据库,然后通过云图输出芯板损伤程度的分布状态;
    (5-6)根据损伤程度,预估芯板的安全性和使用寿命,及时发出警报,提高隔膜滤板芯
    板的使役安全性。

    说明书

    一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法

    技术领域

    本发明涉及一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法。

    背景技术

    厢式隔膜压滤机具有压榨压力高、耐腐蚀性好、维修方便、安全可靠等优点,是冶金、
    造纸、制药、食品、酿造、污泥等行业的首选。

    厢式压滤机是一种间歇操作的加压过滤设备,需要不断的加载与卸载。并且在实际的工
    作环境中,滤板两侧所受压力在管道堵塞等特种工况下可能严重不均衡或者由于滤布破损导
    致滤板直接受到料浆的冲击。这样,滤板处于周期性频繁受到不均匀面外动态载荷的状态,
    从而更加恶化了其承载环境。在使用过程中,滤板在不同程度上都会存在着疲劳开裂的现象。

    厢式隔膜压滤机的工作原理是一定数量的普通厢式滤板和隔膜滤板在强机械力的作用下
    被紧密交互排列组成滤室,在输料泵的压力作用下将滤浆输入滤室,通过过滤介质滤布将滤
    浆中的固体和液体分离。正常的过滤完成后,压缩介质(如气、水)进入隔膜滤板的压榨腔
    鼓膜缩小滤室体积,向两侧挤压滤饼从而进一步压实滤饼。厢式隔膜压滤机的隔膜滤板包括
    主体芯板以及芯板上下两层隔膜,主体芯板主要起到刚性支撑的作用。

    然而,生产现场排查受损的滤板费时费力,长期依靠熟练工人的经验积累,并且故障排
    查也只能在已经发生不可挽回的损失的情况后才能进行。损坏的滤板在不知情的情况下继续
    工作可能会对整个设备造成重大的损伤。这样,滤板使役的健康监测技术对于压滤机滤板尤
    为重要,对其进行使役状态下的健康监测以确保安全生产,对存在问题的滤板进行实时预警,
    提前实现故障排查,在一定程度上延长了滤板的安全使用寿命。同时,也可分析从现场采集
    记录保存的滤板使役状态数据来判定使用方是否在操作过程中存在违规行为,有效地避免设
    备厂家与顾客之间的产品质量纠纷问题。此外,有助于压滤机从自动化到智能化的技术升级。

    常规的健康监测方法主要是以一些无损探伤的方式,包括射线、超声、红外、涡流、微
    波、激光全息照相技术、目视检测等。这些传统无损检测方法的特点是离线、静态、被动的。
    到目前为止,受多方面技术和传感器条件的制约,我国尚未出现对压滤机滤板使役状态进行
    监测的技术。

    发明内容

    本发明为了解决上述问题,提出了一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法,本发明能
    够实现动态实时无损检测压滤机的滤板使用状态,计算滤板的剩余强度,并对滤板的安全性
    和剩余使用寿命进行预估,提高压滤机的使用效率、安全运行性能,减少维修成本,有助于
    压滤机从自动化到智能化的技术升级。

    为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

    一种隔膜滤板的芯板在线监测系统,包括光纤光栅解调仪、光纤耦合器、处理器和光纤
    光栅传感器组件,其中,光纤光栅传感器组件设置于芯板内,光源发出光信号,光信号通过
    光纤耦合器传输到光纤光栅传感器组件,光信号与光纤光栅相互作用后,反射光经过光纤耦
    合器进入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪连接处理器。

    所述处理器调用隔膜滤板芯板损伤数据库,分析损伤程度,建立三维模型,输出芯板的
    损伤分布,评估芯板的健康情况。

    进一步的,所述光纤耦合器有两个,光信号分成两路,分别通过一个光纤耦合器传输到
    光纤光栅传感器组件的两端,形成两个端口。

    进一步的,所述光信号通过一个光纤耦合器传输到光纤光栅传感器组件的一端,形成一
    个兼具光入射和反射的端口。

    优选的,所述光源为光纤光栅解调仪的内置光源,产生连续调频激光,激光信号通过引
    线进入光纤光栅,形成稳定的反射信号。

    所述光纤光栅传感器组件,包括若干列的光纤光栅对传感器嵌件,所述光纤光栅对传感
    器嵌件,包括温度光纤光栅和应变光纤光栅,温度光纤光栅用来测量温度,应变光纤光栅用
    来测量应变,温度光纤光栅和应变光纤光栅平行、相邻排列,温度光纤光栅中的每个温度光
    栅单元与应变光纤光栅的每个应变光栅单元一一对应,从而使温度光纤和相邻的应变光纤组
    成一个光纤光栅对。

    所述的温度光纤光栅和应变光纤光栅在平行、相邻排列时应隔开一定距离,以避免温度
    光纤光栅外面的硬质毛细管在滤板中产生的局部强化现象影响应变光纤光栅测试区的材料变
    形。两条平行光纤的法向距离为5-12mm,优选10mm。

    所述光纤光栅对传感器嵌件固定于滤板芯板模具内腔,在模压或者注塑过程中和芯板一
    体成型。成型过程中,嵌件的端部可以延伸到模具内腔的侧壁,保证嵌件中的光纤光栅对传
    感器能够方便的从芯板中引出并得到可靠的?;?。

    所述光纤光栅对传感器嵌件的端部设有光纤连接器,光纤光栅对传感器嵌件上分布有若
    干个棒状支撑,以实现在模压、注塑成型过程中嵌件在模具中的定位和固定。

    所述光纤光栅对传感器采用热塑性塑料封装,优选与芯板材料相同的热塑性塑料,将芯
    板结构内埋用双芯光纤连接器的内埋接头预安装在封装模具的一端或两端,光纤光栅对置于
    封装模具中,向模具中浇注热塑性塑料熔体,冷却后开模即得到热塑性塑料封装的端部带有
    双芯光纤连接器的光纤光栅对传感器嵌件。

    进一步的,所述棒状支撑与芯板模具上预设的安装孔相配合,也可以将棒状支撑的端部
    粘接固定在模具上来实现嵌件在模具中的定位和固定。

    所述光纤光栅对传感器嵌件可以为单向引线也可以为双向引线,都可以包括多个刻有不
    同中心波长的光栅单元,每个光栅单元均是一个独立的传感器单元??梢灾欢哉で庾?,也
    可以对整个光纤光栅对的内埋部分封装。这样,封装后的光纤光栅对可以是单向引线单个栅
    区对的块状光纤光栅对传感器嵌件、单向引线多个栅区对棒状、双向引线块状以及双向引线
    棒状光纤光栅对传感器嵌件。

    所述光纤连接器包括内埋于隔膜滤板芯板边框的内埋接头、封堵头以及外接接头三部分,
    芯板成型过程中内埋接头一端与内埋的光纤光栅对传感器连接,一端与封堵头配合,在成型
    后芯板经过后续机械加工后,将封堵头去除,将内埋接头内的光纤光栅对传感器与外接接头
    的光纤连接,实现埋于芯板内部的光纤光栅对传感器与解调仪连接。

    所述处理器包括光纤光栅信号解析???、芯板损伤数据库???、CAD建模???、CAE有
    限元分析???、芯板健康整体评估??楹拖允臼涑瞿??,其中,所述光纤光栅信号解析???,
    用于解析光纤光栅解调仪采集的信号;所述芯板损伤数据库???,用于存储芯板损伤数据;
    所述CAD建模???,用于建立芯板的三维几何模型;所述CAE有限元分析???,用于仿真计
    算芯板损伤程度;所述芯板健康整体评估???,用于根据芯板的损伤分布状况评估芯板的健
    康情况;所述显示输出???,用于显示芯板的三维几何模型和健康情况。

    所述光纤耦合器为光纤光栅信号耦合器,具有优良的波长选择能力和多端口的特性,是
    结构紧凑、损耗小、偏振无关的光纤耦合器。

    所述光纤光栅解调仪为中速或高速光纤光栅波长解调仪,具有多通道并行的解调方案,
    实现信号快速解调,满足健康监测需要,可以快速解调滤板在工作环境下的光栅信号。

    所述激光光源、光纤耦合器、光纤光栅对传感器均通过光纤连接,光纤光栅解调仪和光
    纤耦合器通过光纤连接,传输信号为光信号,光纤光栅解调仪和处理器通过数据线连接,传
    输信号为数字信号。

    一种基于上述监测系统的方法,包括以下步骤:

    (1)根据隔膜滤板芯板的结构以及监测需要刻制光栅单元,并对每个光栅单元编号,选
    择两条光纤光栅组建光纤光栅对;

    (2)对光纤光栅对传感器以及双芯光纤连接器的内埋接头采用热塑性塑料熔体浇注的
    方式在封装模具中进行封装,得到光纤光栅对传感器嵌件;

    (3)采用模压或者注塑工艺制备隔膜滤板芯板,实现隔膜滤板芯板和光纤光栅对传感器
    嵌件的一体成型;

    (4)把每个光纤光栅对传感器嵌件的一端或两端的双芯光纤连接器的内埋接头分别连
    接光纤耦合器的对应端口,光纤耦合器通过光纤接入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪通过
    数据线连接信号处理器,信号处理器解析光纤光栅解调仪采集的信号,求解隔膜滤板芯板温
    度、应变和应力;

    (5)建立隔膜滤板芯板的三维几何模型,利用有限元分析方法计算隔膜滤板芯板的损伤
    程度,判断芯板是否出现损伤,如若出现损伤,判断损伤位置及损伤程度,输出损伤,进而
    评价芯板健康程度。

    所述步骤(3)中,在隔膜滤板芯板模压或者注塑成型前,在模具内腔中根据封装后的光
    纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑数量预设安装孔,将光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑与模
    具内腔中预设的安装孔配合,或将棒状支撑端部粘胶接固定实现嵌件在模具中的固定;将嵌
    件端部的光纤连接器的内埋接头与封堵头配合;在隔膜滤板芯板模压或注塑成型后,将多余
    残留在芯板外部的光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑去除,并将芯板表面打磨平整。

    所述步骤(5)中,具体步骤包括:

    (5-1)利用CAD建模软件建立芯板的三维几何模型,并导入CAE有限元分析软件,划
    分网格,建立有限元模型;

    (5-2)根据空间位置对应关系,建立有限元模型中单元exkj和光栅单元xkj的对应关系:
    将光栅测量的温度、应变和应力映射到有限元模型中,开展芯板的温度场和应力
    应变场的有限元模拟;

    (5-3)处理器接收光纤光栅解调仪传输来的信号,并统计死亡光栅编号;

    (5-4)将接收到的光栅xkj信号进行处理后和芯板损伤数据库中相应的损伤数据模型对
    比,诊断光栅单元位置的芯板是否发生损伤以及损伤程度,建立光栅单元和芯板损伤程度之
    间的关系:xkj→d(xkj);

    (5-5)结合步骤(5-2)、(5-4),得到有限元模型中的光栅单元集团在健康监测过程中损
    伤程度的变化关系:e(xkj)→d(xkj),比较分析损伤程度的有限元模拟结果和步骤(5-4)中所得
    的诊断结果,丰富、优化芯板的损伤数据库,然后通过云图输出芯板损伤程度的分布状态;

    (5-6)根据损伤程度,预估芯板的安全性和使用寿命,及时发出警报,提高芯板的使役
    安全性。

    所述步骤(5)中,双引线光栅信号的处理具有选择性:光纤完好时,处理器接收的同一
    光栅的两引线信号相同,仅仅加工处理一端引线传输信号;如果光纤断裂,两端引线传输信
    号不同,处理器需要同时处理两端信号。

    本发明的有益效果为:

    (1)本发明提供了一种隔膜滤板的芯板在线健康监测系统和方法,实现了隔膜滤板芯
    板在复杂工况下的实时在线无损监测,本监测系统和方法是基于成熟的压滤机滤板生产技术,
    可实施性强,易于在大规模生产中实现。

    (2)本发明提供了可视化输出隔膜滤板的芯板损伤位置和损伤程度的在线健康监测
    系统和信号处理的方法,并且及时发布预警,有助于准确快速排除滤板故障和安全隐患,避
    免安全事故和生产损失,保证设备制造厂家以及用户双方的利益。

    附图说明

    图1细杆状双向引线光纤Bragg光栅对传感器嵌件的结构示意图;

    图2细杆状单向引线光纤Bragg光栅对传感器嵌件的结构示意图;

    图3一种上进料隔膜滤板的芯板的在线健康监测系统示意图;

    图4一种中进料隔膜滤板的芯板的在线健康监测系统示意图。

    1光纤光栅温度传感器;2光纤光栅应变传感器;3光纤连接器内埋双芯接头;4光纤光
    栅对传感器嵌件棒状支撑;5芯板上进料孔;6双向引线细杆状光纤光栅对传感器嵌件;7压
    榨气、水进孔;8横孔;9芯板中进料孔;10单向引线细杆状光纤光栅对传感器嵌件。

    具体实施方式:

    下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

    一种隔膜滤板的芯板在线健康监测系统,包括光纤光栅解调仪、光纤耦合器、处理器和
    适用于芯板模压、注塑成型工艺的聚丙烯细杆状封装的光纤光栅对传感器嵌件以及芯板结构
    内埋用双芯光纤连接器。过程为,单独光源或光纤光栅解调仪内置光源发出光信号,光信号
    经过光纤分为两路通过左右两侧两个光纤耦合器或者单侧一个光纤耦合器传输到光纤光栅对
    传感器的两端或者一端,形成两个或者一个兼具光入射和反射的端口,预固定在芯板模具内
    腔的聚丙烯细杆状封装的光纤光栅对传感器嵌件在模压或者注塑过程中和芯板一体成型,光
    信号与光纤光栅对相互作用后,反射光经过光纤耦合器进入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调
    仪连接处理器,处理器调用芯板损伤数据库,分析损伤程度,建立三维模型,输出芯板的损
    伤分布,评估芯板的健康情况。

    光纤光栅对传感器嵌件包含两条光纤光栅,即一条温度光纤光栅和一条应变光纤光栅,
    温度光纤光栅用来测量温度,应变光纤光栅用来测量应变,温度光纤光栅和应变光纤光栅平
    行、相邻排列,温度光纤光栅中的每个温度光栅单元与应变光纤光栅的每个应变光栅单元一
    一对应,从而使温度光纤和相邻的应变光纤组成一个光纤光栅对。

    所述的温度光纤光栅和应变光纤光栅在平行、相邻排列时应隔开一定距离,优选10mm,
    以避免温度光纤光栅外面的硬质毛细管在芯板中产生的局部强化现象影响应变光纤光栅测试
    区的材料变形。所述的光纤光栅对传感器嵌件采用了光纤光栅对传感器的聚丙烯封装技术,
    制成了封装栅区对或者整个内埋部分的带有棒状支撑的传感器嵌件,保证光纤光栅对传感器
    在芯板的模压、注塑成型过程中可以有效地固定而且不被模压或者注塑压力破坏。

    光纤光栅对传感器嵌件在芯板的模压、注塑成型过程中的固定是通过嵌件的棒状支撑以
    及在模压、注塑芯板的模具中预设安装孔来实现的,也可以通过在嵌件的棒状支撑端部粘接
    固定在模具上来实现嵌件在模具中的定位和固定。

    光纤光栅对传感器的聚丙烯封装技术是将芯板结构内埋用双芯光纤连接器的内埋接头预
    安装在封装模具的一端或两端,光纤光栅对置于封装模具中,向模具中浇注聚丙烯熔体,冷
    却后开模即得到聚丙烯封装的端部带有双芯光纤连接器的光纤光栅对传感器嵌件。封装模具
    能够制成可以形成带有棒状支撑的杆状嵌件。

    光纤可以为单向引线也可以为双向引线,都可以包括多个刻有不同中心波长的光栅单元,
    每个光栅单元均是一个独立的传感器单元??梢灾欢哉で庾?,也可以对整个光纤光栅的内
    埋部分封装。这样,封装后的光纤光栅对可以是单向引线单个栅区对的块状光纤光栅对传感
    器嵌件、单向引线多个栅区对棒状、双向引线块状以及双向引线棒状光纤光栅对传感器嵌件。

    芯板结构内埋用双芯光纤连接器包括内埋于芯板边框的内埋接头、封堵头和外接接头三
    部分。芯板成型过程中内埋接头一端与内埋的光纤光栅对传感器连接,一端与封堵头配合,
    在成型后的芯板经过后续机械加工后,将封堵头去除,将内埋接头内的光纤光栅对传感器与
    外接接头的光纤连接,实现埋于芯板内部的光纤光栅对传感器与光纤耦合器连接。

    光源可以为独立光源也可以内置于光纤光栅解调仪内,产生连续调频激光,激光信号通
    过引线进入光纤光栅,形成稳定的反射信号。

    处理器包括光纤光栅信号解析???、芯板损伤数据库???、CAD建模???、CAE有限元
    分析???、芯板健康整体评估??楹拖允臼涑瞿??,其中,所述光纤光栅信号解析???,用
    于解析光纤光栅解调仪采集的信号;所述芯板损伤数据库???,用于存储芯板损伤数据;所
    述CAD建模???,用于建立芯板的三维几何模型;所述CAE有限元分析???,用于计算芯板
    损伤程度;所述芯板健康整体评估???,用于根据芯板的损伤分布评估滤板的健康情况;所
    述显示输出???,用于显示芯板的三维几何模型和健康情况。

    光纤耦合器为光纤光栅信号耦合器,具有优良的波长选择能力和多端口的特性,是结构
    紧凑、损耗小、偏振无关的光纤耦合器。

    光纤光栅解调仪为中速或高速光纤光栅波长解调仪,具有多通道并行的解调方案,实现
    信号快速解调,满足健康监测需要,可以快速解调滤板在工作环境下的光栅信号。

    激光光源、光纤耦合器、光纤光栅对传感器均通过光纤连接,光纤光栅解调仪和光纤耦
    合器通过光纤连接,传输信号为光信号,光纤光栅解调仪和处理器通过数据线连接,传输信
    号为数字信号。

    一种隔膜滤板的芯板在线健康监测的方法,包括以下步骤:

    (1)选择光纤,根据隔膜滤板芯板的结构以及监测需要刻制光栅,每条光纤可以刻制多
    个光栅单元,并对每个光栅单元编号,引线可以从传感器的一端或两端引出,形成单引线或
    双引线光纤光栅串,并对光栅的温度系数标定;

    (2)选择两条光纤光栅组建光纤光栅对,一条光纤光栅用于测量温度,标记为T,另一
    条光纤光栅测量应变,标记为S,标记T的光栅均外套套管,管口胶封;

    (3)对光纤光栅对传感器以及双芯光纤连接器的内埋接头采用聚丙烯熔体浇注的方式
    进行封装,得到光纤光栅对传感器嵌件;

    (4)在隔膜滤板的芯板模压或者注塑成型前,在模具内腔中根据封装后的光纤光栅对传
    感器嵌件的棒状支撑数量预设安装孔,将光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑与模具内腔中预
    设的安装孔配合,也可以将棒状支撑端部粘接在模具中实现嵌件在模具中的定位和固定;将
    嵌件端部的光纤连接器的内埋接头与封堵头配合;

    (5)采用模压或者注塑工艺制备芯板,实现芯板和光纤光栅对传感器嵌件的一体成型;
    在芯板模压或注塑成型后,将多余残留在芯板外部的光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑去除,
    并将芯板表面打磨平整;

    (6)成型后的芯板在经过后续的机械加工后去除封堵头,把每个光纤光栅对传感器嵌件
    的一端或两端的双芯光纤连接器的内埋接头分别连接光纤耦合器的对应端口,光纤耦合器通
    过光纤接入光纤光栅解调仪,光纤光栅解调仪通过数据线连接信号处理器,信号处理器解析
    光纤光栅解调仪采集的信号,求解芯板温度、应变和应力;

    (7)建立芯板的三维几何模型,利用有限元分析方法计算芯板的损伤程度,判断芯板是
    否出现损伤,如若出现损伤,判断损伤位置及损伤程度,输出损伤,进而评价芯板健康程度。

    (7-1)利用CAD建模软件建立芯板的三维几何模型,并导入CAE有限元分析软件,划
    分网格,建立有限元模型;

    (7-2)根据空间位置对应关系,建立有限元模型中单元exkj和光栅单元xkj的对应关系:
    将光栅测量的温度、应变和应力映射到有限元模型中,开展芯板的温度场和应力
    应变场的有限元模拟;

    (7-3)处理器接收光纤光栅解调仪传输来的信号,并统计死亡光栅编号;

    (7-4)将接收到的光栅xkj信号进行处理后和芯板损伤数据库中相应的损伤数据模型对
    比,诊断光栅单元位置的芯板是否发生损伤和损伤程度,建立光栅单元和芯板损伤程度之间
    的关系:xkj→d(xkj);

    (7-5)结合步骤(7-2)、(7-4),得到有限元模型中的光栅单元在健康监测过程中损伤程
    度的变化关系:e(xkj)→d(xkj),比较分析损伤程度的有限元模拟结果和步骤(7-4)中所得的
    诊断结果,丰富、优化芯板的损伤数据库,然后通过云图输出芯板损伤程度的分布状态;

    (7-6)根据损伤程度,预估芯板的安全性和使用寿命,及时发出警报,提高芯板的使役
    安全性。

    步骤(7)中,双引线光栅信号的处理具有选择性:光纤完好时,处理器接收的同一光栅
    的两引线信号相同,仅仅加工处理一端引线传输信号;如果光纤断裂,两端引线传输信号不
    同,处理器需要同时处理两端信号。

    光纤Bragg光栅(FiberBraggGrating,FBG)是一种对应力、应变及温度敏感的传感元件,
    可实现单根光纤对几十个应变节点的测量,具有精度高、体积小、重量轻、寿命长、可靠性
    高、耐腐蚀、传输距离长等优点,可实现应变、应力、温度等多种参量的测量,在以下实施
    例中选用光纤Bragg光栅。

    实施例一:一种上进料厢式隔膜滤板的芯板在线健康监测装置和方法。

    如图3所示,系统包括:细杆状双向引线光纤Bragg光栅对传感器嵌件6、光纤耦合器、
    光纤光栅数字解调仪、计算机系统等。

    细杆状双向引线光纤Bragg光栅对传感器嵌件6结构如图1所示,每个光纤光栅两端均
    有引线,形成两个信号通道,遭受外力断裂后,1个双引线光栅传感器可以变成2个单引线
    光栅传感器,光栅可以正常工作,保证在线监测过程监测的稳定性。

    (1)根据上进料厢式隔膜滤板芯板尺寸,刻制26条包层直径40μm的光纤刻制光栅。
    每条光纤上刻制10个不同中心波长的光栅单元,编号1-10。

    (2)取两条刻制好光纤组成光纤光栅对,并编号为1-13,温度测量光栅外套不锈钢钢管,
    管口胶封,标记为T,应变光栅标记为S。

    (3)对光纤光栅对进行封装,首先将双芯光纤连接器内埋接头3预安装在封装模具的两
    端,将两条光纤固定在杆状封装模具中,保持两光纤的光栅单元位置对应,两光纤相距10mm,
    光纤光栅对传感器两端的引线与在模具内腔两端固定的双芯光纤连接器的内埋接头3连接。
    向模具中浇注聚丙烯熔体,冷却后开模即得到杆状的端部带有双芯光纤连接器的光纤光栅对
    传感器嵌件6。

    (4)在芯板模压或者注塑模具内腔表面根据杆状封装后的光纤光栅对棒状支撑4的数量
    预设安装孔。将杆状光纤光栅对传感器嵌件的棒状支撑4与模具上预设的安装孔配合。将嵌
    件端部的光纤连接器的内埋接头与封堵头配合。

    (5)采用模压工艺制备厢式隔膜滤板芯板,实现隔膜滤板芯板和杆状光纤光栅对传感器
    嵌件的一体成型。

    (6)厢式隔膜滤板芯板模压成型后,将多余残留在芯板外部的光纤光栅对传感器嵌件的
    棒状支撑4去除并打磨平整。

    (7)成型后的芯板在经过后续的机械加工后去除封堵头,把两端的每个双芯光纤连接器
    内埋接头分别连接光纤耦合器的对应端口,光纤耦合器通过光纤接入光纤光栅解调仪,光纤
    光栅解调仪通过网线连接电脑,电脑中有处理光纤光栅数据的健康监测系统软件,几何三维
    建模,输出显示损伤分布。

    实施例二一种中进料厢式隔膜滤板的芯板在线健康监测装置和方法

    如图4所示,系统包括:细杆状单向引线光纤Bragg光栅对传感器嵌件、细杆状双向引
    线光纤Bragg光栅对传感器嵌件、光纤耦合器、光纤光栅数字解调仪、计算机系统等。

    细杆状单向引线光纤Bragg光栅对封装嵌件10结构如图2所示,每个光纤光栅只有一端
    引线,单向引线的光纤光栅方便在隔膜滤板芯板中央位置进料孔周围的布排。

    (1)根据中进料厢式隔膜滤板芯板形状结构特点以及尺寸,刻制22条双向引线包层直径
    40μm的光纤刻制光栅。每条光纤上刻制10个不同中心波长的光栅单元,编号1-10。取两条刻
    制好光纤组成光纤光栅对,并编号为1-11,温度测量光栅外套不锈钢钢管,管口胶封,标记
    为T,应变光栅标记为S。

    (2)刻制8条单向引线包层直径40μm的光纤刻制光栅。每条光纤上刻制5个不同中心波
    长的光栅单元,编号1-5。取两条刻制好光纤组成光纤光栅对,并编号为12-15,温度测量光
    栅外套不锈钢钢管,管口胶封,标记为T,应变光栅标记为S。

    (3)对双向引线光纤光栅对进行封装,将双芯光纤连接器内埋接头预安装在封装模具的
    两端,将编号为1-11两条光纤固定在细杆状封装模具中,保持两光纤的光栅单元位置对应,
    两光纤相距10mm,光纤光栅对传感器两端的引线与在模具内腔两端固定的双芯光纤连接器的
    内埋接头连接。向模具中浇注聚丙烯熔体,冷却后开模即得到细杆状双向引线端部带有双芯
    光纤连接器的光纤光栅对传感器嵌件6。

    (4)对单向引线光纤光栅对进行封装,将双芯光纤连接器内埋接头预安装在封装模具的
    一端,将编号为12-15的两条光纤固定在细杆状封装模具中,保持两光纤的光栅单元位置对应,
    两光纤相距10mm,光纤光栅对传感器一端的引线与在模具内腔一端固定的双芯光纤连接器的
    内埋接头连接。向模具中浇注聚丙烯熔体,冷却后开模即得到细杆状单向引线端部带有双芯
    光纤连接器的光纤光栅对传感器嵌件10。

    (5)将杆状封装后的光纤光栅对棒状支撑4的端部粘接在模具上实现其在模具中的固定。
    芯板中央位置进料孔周围的布排单向引线光纤光栅对传感器嵌件10。将嵌件端部的光纤连接
    器的内埋接头与封堵头配合。

    (6)采用模压工艺制备厢式隔膜滤板芯板,实现隔膜滤板芯板和杆状光纤光栅对传感器
    嵌件的一体成型。

    (7)厢式隔膜滤板芯板模压成型后,将多余残留在芯板外部的光纤光栅对传感器嵌件的
    棒状支撑去除并打磨平整。

    (8)成型后的芯板在经过后续的机械加工后去除封堵头,把每个双芯光纤连接器内埋接
    头分别连接光纤耦合器的对应端口,光纤耦合器通过光纤接入光纤光栅解调仪,光纤光栅解
    调仪通过网线连接电脑,电脑中有健康监测系统软件处理光纤光栅数据,三维建模,输出显
    示损伤分布。

    上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明?;し段У南?br />制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付
    出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的?;し段б阅?。

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