[发明专利]一种隔膜滤板的芯板在线监测系统及方法

说明书

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保护。

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。