[发明专利]具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器及监测方法

说明书

本发明公开了一种具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器及监测方法，壁流式颗粒捕集器包括载体和若干分布式光纤振动传感器；所述载体包含若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室；所述分布式光纤振动传感器贴在载体侧壁。本发明还公开了一种壁流式颗粒捕集器的开裂实时监测方法，通过对载体划分有限元网格并搜索得到距开裂位置最近的有限元节点。本发明克服现有装置难以实时监测并定位壁流式颗粒捕集器上开裂位置的问题。

技术领域

本发明属于汽车工程领域，尤其涉及一种具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器及监测方法。

背景技术

柴油机尾气中的颗粒例如PM2.5会严重影响人们健康，而柴油机颗粒捕集器可以有效降低颗粒物的排放，其中壁流式陶瓷颗粒捕集器因具有较高的颗粒过滤效率而应用广泛。在壁流式陶瓷颗粒捕集器的侧壁上存在微小贯通孔隙，侧壁上的微孔隙会将流经尾气中的颗粒过滤下来。而随着颗粒在侧壁微孔隙中的不断沉积会堵塞尾气并直接影响发动机工作，因此需要将沉积的颗粒燃烧掉，这一过程称为颗粒捕集器的再生。在燃烧再生过程中，因陶瓷的热传导系数较低容易产生温度梯度，如果颗粒捕集器的温度梯度过大容易产生裂纹，进而造成颗粒捕集器失效。

因此需要一种实时监测并定位开裂区域的壁流式颗粒捕集器。

发明内容

本发明为了克服现有装置难以实时监测并定位壁流式颗粒捕集器上的开裂位置，本发明提供了一种具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器及监测方法。

本发明的技术方案：一种具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器，包括载体和若干分布式光纤振动传感器；所述载体包含若干相邻排列的尾气流入腔室和尾气流出腔室，尾气流入腔室在尾气流入端开口并在尾气流出端封闭，尾气流出腔室在尾气流入端封闭并在尾气流出端开口，尾气首先进入尾气流入腔室，然后流经腔室侧壁并进入尾气流出腔室；所述分布式光纤振动传感器贴在载体侧壁。

优选地，所述分布式光纤振动传感器和载体之间的夹层为：用硅硼玻璃作为粘结剂复合陶瓷纤维制成的隔热和耐高温层，此夹层具有耐高温和隔热的优点且热传导率远小于陶瓷。

优选地，所述分布式光纤振动传感器为相位调制型传感器，具有检测精度高的优点，特别适合高性能振动传感监测。

优选的，所述载体的材料为堇青石陶瓷。

一种具有开裂实时监测的壁流式颗粒捕集器的开裂监测方法，包括如下步骤：

步骤1：将壁流式颗粒捕集器载体划分为有限元网格，共有n个节点，设有限元总体质量矩阵为[M]，有限元总体刚度矩阵为[K]，有限元节点上的加速度列向量为{a}，有限元节点上的位移列向量为{u}，有限元节点上的载荷列向量为{f}，建立动力有限元方程如下：

[M]{a}+[K]{u}＝{f} (1)

步骤2：获得位于振动传感器上的有限元节点接收振动信号的实测时间差：将分布式光纤振动传感器上测得的振动加速度赋值到与其接触的有限元节点上，设共有m个有限元节点接收实测振动信号，这时可以获得振动信号传递至这m个有限元节点的时刻，这样即可获得m个有限元节点中每两个节点之间接收振动信号的实测时间差序列{Δt₁,Δt₂,Δt₃,…,Δt_l}，这里

步骤3：获得位于振动传感器上的有限元节点接收模拟振动信号的时间差：基于步骤1中的有限元动力方程，对第i个有限元节点施加冲击载荷，模拟得到位于振动传感器上的m个有限元节点中每两个节点接收振动信号的时间差序列这里上标i表示在第i个有限元节点施加冲击载荷；i取遍1至总节点数n，共得到n个模拟的时间差序列：

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