[發明專利]一種隔膜濾板的芯板在線監測系統及方法

有效

• 申請號: 201510969891.6
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105606275B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 賈玉璽;董琪;萬國順;郭云力
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01K11/32
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種隔膜濾板的芯板在線監測系統及方法。

背景技術

廂式隔膜壓濾機具有壓榨壓力高、耐腐蝕性好、維修方便、安全可靠等優點，是冶金、造紙、制藥、食品、釀造、污泥等行業的首選。

廂式壓濾機是一種間歇操作的加壓過濾設備，需要不斷的加載與卸載。并且在實際的工作環境中，濾板兩側所受壓力在管道堵塞等特種工況下可能嚴重不均衡或者由于濾布破損導致濾板直接受到料漿的沖擊。這樣，濾板處于周期性頻繁受到不均勻面外動態載荷的狀態，從而更加惡化了其承載環境。在使用過程中，濾板在不同程度上都會存在著疲勞開裂的現象。

廂式隔膜壓濾機的工作原理是一定數量的普通廂式濾板和隔膜濾板在強機械力的作用下被緊密交互排列組成濾室，在輸料泵的壓力作用下將濾漿輸入濾室，通過過濾介質濾布將濾漿中的固體和液體分離。正常的過濾完成后，壓縮介質(如氣、水)進入隔膜濾板的壓榨腔鼓膜縮小濾室體積，向兩側擠壓濾餅從而進一步壓實濾餅。廂式隔膜壓濾機的隔膜濾板包括主體芯板以及芯板上下兩層隔膜，主體芯板主要起到剛性支撐的作用。

然而，生產現場排查受損的濾板費時費力，長期依靠熟練工人的經驗積累，并且故障排查也只能在已經發生不可挽回的損失的情況后才能進行。損壞的濾板在不知情的情況下繼續工作可能會對整個設備造成重大的損傷。這樣，濾板使役的健康監測技術對于壓濾機濾板尤為重要，對其進行使役狀態下的健康監測以確保安全生產，對存在問題的濾板進行實時預警，提前實現故障排查，在一定程度上延長了濾板的安全使用壽命。同時，也可分析從現場采集記錄保存的濾板使役狀態數據來判定使用方是否在操作過程中存在違規行為，有效地避免設備廠家與顧客之間的產品質量糾紛問題。此外，有助于壓濾機從自動化到智能化的技術升級。

常規的健康監測方法主要是以一些無損探傷的方式，包括射線、超聲、紅外、渦流、微波、激光全息照相技術、目視檢測等。這些傳統無損檢測方法的特點是離線、靜態、被動的。到目前為止，受多方面技術和傳感器條件的制約，我國尚未出現對壓濾機濾板使役狀態進行監測的技術。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種隔膜濾板的芯板在線監測系統及方法，本發明能夠實現動態實時無損檢測壓濾機的濾板使用狀態，計算濾板的剩余強度，并對濾板的安全性和剩余使用壽命進行預估，提高壓濾機的使用效率、安全運行性能，減少維修成本，有助于壓濾機從自動化到智能化的技術升級。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種隔膜濾板的芯板在線監測系統，包括光纖光柵解調儀、光纖耦合器、處理器和光纖光柵傳感器組件，其中，光纖光柵傳感器組件設置于芯板內，光源發出光信號，光信號通過光纖耦合器傳輸到光纖光柵傳感器組件，光信號與光纖光柵相互作用后，反射光經過光纖耦合器進入光纖光柵解調儀，光纖光柵解調儀連接處理器。

所述處理器調用隔膜濾板芯板損傷數據庫，分析損傷程度，建立三維模型，輸出芯板的損傷分布，評估芯板的健康情況。

進一步的，所述光纖耦合器有兩個，光信號分成兩路，分別通過一個光纖耦合器傳輸到光纖光柵傳感器組件的兩端，形成兩個端口。

進一步的，所述光信號通過一個光纖耦合器傳輸到光纖光柵傳感器組件的一端，形成一個兼具光入射和反射的端口。

優選的，所述光源為光纖光柵解調儀的內置光源，產生連續調頻激光，激光信號通過引線進入光纖光柵，形成穩定的反射信號。

所述光纖光柵傳感器組件，包括若干列的光纖光柵對傳感器嵌件，所述光纖光柵對傳感器嵌件，包括溫度光纖光柵和應變光纖光柵，溫度光纖光柵用來測量溫度，應變光纖光柵用來測量應變，溫度光纖光柵和應變光纖光柵平行、相鄰排列，溫度光纖光柵中的每個溫度光柵單元與應變光纖光柵的每個應變光柵單元一一對應，從而使溫度光纖和相鄰的應變光纖組成一個光纖光柵對。

所述的溫度光纖光柵和應變光纖光柵在平行、相鄰排列時應隔開一定距離，以避免溫度光纖光柵外面的硬質毛細管在濾板中產生的局部強化現象影響應變光纖光柵測試區的材料變形。兩條平行光纖的法向距離為5-12mm，優選10mm。

所述光纖光柵對傳感器嵌件固定于濾板芯板模具內腔，在模壓或者注塑過程中和芯板一體成型。成型過程中，嵌件的端部可以延伸到模具內腔的側壁，保證嵌件中的光纖光柵對傳感器能夠方便的從芯板中引出并得到可靠的保護。

所述光纖光柵對傳感器嵌件的端部設有光纖連接器，光纖光柵對傳感器嵌件上分布有若干個棒狀支撐，以實現在模壓、注塑成型過程中嵌件在模具中的定位和固定。