一種隔膜濾板的隔膜在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種隔膜濾板的隔膜在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(yōu)點，是冶 金、造紙、制藥、食品、釀造、污泥等行業(yè)的首選。
[0003] 廂式壓濾機是一種間歇操作的加壓過濾設(shè)備，需要不斷的加載與卸載。并且在實 際的工作環(huán)境中，濾板兩側(cè)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(dǎo)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(tài)載 荷的狀態(tài)，從而更加惡化了其承載環(huán)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(xiàn)象。
[0004] 廂式隔膜壓濾機的工作原理是一定數(shù)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，在輸料栗的壓力作用下將濾漿輸入濾室，通過過濾介 質(zhì)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(zhì)（如氣、水）進入隔膜濾 板的壓榨腔鼓膜縮小濾室體積，向兩側(cè)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，而隔 膜在使用過程中要反復(fù)鼓膜以起到壓榨效果，必須具有較好的韌性及回彈性。
[0005] 然而，生產(chǎn)現(xiàn)場排查受損的濾板費時費力，長期依靠熟練工人的經(jīng)驗積累，并且故 障排查也只能在已經(jīng)發(fā)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(xù)工作可能會對整個設(shè)備造成重大的損傷。這樣，濾板使役的健康監(jiān)測技術(shù)對于壓濾 機濾板尤為重要，對其進行使役狀態(tài)下的健康監(jiān)測以確保安全生產(chǎn)，對存在問題的濾板進 行實時預(yù)警，提前實現(xiàn)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(xiàn)場采集記錄保存的濾板使役狀態(tài)數(shù)據(jù)來判定使用方是否在操作過程中存在違規(guī)行 為，有效地避免設(shè)備廠家與顧客之間的產(chǎn)品質(zhì)量糾紛問題。此外，有助于壓濾機從自動化到 智能化的技術(shù)升級。
[0006] 常規(guī)的健康監(jiān)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(shù)、目視檢測等。這些傳統(tǒng)無損檢測方法的特點是離線、靜態(tài)、被動 的。到目前為止，受多方面技術(shù)和傳感器條件的制約，我國尚未出現(xiàn)對壓濾機濾板使役狀態(tài) 進行監(jiān)測的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種隔膜濾板的隔膜在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及方 法，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)實時無損檢測壓濾機的濾板的隔膜使用狀態(tài)，計算隔膜的損傷程 度，并對隔膜的安全性和剩余使用壽命進行預(yù)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(shù)升級。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種隔膜濾板的隔膜在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括光纖光柵解調(diào)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(shè)置于隔膜內(nèi)，光源發(fā)出光信號，光 信號通過光纖耦合器傳輸?shù)焦饫w光柵傳感器組件，光信號與光纖光柵相互作用后，反射光 經(jīng)過光纖耦合器進入光纖光柵解調(diào)儀，光纖光柵解調(diào)儀連接處理器。
[0010] 處理器調(diào)用隔膜損傷數(shù)據(jù)庫，分析損傷程度，建立三維模型，輸出隔膜的損傷分 布，評估隔膜的健康情況。
[0011] 進一步的，所述光纖親合器有兩個，光信號分成兩路，分別通過一個光纖親合器傳 輸?shù)焦饫w光柵傳感器組件的兩端，形成兩個端口。
[0012] 進一步的，所述光信號通過一個光纖耦合器傳輸?shù)焦饫w光柵傳感器組件的一端， 形成一個兼具光入射和光反射的端口。
[0013] 優(yōu)選的，所述光源為光纖光柵解調(diào)儀的內(nèi)置光源，產(chǎn)生連續(xù)調(diào)頻激光，激光信號通 過引線進入光纖光柵，形成穩(wěn)定的反射信號。
[0014] 所述光纖光柵傳感器組件，包括若干列的應(yīng)變光纖光柵，應(yīng)變光纖光柵及其端部 的單芯光纖連接器的內(nèi)埋接頭內(nèi)嵌于隔膜的模具型腔中，在模壓或者注塑過程中和隔膜一 體成型。成型過程中，嵌件的端部可以延伸到模具型腔的側(cè)壁，保證嵌件中的光纖光柵傳感 器能夠方便的從隔膜中引出并得到可靠的保護。
[0015] 隔膜在鼓膜壓榨的過程中形變量較大，優(yōu)選最大形變量為10~20%的光纖光柵。 考慮到溫度光纖光柵外套有鋼管對隔膜的影響較大，優(yōu)先在隔膜中只內(nèi)埋應(yīng)變光纖光柵傳 感器嵌件，信號采集和數(shù)據(jù)處理中選擇與芯板對應(yīng)位置處的光纖光柵溫補數(shù)據(jù)。
[0016] 所述應(yīng)變光纖光柵傳感器嵌件的端部設(shè)有單芯光纖連接器的內(nèi)埋接頭，光纖光柵 傳感器嵌件上分布有若干個棒狀支撐，以實現(xiàn)在模壓、注塑成型過程中嵌件在模具中的定 位和固定。
[0017] 所述光纖光柵傳感器組件采用熱塑性塑料封裝，優(yōu)選與隔膜材料相同的熱塑性塑 料，將隔膜結(jié)構(gòu)內(nèi)埋用單芯光纖連接器內(nèi)埋接頭預(yù)安裝在封裝模具的一端或兩端，光纖光 柵置于封裝模具中，向模具中澆注熱塑性塑料熔體，冷卻后開模即得到熱塑性塑料封裝的 端部帶有單芯光纖連接器的光纖光柵傳感器嵌件。
[0018] 進一步的，所述棒狀支撐與隔膜模具上預(yù)設(shè)的安裝孔相配合；若模具沒有預(yù)設(shè)安 裝孔，可以將棒狀支撐的端部粘接在模具上來實現(xiàn)嵌件在模具中的定位和固定。
[0019] 所述應(yīng)變光纖光柵為單向引線或雙向引線，包括多個刻有不同中心波長的光柵單 元，每個光柵單元均是一個獨立的傳感器單元。可以只對柵區(qū)封裝，也可以對整個光纖光柵 的內(nèi)埋部分封裝。這樣，封裝后的光纖光柵可以是單向引線單個柵區(qū)的塊狀光纖光柵傳感 器嵌件、單向引線多個柵區(qū)串狀、雙向引線塊狀以及雙向引線串狀光纖光柵傳感器嵌件。
[0020] 所述單芯光纖連接器包括處在隔膜濾板的隔膜邊框中的內(nèi)埋接頭、封堵頭以及外 接接頭，在隔膜成型過程中內(nèi)埋接頭的一端與內(nèi)埋的光纖光柵傳感器連接，一端與封堵頭 配合；在成型后把封堵頭去除，將內(nèi)埋接頭內(nèi)的光纖與外接接頭的光纖連接，實現(xiàn)埋于隔膜 內(nèi)部的光纖光柵傳感器與光纖親合器連接。
[0021] 所述處理器包括光纖光柵信號解析模塊、隔膜損傷數(shù)據(jù)庫模塊、CAD建模模塊、CAE 有限元分析模塊、隔膜健康整體評估模塊和顯示輸出模塊，其中，所述光纖光柵信號解析模 塊，用于解析光纖光柵解調(diào)儀采集的信號；所述隔膜損傷數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲隔膜損傷數(shù) 據(jù)；所述CAD建模模塊，用于建立隔膜的三維幾何模型；所述CAE有限元分析模塊，用于計 算隔膜損傷程度；所述隔膜健康整體評估模塊，用于根據(jù)隔膜的損傷分布評估隔膜的健康 情況；所述顯示輸出模塊，用于顯示隔膜的三維幾何模型和健康情況。
[0022] 所述光纖耦合器為光纖光柵信號耦合器，具有優(yōu)良的波長選擇能力和多端口的特 性，是結(jié)構(gòu)緊湊、損耗小、偏振無關(guān)的光纖耦合器。
[0023]所述光纖光柵解調(diào)儀為中速或高速光纖光柵波長解調(diào)儀，具有多通道并行的解調(diào) 方案，實現(xiàn)信號快速解調(diào)，滿足健康監(jiān)測需要，可以快速解調(diào)隔膜在工作環(huán)境下的光柵信 號。
[0024]所述激光光源、光纖耦合器、光纖光柵傳感器均通過光纖連接，光纖光柵解調(diào)儀和 光纖耦合器通過光纖連接，傳輸信號為光信號，光纖光柵解調(diào)儀和處理器通過數(shù)據(jù)線連接， 傳輸信號為數(shù)字信號。
[0025] -種基于上述監(jiān)測系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：
[0026] (1)選擇光纖，根據(jù)隔膜的結(jié)構(gòu)以及監(jiān)測需要刻制光柵，每條光纖刻制多個光柵單 元，并對每個光柵單元編號；
[0027] (2)測量每條光纖光柵應(yīng)變，對光纖光柵傳感器以及光纖連接器的內(nèi)埋接頭采用 聚丙烯熔體澆注的方式在封裝模具中進行封裝；采用模壓或者注塑工藝制備隔膜，實現(xiàn)隔 膜和光纖光柵傳感器嵌件的一體成型；<