应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器、检测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器、检测系统与方法，本发明专利技术首先提供了一种以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基板的外贴式的光纤光栅传感器，能够精确地监测厢式滤板边框处的微小应变；同时，本发明专利技术提供了一种以上述传感器为基础的厢式滤板的智能健康监测系统，能够基于厢式滤板边框处的微小应变进行实时、可靠、整体的健康状态监测。本发明专利技术可在现有厢式滤板成品上直接粘贴布排，不需要重新设计模具及其成型工艺，传感器的外贴和布线都是在厢式滤板机械加工之后，应用简便，可操作性强，成本低，适用范围广，可快速应用于不同型号规格、不同用途的厢式滤板。

Externally mounted optical fiber grating sensor applied to box type filter plate, detection system and method

The invention discloses a box type filter plate used in post type optical fiber grating sensor and detection system and method, the invention firstly provides an optical fiber grating sensor type paste as substrate to glass fiber reinforced epoxy resin composite materials, can accurately monitor small strain chamber plate frame; at the same time and the invention provides intelligent health monitoring system of van type filter plates to the sensor based, can real-time, reliable, overall health status monitoring of micro strain chamber plate frame based on. The invention can be directly in the existing box type filter plate is pasted on the finished cloth, do not need to re mold design and molding technology, sensor and wiring is simple with application after machining chamber plate, strong operability, low cost, wide application range, can be applied to different types of box type filter plate specifications for different purposes.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器、检测系统与方法。
技术介绍
厢式压滤机是由入料泵提供过滤压力实现过滤的设备。厢式压滤机进料时损耗少，过滤速度快，耐高温及高压，密封性能好，滤饼洗涤均匀，含水率低，适用于大多数的固液分离行业。厢式压滤机所采用的厢式滤板工作环境恶劣，服役过程中受到滤料、水流的高速高压冲刷以及滤板两侧压力不均衡会导致不同程度的损伤。损坏的厢式滤板若不及时更换则可能会对整个压滤机造成进一步的损伤。然而生产中通常无法实时掌握厢式滤板的受损情况，只能在发生不可挽回的损失后依靠经验排查损坏的厢式滤板。由此可见，厢式滤板的实时健康监测十分重要。对其使役状态进行健康监测以确保生产安全，对存在问题的滤板进行预警，能够大幅降低滤板破坏造成的损失。同时，通过分析从现场采集、记录、保存的厢式滤板使役过程数据也可判定设备用户在使用过程中是否存在违规行为，有效地避免压滤机制造厂商与用户之间的产品质量纠纷。常见的健康监测方法主要是射线、超声、红外、涡流、微波、激光全息照相技术、目视检测等一些无损探伤方法。这些传统无损检测方法的特点通常是离线、静态、被动的。到目前为止，受多方面技术的制约，我国尚未可靠实现对厢式滤板的实时健康监测与剩余寿命评估。在厢式滤板中内埋光纤光栅传感器的监测技术，可以在线监测厢式滤板的工作状态，及时、全面地发现厢式滤板发生的损伤。但是，其应用存在以下问题：(1)在厢式滤板中内埋光纤光栅传感器则需要重新制作滤板模具、调整成型工艺，使技术升级的成本高昂、风险加大；(2)在厢式滤板复杂的成型过程中埋入的光纤光栅传感器易错位、产生形状畸变和应力集中甚至损坏，可控性差，废品率增加，技术风险大；(3)内埋的阵列式光纤光栅传感器的栅区数量大，显著增加了技术升级的关键器件成本；(4)成型后的厢式滤板边框需要进行刨削、钻孔等机械加工，内埋式的光纤光栅传感器接头给这些加工带来了诸多不便，使工序复杂化，增加滤板制造成本；(5)一旦内埋的光纤光栅传感器失活，则没有修补、更换这些失活传感器的可能性。在厢式滤板上外贴光纤光栅传感器的监测技术，不仅可以在线监测厢式滤板的工作状态，及时、全面地发现厢式滤板发生的损伤，而且可以避免上述的内埋式光纤光栅传感器的技术缺陷。由此可见，外贴式的光纤光栅传感器在厢式滤板健康状态的无损检测中比内埋式的光纤光栅传感器具有优越性。但是，现有的表面粘贴式光纤光栅传感器是将光纤光栅首先粘贴在胶基基片或者刻有凹槽的金属基板上，做成传感器并保护好接头后使用。而胶基基片封装的传感器由于胶基的强度和刚度较低、易发生松弛或蠕变、不耐高温，所以无法满足压滤机的长期高温环境及恶劣工况。金属基板封装贴片的制备工艺复杂、自身的质量密度高，且金属基板自身模量远大于厢式滤板所用的短玻璃纤维增强聚丙烯基复合材料的模量，导致其传递应变的准确度大幅度降低，进而致使光纤光栅的测试精度无法满足要求。此外，厢式滤板在工作过程中，其凹凸不平的工作表面不断受到高压高温水流等的冲刷与挤压，无法布排传感器，因此外贴式的传感器贴片只能粘贴于厢式滤板边框的外表面，这对传感器的检测精度和灵敏度提出了更高的要求。由于粘贴于厢式滤板边框外表面的传感器只能直接监测边框部分的应变与温度情况，无法直接获取厢式滤板整体的应变场与温度场，更无法直接获知厢式滤板的损伤情况，因此现有的测试分析系统尚不能基于滤板边框的应变、温度情况对厢式滤板的整体健康状态进行实时监测。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器、检测系统与方法，具体来说，本专利技术首先提供了一种以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基片的外贴式的光纤光栅传感器，能够精确地监测厢式滤板边框处的微小应变；同时，本专利技术提供了一种以上述传感器为基础的厢式滤板的智能健康监测系统，能够基于厢式滤板边框处的微小应变进行实时、可靠、整体的健康状态监测。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，包括粘贴于厢式滤板上呈矩阵式排布的若干个光纤光栅封装贴片；所述光纤光栅封装贴片以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基板，在基板上布排光纤光栅以及传导光纤，光纤光栅与基板通过真空辅助灌注液态环氧树脂并浸渍玻璃纤维布而后固化的工艺封装在一起。所述封装的光纤光栅可以为单应变监测光栅，也可包括温度监测光栅。所述温度监测光栅可用于温度监测也可用于应变监测时的温度补偿。所述光纤光栅贴片以环氧树脂、不饱和聚酯等热固性树脂与厢式滤板进行粘贴。一种厢式滤板智能健康监测系统，包括应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感装置、智能分析模块、预警模块、显示模块和厢式滤板损伤数据库，其中，外贴式光纤光栅传感装置的光纤光栅传感器布排于厢式滤板边框的外侧，所述应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感装置，包括光源、外贴式光纤光栅传感器、光纤耦合器和光纤光栅解调仪，所述光源产生连续调频激光，激光信号通过引线进入外贴式光纤光栅传感器的光纤光栅，形成稳定的反射信号，外贴式光纤光栅传感器通过光纤依次连接光纤耦合器和光纤光栅解调仪，对厢式滤板的应变和/或温度进行实时监测和信号解调；所述智能分析模块根据采集的参数信息分析厢式滤板的损伤程度，预警模块读取厢式滤板的损伤程度，超过警戒阈值时进行报警，显示模块对厢式滤板的损伤情况进行实时动态显示。所述光纤耦合器有两个，激光信号分成两路，分别通过一个光纤耦合器传输到光纤光栅解调仪的两端，形成两个端口。所述光源为单独光源或光纤光栅解调仪的内置光源，产生连续调频激光，激光信号通过光纤进入光纤光栅传感器，形成稳定的反射信号。所述智能分析模块，包括应变场和温度场分析器、疲劳累积运算器、滤板损伤识别运算器和剩余强度运算器，其中：所述应变场和温度场分析器，被配置为根据传感装置输入的实时温度和/或应变数据进行运算得出厢式滤板的实时温度场和/或应变场，将结果输出至显示模块，并保存至厢式滤板损伤数据库，形成厢式滤板历史工况数据。所述疲劳累积运算器，被配置为结合厢式滤板材料的蠕变及松弛等特有属性，基于雨流计数法进行疲劳计算，其读取厢式滤板损伤数据库中厢式滤板的历史工况数据，计算滤板的疲劳损伤。所述厢式滤板损伤识别运算器，被配置为根据厢式滤板的监测数据，借助人工神经网络的模式识别功能对滤板的应力应变状态进行匹配，实现损伤识别。所述剩余强度运算器，被配置为根据厢式滤板损伤程度进行剩余强度计算并预测厢式滤板的剩余寿命，将结果输出至显示模块及预警模块。所述厢式滤板损伤数据库，被配置为结合实验数据，利用有限元软件模拟在发生不同类型、不同部位的损伤时滤板各处的应变而建立的损伤指纹库，以及厢式滤板的材料学数据及历史工况数据。所述显示模块，包括：模型加载模块，被配置为读取三维模型格式文件，提取厢式滤板的有限元模型，同时可对模型进行旋转、缩放或移动，从多个方向观察模型；数据加载模块，被配置为与智能分析模块通信，读取智能分析模块输出的实时场分布数据及剩余寿命数据；耦合显示模块，被配置为将实时场分布数据、剩余寿命数据在厢式滤板的三维模型上对应显示。所述预警模块，包括健康阈值设定接口和报警铃。用户可根据需要设定健康阈值，当从智能分析模块向健康预警模块输出的剩余寿命低于健康阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，其特征是：包括粘贴于厢式滤板上呈矩阵式排布的若干个光纤光栅封装贴片；所述光纤光栅封装贴片以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基板，在基板上布排光纤光栅以及传导光纤，光纤光栅与基板通过真空辅助灌注液态树脂工艺封装在一起。

【技术特征摘要】
1.一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，其特征是：包括粘贴于厢式滤板上呈矩阵式排布的若干个光纤光栅封装贴片；所述光纤光栅封装贴片以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基板，在基板上布排光纤光栅以及传导光纤，光纤光栅与基板通过真空辅助灌注液态树脂工艺封装在一起。2.如权利要求1所述的一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，其特征是：所述封装的光纤光栅为单应变监测光栅。3.如权利要求2所述的一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，其特征是：所述封装的光纤光栅还包括温度监测光栅，用于温度监测或应变监测时的温度补偿。4.如权利要求1所述的一种应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感器，其特征是：所述光纤光栅贴片以热固性树脂与厢式滤板进行粘贴。5.一种厢式滤板智能健康监测系统，其特征是：包括应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感装置、智能分析模块、预警模块、显示模块和厢式滤板损伤数据库，其中，外贴式光纤光栅传感装置的光纤光栅传感器布排于厢式滤板边框的外侧，所述应用于厢式滤板的外贴式光纤光栅传感装置，包括光源、外贴式光纤光栅传感器、光纤耦合器和光纤光栅解调仪，所述光源产生连续调频激光，激光信号通过引线进入外贴式光纤光栅传感器的光纤光栅，形成稳定的反射信号，外贴式光纤光栅传感器通过光纤依次连接光纤耦合器和光纤光栅解调仪，对厢式滤板的应变和/或温度进行实时监测和信号解调；所述智能分析模块根据传感装置采集的参数信息和厢式滤板损伤数据库中的历史数据，分析厢式滤板的损伤程度，预警模块读取厢式滤板的损伤程度，超过警戒阈值时进行报警，显示模块对厢式滤板的损伤情况进行实时动态显示。6.如权利要求5所述的一种厢式滤板智能健康监测系统，其特征是：光纤光栅封装贴片使用热固性树脂与厢式滤板进行粘贴，粘贴后再涂覆一层热固性树脂以确保光纤光栅探测单元在恶劣工况下的存活率并保证其与滤板应变传递的准确性和温度的一致性。7.如权利要求5所述的一种厢式滤板智能健康监测系统，其特征是：所述智能分析模块，包括应变场和温度场分析器、疲劳累积运...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾玉玺，万国顺，张梦洁，董琪，张大伟，姜明顺，隋青美，王海庆，高琳琳，王庆林，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37