CN105571620B - 一种压滤机滤板在线损伤检测装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压滤机滤板在线损伤检测装置及其实施方法，包括多个埋设于压滤机滤板的光纤光栅传感器嵌件，所述光纤光栅传感器嵌件连接滤板光纤耦合器，滤板光纤耦合器依次通过压滤机光纤耦合器和光纤集线器接入到光纤光栅解调仪，光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅传感器嵌件，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，并将解调的信号传送到处理器，所述处理器根据光纤光栅传感器嵌件采集的温度与应变，建立滤板的三维几何模型，进行滤板损伤程度和剩余强度的计算。本发明可实现压滤机滤板的在线损伤检测，本检测装置具有容易操作、一次安装、长期使用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种压滤机滤板在线损伤检测装置及其实施方法。
背景技术
压滤机是一种用于固液分离的通用机械设备，压滤机由机架、滤板、滤布、控制系统和液压系统五部分构成，其工作原理为：由垂直排列的多块滤板形成密闭滤室，物料浆液被压入滤室，在滤板的压力下，滤室内的液体透过与滤板相邻的滤布，排出压滤机外，从而实现固液分离。滤板是压滤机上进行固液分离的核心部件，在压滤机工作时起着关键作用。压滤机滤板工作时要承受巨大挤压力、冲刷力和液体环境的腐蚀，极易损坏。滤板一旦损坏，压滤机的工作效率会大幅度降低，造成很大的资源浪费。由于滤板在压滤机内部，发生损坏很难被直观察觉。损坏的滤板继续工作可能会对整个设备造成重大的损伤，所以压滤机通常需要定期的停机检查和维修。停机检查维修和现场排查受损的滤板费时费力，需要拆卸设备和取下滤板，并且需要依靠熟练工人积累的经验判断滤板的损伤程度，这都会增加生产成本、降低生产效率。
如果在压滤机滤板中植入合适的传感器，就可以在线检测滤板的工作状态，及时发现滤板发生的塑性大变形、裂纹、凹坑等损伤，同时在线计算出滤板的剩余强度，并对滤板的安全性和剩余寿命进行预估，及时预报更换滤板，将会大幅度提高压滤机生产效率，减少生产成本和维修成本，有助于压滤机从自动化到智能化的技术升级。
压滤机滤板多为聚丙烯树脂或聚丙烯和玻纤复合材料通过模压或注塑工艺加工成型，然而适用于滤板内部温度和应变检测的传感器种类并不多，其主要原因是将传感器植入滤板内部比较困难。如果在滤板液态成型前植入传感器，滤板液态成型以及液固转变过程中的高温高压环境极易导致植入的传感器失效；如果在滤板成型后植入传感器则需要额外打孔，容易破坏滤板且会产生较大的测量误差。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种压滤机滤板在线损伤检测装置及其实施方法，本发明可实现压滤机滤板的在线损伤检测，本检测装置具有容易操作、一次安装、长期使用的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种压滤机滤板在线损伤检测装置，包括多个埋设于压滤机滤板的光纤光栅传感器嵌件，所述光纤光栅传感器嵌件连接滤板光纤耦合器，滤板光纤耦合器依次通过压滤机光纤耦合器和光纤集线器接入到光纤光栅解调仪，光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅传感器嵌件，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，并将解调的信号传送到处理器。
所述处理器根据光纤光栅传感器嵌件采集的温度与应变，建立滤板的三维几何模型，进行滤板损伤程度和剩余强度的计算。
所述光纤光栅传感器嵌件，埋设于压滤机滤板内部关键位置，这些关键位置为滤板主要承重、承压和易损区域，例如滤板滤孔周围和滤板凸台等区域，且嵌件内的光栅单元可以构成光纤光栅传感器阵列，适用于滤板的全方位检测。
所述光纤光栅传感器嵌件，包含光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器被平行地封装于嵌件中，两种传感器均为光纤光栅串结构的多点测量传感器。
所述光纤光栅传感器嵌件，包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光栅封装器、保护层和光纤连接器，其中：光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器平行排列，均包括若干个间隔设置的传导光纤和光栅单元区，光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器上设置有若干个用以保护光栅单元区的光栅封装器，所述传导光纤外部包裹有保护层，光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器的端部设置有光纤连接器。
所述光栅封装器包括光栅保护台和光栅定位架，光栅保护台将光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器按照一定的间距被平行包埋于其中，传导光纤从光栅保护台截面出穿过，光栅定位架固定于光栅保护台下端，用以支撑光栅保护台并定位光栅在滤板中的位置。
优选的，所述光栅定位架为柱状或者翼状定位机构，用来支撑光栅保护台并定位光栅在滤板中的目标位置。
所述光纤连接器由内埋接头和外接插头组成，内埋接头内嵌于滤板边框的边缘，外接插头连接外部光纤信号系统，外接插头插入内埋接头，实现光纤光栅传感器与外部设备的连接。
光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器的平行间距为7-15mm，优选10mm。
所述滤板光纤耦合器汇集同一个滤板中的所有光纤，压滤机光纤耦合器汇集同一个压滤机中的所有光纤，光纤集线器汇集同一个解调系统中的所有光纤。
所述滤板光纤耦合器为光纤光栅信号耦合器，通过单个接口实现入射光信号和反射光信号的双向传递，具有优良的波长选择能力和多端口特性，是结构紧凑、损耗小、偏振无关的光纤耦合器。
所述滤板光纤耦合器为多接口并行耦合器，并具有集线器的功能，可以把压滤机中同一个滤板中的多个光纤光栅传感器嵌件的光纤汇集在一起，方便管理。
所述压滤机光纤耦合器为光纤光栅信号耦合器，在拓扑结构中位于滤板光纤耦合器的上一级，具有更多的接口，把同一个压滤机中的所有滤板光纤耦合器中的光纤引线汇集在一起，方便管理，与滤板光纤耦合器功能一致。
所述光纤集线器汇集不同压滤机光纤耦合器的光纤，在拓扑结构中位于压滤机光纤耦合器的上一级，使一台光纤光栅解调仪可以同时对多个压滤机中的光纤光栅信号进行解调。
所述光纤光栅解调仪为内置激光光源解调仪，内置的激光光源可以产生连续调频激光信号，作为光纤光栅传感器在线检测的信号源。所述光纤光栅解调仪为中速或高速光纤光栅波长解调仪，具有多通道并行的解调方案，实现信号快速解调，满足滤板在线检测需要，可以快速解调滤板在复杂工作环境下的光栅信号。
所述激光光源、滤板光纤耦合器、压滤机光纤耦合器、光纤集线器、光纤光栅传感器嵌件和光纤光栅解调仪之间通过光纤连接，传输信号为光信号。
优选的，所述处理器连接有云终端。
光纤光栅解调仪、处理器和云终端通过数据线连接，传输信号为数字信号。
所述处理器包括光纤光栅信号解析模块、滤板损伤数据库模块、CAD建模模块、CAE有限元分析模块、滤板健康整体评估模块和显示输出模块，其中，所述光纤光栅信号解析模块，用于解析光纤光栅解调仪采集的信号；所述滤板损伤数据库模块，用于存储材料性能、损伤判据与滤板损伤数据；所述CAD建模模块，用于建立滤板的三维几何模型；所述CAE有限元分析模块，用于计算滤板损伤程度和剩余强度；所述滤板健康整体评估模块，用于根据滤板的损伤分布和剩余强度评估滤板的整体健康情况；所述显示输出模块，用于显示滤板的三维几何模型损伤情况并传输数据到云终端。
所述云终端为互联网终端服务器，在线存储数据和处理数据，处理器采集和计算的数据均通过网络数据线传输到云终端服务器，便于压滤机生产厂家和压滤机使用企业远程查看数据，可以对压滤机工作状态进行远程监测和控制，及时发现故障和违规操作，提高工作效率，降低运营成本。
基于上述装置的实施方法，包括：
(1)选择光纤刻制光栅，制作光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，对传感器的光栅区进行封装，形成光纤光栅传感器嵌件；
(2)在滤板成型前，将光纤光栅传感器嵌件植入到滤板成型模具中的目标位置，通过滤板和光纤光栅传感器嵌件的一体成型，把光纤光栅传感器嵌件植入到滤板内部；
(3)依次连接光纤光栅传感器嵌件、光纤连接器、滤板光纤耦合器、压滤机光纤耦合器、光纤集线器和光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪通过数据线接入处理器；
(4)光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅温度传感器和应变传感器，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，将信号传送到处理器，处理器计算得到温度和应变数据，并且建立CAD模型和CAE模型，计算滤板损伤情况并输出，同时把以上所有数据在线传给云终端。
所述步骤(1)中光纤光栅传感器嵌件制作过程包括以下步骤：
(1-1)选择掺入光敏性材料的光纤，通过热挤出、注塑、涂覆和缠绕成型工艺，使光纤外周形成一定厚度的保护层；
(1-2)截取设定长度的具有保护层的光纤，根据检测要求按照设定的间距，剥去设定数量、设定长度的光纤外层塑料保护层，形成若干个光栅单元区，分别在每个光栅单元区的中心刻制不同中心波长的光栅，形成若干个光纤光栅传感器单元；
(1-3)在光栅单元区外套毛细管，毛细管管口和光纤之间的间隙胶封，形成温度光纤光栅，选取未外套毛细管的光纤光栅作为应变光纤光栅；
(1-4)根据滤板尺寸，制作光栅封装器模具，将温度光纤光栅、应变光纤光栅按照一定间距平行排列，放入同一光栅封装器模具中，使光栅单元区位于光栅封装器内部，在模具中浇注热塑性塑料熔体，熔体冷却后即完成光栅封装；
(1-5)把光栅封装器脱模，分别在光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的端部接上光纤连接器的内埋接头。
所述一定厚度为0.25-2mm。
所述步骤(2)中，模具中通过预留定位孔实现光纤光栅传感器的定位和连接，或者通过胶粘嵌件的光栅定位架实现光纤光栅传感器的定位和连接。
所述步骤(3)中内埋接头和外接插头为光纤连接器的两个主要部分，通过插接实现光纤的快速连接，避免了光纤熔接的麻烦，内埋接头和外接插头均为硬质耐热结构件，在滤板制造、安装和使用过程中可以保护光纤。
所述步骤(4)中光纤光栅传感器的信号处理和滤板的损伤计算过程包括以下步骤：
(4-1)利用CAD建模模块建立压滤机滤板的三维几何模型，并导入CAE有限元分析模块，划分网格，建立有限元模型；
(4-2)根据空间位置对应关系，建立有限元模型中单元集团exkj和光栅单元xkj的对应关系：将光栅测量的温度和应变映射到有限元模型中；
(4-3)处理器接收光纤光栅解调仪传输来的信号，并统计死亡光栅编号；
(4-4)处理器将接收到的光栅xkj信号进行处理后和滤板损伤数据库中相应的损伤数据模型对比，判断光栅单元位置的滤板损伤程度，并用损伤因子d(xkj)对该区域滤板损伤程度标定，建立光栅单元与滤板损伤程度之间的关系；
(4-5)通过损伤因子d(xkj)，基于材料损伤刚度折减理论，建立损伤因子和滤板基本性能参数之间的关系；
(4-6)得到有限元模型中的单元材料基本参数的在线变化关系，并进行有限元计算，通过云图输出滤板应力、应变、温度和损伤；
(4-7)根据损伤程度，计算剩余强度，预估压滤机滤板的安全性和使用寿命，及时发出警报，提高滤板的使役安全性。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种压滤机滤板在线损伤检测的装置和实施方法，可实现压滤机滤板的在线损伤检测，本检测装置具有容易操作、一次安装、长期使用的优点。
(2)本发明提出一种光纤光栅传感器嵌件，方便在模压、注塑成型工艺中在滤板内部植入光纤光栅传感器。
(3)本发明提出一种压滤机在线损伤检测的信号处理方法，通过CAD和CAE直观输出滤板损伤情况，计算剩余强度，整体评估滤板的健康状况，并且将处理后数据传入云终端，实现远程数据管理。
附图说明
图1为本发明的一种压滤机滤板在线损伤检测装置示意图；
图2为本发明的一种滤板的在线检测用光纤光栅传感器嵌件示意图；
图3为本发明的压滤机滤板在线损伤检测系统中的光栅信号处理流程图；
图4为本发明的一种注射成型滤板的在线检测用光纤光栅传感器嵌件示意图。
1光纤光栅传感器嵌件；2滤板光纤耦合器；3压滤机光纤耦合器；4光纤集线器，5光纤光栅解调仪；6计算机；7网络服务器；8光纤光栅传感器；9光纤外接插头；10压滤机滤板；11滤板滤孔；12滤板凸台。
21光纤光栅温度传感器；22光纤光栅应变传感器；23光纤塑料保护层；24光栅封装器；25光纤连接器；26硬质耐热毛细管；27温度光栅单元；28应变光栅单元；29光栅保护台；210光栅定位架；211第一光栅对传感器；212第二光栅对传感器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种压滤机滤板在线损伤检测装置主要包括：光纤光栅传感器嵌件1、滤板光纤耦合器2、压滤机光纤耦合器3、光纤集线器4、光纤光栅解调仪5、计算机6、网络服务器7。
光纤光栅传感器嵌件1在压滤机滤板10成型前植入滤板模具中的目标位置并和压滤机滤板10一体成型，光纤光栅传感器嵌件1通过光纤外接插头9连接滤板光纤耦合器2，滤板光纤耦合器2依次通过压滤机光纤耦合器3和光纤集线器4接入到光纤光栅解调仪5，光纤光栅解调仪5连接计算机6，计算机6通过因特网将数据传输到网络服务器7。
如图2所示，光纤光栅传感器嵌件1的传感元件为光纤光栅温度传感器21和光纤光栅应变传感器22，光纤光栅温度传感器21和光纤光栅应变传感器22是由传导光纤和光栅单元区组成的，两种传感器的光纤表层均包裹热塑性塑料保护层23，光栅单元区有光栅封装器24保护，光栅封装器24由光栅保护台29和光栅定位架210组成，光纤连接器25在光纤传感器的端部，光栅单元区在光纤光栅传感器的中部。两种传感器均为光纤光栅串结构的多点测量传感器。一个滤板安装多个光纤光栅传感器嵌件，组成光纤光栅传感器阵列，实现滤板多个位置的温度和应变的在线测量。
嵌件主要是方便光纤光栅温度传感器21和光纤光栅应变传感器22植入滤板10内部，保证传感器的存活率，定位传感器在滤板中的目标位置，方便内部传感器与外界的连接。所述光纤光栅温度传感器21和光纤光栅应变传感器22均有多个传感器单元，每个传感器单元均可为一个独立的传感器。所述光栅封装器24为光纤光栅传感器的保护和定位机构，光纤光栅温度传感器21和光纤光栅应变传感器22从光栅保护台29的截面中穿过，按照一定的间距被平行地包埋于光栅保护台29中，两光纤光栅传感器的平行间距为7-15mm，优选10mm，光栅定位架210为柱状或者翼状定位机构，用来支撑光栅保护台29并定位光栅在滤板中的目标位置。光纤连接器25由内埋接头和外接插头组成，内埋接头内嵌于滤板边框的边缘，外接插头连接外部光纤信号系统，外接插头插入内埋接头，实现光纤光栅传感器与外部设备的连接。
滤板光纤耦合器2为光纤光栅信号耦合器，具有优良的波长选择能力和多端口特性，是结构紧凑、损耗小、偏振无关的光纤耦合器，通过单个接口实现入射光信号和反射光信号的双向传递。所述滤板光纤耦合器2为多接口并行耦合器，并具有集线器的功能，可以把压滤机中同一个滤板中的多个光纤光栅传感器嵌件的光纤汇集在一起，方便管理。
压滤机光纤耦合器3为光纤光栅信号耦合器，与滤板光纤耦合器2功能一致，在拓扑结构中位于滤板光纤耦合器的上一级，具有更多的接口，把同一个压滤机中的所有滤板光纤耦合器2中的光纤引线汇集在一起，方便管理。
光纤集线器4的功能是汇集不同压滤机光纤耦合器3的光纤，在拓扑结构中位于压滤机光纤耦合器3的上一级，使一台光纤光栅解调仪可以同时对多个压滤机中的光纤光栅信号进行解调。
滤板光纤耦合器2汇集同一个滤板中的所有光纤，压滤机光纤耦合器3汇集同一个压滤机中的所有光纤，光纤集线器4汇集同一个解调系统中的所有光纤。
光纤光栅解调仪5为内置激光光源解调仪，内置的激光光源可以产生连续调频激光信号，作为光纤光栅传感器在线检测的信号源。所述光纤光栅解调仪5为中速或高速光纤光栅波长解调仪，具有多通道并行的解调方案，实现信号快速解调，满足滤板在线损伤检测需要，可以快速解调滤板在复杂工作环境下的光栅信号。
激光光源、光纤光栅传感器嵌件1、滤板光纤耦合器2、压滤机光纤耦合器3、光纤集线器4和光纤光栅解调仪5等器件通过光纤连接，传输信号为光信号，光纤光栅解调仪5、计算机6和网络服务器7通过数据线连接，传输信号为数字信号。
计算机6具有压滤机滤板在线损伤检测系统软件，所述软件包括光纤光栅信号解析模块、滤板损伤数据库模块、CAD建模模块、CAE有限元分析模块、滤板健康整体评估模块和显示输出模块。其中，所述光纤光栅信号解析模块，用于解析光纤光栅解调仪5采集的信号；所述滤板损伤数据库模块，用于存储材料性能、损伤判据与滤板损伤数据；所述CAD建模模块，用于建立滤板的三维几何模型；所述CAE有限元分析模块，用于计算滤板损伤程度和剩余强度；所述滤板健康整体评估模块，用于根据滤板的损伤分布和剩余强度评估滤板的整体健康情况；所述显示输出模块，用于显示滤板的三维几何模型损伤情况并传输数据到网络服务器7。光纤光栅解调仪5的信号传输给计算机6中的压滤机滤板在线损伤检测系统软件，检测系统软件的各模块对光栅信号进行处理，得到滤板10损伤分布，开展健康状态评估，其信号处理流程如图3所示。
网络服务器7用于在线存储数据和处理数据，计算机6采集和计算的数据均通过互联网传输到网络服务器7，便于压滤机生产厂家和压滤机使用企业远程查看数据，可以对压滤机工作状态进行远程监测和控制，及时发现故障和违规操作，提高工作效率，降低运营成本。
一种压滤机滤板在线损伤检测装置的实施方法，包括以下步骤：
(1)选择光纤刻制光栅，制作光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，通过塑料熔体封装技术，对传感器的光栅区进行封装，制作适用于压滤机滤板在线损伤检测的光纤光栅传感器嵌件。
(2)在滤板成型前，将光纤光栅传感器嵌件植入到滤板成型模具中的目标位置，通过滤板和光纤光栅传感器嵌件的一体成型，把光纤光栅传感器植入到滤板内部。
(3)滤板安装于压滤机后，找到光纤光栅传感器嵌件的内埋接头，取下封堵头，插入光纤连接器的外接插头，实现光纤光栅传感器与滤板光纤耦合器的连接。
(4)滤板中所有的传感器光纤汇集接入滤板光纤耦合器，所有滤板光纤耦合器又汇集接入压滤机光纤耦合器，然后汇集接入光纤集线器，最后接入光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪通过数据线接入计算机，计算机通过互联网连接网络服务器。
(5)光纤光栅解调仪内置光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅温度传感器和应变传感器，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，将信号传送到计算机，计算机计算得到温度和应变数据，并且建立CAD模型和CAE模型，计算滤板损伤情况并输出，评估滤板健康状态，同时把以上所有数据在线上传到网络服务器。
步骤(1)中的光纤光栅传感器嵌件制作过程包括以下步骤：
(1-1)选择掺入光敏性材料的光纤，通过热挤出、注塑、涂覆和缠绕成型工艺，使光纤外周形成0.25-2mm厚度的保护层；
(1-2)截取设定长度的具有保护层的光纤，根据检测要求按照设定的间距，剥去设定数量、设定长度的光纤外层塑料保护层，形成若干个裸纤单元区，分别在每个裸纤单元区的中心刻制不同中心波长的光栅，形成若干个光纤光栅传感器单元；
(1-3)在光栅单元区外套毛细管，毛细管管口和光纤之间的间隙胶封，形成温度光纤光栅，选取未外套毛细管的光纤光栅作为应变光纤光栅；
(1-4)根据滤板尺寸，制作光栅封装器模具，将温度光纤光栅、应变光纤光栅按照一定间距平行排列，放入同一光栅封装器模具中，使光栅单元区位于光栅封装器内部，在模具中浇注热塑性塑料熔体，熔体冷却后即完成光栅封装；
(1-5)把光栅封装器脱模，分别在光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的端部接上光纤连接器的内埋接头。
步骤(2)中，通过模具中预留的定位孔实现光纤光栅传感器在模具中的定位和固定，或者通过胶粘嵌件的光栅定位架实现光纤光栅传感器在模具中的定位和固定。
步骤(3)中内埋接头和外接插头为光纤连接器的两个主要部分，通过插接实现光纤的快速连接，避免了光纤熔接的麻烦，内埋接头和外接插头均为硬质耐热结构件，在滤板制造、安装和使用过程中可以保护光纤。
步骤(5)中光纤光栅传感器的信号处理和滤板的损伤计算过程包括以下步骤：
(5-1)利用CAD建模模块建立压滤机滤板的三维几何模型，并导入CAE有限元分析模块，划分网格，建立有限元模型；
(5-2)根据空间位置对应关系，建立有限元模型中单元集团exkj和光栅单元xkj的对应关系：将光栅测量的温度和应变映射到有限元模型中；
(5-3)计算机接收光纤光栅解调仪传输来的信号，并统计死亡光栅编号；
(5-4)计算机将接收到的光栅xkj信号进行处理后和滤板损伤数据库中相应的损伤数据模型对比，判断光栅单元位置的滤板损伤程度，并用损伤因子d(xkj)对该区域滤板损伤程度标定，建立光栅单元与滤板损伤程度之间的关系：xkj→d(xkj)；
(5-5)通过损伤因子d(xkj)，基于材料损伤刚度折减理论，建立损伤因子和滤板基本性能参数之间的关系：d(xkj)→P(xkj)；
(5-6)结合上述步骤，得到有限元模型中的单元材料基本参数的在线变化关系：e(xkj)→P(xkj)；并进行有限元计算，通过云图输出滤板应力、应变、温度和损伤等；
(5-7)根据损伤程度，计算剩余强度，预估压滤机滤板的安全性和使用寿命，及时发出警报，提高滤板的使役安全性。
实施例一：
一种注塑成型厢式压滤机滤板在线检测装置和实施方法
如图1所示，一种注塑成型厢式压滤机滤板在线检测装置主要包括：光纤光栅传感器嵌件1、滤板光纤耦合器2、压滤机光纤耦合器3、光纤集线器4、光纤光栅解调仪5、计算机6和网络服务器7等。
光纤光栅传感器嵌件1在压滤机滤板10成型前植入滤板靶向位置，光纤光栅传感器1通过光纤接头9；连接滤板光纤耦合器2，滤板光纤耦合器2通过压滤机光纤耦合器3和上游光纤集线器4接入光纤光栅解调仪5，光纤光栅解调仪连接计算机6，计算机6通过因特网将数据传输到网络服务器7。
由于滤板采取注塑工艺成型，光纤光栅传感器嵌件1适当改进以更适合注塑工艺，示意图如图4所示，该嵌件由一条温度测量光纤光栅传感器和一条应变测量光纤光栅传感器组成，每条光纤上刻制3个光栅单元，光栅单元中心波长分别为1512nm、1516nm、1520nm。光纤保护层和光栅封装器材料和压滤机滤板材料一致，为聚丙烯。光栅保护层的聚丙烯厚度为1mm，每条光栅对有3个光栅封装器，在每条光栅传感器前端安装一个金属材质的光纤快捷连接器，连接器包括内埋接头和快速插头。
一种压滤机滤板在线损伤检测装置的实施方法包括以下步骤：
(1)选择光纤刻制光栅，制作光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，通过塑料熔体封装技术，对传感器的光栅区进行封装，制作适用于压滤机滤板在线损伤检测的光纤光栅传感器嵌件。
(2)在滤板成型前，将光纤光栅传感器嵌件植入到滤板成型模具中的目标位置，通过滤板和光纤光栅传感器嵌件的一体成型，把光纤光栅传感器植入到滤板内部。
(3)滤板安装于压滤机后，找到光纤光栅传感器嵌件的内埋接头，取下封堵头，插入光纤快捷连接器的外接插头，实现光纤光栅传感器与滤板光纤耦合器的连接。
(4)滤板中所有的传感器光纤汇集接入滤板光纤耦合器，所有滤板光纤耦合器又汇集接入压滤机光纤耦合器，然后汇集接入光纤集线器，最后接入光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪通过数据线接入计算机，计算机通过互联网连接网络服务器。
(5)光纤光栅解调仪内置光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅温度传感器和应变传感器，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，将信号传送到计算机，计算机计算得到温度和应变数据，并且建立CAD模型和CAE模型，计算滤板损伤情况并输出，同时把以上所有数据在线上传给网络服务器。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种压滤机滤板在线损伤检测装置，其特征是：包括多个埋设于压滤机滤板的光纤光栅传感器嵌件，所述光纤光栅传感器嵌件连接滤板光纤耦合器，滤板光纤耦合器依次通过压滤机光纤耦合器和光纤集线器接入到光纤光栅解调仪，光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅传感器嵌件，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，并将解调的信号传送到处理器；
所述光纤光栅传感器嵌件包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光栅封装器、保护层和光纤连接器，其中：光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器平行排列，均包括若干个间隔设置的传导光纤和光栅单元区，光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器上设置有若干个用以保护光栅单元区的光栅封装器，所述传导光纤外部包裹有保护层，光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器的端部设置有光纤连接器；
所述光栅封装器包括光栅保护台和光栅定位架，光栅保护台将光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器按照一定的间距平行包埋于其中，传导光纤从光栅保护台截面中穿过，光栅定位架固定于光栅保护台下端，用以支撑光栅保护台并定位光栅在滤板中的位置。
2.如权利要求1所述的一种压滤机滤板在线损伤检测装置，其特征是：所述光纤光栅传感器嵌件埋设于压滤机滤板内部的承重、承压和易损区域，且光纤光栅传感器嵌件内的光栅单元通过组合构成光纤光栅传感器阵列，适用于滤板的全方位检测。
3.如权利要求1所述的一种压滤机滤板在线损伤检测装置，其特征是：所述光纤光栅传感器包含光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器被平行地封装于嵌件中，两种传感器均为光纤光栅串结构的多点测量传感器。
4.如权利要求1所述的一种压滤机滤板在线损伤检测装置，其特征是：所述处理器包括光纤光栅信号解析模块、滤板损伤数据库模块、CAD建模模块、CAE有限元分析模块、滤板健康整体评估模块和显示输出模块，其中，所述光纤光栅信号解析模块，用于解析光纤光栅解调仪采集的信号；所述滤板损伤数据库模块，用于存储材料性能、损伤判据与滤板损伤数据；所述CAD建模模块，用于建立滤板的三维几何模型；所述CAE有限元分析模块，用于计算滤板损伤程度和剩余强度；所述滤板健康整体评估模块，用于根据滤板的损伤分布和剩余强度评估滤板的整体健康情况；所述显示输出模块，用于显示滤板的三维几何模型损伤情况并传输数据到云终端。
5.如权利要求1所述的一种压滤机滤板在线损伤检测装置，其特征是：所述滤板光纤耦合器汇集同一个滤板中的所有光纤，压滤机光纤耦合器汇集同一个压滤机中的所有光纤，光纤集线器汇集同一个解调系统中的所有光纤。
6.基于如权利要求1-5中任一项所述的装置的实施方法，其特征是：包括：
(1)选择光纤刻制光栅，制作光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，对传感器的光栅区进行封装，形成光纤光栅传感器嵌件；
(2)在滤板成型前，将光纤光栅传感器嵌件植入到滤板成型模具中的目标位置，通过滤板和光纤光栅传感器嵌件的一体成型，把光纤光栅传感器植入到滤板内部；
(3)依次连接光纤光栅传感器、光纤连接器、滤板光纤耦合器、压滤机光纤耦合器、光纤集线器和光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪通过数据线接入处理器；
(4)光源产生的检测光信号进入滤板中的光纤光栅温度传感器和应变传感器，经光栅区干涉和反射后返回光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪解析光信号的中心波长变化，将解调的信号传送到处理器，处理器计算得到温度和应变数据，并且建立CAD模型和CAE模型，计算滤板损伤情况并输出，同时把以上数据在线传给云终端。
7.如权利要求6所述的实施方法，其特征是：所述步骤(1)中光纤光栅传感器嵌件制作过程包括以下步骤：
(1-1)选择掺入光敏性材料的光纤，通过热挤出、注塑、涂覆和缠绕成型工艺，使光纤外周形成一定厚度的保护层；
(1-2)截取设定长度的具有保护层的光纤，根据检测要求按照设定的间距，剥去设定数量、设定长度的光纤外层塑料保护层，形成若干个光栅单元区，分别在每个光栅单元区的中心刻制不同中心波长的光栅，形成若干个光纤光栅传感器单元；
(1-3)在光栅单元区套上毛细管，毛细管管口和光纤之间的间隙胶封，形成温度光纤光栅，选取未外套毛细管的光纤光栅作为应变光纤光栅；
(1-4)根据滤板尺寸，制作光栅封装器模具，将温度光纤光栅、应变光纤光栅按照一定间距平行排列，放入同一光栅封装器模具中，使光栅单元区位于光栅封装器内部，在模具中浇注热塑性塑料熔体，熔体冷却后即完成光栅封装；
(1-5)把光栅封装器脱模，分别在光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器的端部接上光纤连接器的内埋接头。
8.如权利要求6所述的实施方法，其特征是：所述步骤(4)中光纤光栅传感器的信号处理和滤板的损伤计算过程包括以下步骤：
(4-1)利用CAD建模模块建立压滤机滤板的三维几何模型，并导入CAE有限元分析模块，划分网格，建立有限元模型；
(4-2)根据空间位置对应关系，建立有限元模型中单元集团exkj和光栅单元xkj的对应关系：将光栅测量的温度和应变映射到有限元模型中；
(4-3)处理器接收光纤光栅解调仪传输来的信号，并统计死亡光栅编号；
(4-4)处理器将接收到的光栅单元xkj信号进行处理后和滤板损伤数据库中相应的损伤数据模型对比，判断光栅单元位置的滤板损伤程度，并用损伤因子d(xkj)对区域滤板损伤程度标定，建立光栅单元与滤板损伤程度之间的关系；
(4-5)通过损伤因子d(xkj)，基于材料损伤刚度折减理论，建立损伤因子和滤板基本性能参数之间的关系；
(4-6)得到有限元模型中的单元材料基本参数的在线变化关系，并进行有限元计算，通过云图输出滤板应力、应变、温度和损伤；
(4-7)根据损伤程度，计算剩余强度，预估压滤机滤板的安全性和使用寿命，及时发出警报，提高滤板的使役安全性。
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