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专利号: 2017111888674
申请人: 天津工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-09-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,包括固定在膜组件内的多个光纤光栅传感器,其特征在于:所述多个光纤光栅传感器与所述膜组件相互之间的位置和连接关系是,多个光纤光栅传感器按照沿膜组件工作时的水流方向且在廊道区域范围内分布布置,多个光纤光栅传感器与所述膜组件的膜面之间的距离在0-1mm;

各光纤光栅传感器的光栅波长互不重叠;多个光纤光栅传感器依次用单模光纤串联;

串联后的光纤光栅传感器的一端为自由端,串联后的光纤光栅传感器的另一端通过单模光纤与一光纤光栅解调仪的输入端相连接;

所述光纤光栅解调仪的输出端连接至一台计算机,所述计算机内安装有数据采集模块及数据处理模块,所述数据采集模块采用与所述光纤光栅传感解调仪配套的软件;所述数据处理模块根据光纤光栅的传感原理通过采集到的上述多个光纤光栅传感器的中心波长的变化得出所述膜组件膜面所受应力的分布。

2.一种基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,包括多套固定有多个光纤光栅传感器的膜组件,其特征在于:膜组件均为中空纤维膜或是平板膜或是卷式膜;

每套固定有多个光纤光栅传感器的膜组件中,所述多个光纤光栅传感器与所述膜组件相互之间的位置和连接关系是,多个光纤光栅传感器按照沿膜组件工作时的水流方向且在廊道区域范围内分布布置,多个光纤光栅传感器与所述膜组件的膜面之间的距离在0-1mm;

各光纤光栅传感器的光栅波长互不重叠;多个光纤光栅传感器依次用单模光纤串联,从而形成一套固定有多个光纤光栅传感器的膜组件;

将各套固定有多个光纤光栅传感器的膜组件的光纤光栅的两自由端用单模光纤连接,连接方式是串联或并联或串并联;将连接后的多套固定有多个光纤光栅传感器的膜组件中的光纤光栅的一端通过单模光纤与一光纤光栅解调仪的输入端相连接;

所述光纤光栅解调仪的输出端连接至一台计算机,所述计算机内安装有数据采集模块及数据处理模块,所述数据采集模块采用与所述光纤光栅传感解调仪配套的软件;所述数据处理模块根据光纤光栅的传感原理通过采集到的上述多个光纤光栅传感器的中心波长的变化得出所述膜组件膜面所受应力的分布。

3.根据权利要求1或2所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,所述光纤光栅传感器(4)的带宽为0.2nm、反射率高于90%、栅区长度为10mm且加涂覆、光纤光栅传感器的中心波长范围为1530nm-1570nm,所述光纤光栅传感器(4)的中心波长仅受温度和应变的影响。

4.根据权利要求1或3所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,膜组件均为中空纤维膜或是平板膜或是卷式膜。

5.根据权利要求1或2所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,所述光纤光栅解调仪(7)采用动态光纤光栅解调仪。

6.根据权利要求5所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,所述数据采集模块采用与所用动态光纤光栅解调仪配套的软件,所述数据采集模块设置的数据采集频率为每秒采集1-1000个数据。

7.根据权利要求2或4所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,所述正渗透膜组件是板式正渗透膜组件,所述板式正渗透膜组件包括原料液侧盖板(12)、汲取液侧盖板(22)和FO膜(3),所述原料液侧盖板(10)内侧设有原料液凹槽(11)、原料液垫片(12)、原料液进水口(13)和原料液出水口(14),所述汲取液侧盖板(20)内侧设有汲取液凹槽(21)、汲取液垫片(22)、汲取液进水口(23)和汲取液出水口(24);

所述多个光纤光栅传感器与所述膜组件相互之间的位置和连接关系是,

多个光纤光栅传感器按照沿膜组件工作时的水流方向分布布置在所述原料液侧盖板(10)内侧面或所述汲取液侧盖板(20)内侧面,对每个光纤光栅传感器均施加预应力后并与所述FO膜(3)的膜面之间的距离为0-1mm,所述原料液侧盖板(10)或汲取液侧盖板(20)与所述光纤光栅传感器之间用UV胶(5)固定;将所述原料液侧盖板(10)和所述汲取液侧盖板(20)扣合后用螺栓连接件(6)固定,从而使多个光纤光栅传感器(4)与所述正渗透组件固定。

8.根据权利要求7所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,所述光纤光栅传感器(4)的个数为6个,相邻光纤光栅传感器(3)的光栅之间的相距为1cm,相邻光纤光栅传感器(4)的光栅波长相差2~3nm。

9.根据权利要求7所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,其特征在于,

6个光纤光栅传感器(3)的光栅波长分别为1556nm、1553nm、1550nm、1548nm、1546nm、

1544nm。

10.一种基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量方法,其特征在于,利用如权利要求1所述基于光纤光栅传感的膜面所受应力分布测量装置,并包括以下步骤:步骤一、选择多根光纤光栅传感器,且其中任何两个光纤光栅传感器的中心波长相差不小于2nm,将多根光纤光栅传感器用单模光纤串联,对串联后的光纤光栅传感器施加预应力后使用UV胶固定在膜组件上,使每个光纤光栅传感器与膜面之间的距离在0-1mm;将膜组件封装后与所述光纤光栅解调仪连接,利用所述光纤光栅解调仪自带的软件测得各光纤光栅传感器的中心波长的静态值;

步骤二、将一水泵的出水口与膜组件的入水口相连,利用该水泵向膜组件的入水口注水,设定流速大于0且小于0.5m/s,在该流速范围内自小到大选定多个流速,按照选定的多个流速循环进行步骤三和步骤四的过程,直至完成多个流速下的数据采集后执行步骤五;

步骤三、数据采集模块以每秒采集1-1000个数据的采集频率采集每个光纤光栅传感的中心波长,光纤光栅传感解调仪对采集到的波长信号解调后,所述光纤光栅解调仪自带的软件在注水过程中实时获得各光纤光栅传感器的中心波长的测量值;

步骤四、将步骤三获得的测量值减去步骤一获得的静态值,得到各个光纤光栅传感器在每一时刻的中心波长的变化值;求取采集时段内所得的各个光纤光栅传感器在每一时刻的中心波长的变化值的平均值,将该平均值作为该时段内每个光纤光栅传感器的中心波长的变化值;

步骤五、使用作图软件,以光纤光栅传感器距离膜组件入水口的距离为横坐标,以步骤四获得的采集时段内每个光纤光栅传感器的中心波长的变化值为纵坐标,绘制出采集时段内不同流速下各个光纤光栅传感器的中心波长变化分布图;

步骤六、利用步骤五获得的采集时段内不同流速下各个光纤光栅传感器的中心波长变化值,根据光纤光栅的传感原理得到不同流速情况下膜面所受应力的分布情况。