CN107024327B - 一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置，包括：窄线宽激光光源，为光纤传感器提供相干光能量；声光调制器，用于将连续光转化成一定脉冲宽度和重复频率的脉冲光；光纤传感器，用于检测由于布袋破损导致的气流变化；光电探测模块，将光能量变成电压信号输出；数据采集单元，对收集到的电压信号进行模数转化；信号处理分析单元，对包含布袋破损气流信号进行解调，提取气流的压力变化信息，判断除尘系统是否正常运转。本发明还公开了一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置的定位检测方法。本发明采用一根光纤集传感和传输于一体，实现布袋破损气流压力变化信号探测，传输，适用于空间有限复杂工业现场的应用。

Description

一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置及方法

技术领域

本发明涉及布袋除尘系统技术领域，尤其是一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置及方法。

背景技术

近年来，我国大气环境污染十分严重，因各种废气污染导致雾霾天气频繁出现，已严重影响人们的生活和工作。在水泥行业，袋式除尘器技术是一种传统的除尘技术，但也存在一些不足之处：一是滤袋的破损，且破损始终伴随其整个生命周期；二是袋式除尘器相对电除尘器的阻力大，系统风机电耗高，环保装备也要节能降耗。

为了解决因除尘器整体换袋导致的运行成本升高的问题，最开始采用人工检漏的方法来代替定期更换布袋，可是这种方法却在无形之中增加了工人的劳动量。为了减少工人的工作量，后来渐渐地研究出了各种布袋检漏的方法，主要包括光传感法、电荷感应法、荧光粉检漏法等，但这些方法都存在着各自的不足之处。其中，光传感法的传感探头要伸入管道内部，容易导致传感探头因粘灰而被污染，进而造成检漏误报；电荷感应法主要是通过测量电荷量的大小变化来反映布袋除尘器中净烟气中的含尘量，容易受外部条件影响，对粉尘浓度的测量只能做定性的判断，无法做定量分析；荧光粉检漏法，可以对狭小空间及隐蔽的区域进行检漏，能够对漏点进行准确定位，且直观明显，很容易分辨出袋口未压紧或滤袋破损造成的泄漏，但这种方法荧光粉用量较大，检测费高，同时需要人工查检，对于布袋除尘系统上千条布袋的定位显得非常耗时，无法实现全自动化实时监测。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种对袋式除尘过程中的破袋位置进行智能化检测定位，成本低、安装简单、工作量小、安全可靠的布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置，包括：

窄线宽激光光源，为光纤传感器提供相干光能量；

声光调制器，用于将窄线宽激光光源输出的连续光转化成一定脉冲宽度和重复频率的脉冲光；

光纤传感器，用于检测由于布袋破损导致的气流变化；

光电探测模块，收集光纤传感器背向瑞利散射光能量，将光能量变成电压信号输出；

数据采集单元，对光电探测模块收集到的电压信号进行模数转化，送信号处理分析单元进行信号处理；

信号处理分析单元，采用滑动平均滤波及光学干涉相位解调算法对包含布袋破损气流信号进行解调，提取气流的压力变化信息，判断除尘系统是否正常运转。

所述声光调制器的信号输入端接收窄线宽激光光源发出的激光，声光调制器的信号输出端通过单模通信光缆与光纤传感器的信号输入端相连，光纤传感器的信号输出端通过单模通信光缆与光电探测模块的信号输入端相连，光电探测模块的信号输出端与数据采集单元的信号输入端相连，数据采集单元的信号输出端与信号处理分析单元的信号输入端相连。

所述脉冲光的脉宽为100ns到500ns可调，重复频率为20KHz。

所述光纤传感器采用标准的通信光纤或多模光纤，所述光纤传感器外设护套构成光缆。

本发明还提供一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置的定位检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）将光纤传感器以折型方式悬垂放置在每个布袋中，每个布袋中光缆长度为15米至20米，测量并记录布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置未运行下的背景噪声；

（2）运行除尘器，数据采集单元测量记录机器运行下的信号，和完好布袋情况下除尘器的脉冲喷气信号，在布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置的显示终端上观察解调得到的波形信号的衰减变化；

（3）在布袋上人为划口，开口为多个且由小至大，在光电探测模块、数据采集单元和信号处理分析单元中分别记录这些漏袋情况下的脉冲喷气信号衰减变化，每种情况记录3组数据；

（4）数据采集单元采集光纤传感器得到的光学干涉信号，通过光学干涉相位解调算法反算出布袋内外气流压力的变化；

（5）信号处理分析单元通过时频信号处理对漏袋进行检测，信号处理分析单元通过光纤传感器中反射脉冲波雷达的原理，对有气流变化的漏袋进行定位。

在步骤（5）中所述时频信号处理是指进行短时傅里叶分析处理。

由上述技术方案可知，本发明采用一根光纤集传感和传输于一体，实现布袋破损气流压力变化信号探测，传输，适用于空间有限复杂工业现场的应用；通过光缆可实现对布袋漏袋的检测，同时精确定位具体发生泄漏破损的布袋；可实现光纤组网，检测多区域的布袋破袋，在保障生产运行的同时，实现在线封堵；通信光缆本身是传感器，全光探测，本质安全，环保。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图；

图2为当光纤某一位置发生扰动时的信号的示意图；

图3为本发明的方法流程图；

图4为典型布袋除尘系统的俯视图；

图5、图6均为光纤传感器在布袋上的布设示意图；

图7为布袋泄漏时的功率谱信号和时域原始信号示意图；

图8为光纤传感器监测到的完好布袋时频信号分析曲线图 ；

图9为有 2公分小孔的漏袋的时频信号分析曲线图。

具体实施方式

如图1所示，一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置，包括：窄线宽激光光源，为光纤传感器1提供相干光能量；声光调制器，用于将窄线宽激光光源输出的连续光转化成一定脉冲宽度和重复频率的脉冲光；光纤传感器1，用于检测由于布袋2破损导致的气流变化；光电探测模块，收集光纤传感器1背向瑞利散射光能量，将光能量变成电压信号输出；数据采集单元，对光电探测模块收集到的电压信号进行模数转化，送信号处理分析单元进行信号处理；信号处理分析单元，采用滑动平均滤波及光学干涉相位解调算法对包含布袋2破损气流信号进行解调，提取气流的压力变化信息，判断除尘系统是否正常运转。所述脉冲光的脉宽为100ns到500ns可调，重复频率为20KHz。

所述声光调制器的信号输入端接收窄线宽激光光源发出的激光，声光调制器的信号输出端通过单模通信光缆与光纤传感器1的信号输入端相连，光纤传感器1的信号输出端通过单模通信光缆与光电探测模块的信号输入端相连，光电探测模块的信号输出端与数据采集单元的信号输入端相连，数据采集单元的信号输出端与信号处理分析单元的信号输入端相连。所述光纤传感器1采用标准的通信光纤或多模光纤，所述光纤传感器1外设护套构成光缆。

如图3所示，本方法包括下列顺序的步骤：

（1）将光纤传感器1以折型方式悬垂放置在每个布袋2中，每个布袋2中光缆长度为15米至20米，测量并记录布袋2除尘系统智能漏袋定位检测装置未运行下的背景噪声；

（2）运行除尘器，数据采集单元测量记录机器运行下的信号，和完好布袋2情况下除尘器的脉冲喷气信号，在布袋2除尘系统智能漏袋定位检测装置的显示终端上观察解调得到的波形信号的衰减变化；

（3）在布袋2上人为划口，开口为多个且由小至大，例如先划1cm小缝隙，然后逐渐扩大到1cm×1cm小口，1cm×2cm小口，2.5cm×3cm小口，4cm×8cm大洞，在光电探测模块、数据采集单元和信号处理分析单元中分别记录这些漏袋情况下的脉冲喷气信号衰减变化，每种情况记录3组数据；

（4）数据采集单元采集光纤传感器1得到的光学干涉信号，通过光学干涉相位解调算法反算出布袋2内外气流压力的变化；

（5）信号处理分析单元通过时频信号处理对漏袋进行检测，信号处理分析单元通过光纤传感器1中反射脉冲波雷达的原理，对有气流变化的漏袋进行定位。在步骤（5）中所述时频信号处理是指进行短时傅里叶分析处理。

在工作时，窄线宽激光光源发出的激光经过声光调制器调制成一定脉冲间隔的脉冲光；脉冲光重复频率20KHz以上，脉宽100ns；该脉冲光进入光纤传感器1后，产生瑞利散射光，采用光电探测模块将光纤传感器1背向瑞利散射信号接收，并转化成电信号送数据采集单元；最终由信号处理分析单元对散射光产生的干涉信号进行解调，还原成外界空气流的压强变化。

本装置的检测原理是：由强相干的窄线宽激光光源发出脉冲光沿着光纤传感器1向前传播，由于光纤传感器1中存在的杂质使得光纤上的每个点都会向后发出散射；散射光的光强或相位会随着外界振动发生变化，从而发生多光束干涉形成一个增强的干涉信号，而当外界扰动发生时，由于弹光效应，导致扰动位置处的后向瑞利散射光的相位发生漂移，干涉光光强也随之发生变化。如图2所示即为外界扰动（Disturbance）发生时的后向瑞利散射光信号。由通信光纤中的 1 芯光纤构成分布式振动传感器，对监测对象沿光纤任意位置的振动情况进行监测，通过检测背向散射光的变化即可获得外界振动信号的信息。此外，再结合传统的OTDR定位原理：光在光纤传感器1中的传导速度约为20万千米每秒结合激光脉冲发射后的散射信号返回时间，就可以推算其发生距离 x=c*t/2，其中，c为光纤中的光速，t是激光脉冲发射后的散射信号返回时间，例如，对于10us后返回的背向散射光：距离X=200,000km/s* 10us/2（双程）=1000m，距离X是光纤传感器1的长度。

如图4所示，本装置右方的布袋2除尘系统的由若干排列规则的布袋2构成长方形阵列，每个布袋2之间间距为20cm，布袋2的直径为15cm左右。

将外设护套的光纤传感器1依次放入每一个布袋2中，另一端返回检测装置。光纤传感器1的布置方式由图5、图6种给出，其中，图5是密集缠绕在布袋2架上面，图6是将光纤传感器1来回折叠并将两端扎紧，直接塞入布袋2中。在水泥除尘现场可以根据实际情况进行选择。

如图7所示，当布袋2破损造成泄漏时，气流对光纤传感器1产生的压力信号频率会有所改变。如图8所示，光纤传感器1获取到的气流频率范围较宽，在气流作用的时间内，频率没有太大的衰减。从图9中可看出，当布袋2有一定破损时，光纤传感器1获取到的气流频率随时间程指数衰减，在很短的时间内，高频信号迅速衰减。

综上所述，本发明采用一根光纤集传感和传输于一体，实现布袋2破损气流压力变化信号探测，传输，适用于空间有限复杂工业现场的应用；通过光缆可实现对布袋2漏袋的检测，同时精确定位具体发生泄漏破损的布袋2；可实现光纤组网，检测多区域的布袋2破袋，在保障生产运行的同时，实现在线封堵；通信光缆本身是传感器，全光探测，本质安全，环保；本发明不仅限于水泥行业，在检测空气气流空间场分布，压力容器的泄漏场合也适用。

Claims (3)

1.一种布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置，其特征在于：包括：

窄线宽激光光源，为光纤传感器提供相干光能量；

声光调制器，用于将窄线宽激光光源输出的连续光转化成一定脉冲宽度和重复频率的脉冲光；

光纤传感器，用于检测由于布袋破损导致的气流变化；

光电探测模块，收集光纤传感器背向瑞利散射光能量，将光能量变成电压信号输出；

数据采集单元，对光电探测模块收集到的电压信号进行模数转化，送信号处理分析单元进行信号处理；

信号处理分析单元，采用滑动平均滤波及光学干涉相位解调算法对包含布袋破损气流信号进行解调，提取气流的压力变化信息，判断除尘系统是否正常运转；

所述声光调制器的信号输入端接收窄线宽激光光源发出的激光，声光调制器的信号输出端通过单模通信光缆与光纤传感器的信号输入端相连，光纤传感器的信号输出端通过单模通信光缆与光电探测模块的信号输入端相连，光电探测模块的信号输出端与数据采集单元的信号输入端相连，数据采集单元的信号输出端与信号处理分析单元的信号输入端相连；

所述脉冲光的脉宽为100ns到500ns可调，重复频率为20KHz；

所述光纤传感器采用标准的通信光纤或多模光纤，所述光纤传感器外设护套构成光缆。

2.根据权利要求1所述的布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置的定位检测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)将光纤传感器以折型方式悬垂放置在每个布袋中，每个布袋中光缆长度为15米至20米，测量并记录布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置未运行下的背景噪声；

(2)运行除尘器，数据采集单元测量记录机器运行下的信号，和完好布袋情况下除尘器的脉冲喷气信号，在布袋除尘系统智能漏袋定位检测装置的显示终端上观察解调得到的波形信号的衰减变化；

(3)在布袋上人为划口，开口为多个且由小至大，在光电探测模块、数据采集单元和信号处理分析单元中分别记录这些漏袋情况下的脉冲喷气信号衰减变化，每种情况记录3组数据；

(4)数据采集单元采集光纤传感器得到的光学干涉信号，通过光学干涉相位解调算法反算出布袋内外气流压力的变化；

(5)信号处理分析单元通过时频信号处理对漏袋进行检测，信号处理分析单元通过光纤传感器中反射脉冲波雷达的原理，对有气流变化的漏袋进行定位。

3.根据权利要求2所述的定位检测方法，其特征在于：在步骤(5)中所述时频信号处理是指进行短时傅里叶分析处理。

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