【摘要】：在含有顆粒污染物的工業(yè)廢氣排放過程中,袋式除塵器是常用的除塵設(shè)備。袋式除塵器內(nèi)濾袋在使用一段時間后會出現(xiàn)破損,必須及時識別并定位出破損濾袋,否則會導(dǎo)致粉塵顆粒穿透濾袋外壁,排放到空氣中,造成空氣污染。目前傳統(tǒng)的識別定位方法存在明顯不足,運行成本高,識別定位時間長,操作復(fù)雜,且無法實現(xiàn)對濾袋進行實時在線監(jiān)測與定位�；谙辔幻舾泄鈺r域反射計(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR)的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)由于其檢測精度高、傳感距離長、空間分辨率高,可以對入侵振動事件進行實時在線定位監(jiān)測等特點,在許多復(fù)雜的工程應(yīng)用場景中有著廣泛的應(yīng)用。本文采用Φ-OTDR分布式光纖傳感振動系統(tǒng)對袋式除塵器內(nèi)破損濾袋進行實時監(jiān)測定位與識別,具體展開了以下幾個方面的研究工作:首先,對Φ-OTDR傳感技術(shù)涉及到的理論知識做了詳細(xì)的介紹。集成了一個Φ-OTDR分布式光纖振動傳感系統(tǒng),并對系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)做了簡要的介紹。其次對傳輸光纖在袋式除塵器濾袋內(nèi)的敷設(shè)方式進行了設(shè)計。本文通過將傳感光纖分為若干等份,在光纖彎曲度保持在合理區(qū)間條件下,每等份中取一部分進行對折并固定。將對折的這段光纖懸掛在濾袋內(nèi)部,剩下的光纖預(yù)留,以保證濾袋定位程序在對每個濾袋進行掃描定位時,濾袋內(nèi)部光纖的某個位置點可以足夠?qū)υ摓V袋進行定位。再次,在實驗平臺上,對袋式除塵器濾袋內(nèi)光纖振動信號進行了特征分析。本文從時域、頻域和時頻域三個方面對振動信號進行了特征分析。每種分析方法均采用了不同的特征分析算法,且詳細(xì)比較了袋式除塵器箱體內(nèi)好袋和破袋振動信號之間的特征差異。然后,在外場袋式除塵器平臺上,對袋式除塵器箱體內(nèi)好袋和不同類型的破袋內(nèi)振動信號特征進行了提取和識別。根據(jù)國家的粉塵排放環(huán)保要求,人工制造了不同類型的破損濾袋并應(yīng)用于實驗。采用基于小波包分解(Wavelet Packet Decomposition,WPD)法對振動信號樣本進行分解,計算出能量譜和能量熵。提取部分子頻帶的能量幅值與能量熵一起構(gòu)成特征參量,并采用反向傳播(Back Propagation,BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對不同類型的濾袋進行識別。結(jié)果表明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器可以有效的對不同類型的濾袋進行分類識別,識別率達到90%以上,且識別穩(wěn)定性較好。最后還分析了訓(xùn)練樣本數(shù)對識別結(jié)果的影響。最后,在外場袋式除塵器平臺上,根據(jù)工程應(yīng)用的實際要求,設(shè)計了濾袋破損檢測定位與識別程序流程,改進了濾袋信號的特征提取算法和分類器的樣本訓(xùn)練和識別方式。采用能量熵和相關(guān)系數(shù)構(gòu)成特征參量,并采用某一類型的濾袋信號特征參量作為訓(xùn)練樣本,然后運用訓(xùn)練后的分類器識別其他不同類型的濾袋,結(jié)果顯示該方法可以很好的對不同類型的濾袋進行識別分類,識別率達到90%以上,且具有很好的識別穩(wěn)定性,實現(xiàn)了對袋式除塵器破損濾袋的實時定位與識別。該方法具有很好的工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X701.2;TP212
【圖文】：

袋式除塵器的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖Ｕ所示。其結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：逡逑除塵箱體、除塵濾袋及脈沖清灰裝置［１＿２］。袋式除塵器箱體一般會分割成若干個逡逑獨立的除塵單元，每個除塵單元包含有一定數(shù)量的除塵濾袋，如圖１．２所示，逡逑除塵濾袋懸掛在除塵箱體內(nèi)部。一個袋式除塵器箱體內(nèi)一般含有幾百個濾袋，逡逑大型袋式除塵器包含的濾袋會達到幾千個。如圖１．３所示，除塵濾袋形狀為圓逡逑柱體，不同的除塵器濾袋的尺寸大小也不同，一般濾袋長度為幾米。以合肥水逡逑泥院袋式除塵器除塵實驗平臺上的濾袋為例，其直徑為１３５邋ｍｍ，長度為２４００逡逑ｍｍ。濾袋的材質(zhì)一般為各種纖維覆膜，是一種具有一定滲透率的多孔介質(zhì)覆膜。逡逑不同的行業(yè)由于其工業(yè)尾氣的性質(zhì)及所含粉塵顆粒尺寸不同，會選擇不同的纖逡逑維覆膜。對于水泥行業(yè)，使用最多的濾料為亞克力針刺氈覆膜。濾袋內(nèi)部會套逡逑有一個鋼結(jié)構(gòu)龍骨

Ｓｉｇｎａｌ逡逑Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｕｎｉｔ逡逑圖１．５點式光纖傳感技術(shù)逡逑Ｌｉｇｈｔ邋Ｓｏｕｒｃｅ邋邐ｃｚｊ邐ｃｐ－ｃｐ－ｎ—逡逑——逡逑Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ邐Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｆｉｂｅｒ邋Ｓｅｎｓｏｒｓ逡逑邐ｉ邐逡逑Ｓｉｇｎａｌ逡逑Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｕｎｉｔ逡逑圖１．６準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)逡逑８逡逑

珀羅諧振腔并以此作為光纖傳感探頭，實現(xiàn)對振動、應(yīng)變、液位、壓力等外部逡逑環(huán)境變量的檢測｜４３］�；诜ú祭铮炅_光纖干涉儀原理的準(zhǔn)分布式光纖振動傳感逡逑系統(tǒng)如圖１．８所不。插圖表７Ｋ分布在傳輸光纖中的某一個微結(jié)構(gòu)光纖法布里－拍逡逑羅諧振腔。由于多模光纖（Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｆｉｂｅｒ，邋ＭＭＦ）和單模光纖（Ｓｉｎｇｌｅ逡逑Ｍｏｄｅ邋Ｆｉｂｅｒ．邋ＳＭＦ）的纖芯折射率不同，在拼接界面上構(gòu)造了兩個菲涅耳反射鏡，逡逑反射鏡的反射率分別為＆和／？２。這兩個反射鏡形成了一個法布里－珀羅干涉?zhèn)麇义细衅鳎停停坪停樱停仆瑫r作為波導(dǎo)和傳感元件。這兩個反射鏡的反射光程差為：逡逑Ｌ邋＝邋２ｎｅｄ邐（ｌ．ｌ）逡逑上式中，％是多模光纖纖芯的有效折射率，是多模光纖的長度，即微結(jié)構(gòu)光逡逑纖法布里－珀羅諧振腔腔長。由于ＳＭＦ／ＭＭＦ界面處的反射率較低，因此法布里逡逑－珀羅干涉儀可以近似為雙光束干涉儀，忽略了所有的多徑反射。波長為；Ｉ時，逡逑兩界面處之間的反射光波發(fā)生相干干涉，其歸一化干涉可以表示為：逡逑Ｘ（Ａ）邋＝邐＾Ｒｔ＋Ｒ２＋邋２ｙ［Ｒ＾邐＋邋＜！＞）邋＝邋Ａ邋＋邋Ｂｃｏｓ（＾￣邋＋邋＜ｆ＞）邐（１．２）逡逑上式中

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