【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(shí)間后會(huì)出現(xiàn)破損,必須及時(shí)識(shí)別并定位出破損濾袋,否則會(huì)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(shí)別定位方法存在明顯不足,運(yùn)行成本高,識(shí)別定位時(shí)間長(zhǎng),操作復(fù)雜,且無法實(shí)現(xiàn)對(duì)濾袋進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與定位�；谙辔幻舾泄鈺r(shí)域反射計(jì)(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer,Φ-OTDR)的分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)由于其檢測(cè)精度高、傳感距離長(zhǎng)、空間分辨率高,可以對(duì)入侵振動(dòng)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線定位監(jiān)測(cè)等特點(diǎn),在許多復(fù)雜的工程應(yīng)用場(chǎng)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(dòng)系統(tǒng)對(duì)袋式除塵器內(nèi)破損濾袋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)定位與識(shí)別,具體展開了以下幾個(gè)方面的研究工作:首先,對(duì)Φ-OTDR傳感技術(shù)涉及到的理論知識(shí)做了詳細(xì)的介紹。集成了一個(gè)Φ-OTDR分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)做了簡(jiǎn)要的介紹。其次對(duì)傳輸光纖在袋式除塵器濾袋內(nèi)的敷設(shè)方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)。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(jìn)行對(duì)折并固定。將對(duì)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(duì)每個(gè)濾袋進(jìn)行掃描定位時(shí),濾袋內(nèi)部光纖的某個(gè)位置點(diǎn)可以足夠?qū)υ摓V袋進(jìn)行定位。再次,在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,對(duì)袋式除塵器濾袋內(nèi)光纖振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了特征分析。本文從時(shí)域、頻域和時(shí)頻域三個(gè)方面對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)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(dòng)信號(hào)之間的特征差異。然后,在外場(chǎng)袋式除塵器平臺(tái)上,對(duì)袋式除塵器箱體內(nèi)好袋和不同類型的破袋內(nèi)振動(dòng)信號(hào)特征進(jìn)行了提取和識(shí)別。根據(jù)國(guó)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(shí)驗(yàn)。采用基于小波包分解(Wavelet Packet Decomposition,WPD)法對(duì)振動(dòng)信號(hào)樣本進(jìn)行分解,計(jì)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(duì)不同類型的濾袋進(jìn)行識(shí)別。結(jié)果表明BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器可以有效的對(duì)不同類型的濾袋進(jìn)行分類識(shí)別,識(shí)別率達(dá)到90%以上,且識(shí)別穩(wěn)定性較好。最后還分析了訓(xùn)練樣本數(shù)對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響。最后,在外場(chǎng)袋式除塵器平臺(tái)上,根據(jù)工程應(yīng)用的實(shí)際要求,設(shè)計(jì)了濾袋破損檢測(cè)定位與識(shí)別程序流程,改進(jìn)了濾袋信號(hào)的特征提取算法和分類器的樣本訓(xùn)練和識(shí)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(hào)特征參量作為訓(xùn)練樣本,然后運(yùn)用訓(xùn)練后的分類器識(shí)別其他不同類型的濾袋,結(jié)果顯示該方法可以很好的對(duì)不同類型的濾袋進(jìn)行識(shí)別分類,識(shí)別率達(dá)到90%以上,且具有很好的識(shí)別穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)袋式除塵器破損濾袋的實(shí)時(shí)定位與識(shí)別。該方法具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(huì)分割成若干個(gè)逡逑獨(dú)立的除塵單元，每個(gè)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(gè)袋式除塵器箱體內(nèi)一般含有幾百個(gè)濾袋，逡逑大型袋式除塵器包含的濾袋會(huì)達(dá)到幾千個(gè)。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(zhǎng)度為幾米。以合肥水逡逑泥院袋式除塵器除塵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的濾袋為例，其直徑為１３５邋ｍｍ，長(zhǎng)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(huì)選擇不同的纖逡逑維覆膜。對(duì)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(huì)套逡逑有一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)龍骨

Ｓｉｇｎａｌ逡逑Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｕｎｉｔ逡逑圖１．５點(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)、應(yīng)變、液位、壓力等外部逡逑環(huán)境變量的檢測(cè)｜４３］�；诜ú祭铮炅_光纖干涉儀原理的準(zhǔn)分布式光纖振動(dòng)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(gè)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(gè)菲涅耳反射鏡，逡逑反射鏡的反射率分別為＆和／？２。這兩個(gè)反射鏡形成了一個(gè)法布里－珀羅干涉?zhèn)麇义细衅�，ＭＭＦ和ＳＭＦ同時(shí)作為波導(dǎo)和傳感元件。這兩個(gè)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(zhǎng)度，即微結(jié)構(gòu)光逡逑纖法布里－珀羅諧振腔腔長(zhǎng)。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(zhǎng)為；Ｉ時(shí)，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＜�。荆╁澹藉澹铃澹澹拢悖铮螅ǎ蓿澹澹迹妫荆┻姡ǎ保玻╁义仙鲜街�

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