本發(fā)明涉及布袋除塵系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國大氣環(huán)境污染十分嚴重，因各種廢氣污染導致霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，已嚴重影響人們的生活和工作。在水泥行業(yè)，袋式除塵器技術(shù)是一種傳統(tǒng)的除塵技術(shù)，但也存在一些不足之處：一是濾袋的破損，且破損始終伴隨其整個生命周期；二是袋式除塵器相對電除塵器的阻力大，系統(tǒng)風機電耗高，環(huán)保裝備也要節(jié)能降耗。

為了解決因除塵器整體換袋導致的運行成本升高的問題，最開始采用人工檢漏的方法來代替定期更換布袋，可是這種方法卻在無形之中增加了工人的勞動量。為了減少工人的工作量，后來漸漸地研究出了各種布袋檢漏的方法，主要包括光傳感法、電荷感應(yīng)法、熒光粉檢漏法等，但這些方法都存在著各自的不足之處。其中，光傳感法的傳感探頭要伸入管道內(nèi)部，容易導致傳感探頭因粘灰而被污染，進而造成檢漏誤報；電荷感應(yīng)法主要是通過測量電荷量的大小變化來反映布袋除塵器中凈煙氣中的含塵量，容易受外部條件影響，對粉塵濃度的測量只能做定性的判斷，無法做定量分析；熒光粉檢漏法，可以對狹小空間及隱蔽的區(qū)域進行檢漏，能夠?qū)βc進行準確定位，且直觀明顯，很容易分辨出袋口未壓緊或濾袋破損造成的泄漏，但這種方法熒光粉用量較大，檢測費高，同時需要人工查檢，對于布袋除塵系統(tǒng)上千條布袋的定位顯得非常耗時，無法實現(xiàn)全自動化實時監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種對袋式除塵過程中的破袋位置進行智能化檢測定位，成本低、安裝簡單、工作量小、安全可靠的布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置，包括：

窄線寬激光光源，為光纖傳感器提供相干光能量；

聲光調(diào)制器，用于將窄線寬激光光源輸出的連續(xù)光轉(zhuǎn)化成一定脈沖寬度和重復頻率的脈沖光；

光纖傳感器，用于檢測由于布袋破損導致的氣流變化；

光電探測模塊，收集光纖傳感器背向瑞利散射光能量，將光能量變成電壓信號輸出；

數(shù)據(jù)采集單元，對光電探測模塊收集到的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，送信號處理分析單元進行信號處理；

信號處理分析單元，采用滑動平均濾波及光學干涉相位解調(diào)算法對包含布袋破損氣流信號進行解調(diào)，提取氣流的壓力變化信息，判斷除塵系統(tǒng)是否正常運轉(zhuǎn)。

所述聲光調(diào)制器的信號輸入端接收窄線寬激光光源發(fā)出的激光，聲光調(diào)制器的信號輸出端通過單模通信光纜與光纖傳感器的信號輸入端相連，光纖傳感器的信號輸出端通過單模通信光纜與光電探測模塊的信號輸入端相連，光電探測模塊的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集單元的信號輸入端相連，數(shù)據(jù)采集單元的信號輸出端與信號處理分析單元的信號輸入端相連。

所述脈沖光的脈寬為100ns到500ns可調(diào)，重復頻率為20khz。

所述光纖傳感器采用標準的通信光纖或多模光纖，所述光纖傳感器外設(shè)護套構(gòu)成光纜。

本發(fā)明還提供一種布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置的定位檢測方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1）將光纖傳感器以折型方式懸垂放置在每個布袋中，每個布袋中光纜長度為15米至20米，測量并記錄布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置未運行下的背景噪聲；

（2）運行除塵器，數(shù)據(jù)采集單元測量記錄機器運行下的信號，和完好布袋情況下除塵器的脈沖噴氣信號，在布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置的顯示終端上觀察解調(diào)得到的波形信號的衰減變化；

（3）在布袋上人為劃口，開口為多個且由小至大，在光電探測模塊、數(shù)據(jù)采集單元和信號處理分析單元中分別記錄這些漏袋情況下的脈沖噴氣信號衰減變化，每種情況記錄3組數(shù)據(jù)；

（4）數(shù)據(jù)采集單元采集光纖傳感器得到的光學干涉信號，通過光學干涉相位解調(diào)算法反算出布袋內(nèi)外氣流壓力的變化；

（5）信號處理分析單元通過時頻信號處理對漏袋進行檢測，信號處理分析單元通過光纖傳感器中反射脈沖波雷達的原理，對有氣流變化的漏袋進行定位。

在步驟（5）中所述時頻信號處理是指進行短時傅里葉分析處理。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明采用一根光纖集傳感和傳輸于一體，實現(xiàn)布袋破損氣流壓力變化信號探測，傳輸，適用于空間有限復雜工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用；通過光纜可實現(xiàn)對布袋漏袋的檢測，同時精確定位具體發(fā)生泄漏破損的布袋；可實現(xiàn)光纖組網(wǎng)，檢測多區(qū)域的布袋破袋，在保障生產(chǎn)運行的同時，實現(xiàn)在線封堵；通信光纜本身是傳感器，全光探測，本質(zhì)安全，環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為當光纖某一位置發(fā)生擾動時的信號的示意圖；

圖3為本發(fā)明的方法流程圖；

圖4為典型布袋除塵系統(tǒng)的俯視圖；

圖5、圖6均為光纖傳感器在布袋上的布設(shè)示意圖；

圖7為布袋泄漏時的功率譜信號和時域原始信號示意圖；

圖8為光纖傳感器監(jiān)測到的完好布袋時頻信號分析曲線圖；

圖9為有2公分小孔的漏袋的時頻信號分析曲線圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種布袋除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置，包括：窄線寬激光光源，為光纖傳感器1提供相干光能量；聲光調(diào)制器，用于將窄線寬激光光源輸出的連續(xù)光轉(zhuǎn)化成一定脈沖寬度和重復頻率的脈沖光；光纖傳感器1，用于檢測由于布袋2破損導致的氣流變化；光電探測模塊，收集光纖傳感器1背向瑞利散射光能量，將光能量變成電壓信號輸出；數(shù)據(jù)采集單元，對光電探測模塊收集到的電壓信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)化，送信號處理分析單元進行信號處理；信號處理分析單元，采用滑動平均濾波及光學干涉相位解調(diào)算法對包含布袋2破損氣流信號進行解調(diào)，提取氣流的壓力變化信息，判斷除塵系統(tǒng)是否正常運轉(zhuǎn)。所述脈沖光的脈寬為100ns到500ns可調(diào)，重復頻率為20khz。

所述聲光調(diào)制器的信號輸入端接收窄線寬激光光源發(fā)出的激光，聲光調(diào)制器的信號輸出端通過單模通信光纜與光纖傳感器1的信號輸入端相連，光纖傳感器1的信號輸出端通過單模通信光纜與光電探測模塊的信號輸入端相連，光電探測模塊的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集單元的信號輸入端相連，數(shù)據(jù)采集單元的信號輸出端與信號處理分析單元的信號輸入端相連。所述光纖傳感器1采用標準的通信光纖或多模光纖，所述光纖傳感器1外設(shè)護套構(gòu)成光纜。

如圖3所示，本方法包括下列順序的步驟：

（1）將光纖傳感器1以折型方式懸垂放置在每個布袋2中，每個布袋2中光纜長度為15米至20米，測量并記錄布袋2除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置未運行下的背景噪聲；

（2）運行除塵器，數(shù)據(jù)采集單元測量記錄機器運行下的信號，和完好布袋2情況下除塵器的脈沖噴氣信號，在布袋2除塵系統(tǒng)智能漏袋定位檢測裝置的顯示終端上觀察解調(diào)得到的波形信號的衰減變化；

（3）在布袋2上人為劃口，開口為多個且由小至大，例如先劃1cm小縫隙，然后逐漸擴大到1cm×1cm小口，1cm×2cm小口，2.5cm×3cm小口，4cm×8cm大洞，在光電探測模塊、數(shù)據(jù)采集單元和信號處理分析單元中分別記錄這些漏袋情況下的脈沖噴氣信號衰減變化，每種情況記錄3組數(shù)據(jù)；

（4）數(shù)據(jù)采集單元采集光纖傳感器1得到的光學干涉信號，通過光學干涉相位解調(diào)算法反算出布袋2內(nèi)外氣流壓力的變化；

（5）信號處理分析單元通過時頻信號處理對漏袋進行檢測，信號處理分析單元通過光纖傳感器1中反射脈沖波雷達的原理，對有氣流變化的漏袋進行定位。在步驟（5）中所述時頻信號處理是指進行短時傅里葉分析處理。

在工作時，窄線寬激光光源發(fā)出的激光經(jīng)過聲光調(diào)制器調(diào)制成一定脈沖間隔的脈沖光；脈沖光重復頻率20khz以上，脈寬100ns；該脈沖光進入光纖傳感器1后，產(chǎn)生瑞利散射光，采用光電探測模塊將光纖傳感器1背向瑞利散射信號接收，并轉(zhuǎn)化成電信號送數(shù)據(jù)采集單元；最終由信號處理分析單元對散射光產(chǎn)生的干涉信號進行解調(diào)，還原成外界空氣流的壓強變化。

本裝置的檢測原理是：由強相干的窄線寬激光光源發(fā)出脈沖光沿著光纖傳感器1向前傳播，由于光纖傳感器1中存在的雜質(zhì)使得光纖上的每個點都會向后發(fā)出散射；散射光的光強或相位會隨著外界振動發(fā)生變化，從而發(fā)生多光束干涉形成一個增強的干涉信號，而當外界擾動發(fā)生時，由于彈光效應(yīng)，導致擾動位置處的后向瑞利散射光的相位發(fā)生漂移，干涉光光強也隨之發(fā)生變化。如圖2所示即為外界擾動（disturbance）發(fā)生時的后向瑞利散射光信號。由通信光纖中的1芯光纖構(gòu)成分布式振動傳感器，對監(jiān)測對象沿光纖任意位置的振動情況進行監(jiān)測，通過檢測背向散射光的變化即可獲得外界振動信號的信息。此外，再結(jié)合傳統(tǒng)的otdr定位原理：光在光纖傳感器1中的傳導速度約為20萬千米每秒結(jié)合激光脈沖發(fā)射后的散射信號返回時間，就可以推算其發(fā)生距離x=c*t/2，其中，c為光纖中的光速，t是激光脈沖發(fā)射后的散射信號返回時間，例如，對于10us后返回的背向散射光：距離x=200,000km/s*10us/2（雙程）=1000m，距離x是光纖傳感器1的長度。

如圖4所示，本裝置右方的布袋2除塵系統(tǒng)的由若干排列規(guī)則的布袋2構(gòu)成長方形陣列，每個布袋2之間間距為20cm，布袋2的直徑為15cm左右。

將外設(shè)護套的光纖傳感器1依次放入每一個布袋2中，另一端返回檢測裝置。光纖傳感器1的布置方式由圖5、圖6種給出，其中，圖5是密集纏繞在布袋2架上面，圖6是將光纖傳感器1來回折疊并將兩端扎緊，直接塞入布袋2中。在水泥除塵現(xiàn)場可以根據(jù)實際情況進行選擇。

如圖7所示，當布袋2破損造成泄漏時，氣流對光纖傳感器1產(chǎn)生的壓力信號頻率會有所改變。如圖8所示，光纖傳感器1獲取到的氣流頻率范圍較寬，在氣流作用的時間內(nèi)，頻率沒有太大的衰減。從圖9中可看出，當布袋2有一定破損時，光纖傳感器1獲取到的氣流頻率隨時間程指數(shù)衰減，在很短的時間內(nèi)，高頻信號迅速衰減。

綜上所述，本發(fā)明采用一根光纖集傳感和傳輸于一體，實現(xiàn)布袋2破損氣流壓力變化信號探測，傳輸，適用于空間有限復雜工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用；通過光纜可實現(xiàn)對布袋2漏袋的檢測，同時精確定位具體發(fā)生泄漏破損的布袋2；可實現(xiàn)光纖組網(wǎng)，檢測多區(qū)域的布袋2破袋，在保障生產(chǎn)運行的同時，實現(xiàn)在線封堵；通信光纜本身是傳感器，全光探測，本質(zhì)安全，環(huán)保；本發(fā)明不僅限于水泥行業(yè)，在檢測空氣氣流空間場分布，壓力容器的泄漏場合也適用。