一种智能监测除尘系统及设计方法与流程

1.本发明属于除尘系统技术领域，涉及一种智能监测除尘系统及设计方法。


背景技术：

2.在除尘系统领域，目前发展比较迅速，新技术的应用也是层出不穷，行业内在智能化、高效率方面也有长足的发展。但是除尘系统的技术发展仍有很大的空间，例如现在的除尘系统智能化，也仅限于检测烟尘的有无，来控制除尘器的开关，这种响应存在一定的缺点，比如灵敏度低，少量释放的烟尘，不容易被检测到，长时间也会造成环境烟尘的大量积累，不能检测烟尘的浓度。现有流场技术的应用，根据烟气热成像特征，分析烟尘的有无，来控制除尘器的启停。这一技术的局限性在于不能根据烟尘量调节除尘器风量大小。对于常温下的烟尘，由于烟尘温度和环境温度一致，热成像发挥不了作用，或者误差较大，容易发生不开启或误开启。现有的技术还有烟尘浓度传感器的应用，其局限性在于检测范围有限，只能检测某一点的烟尘浓度，不能代表环境中烟尘浓度，所以烟尘浓度传感器只能用在某些特定的有限空间内或特殊的关键位置。现有的一些应用，是将其装在厂房的多处位置，检测厂房内的烟尘浓度，其缺点是，当传感器检测到烟尘的存在时，烟尘已经在厂房内弥漫，这种检测具有严重的滞后性，对环境起不到保护的作用。而且除尘器开启一段时间后，靠近传感器位置的烟尘浓度降低到除尘器触发值以下，除尘器就停止了工作，但远离传感器的环境中依然存在烟尘，传感器检测不到，这样除尘效果很有限。两个专利文献：cn202210758186.1，cn201810881274.4，分别提及到流场技术和烟尘浓度传感器技术在智能除尘系统的应用，对传统的除尘器进行了技术革新，但任然存在上述提到的缺点。


技术实现要素：

3.本发明，针对上述的缺点，进行发明创新，设计了偏振光源测量装置，能够相对准确测定烟尘浓度、烟尘扩散梯度(表征烟尘扩散能力)，除尘器变频风机会根据烟尘浓度，扩散梯度(表征烟尘扩散能力)，智能调节风量大小，而且本发明的除尘系统作用于烟尘的源头，在源头上除尘，使烟尘没有机会弥漫扩散。
4.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
6.一种智能监测除尘系统，包括检测仪1；所述检测仪1能够检测烟尘浓度、扩散梯度，所述检测仪1主要由偏振光发生源5和偏振光接收器6组成；
7.所述偏振光发生源5用于发出偏振光；
8.所述偏振光接收器6用于接收与其相对的偏振光发生源发出的偏振光。
9.进一步地，一种智能监测除尘系统，还包括烟尘发生源2、除尘罩3和除尘管路4；
10.所述烟尘发生源2被检测仪围在中间，是烟尘、烟雾的发生源；
11.所述检测仪1测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经除尘罩3、除尘管路4后，进入除尘器内，进行后续净化处理。
12.进一步地，所述检测仪1设置两组立着相对布置的元件；按照光源发出的方向，分为x方向和y方向，组成一个工作单元。
13.进一步地，设置三个工作单元，分别为工作单元a、工作单元b、工作单元c；三个工作单元纵向布置。
14.进一步地，所述检测仪1为偏振光烟尘浓度-梯度检测仪，能够通过透光率来检测烟尘浓度，检测工作元件尺寸能够根据烟尘产生部位的大小进行设计。
15.一种智能监测除尘系统设计方法，设置检测仪1，检测仪1测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据。
16.进一步地，检测仪1测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，检测仪1通过无线网络将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经除尘罩3、除尘管路4后，进入除尘器内，进行后续净化处理。
17.进一步地，检测仪1设置三个工作单元，分别为工作单元a、工作单元b、工作单元c；
18.三个工作单元纵向布置。
19.进一步地，偏振光发生源5发出的光强度，记为a，经传播过程中烟尘的阻碍，偏振光接收器接收的光强度，记为b；第一束光，发出和接收的强度记为a1、b1，第二束光发出和接收的强度记为a2、b2，
……
第n束光，发出和接收的强度记为an、bn；则光源发出和接收的强度差，记为ξ＝(a1–
b1)+(a2–
b2)+
……
+(a
n-bn)；
20.两组相对布置的元件，按照光源发出的方向，分为x方向和y方向，组成一个工作单元，记为工作单元a；
21.x方向上光源发出和接收的强度差，记为ξx＝(a
x1
–bx1
)+(a
x2
–bx2
)+
……
+(a
xn-b
xn
)；
22.y方向上光源发出和接收的强度差，记为ξy＝(a
y1
–by1
)+(a
y2
–by2
)+
……
+(a
yn-b
yn
)；
23.工作单元a总的光源发出和接收的强度差记为δ1＝ξx+ξy；发出的光源总强度记为a1＝a
x1
+a
x2
+
……
+a
y1
+a
y2
+
……
+a
yn
；
24.工作单元a的光强损失率η1＝δ1/a1，以η1来表征烟尘浓度值；η1越大，光强损失越大，透光率越差，烟尘浓度越大；
25.工作单元b的光强损失率η2＝δ2/a2；
26.工作单元c的光强损失率η3＝δ3/a3；
27.得到如下参数：
28.工作单元a的光强差δ1，光强损失率η1＝δ1/a1；
29.工作单元b的光强差δ2，光强损失率η2＝δ2/a2；
30.工作单元c的光强差δ3，光强损失率η3＝δ3/a3；
31.烟尘浓度与光强损失率为正相关，烟尘浓度值：
32.工作单元a，γ1＝kη1＝kδ1/a1；
33.工作单元b，γ2＝kη1＝kδ2/a2；
34.工作单元c，γ3＝kη3＝kδ3/a3；
35.k为常数；
36.规定烟尘浓度平均值γ＝(γ1+γ2+γ3)/3，用于指导除尘风机开动功率，为决定风机智能调节风量的参数之一。
37.烟尘浓度梯度：β＝m{[(γ1-γ2)2+(γ2-γ3)2]/2}
1/2
，m为常数；
[0038]
用三个工作单元的浓度差的算数平方根表示，浓度梯度越小，说明烟尘的扩散能力越强，梯度越大说明烟尘扩散能力越弱。
[0039]
进一步地，除尘风机开动功率：w
开
＝lw
额
*γ/β；l为常数，w
额
为除尘风机额定功率。
[0040]
与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0041]
现有的智能除尘系统，没有根据烟尘浓度变化，准确的设置除尘风机风量的技术。也没有准确检测烟尘浓度(尤其是空间内的平均烟尘浓度)的方法，在测定烟尘扩散梯度(表征烟尘扩散能力)方面也缺少有效的技术手段。本发明，设计了偏振光烟雾浓度-梯度检测仪(以下简称：检测仪)，能够测定烟尘浓度、扩散梯度。同时设计了智能除尘器，能够根据检测仪发送来的烟尘浓度、梯度信息，智能调节风机风量，既保证了除尘效果，又做到了绿色节能。
附图说明
[0042]
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0043]
图1为检测仪结构示意图；
[0044]
图2为检测仪两组元件立着相对放置示意图；
[0045]
图3为检测仪两组相对布置的元件组成一个工作单元示意图；
[0046]
图4为三个工作单元纵向布置示意图；
[0047]
图5为本发明所述一种智能监测除尘系统整体结构示意图；
[0048]
图中：
[0049]
1、检测仪；
[0050]
2、烟尘发生源；
[0051]
3、除尘罩；
[0052]
4、除尘管路；
[0053]
5、偏振光发生源；
[0054]
6、偏振光接收器
具体实施方式
[0055]
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0056]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0057]
下面结合附图对本发明作详细的描述：
[0058]
1、参阅图5，除尘系统结构示意：
[0059]
编号1：偏振光烟尘浓度——梯度检测仪(以下简称：检测仪)，能够检测烟尘浓度、扩散梯度(表征扩散能力)；
[0060]
编号2：烟尘发生源，被检测仪围在中间，是烟尘、烟雾的发生源；
[0061]
编号3：除尘罩；
[0062]
编号4：除尘管路；
[0063]
2、工作流程：
[0064]
烟尘从编号2发生源产生，并溢出，经编号1检测仪，检测仪测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经编号3除尘罩、编号4除尘管路后，进入除尘器内，进行后续净化处理。
[0065]
3、核心结构、核心技术详解：
[0066]
(1)偏振光烟尘浓度-梯度检测仪：
[0067]
如图1所示，为检测仪的一个工作元件，两个这样的元件相对布置(如图2，实际应用时，两个元件立着相对放置，图2为了便于说明，将其平放展示)，完成偏振光的发出和接收工作，编号5为偏振光发生源(以下简称光源)，发出偏振光。偏振光源的发生装置，是现有的成熟技术，非本发明内容，对其原理这里不做赘述。编号6为偏振光接收器(以下简称接收器)，用于接收与其相对的偏振光发生源发出的偏振光，其核心部件是光强传感器，能够检测接收到的光强度。光强传感器也是成熟产品，本发明不做赘述。
[0068]
光源发出的光强度，记为a，经传播过程中烟尘的阻碍，接收器接收的光强度，记为b。第一束光，发出和接收的强度记为a1、b1，第二束光发出和接收的强度记为a2、b2，
……
第n束光，发出和接收的强度记为an、bn。则光源发出和接收的强度差，记为ξ＝(a1–
b1)+(a2–
b2)+
……
+(a
n-bn)；
[0069]
如图3所示，两组相对布置的元件如图所示的方式布置，按照光源发出的方向，分为x方向和y方向，组成一个工作单元，记为工作单元a，x方向上光源发出和接收的强度差，记为ξx＝(a
x1
–bx1
)+(a
x2
–bx2
)+
……
+(a
xn-b
xn
)；
[0070]
x1..........xn为下角标，代表x方向上的第1、2、
……
n个光源发出和接收点，仅代表编号顺序。
[0071]
y方向上光源发出和接收的强度差，记为ξy＝(a
y1
–by1
)+(a
y2
–by2
)+
……
+(a
yn-b
yn
)，工作单元a总的光源发出和接收的强度差记为δ1＝ξx+ξy；发出的光源总强度记为a1＝a
x1
+a
x2
+
……
+a
y1
+a
y2
+
……
+a
yn
。
[0072]
公式中的y1.........yn为下角标，代表y方向上的第1、2、
……
n个光源发出和接收点，仅代表编号顺序。
[0073]
则工作单元a的光强损失率η1＝δ1/a1，以η1来表征烟尘浓度值。η1越大，则光强损失越大，透光率越差，烟尘浓度越大。
[0074]
如图4所示，三个工作单元纵向布置，工作单元b的光强损失率η2＝δ2/a2(数据处理方式同工作单元a)，工作单元c的光强损失率η3＝δ3/a3，综上，得到如下参数：
[0075]
工作单元a的光强差δ1，光强损失率η1＝δ1/a1；
[0076]
工作单元b的光强差δ2，光强损失率η2＝δ2/a2；
[0077]
工作单元c的光强差δ3，光强损失率η3＝δ3/a3；
[0078]
则，由于烟尘浓度与光强损失率为正相关，在本发明既定规则下，烟尘浓度值：
[0079]
工作单元a，γ1＝kη1＝kδ1/a1；
[0080]
工作单元b，γ2＝kη1＝kδ2/a2；
[0081]
工作单元c，γ3＝kη3＝kδ3/a3；
[0082]
k为常数，由实际应用中总结修正而来。本发明规定的烟尘浓度平均值
[0083]
γ＝(γ1+γ2+γ3)/3，用于指导除尘风机开动功率，为决定风机智能调节风量的参数之一。
[0084]
烟尘浓度梯度：β＝m{[(γ1-γ2)2+(γ2-γ3)2]/2}
1/2
，m为常数，由实际应用中总结修正而来。
[0085]
用三个工作单元的浓度差的算数平方根表示，浓度梯度越小，说明烟尘的扩散能力越强，梯度越大说明烟尘扩散能力越弱。
[0086]
则除尘风机开动功率：w
开
＝lw
额
*γ/β；l为常数，由实际应用中总结修正而来。
[0087]
(2)除尘风机智能控制系统
[0088]
除尘风机智能控制系统，接收前端传来的烟尘平均浓度、烟尘浓度梯度这两个参数，根据参数值进行开动功率的设定，做到高浓度烟尘时，大风量除尘，低浓度烟尘时，小风量除尘。风量无极调控。
[0089]
4、优势分析：
[0090]
(1)检测元件尺寸可灵活设计：本发明中的偏振光烟尘浓度-梯度检测仪，能够通过透光率来检测烟尘浓度，检测元件尺寸能够根据烟尘产生部位的大小进行设计，检测元件的长度可根据需要(烟尘发生源的大小，如炉子出口、厂房)增加或减小。
[0091]
(2)检测区域能够在三维空间全方位覆盖：相比于普通的烟尘浓度探测器只能检测单点的缺陷，本发明的检测仪，可覆盖整个要检测的空间，例如需要监测厂房内的空间烟尘浓度，则需要将监测元件做的很长，工作单元数量增加，做到对目标区域在三维空间上全覆盖。
[0092]
(3)检测的烟尘浓度数值更有意义和代表性：本发明的检测仪能够检测整个空间烟尘浓度的平均值，相较于单点检测，本发明检测的数值更有意义和代表性，更能代表空间内烟尘的实际情况。本发明的检测仪还可以取一束检测光的数值，来测量单点的烟尘浓度值。本发明的检测仪尤其是对大空间的厂房内烟尘监测，优势更加明显。本发明能够准确的检测三维空间内的烟尘平均浓度值，数值更有意义；也能实现单点检测。
[0093]
(4)测定烟尘扩散梯度：本发明的检测仪能够同时检测烟尘的浓度和扩散梯度，能
够对烟尘的扩散能力进行评估；通过三个工作单元的烟尘浓度差，测定烟尘的浓度梯度，这一点尤其是对烟尘发生源的监测应用，更具有优势。能够得到烟尘的浓度值和扩散能力，以便采取对应措施，开动响应的风量。本发明可应用于烟尘发生源，从源头处理烟尘，除尘效果明显，烟尘没有机会扩散。
[0094]
(5)响应速度快：本发明检测仪测量的光强损失，每1分钟取一次数值，检测1分钟内的光强增量(为正或负)，即对目标的检测频率为1分钟。发生烟尘，除尘器立即启动。响应速度快。特别是作用于烟尘发生源时，能够在烟尘刚刚发生时，及时开启除尘器，并开动相应的风量。
[0095]
(6)偏振光源，抗干扰能力强。每个工作单元，光源的偏振角度都是不同的，都有自己单独的偏振角。这样可以很好地抵抗外界的光源干扰及光源间的相互干扰。
[0096]
(7)智能化：除尘器风量智能控制系统，能够根据实际需要，智能的调整风量，保证除尘效果的同时，做的了智能化，绿色节能。
[0097]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种智能监测除尘系统，其特征在于：包括检测仪(1)；所述检测仪(1)能够检测烟尘浓度、扩散梯度，所述检测仪(1)主要由偏振光发生源(5)和偏振光接收器(6)组成；所述偏振光发生源(5)用于发出偏振光；所述偏振光接收器(6)用于接收与其相对的偏振光发生源发出的偏振光。2.根据权利要求1所述的一种智能监测除尘系统，其特征在于：还包括烟尘发生源(2)、除尘罩(3)和除尘管路(4)；所述烟尘发生源(2)被检测仪围在中间，是烟尘、烟雾的发生源；所述检测仪(1)测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经除尘罩(3)、除尘管路(4)后，进入除尘器内，进行后续净化处理。3.根据权利要求1所述的一种智能监测除尘系统，其特征在于：所述检测仪(1)设置两组立着相对布置的元件；按照光源发出的方向，分为x方向和y方向，组成一个工作单元。4.根据权利要求3所述的一种智能监测除尘系统，其特征在于：设置三个工作单元，分别为工作单元a、工作单元b、工作单元c；三个工作单元纵向布置。5.根据权利要求4所述的一种智能监测除尘系统，其特征在于：所述检测仪(1)为偏振光烟尘浓度-梯度检测仪，能够通过透光率来检测烟尘浓度，检测工作元件尺寸能够根据烟尘产生部位的大小进行设计。6.一种智能监测除尘系统设计方法，其特征在于：设置检测仪(1)，检测仪(1)测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据。7.根据权利要求6所述的一种智能监测除尘系统设计方法，其特征在于：检测仪(1)测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，检测仪(1)通过无线网络将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经除尘罩(3)、除尘管路(4)后，进入除尘器内，进行后续净化处理。8.根据权利要求6或7所述的一种智能监测除尘系统设计方法，其特征在于：检测仪(1)设置三个工作单元，分别为工作单元a、工作单元b、工作单元c；三个工作单元纵向布置。9.根据权利要求7所述的一种智能监测除尘系统设计方法，其特征在于：偏振光发生源(5)发出的光强度，记为a，经传播过程中烟尘的阻碍，偏振光接收器接收的光强度，记为b；第一束光，发出和接收的强度记为a1、b1，第二束光发出和接收的强度记为a2、b2，
……
第n束光，发出和接收的强度记为a
n
、b
n
；则光源发出和接收的强度差，记为ξ＝(a1–
b1)+(a2–
b2)+
……
+(a
n-b
n
)；两组相对布置的元件，按照光源发出的方向，分为x方向和y方向，组成一个工作单元，记为工作单元a；x方向上光源发出和接收的强度差，记为ξx＝(a
x1
–
b
x1
)+(a
x2
–
b
x2
)+
……
+(a
xn-b
xn
)；y方向上光源发出和接收的强度差，记为ξy＝(a
y1
–
b
y1
)+(a
y2
–
b
y2
)+
……
+(a
yn-b
yn
)；工作单元a总的光源发出和接收的强度差记为δ1＝ξx+ξy；发出的光源总强度记为a1＝
a
x1
+a
x2
+
……
+a
xn
+a
y1
+a
y2
+
……
+a
yn
；工作单元a的光强损失率η1＝δ1/a1，以η1来表征烟尘浓度值；η1越大，光强损失越大，透光率越差，烟尘浓度越大；工作单元b的光强损失率η2＝δ2/a2；工作单元c的光强损失率η3＝δ3/a3；得到如下参数：工作单元a的光强差δ1，光强损失率η1＝δ1/a1；工作单元b的光强差δ2，光强损失率η2＝δ2/a2；工作单元c的光强差δ3，光强损失率η3＝δ3/a3；烟尘浓度与光强损失率为正相关，烟尘浓度值：工作单元a，γ1＝kη1＝kδ1/a1；工作单元b，γ2＝kη1＝kδ2/a2；工作单元c，γ3＝kη3＝kδ3/a3；k为常数；规定烟尘浓度平均值γ＝(γ1+γ2+γ3)/3，用于指导除尘风机开动功率，为决定风机智能调节风量的参数之一。烟尘浓度梯度：β＝m{[(γ1-γ2)2+(γ2-γ3)2]/2}
1/2
，m为常数；用三个工作单元的浓度差的算数平方根表示，浓度梯度越小，说明烟尘的扩散能力越强，梯度越大说明烟尘扩散能力越弱。10.根据权利要求9所述的一种智能监测除尘系统设计方法，其特征在于：除尘风机开动功率：w
开
＝lw
额
*γ/β；l为常数，w
额
为除尘风机额定功率。

技术总结
本发明涉及一种智能监测除尘系统及设计方法，系统包括检测仪；检测仪主要由偏振光发生源和偏振光接收器组成；偏振光发生源用于发出偏振光；偏振光接收器用于接收与其相对的偏振光发生源发出的偏振光；检测仪测量分析烟尘的浓度、扩散梯度数据，将数据传递给系统处理器，处理器根据数据值，发送指令给除尘风机，调整除尘风机的风量，根据烟尘浓度、扩散梯度精准除尘，烟尘经除尘罩、除尘管路后，进入除尘器内，进行后续净化处理；本发明能够根据检测仪发送来的烟尘浓度、梯度信息，智能调节风机风量，既保证了除尘效果，又做到了绿色节能。又做到了绿色节能。又做到了绿色节能。


技术研发人员：乔凤吉 冯海鹰 薛家兴 唐有光 董广芹 孙兴河 王玉龙 艾瑞蕤 任毅
受保护的技术使用者：一汽铸造有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/15