多傳感器信息融合濾袋破損檢測(cè)方法

楊宏偉 熊桂龍 張松 鄭金達(dá) 劉麗冰

摘要?工業(yè)環(huán)保袋式除塵器濾袋破損直接導(dǎo)致設(shè)備失效，目前其監(jiān)測(cè)主要依靠出口濃度檢測(cè)，局限性大，誤檢率高?；谶^(guò)濾過(guò)程濾袋破損特征分析，提出了一種多傳感器信息融合濾袋破損監(jiān)測(cè)方法。首先，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，明確了濾袋破損狀態(tài)下的多傳感器信號(hào)特征;研究了多傳感器數(shù)據(jù)融合方法，給出了基于D-S證據(jù)理論的濾袋破損監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合算法和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。針對(duì)大型工業(yè)袋式除塵器濾袋不同破損狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，將多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)引入濾袋破損監(jiān)測(cè)中，提高了監(jiān)測(cè)的可靠性與靈敏度。

關(guān)?鍵?詞?濾袋破損監(jiān)測(cè);多傳感器;信息融合;D-S證據(jù)理論

中圖分類號(hào)?TQ172.688.3;X513?????文獻(xiàn)標(biāo)志碼?A

Bag?breakage?monitoring?based?on?multi-sensor?information?fusion

YANG?Hongwei1，?XIONG?Guilong2，?ZHANG?Song3，?ZHENG?Jinda3，?LIU?Libing1

（1.?School?of?Mechanical?Engineering，?Hebei?University?of?Technology，?Tianjin?300130，?China;?2.?School?of?Resources?Environmental?and?Chemical?Engineering，?Nanchang?University，?Nanchang，?Jiangxi?330031，?China;?3.?Sinoma?Technology?&?Equipment?Group?Co?Ltd，?Tianjin?300400，?China）

Abstract?The?breakage?of?the?bag?used?in?industrial?environmental?bag?filter?can?directly?lead?to?equipment?failure.?At?present，?the?monitoring?mainly?depends?on?the?detection?of?the?export?concentration，?which?has?a?large?limitation?and?high?false?detection?rate.?In?this?paper，?through?the?analysis?of?the?bag?damage?characteristics，?a?bag?breakage?monitoring?method?based?on?multi?sensor?information?fusion?is?proposed.?First，?through?theoretical?analysis?and?experimental?research，?the?characteristics?of?the?multi?sensor?signal?under?the?condition?of?filter?bag?breakage?are?clarified，?researched?the?multi-sensor?data?fusion?method，?the?date?fusion?algorithm?and?implementation?process?of?bag?damage?monitoring?based?on?D-S?evidence?theory?were?given.?According?to?the?different?breakage?condition?monitoring?experiment?on?the?industrial?baghouse，?the?result?shows?that?the?multi?sensor?data?fusion?technology?is?introduced?in?the?bag?breakage?monitoring?and?improves?the?reliability?and?sensitivity?of?the?monitoring.

Key?words?bag?breakage?monitoring;?multi-sensors;?information?fusion;?dempester-shafer?method

0?引言

濾袋是袋式除塵器的核心部件，濾袋破損直接造成煙塵的排放濃度與排放量增加。目前，袋式除塵器濾袋破損的檢測(cè)方法主要有摩擦碰撞靜電法、電荷感應(yīng)法、光電轉(zhuǎn)換法和壓差測(cè)量等4大類[1-7]，這些方法大多是根據(jù)運(yùn)行過(guò)程中袋式除塵器出口粉塵濃度的變化來(lái)判斷濾袋的破損情況，基于這種判斷標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法，誤檢率相對(duì)較高。

濾袋破損誤檢率高是多方面因素造成的，一方面，在運(yùn)行過(guò)程中，袋式除塵器流場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出口粉塵濃度、氣流分布均勻性、煙氣溫度，過(guò)濾過(guò)程中的過(guò)濾風(fēng)速、過(guò)濾阻力，清灰過(guò)程中的清灰壓力、清灰頻率等對(duì)濾袋破損均會(huì)產(chǎn)生重要影響;另一方面，濾袋破損的異常數(shù)據(jù)集比較缺乏且不大容易獲得，沒(méi)有充分的先驗(yàn)知識(shí)可供參考。因此，使用多傳感器信息融合方法是至關(guān)重要的。

多源信息融合或多傳感器信息融合可以提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性;多傳感器信息融合方法能夠處理濾袋破損檢測(cè)中數(shù)據(jù)的不確定性，提高診斷結(jié)果的可信度[8]。

在多傳感器信息融合系統(tǒng)中，各傳感器提供的信息一般是不完整、不確定、模糊的，甚至可能是相互矛盾的，即包含著大量的不確定性。在不同的數(shù)據(jù)融合方法中，D-S（Dempster-Shafer）證據(jù)理論是一種高效解決不確定問(wèn)題的方法，且不依賴于先驗(yàn)知識(shí)，已被廣泛應(yīng)用于決策、模式識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[9-11]。在上述研究的基礎(chǔ)上，本文提出了基于多傳感器信息融合的濾袋破損檢測(cè)方法，由多傳感器獲取袋式除塵器運(yùn)行中的相關(guān)信號(hào)，利用D-S證據(jù)理論強(qiáng)大的推理能力，可避免主觀判斷，以期對(duì)濾袋破損狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。

1?濾袋破損機(jī)理及可檢測(cè)特征量分析

濾袋破損是指袋式除塵器的濾袋經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，由于濾袋老化、局部疲勞、粉塵沖擊與磨損以及煙氣腐蝕等原因，使濾袋局部出現(xiàn)穿孔、破損或撕裂等而導(dǎo)致粉塵跑漏的現(xiàn)象。袋式除塵器濾袋破損的原因，大致有4類：氣流磨損、機(jī)械磨損、高溫?zé)龘p以及化學(xué)損壞[12-20]。

1.1?氣流磨損

氣流磨損主要由2方面原因造成，一方面是氣流分布不均勻，另一方面是清灰方式不合理。

氣流分布不均勻：含塵氣流在濾袋底部和濾袋之間流動(dòng)，過(guò)高的進(jìn)口風(fēng)速以及不合理的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，造成含塵煙氣高速?zèng)_刷濾袋的局部，使濾袋局部磨損、壽命降低。

清灰方式：過(guò)高的清灰壓力與頻繁的清灰次數(shù)都會(huì)加速濾袋的磨損，造成破袋;脈沖噴吹壓縮空氣偏離濾袋中心，造成對(duì)濾袋內(nèi)部單側(cè)的沖刷，加速磨損。

1.2?機(jī)械磨損

機(jī)械磨損的原因主要有以下幾點(diǎn)：濾袋抗磨損性弱;濾袋與濾袋、濾袋與殼體邊壁間距設(shè)計(jì)不合理;花板變形;袋籠的影響。

濾袋與濾袋、濾袋與殼體邊壁間距設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致濾袋磨損：濾袋與濾袋之間距離或?yàn)V袋距殼體邊壁距離過(guò)小，濾袋之間或?yàn)V袋與殼體邊壁碰撞摩擦導(dǎo)致濾袋破損。

花板變形導(dǎo)致濾袋磨損：花板變形，袋籠的垂直度得不到保證，造成濾袋底部搭橋、擠碰、摩擦或與箱體之間的摩擦，導(dǎo)致濾袋底部損壞。

袋籠的影響：袋籠存在結(jié)構(gòu)缺陷、鋒利邊緣或接口連接不當(dāng);袋籠與濾袋尺寸不匹配;袋籠防腐處理不良;袋籠的縱筋數(shù)量、支撐環(huán)之間的間距等細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù)都會(huì)影響濾袋的使用壽命。

1.3?高溫?fù)p壞

高溫?fù)p壞的主要原因有：存在明火;煙氣溫度過(guò)高，超過(guò)濾袋允許的最大極限溫度;濾袋不耐高溫;溫度監(jiān)控儀表失效。

1.4?化學(xué)損壞

主要原因有：濾袋的耐酸堿性弱;煙氣含酸堿性物質(zhì);煙氣溫度低于露點(diǎn)造成結(jié)露，腐蝕濾袋及殼體設(shè)備。

濾袋一旦發(fā)生較大程度的破損，大量的含塵煙氣通過(guò)破口進(jìn)入凈氣室，排放到大氣中，因而袋式除塵器出口粉塵濃度會(huì)顯著增加;濾袋破口位置也會(huì)因?yàn)闅饬鞯牧魍?，造成袋式除塵器濾袋內(nèi)外壓差的變化;同時(shí)破損濾袋的孔洞容易形成煙氣走廊，加快相鄰濾袋的磨損。

綜合上述濾袋破損的原因及濾袋破損后帶來(lái)的工況參數(shù)變化，總結(jié)出可供濾袋破損監(jiān)測(cè)使用的特征指標(biāo)有出口粉塵濃度、花板上下壓差、濾袋內(nèi)外壓差、壓力損失、清灰壓力、過(guò)濾風(fēng)速、過(guò)濾阻力、煙氣溫度等。

2?濾袋破損的多傳感器信息融合檢測(cè)方法及其原理

多傳感器信息融合是把在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部環(huán)境的不完整信息加以綜合，消除傳感器間可能存在的冗余和矛盾的信息，加以互補(bǔ)，降低不確定性，以形成對(duì)系統(tǒng)環(huán)境相對(duì)一致的感知描述。從而提高智能系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和準(zhǔn)確性，降低決策風(fēng)險(xiǎn)。

2.1?濾袋破損檢測(cè)系統(tǒng)

多傳感器信息融合的結(jié)構(gòu)按照信息抽象程度，可以分為3個(gè)級(jí)別，即像素級(jí)融合（也叫數(shù)據(jù)級(jí)融合），特征級(jí)融合以及決策級(jí)融合。針對(duì)袋式除塵器濾袋破損監(jiān)測(cè)，不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)由不同種類的傳感器采集而來(lái)，數(shù)據(jù)級(jí)融合面向同質(zhì)傳感器，而特征級(jí)融合和決策級(jí)融合可融合異質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)。決策級(jí)融合將各個(gè)傳感器獲得的信號(hào)通過(guò)預(yù)處理，得出局部單一的判決，然后將所有局部判決整體分析融合，得到最終結(jié)果。決策級(jí)融合的的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)傳輸量較小、系統(tǒng)靈活性好，在非同步信息的處理上有較大優(yōu)勢(shì)。

決策級(jí)融合結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)融合算法有貝葉斯估計(jì)法，D-S證據(jù)推理法，專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，模糊集理論，可靠性理論以及邏輯模板法等。在這些數(shù)據(jù)融合算法中，D-S證據(jù)理論是通過(guò)合并多重證據(jù)做出決策，對(duì)推理進(jìn)行合理的信息論解釋，其重要特點(diǎn)是可以基于不完全的信息、證據(jù)，乃至相互沖突的證據(jù)，完成相應(yīng)的推理或決策。相比于其他算法，D-S證據(jù)理論在不清楚、不確定問(wèn)題上的應(yīng)用有著很大優(yōu)勢(shì)，計(jì)算量小且不依賴于先驗(yàn)知識(shí)，在異常訓(xùn)練數(shù)據(jù)集難以獲取的情況下，可以使用D-S證據(jù)理論[21]。

基于濾袋破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)異質(zhì)傳感器的需求，決策級(jí)融合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，以及D-S證據(jù)理論在處理此類問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，本文采用基于D-S證據(jù)理論的濾袋破損監(jiān)測(cè)方法，圖1所示為多傳感器信息融合濾袋破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

在袋式除塵器中濾袋破損的敏感部位安裝相應(yīng)傳感器或傳感器組進(jìn)行信號(hào)采集，對(duì)采集來(lái)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后提取其中有關(guān)濾袋狀況的信號(hào)，根據(jù)其相應(yīng)的概率分配函數(shù)計(jì)算出信任度，表示單個(gè)傳感器信號(hào)對(duì)濾袋使用狀況作出的局部判決;將各類傳感器數(shù)據(jù)的局部判決，經(jīng)過(guò)D-S證據(jù)理論融合公式進(jìn)行融合，根據(jù)最終的信息融合結(jié)果，綜合判斷濾袋的破損情況。

2.2?D-S證據(jù)理論融合原理

通過(guò)上述分析，采用D-S證據(jù)理論作為數(shù)據(jù)融合算法。證據(jù)理論是Dempster于1976年首先提出后經(jīng)Shafer進(jìn)一步推廣和完善的，所以通常稱作Dempster-Shafer理論（簡(jiǎn)稱D-S證據(jù)理論）。

根據(jù)D-S證據(jù)理論，識(shí)別框架是指討論的問(wèn)題論域，對(duì)于袋式除塵器濾袋破損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多傳感器信息融合來(lái)說(shuō)，濾袋的破損與否就是識(shí)別框架（命題），各個(gè)傳感器通過(guò)測(cè)量、處理給出對(duì)濾袋破損狀況的判斷結(jié)果就是證據(jù)。D-S證據(jù)理論用于多傳感器信息融合時(shí)，是把證據(jù)集合劃分為若干不相關(guān)（獨(dú)立）的部分，并分別利用它們對(duì)識(shí)別框架獨(dú)立進(jìn)行判斷。由各傳感器采集信息、處理并產(chǎn)生對(duì)命題的局部判訣，即證據(jù)理論中的證據(jù);每一證據(jù)下對(duì)識(shí)別框架中每個(gè)假設(shè)都存在一組判斷信息（概率分布），稱之該證據(jù)的信任函數(shù)。根據(jù)不同證據(jù)下對(duì)某一假設(shè)的判斷，按照某一規(guī)則進(jìn)行組合（或稱為信息融合），即對(duì)假設(shè)進(jìn)行各信任函數(shù)的綜合，形成綜合證據(jù)（信任函數(shù)）下對(duì)該假設(shè)的總的信任程度，進(jìn)而分別求出所有假設(shè)在綜合證據(jù)下的信任程度，然后根據(jù)決策規(guī)則進(jìn)行決策[22-23]。

2.3?信度函數(shù)的基本概念

設(shè)U是一個(gè)識(shí)別框架，[2U]是[U]的冪集，如果對(duì)于任意的[A∈2U]，函數(shù)[m：2U→[0，1]]滿足下面2個(gè)條件：

[m（Φ）=0]， （1）

[A？Um（A）=1，0≤m（A）≤1]， （2）

則稱[m]是[2U]上的基本概率分配函數(shù)。式中：[Φ]表示空集;[m（A）]稱為[A]的基本概率分配，即支持[A]本身發(fā)生的程度。式（1）表示空集不產(chǎn)生任何信度，式（2）表示所有命題的信度之和為1。

2.4?基本概率分配函數(shù)的獲取

基本概率分配函數(shù)表示對(duì)目標(biāo)模式假設(shè)的可信程度。在D-S證據(jù)理論中，沒(méi)有給出基本概率分配函數(shù)的一般形式，往往是根據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)自主構(gòu)造，需要具體問(wèn)題具體分析。傳統(tǒng)的濾袋破損檢測(cè)是通過(guò)設(shè)置閾值，根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)是否超過(guò)閾值來(lái)判斷濾袋的破損，這樣造成濾袋破損的概率只能是1或者0，檢測(cè)結(jié)果片面化和絕對(duì)化。而模糊集合將普通集合里的隸屬關(guān)系靈活化，把原來(lái)只能取0/1的值擴(kuò)充到可以取0到1之間的任意數(shù)值，并且通過(guò)選取適當(dāng)?shù)哪：`屬度函數(shù)，在濾袋破損檢測(cè)中還能最大化保留檢測(cè)不確定性的概率。隸屬度函數(shù)主要由傳感器本身的工作特性以及被測(cè)特征指標(biāo)的特性而確定，本文根據(jù)濾袋破損監(jiān)測(cè)指標(biāo)的特點(diǎn)和專家知識(shí)，構(gòu)造了濾袋破損監(jiān)測(cè)的隸屬度函數(shù)，作為其基本概率分配函數(shù)。以文中提到的粉塵濃度傳感器為例，當(dāng)袋式除塵器濾袋完好，工作環(huán)境正常且穩(wěn)定時(shí)，出口粉塵濃度會(huì)在一定范圍內(nèi)（[T0～T1]）波動(dòng)，此時(shí)可認(rèn)為濾袋破損概率基本為0，濾袋處于完好狀態(tài);當(dāng)出口粉塵濃度逐漸升高，濾袋出現(xiàn)破損的概率也逐漸增加，反之，濾袋完好的概率在逐漸下降，如圖2中（[T1～T2]）區(qū)間;當(dāng)粉塵濃度超過(guò)某一閾值時(shí)（[T2～T∞]），則可認(rèn)為濾袋出現(xiàn)破損。因此，定義基本概率分配函數(shù)如下：

式中：[k=1，2，...，N]，為傳感器的數(shù)量;[mk1]為傳感器對(duì)應(yīng)的濾袋破損的概率分配;[mk2]為傳感器對(duì)應(yīng)的濾袋完好無(wú)損概率分配;[mk3]代表不確定的概率分配;[Rk]為該傳感器的可靠度。圖2表示粉塵濃度傳感器采集信號(hào)對(duì)濾袋破損狀況的基本概率賦值圖。

根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，或通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)以及專家提出的經(jīng)驗(yàn)值，給出對(duì)應(yīng)傳感器的邊界條件[T0]、[T1]、[T2]，以及傳感器本身的可靠度，根據(jù)式（3）～（5），即可計(jì)算得出各傳感器采集信號(hào)所對(duì)應(yīng)的基本概率分配函數(shù)。

2.5?D-S證據(jù)組合規(guī)則

根據(jù)D-S證據(jù)理論的Dempster合成法則，2個(gè)不同證據(jù)的組合方法為

[m1⊕m2（A）=0A=Φ11-KB？C=Am1（B）？m2（C）?A≠Φ]， （6）

其中，[K]為不同證據(jù)源沖突程度的歸一化常數(shù)：

[K=B？C=Φm1（B）？m2（C）]。 （7）

[K=0]時(shí)，表示2個(gè)證據(jù)完全一致（完全相容）;[0<K<1]時(shí)，表示2個(gè)證據(jù)部分相同，組合方法比較有效;[K=1]時(shí)，表示2個(gè)證據(jù)完全矛盾，證據(jù)組合規(guī)則不再使用，需要對(duì)沖突證據(jù)做處理。

對(duì)于識(shí)別框架U中A的n個(gè)相互獨(dú)立的基本概率分配[m1，m2，...，mn]，其組合后的基本概率分配正交和[m1⊕m2⊕...⊕mn（A）]為

將各個(gè)傳感器采集信號(hào)計(jì)算得到的基本概率分配函數(shù)，帶入式（8）～（9）中，進(jìn)行證據(jù)的組合，得出融合結(jié)果，即為綜合證據(jù)下對(duì)識(shí)別框架中每個(gè)假設(shè)的信任度，進(jìn)而判斷濾袋是否破損。

3?實(shí)驗(yàn)與分析

3.1?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前的袋式除塵器濾袋破損檢測(cè)大多是根據(jù)單一的粉塵濃度判斷濾袋的破損與否。本文將基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法引入濾袋破損檢測(cè)中。通過(guò)本文第2節(jié)的分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，擬采用袋式除塵器出口粉塵濃度、濾袋內(nèi)外壓差與花板上下壓差3個(gè)信號(hào)，從不同的角度監(jiān)測(cè)濾袋的破損，再使用D-S證據(jù)理論進(jìn)行信息融合，綜合判斷濾袋破損狀況。

基于Labview設(shè)計(jì)研發(fā)了袋式除塵器測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于袋式除塵技術(shù)及Labview測(cè)試控制原理，以1∶1的比例按照實(shí)際工程中使用的袋式除塵器搭建而成的單袋室實(shí)驗(yàn)裝置，長(zhǎng)寬約為800?mm×800?mm，高度約16?m。硬件系統(tǒng)包括傳感檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)控制等;軟件系統(tǒng)包括智能儀器組態(tài)、操作顯示面板、數(shù)據(jù)采集處理、綜合分析評(píng)價(jià)及顯示存儲(chǔ)等。圖3所示為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)登記與參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)的顯示以及實(shí)驗(yàn)操作等功能;圖4所示為部分后面板程序。

為驗(yàn)證本文提出的方法的可行性與正確性，選取長(zhǎng)度、直徑、材質(zhì)完全相同的完好濾袋以及事先處理過(guò)的破損濾袋分別進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。濾袋選取工程實(shí)際使用的PTFE玻纖覆膜圓柱形濾袋，其長(zhǎng)度為10?m、直徑為0.16?m。在袋式除塵器的出口處安裝粉塵濃度傳感器;花板上、下安裝壓力傳感器以測(cè)量花板上下壓差;濾袋內(nèi)、外安裝壓力傳感器以測(cè)量濾袋內(nèi)外壓差，壓力傳感器安裝在破口附近，完好濾袋與破損濾袋的壓力傳感器安裝位置相同。破損濾袋的處理方式如圖5所示。使用單一濾袋進(jìn)行多次過(guò)濾清灰實(shí)驗(yàn)，采集相關(guān)信號(hào)。

3.2?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文使用D-S證據(jù)理論，識(shí)別框架為[U=F1，F(xiàn)2，Θ]，[F1]表示濾袋破損，[F2]表示濾袋完好，[Θ]表示不確定，即由于基本可信度分配誤差和各種不確定因素導(dǎo)致不能確定是否出現(xiàn)破損的情況，用不確定代替。采集3組證據(jù)源[m1]，[m2]，[m3]分別為出口粉塵濃度，濾袋內(nèi)外壓差以及花板上下壓差。對(duì)應(yīng)于式（3）～（5）中，[m11]，[m12]為出口粉塵濃度對(duì)應(yīng)的濾袋破損與否的概率分配;[m21]，[m22]為濾袋內(nèi)外壓差對(duì)應(yīng)的濾袋破損與否的概率分配;[m31]，[m32]為花板上下壓差對(duì)應(yīng)的濾袋破損與否的概率分配（由于花板上下壓差與濾袋內(nèi)外壓差選用的壓力傳感器型號(hào)相同，所以計(jì)算公式也相同）;[R1]，[R2]分別為粉塵濃度傳感器與壓力傳感器的可靠度。為驗(yàn)證方法可行性，根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)采集到的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析總結(jié)后，設(shè)定本次實(shí)驗(yàn)中，粉塵濃度對(duì)應(yīng)的[T0=0]，[T1=10]，[T2=35]，[mg/m3];濾袋內(nèi)外壓差對(duì)應(yīng)的[T0=0]，[T1=600]，[T2=850]，[Pa];花板上下壓差對(duì)應(yīng)的[T0=0]，[T1=650]，[T2=850]，[Pa];[R1=R2=0.95]。因此可由式（3）～（5）計(jì)算得出各傳感器采集信號(hào)的基本概率分配函數(shù)。

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下（相同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)與工況參數(shù)），首先使用完好濾袋進(jìn)行過(guò)濾清灰實(shí)驗(yàn)，采集相關(guān)信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后根據(jù)式（3）～（5）計(jì)算得出基本概率分配函數(shù)，再使用式（8）、（9）進(jìn)行D-S數(shù)據(jù)融合，得到融合結(jié)果，數(shù)據(jù)如表1所示;然后更換事先處理過(guò)的帶有破口的濾袋，分別打開(kāi)破口1與破口2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采集相關(guān)信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后數(shù)據(jù)及融合結(jié)果如表2、表3所示。

根據(jù)表1完好濾袋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得知，單個(gè)傳感器數(shù)據(jù)判斷濾袋完好的概率分別為0.85、0.91、0.87，使用D-S證據(jù)理論進(jìn)行融合判斷，得到濾袋完好的概率為0.997?9，結(jié)果比單一傳感器更加準(zhǔn)確;表2、表3中破損濾袋數(shù)據(jù)可得出同樣的結(jié)論，如表2中單個(gè)傳感器數(shù)據(jù)判斷濾袋破損的概率分別為0.83、0.75、0.62，其融合后判斷濾袋破損的概率為0.9703，表3中單個(gè)傳感器數(shù)據(jù)判斷濾袋破損的概率分別為0.91、0.82、0.74，其融合后判斷濾袋破損的概率為0.994?0;對(duì)比表2、表3數(shù)據(jù)融合結(jié)果，其判斷濾袋破損的概率分別為0.970?3和0.994?0，與破口2面積大于破口1面積相吻合，濾袋破損的概率也在增加;當(dāng)濾袋發(fā)生破損時(shí)，與袋式除塵器出口處的粉塵濃度傳感器相比，在破口附近布置的壓力傳感器對(duì)濾袋的破損更為敏感，檢測(cè)速率也更快。

當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中某一傳感器發(fā)生異常，如表4所示，粉塵濃度傳感器測(cè)量信號(hào)表征濾袋破損概率為0.73，而濾袋內(nèi)外壓差傳感器及花板上下壓差傳感器的測(cè)量信號(hào)表征濾袋破損的概率僅為0.08與0.15。這兩者相互矛盾，此時(shí)使用單一傳感器判斷濾袋破損可能會(huì)帶來(lái)誤判。分析其造成原因，例如管道中有大量灰塵，在噴吹清灰時(shí)被氣流帶動(dòng)，導(dǎo)致采集到的出口粉塵濃度數(shù)據(jù)異常，而實(shí)際濾袋并未破損。使用D-S證據(jù)理論進(jìn)行融合判斷，得出濾袋破損的概率為0.140?7，未破損的概率為0.855?8，更加接近實(shí)際情況，提高判斷的準(zhǔn)確度。

4?結(jié)論

本文分析了袋式除塵器濾袋破損原因及現(xiàn)有濾袋破損檢測(cè)方法的不足之處，提出了基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的袋式除塵器濾袋破損監(jiān)測(cè)方法，應(yīng)用D-S證據(jù)理論進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，綜合各傳感器信號(hào)判斷濾袋破損。從研究結(jié)果可以看出，與傳統(tǒng)的單一傳感器檢測(cè)方法相比，多傳感器數(shù)據(jù)融合監(jiān)測(cè)方法提高了監(jiān)測(cè)的靈敏度與可靠性，在一些復(fù)雜工況下，可以避免因單一傳感器的失效或突變數(shù)據(jù)造成的誤判，對(duì)保證設(shè)備穩(wěn)定高效地運(yùn)行具有重要意義，同時(shí)為袋式除塵器設(shè)備的物聯(lián)化、智能化的發(fā)展方向以及為袋式除塵器技術(shù)的提升奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]????余新明，吳學(xué)軍，呂先昌.?布袋收塵穿漏監(jiān)測(cè)及定位技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].?工業(yè)安全與環(huán)保，2005，31（5）：13-14.

[2]????謝志英.?靜電荷法布袋除塵檢漏儀的研制[J].?微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（12S）：153-154，127.

[3]????向曉東.?一種布袋除塵器檢漏儀.?中國(guó)：200910273456.?4[P].?2010-06-16.

[4]????潘衛(wèi)國(guó)，王啟杰，曹絳敏，等.?用速度—差壓法對(duì)送粉管道煤粉濃度測(cè)量模型的研究[J].?儀器儀表學(xué)報(bào)，1999，20（5）：461-463，496.

[5]????周志存.?濾壓式布袋除塵器檢漏儀.?中國(guó)：20091026164.?4[P].?2010-11-03.

[6]????謝劍英，孫成禮.?除塵布袋穿漏檢測(cè)裝置.?中國(guó)：200920203397.?9[P].?2010-07-07.

[7]????李保生，李正強(qiáng)，紀(jì)峰，等.?一種用于袋式除塵器的濾袋破損檢測(cè)裝置.?中國(guó)：201110432212.?3[P].?2012-07-04.

[8]????JIANG?W，HU?W?W，XIE?C?H.?A?new?engine?fault?diagnosis?method?based?on?multi-sensor?data?fusion[J].?Applied?Sciences，2017，7（3）：280.

[9]????LI?Z?W，WEN?G?Q，XIE?N?X.?An?approach?to?fuzzy?soft?sets?in?decision?making?based?on?grey?relational?analysis?and?dempster-shafer?theory?of?evidence[J].?Artifcial?IntelligenceIn?Medicine，2015，64（3）：161-171.

[10]??姜洪權(quán)，高建民，梁澤明，等.?基于D-S證據(jù)理論的壓射工藝模式辨識(shí)技術(shù)[J].?計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2015，21（5）：1343-1349.

[11]??DUTTA?P.?Uncertainty?modeling?in?risk?assessment?based?on?dempster–shafer?theory?of?evidence?with?generalized?fuzzy?focal?elements[J].?Fuzzy?Information?and?Engineering，2015，7（1）：15-30.

[12]??王丹丹，錢付平，夏勇軍，等.?基于故障樹(shù)分析法袋式除塵器濾袋失效的研究與應(yīng)用[J].?環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016，10（6）：3118-3124.

[13]??王春麗，李志軍，王興.?脈沖袋式除塵器濾袋機(jī)械破損的原因及其預(yù)防措施[J].?水泥技術(shù)，2014（3）：93-94，98.

[14]??何紅兒.?袋式除塵器濾袋的破損形式及預(yù)防措施[J].?中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2012（3）：116-118.

[15]??柴旭昇.?袋式除塵器氣流均勻性及優(yōu)化的數(shù)值模擬研究[D].?衡陽(yáng)：南華大學(xué)，2015.

[16]??谷艷玲.?高溫?zé)煔獯匠龎m系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].?沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2015.

[17]??李東梅，田娛嘉，郭陽(yáng)，等.?布袋除塵器濾袋使用壽命的影響因素分析[J].?熱力發(fā)電，2013，42（4）：104-106.

[18]??李勇，辛龍勝.?基于Fluent的脈沖袋式除塵器內(nèi)濾袋破損研究[J].?橡塑技術(shù)與裝備，2011，37（3）：1-5.

[19]??杜振，錢徐悅，魏宏鴿，等.?袋式除塵器運(yùn)行情況分析及延長(zhǎng)濾袋壽命的運(yùn)行措施[J].?熱力發(fā)電，2013，42（3）：74-76，94.

[20]??王冠.?脈沖袋式除塵器內(nèi)部流場(chǎng)的研究[D].?北京：中冶集團(tuán)建筑研究總院，2007.

[21]??藍(lán)金輝，馬寶華，藍(lán)天，等.?D-S證據(jù)理論數(shù)據(jù)融合方法在目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用[J].?清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，41（2）：53-55，59.

[22]??張冀.?基于多源信息融合的傳感器故障診斷方法研究[D].?北京：華北電力大學(xué)，2008.

[23]??何慧梅.?基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的水質(zhì)異常檢測(cè)方法研究[D].?杭州：浙江大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯????楊????屹]