本發明屬于粉塵檢測，具體涉及一種基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統及方法。

背景技術：

1、一些生產車間或生產場所在生產過程中會產生大量的粉塵，比如，在鋼鐵、水泥、化工等行業的除塵過程中，會產生各種類型的粉塵，包括金屬粉塵、水泥粉塵、化工原料粉塵等，這些粉塵會對工人的呼吸系統和皮膚造成一定的傷害，甚至會引發職業病，而除塵設備能對粉塵進行有效的處理，從而能有效保護工人的健康。

2、除塵設備準確的溫度監測對于除塵設備的安全運行至關重要，溫度過高可能會引發一些部件的損壞，如布袋除塵器中的布袋可能會因高溫而產生燒損的情況，電除塵器中的極板可能會因過熱而產生變形的情況，從而會影響除塵效率和設備的使用壽命。另外，溫度異常還可能會導致安全事故的發生，如粉塵爆炸等。對于應用在面粉廠、煤礦等場所的除塵設備，若溫度控制不當，粉塵在一定濃度和溫度條件下可能發生爆炸，甚至會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。因此，實時、精確地掌握除塵設備的溫度分布情況，對于保障除塵設備的安全穩定運行、提高生產效率具有重要的意義。

3、現有的對于除塵設備的溫度檢測技術主要有兩種，一種為接觸式測溫技術，另一種為非接觸式測溫技術。傳統的接觸式測溫方法主要采用熱電偶、熱電阻等溫度傳感器進行溫度測量，這種方式在除塵設備溫度檢測中存在諸多問題。一方面，由于設備內部粉塵較多，傳感器的安裝過程較為困難，且傳感器容易被粉塵覆蓋，進而會影響熱傳遞，導致測量結果不準確。另一方面，接觸式傳感器在長期使用過程中，容易因磨損、腐蝕等原因損壞，進而需要頻繁維護和更換，增加了設備運行成本和停機時間。再一方面，接觸式測溫技術只能獲取傳感器安裝點的局部溫度，而無法全面反映設備的整體溫度分布情況。紅外熱像儀等非接觸式測溫設備在除塵設備溫度檢測中應用較為較廣，但粉塵會影響紅外輻射信號的可靠傳輸，進而會對測量結果的準確性產生嚴重影響。因粉塵會吸收和散射紅外輻射，使得熱像儀接收到的信號強度減弱，測量溫度低于實際溫度。例如，在高粉塵濃度環境下，紅外熱像儀測量的溫度誤差可能達到數攝氏度甚至更高。同時，粉塵自身的熱輻射也會干擾設備部件真實溫度的判斷，導致測量結果偏差較大。目前，現有的溫度檢測技術缺乏有效的粉塵補償措施，進而無法滿足除塵設備高精度的溫度監測需求。

技術實現思路

1、針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統及方法，該系統具備自動數據采集、處理、補償、報警和控制功能，能實現對除塵設備溫度的智能化監測與控制，可滿足除塵設備高精度的溫度監測需求；該方法實施過程簡單、實施成本低，其能大幅度地提高溫度檢測的準確性，同時，其能有效保障除塵設備安全穩定的運行，具有良好的經濟效益和社會效益。

2、為了實現上述目的，本發明提供了一種基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統，包括紅外熱像儀模塊、粉塵濃度傳感器模塊、數據傳輸模塊、數據處理與控制模塊、顯示與報警模塊和電源供應模塊；

3、所述紅外熱像儀模塊安裝在除塵設備外部的一側，用于通過非接觸的方式實時采集除塵設備表面的溫度信號，并發送至數據傳輸模塊；

4、所述粉塵濃度傳感器模塊安裝在除塵設備的外部，用于實時采集環境中的當前粉塵濃度信號，并發送至數據傳輸模塊；

5、所述數據傳輸模塊分別與紅外熱像儀模塊、粉塵濃度傳感器模塊和數據處理與控制模塊連接，用于接收紅外熱像儀模塊發出的溫度信號和粉塵濃度傳感器模塊發出的當前粉塵濃度信號，并發送至數據處理與控制模塊；

6、所述數據處理與控制模塊包括數據采集單元、數據預處理單元、粉塵補償單元、溫度成像生成單元、報警與控制單元；數據處理與控制模塊分別與顯示與報警模塊和除塵設備連接；所述數據采集單元用于根據接收到的溫度信號和當前粉塵濃度信號獲得原始溫度數據和當前粉塵濃度數據，再將原始溫度數據和當前粉塵濃度數據發送至數據預處理單元；所述數據預處理單元用于對原始溫度數據和當前粉塵濃度數據進行預處理，并將預處理后的原始溫度數據和當前粉塵濃度數據發送至粉塵補償單元；所述粉塵補償單元用于基于原始溫度數據和當前粉塵濃度數據獲得溫度補償值，并基于溫度補償值獲得補償后的溫度數據，再將補償后的溫度數據分別發送至溫度成像生成單元和報警與控制單元；所述溫度成像生成單元用于基于補償后的溫度數據與預設的多個溫度范圍進行對比，并基于對比結果生成可視化的多顏色溫度成像圖像，再將多顏色溫度成像圖像發送至顯示與報警模塊；所述報警與控制單元用于將補償后的溫度數據與設定溫度閾值進行比較，并在補償后的溫度數據超過設定溫度閾值時控制顯示與報警模塊進行示警動作，同時，用于根據補償后的溫度數據調整除塵設備的運行參數，以便于優化除塵設備的運行狀態；

7、所述顯示與報警模塊用于實時顯示可視化的多顏色溫度成像圖像；

8、所述電源供應模塊用于對各用電部件進行用電的供應。

9、作為一種優選，還包括存儲模塊，所述存儲模塊與數據處理與控制模塊連接，用于進行數據的存儲。

10、進一步，為了便于與外界終端設備進行實時通訊，還包括通信模塊，所述通信模塊與數據處理與控制模塊連接，用于建立數據處理與控制模塊和外界的通信。

11、作為一種優選，所述數據處理與控制模塊為工業計算機。

12、本發明中，通過紅外熱像儀模塊的設置，可以通過非接觸的方式實時獲取到除塵設備關鍵部位的溫度信號。同時，通過在除塵設備外部設置粉塵濃度傳感器模塊，可以便于實時測量出環境中的粉塵濃度數據。利用數據傳輸模塊連接紅外熱像儀模塊、粉塵濃度傳感器模塊和數據處理與控制模塊，可以便于數據處理與控制模塊同步獲得溫度信號和當前粉塵濃度信號，并能通過數據傳輸模塊對所接收信號的時序處理來確保兩種信號時序的同步性，進而能確保后續計算結果的精準性。在數據處理與控制模塊中分別設置了采集單元、數據預處理單元、粉塵補償單元，可以便于利用數據采集單元基于溫度信號和當前粉塵濃度信號獲得溫度數據和當前粉塵濃度數據，同時，能便于利用數據預處理單元對溫度數據和當前粉塵濃度數據進行預處理，以便于有效去除干擾成分，從而能確保后續計算結果的精準性。進一步能便于利用粉塵補償單元基于當前粉塵濃度數據計算出溫度補償數據，通過溫度補償數據的計算，可以有效補償在非接觸測量過程中環境中的粉塵對紅外輻射信號的削弱作用，進而能獲得真實的實際溫度數據。在數據處理與控制模塊中還設置了溫度成像生成單元、報警與控制單元，可以便于利用溫度成像生成單元根據補償后的溫度數據與預設的多個溫度范圍進行對比，并根據不同的溫度范圍所對應的顏色來生成多顏色溫度成像圖像，由此，便能實時獲取到除塵設備的整體溫度分布圖像，進而能直觀展示除塵設備各個部位的溫度情況，有助于管理人員直觀全面地了解除塵設備的運行狀態，這樣，相關管理人員可以快速定位溫度異常的區域，并能及時發現潛在的故障隱患，可有效避免局部過熱導致設備損壞的情況發生。同時，報警與控制單元可以基于補償后的溫度數據與設定溫度閾值進行比對，并根據比對結果來控制顯示與報警模塊進行聲光報警，從而能在發生異常情況時及時有效地提醒相關管理人員。

13、該系統具備自動數據采集、處理、補償、報警和控制功能，實現了對除塵設備溫度的智能化監測與控制，滿足了除塵設備高精度的溫度監測需求，同時，有助于根據實時監測數據自動調整除塵設備的運行參數，并優化除塵設備的運行狀態，從而能有效提高除塵設備的可靠性和穩定性，減少了人工干預，降低了運行成本。

14、本發明還提供了一種基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測方法，采用一種基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統，包括以下步驟：

15、步驟一：在除塵設備外部的一側安裝紅外熱像儀模塊，并確保紅外熱像儀模塊能夠覆蓋除塵設備的關鍵部位；在除塵設備的外部安裝粉塵濃度傳感器模塊，并確保粉塵濃度傳感器模塊能夠準確測量到環境中的當前粉塵濃度信號；通過數據傳輸模塊建立紅外熱像儀模塊、粉塵濃度傳感器模塊和數據處理與控制模塊的通信連接，組成基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統；建立數據處理與控制模塊與除塵設備的負壓風機的連接，以便于數據處理與控制模塊對除塵設備的負壓風機進行實時控制；

16、步驟二：校準紅外熱像儀模塊的溫度測量精度，校準粉塵濃度傳感器模塊的測量范圍和精度，測試數據傳輸模塊傳輸的穩定性，完成基于粉塵補償的除塵設備溫度成像檢測系統的調試；

17、步驟三：利用紅外熱像儀模塊實時采集除塵設備關鍵部位的溫度信號，并發送至數據傳輸模塊；利用粉塵濃度傳感器模塊實時采集環境中的當前粉塵濃度信號，并發送至數據傳輸模塊；數據傳輸模塊將所接收到的溫度信號和當前粉塵濃度信號進行時序處理，使溫度信號和當前粉塵濃度信號保持時序的同步性，再將時序處理后的溫度信號和當前粉塵濃度信號發送至數據處理與控制模塊；

18、步驟四：數據采集單元根據接收到的溫度信號和當前粉塵濃度信號獲得原始溫度數據和當前粉塵濃度數據，再將原始溫度數據和當前粉塵濃度數據發送至數據預處理單元；數據預處理單元對原始溫度數據和當前粉塵濃度數據進行預處理，并將預處理后的原始溫度數據和當前粉塵濃度數據發送至粉塵補償單元；

19、步驟五：粉塵補償單元基于原始溫度數據和當前粉塵濃度數據根據公式(1)獲得當前粉塵濃度數據的溫度測量誤差δt實時，再溫度測量誤差δt實時根據公式(2)獲得補償后的溫度數據t修正，然后，將補償后的溫度數據t修正分別發送至溫度成像生成單元和報警與控制單元；

20、

21、t修正＝t原始+δt實時?(2)；

22、式中，c實時為當前粉塵濃度數據；a、b、d分別為修正系數；t原始為原始溫度數據；

23、步驟六：溫度成像生成單元將補償后的溫度數據t修正與預設的多個溫度范圍進行對比，當補償后的溫度數據t修正在一個溫度范圍內時，將該補償后的溫度數據t修正轉換為與該溫度范圍相對應顏色的多顏色溫度成像圖像，進而形成可視化的溫度成像圖像數據，再將可視化的溫度成像圖像數據發送至顯示與報警模塊，其中，多個溫度范圍由小到大逐級連續分布，并分別對應不同的顏色；

24、同時，報警與控制單元將補償后的溫度數據與設定溫度閾值進行對比，當補償后的溫度數據超過設定溫度閾值時向顯示與報警模塊發出示警信號，同時，報警與控制單元控制除塵設備的負壓風機降低轉速，以通過降低除塵設備負荷的方式來有效保護除塵設備；

25、步驟七：顯示與報警模塊在接收到可視化的溫度成像圖像數據后，進行可視化溫度成像圖像的實時顯示，同時，在接收到示警信號后進行聲光示警動作。

26、作為一種優選，在步驟五中，a、b、d的計算過程如下：

27、s51：根據公式(3)構建誤差平方和函數s；

28、

29、s52：令則分別對s分別求關于a、b、d的偏導數；

30、s52-1：先對a求偏導數得到公式(4)，再令得到公式(5)；

31、

32、s52-2：先對b求偏導數得到公式(6)，再令得到公式(7)；

33、

34、s52-3：先對d求偏導數得到公式(8)，再令得到公式(9)；

35、

36、s53：結合公式(5)、公式(7)和公式(9)得到方程組(10)；

37、

38、s54：使用線性代數中的克萊姆法則或高斯消元法進行求解，并分別得到a、b、d的值。

39、為了能同時在顯示與報警模塊上查看到溫度成像圖像、溫度數據曲線、粉塵濃度數據以及設備運行狀態信息，在步驟五中，粉塵補償單元還將當前粉塵濃度數據分別發送至報警與控制單元，在步驟六中，報警與控制單元根據連續接收到的補償后的溫度數據生成溫度數據曲線，并根據連續接收到的補償后的溫度數據和當前粉塵濃度數據得到除塵設備運行狀態信息，再將當前粉塵濃度數據、溫度數據曲線和除塵設備運行狀態信息發送至顯示與報警模塊，在步驟七中，顯示與報警模塊將接收到的當前粉塵濃度數據、溫度數據曲線和除塵設備運行狀態信息進行實時顯示。

40、為了能及時提醒相關維護人員，以便在除塵設備發生異常時，能及時采取有效的應對措施，在步驟六中，當補償后的溫度數據超過設定溫度閾值時，報警與控制單元還通過通信模塊向終端設備發出報警信息。

41、作為一種優選，在s54中，當采用克萊姆法則求解時，求解過程如下：

42、a1：將方程組(10)轉換成矩陣形式ax＝b，再對ax＝b進行轉換得到公式(11)，x＝a-1b(11)；

43、

44、a2：根據公式(12)獲得矩陣a的行列式|a|；

45、

46、a3：根據公式(13)計算出a，在計算該行列式過程中，按照三階行列式的展開法則進行計算，如公式(14)所示；

47、

48、a4：根據公式(15)計算出b，在計算該行列式過程中，按照三階行列式的展開法則進行計算，如公式(16)所示；

49、

50、a5：根據公式(17)計算出d，在計算該行列式過程中，按照三階行列式的展開法則進行計算，如公式(18)所示；

51、

52、

53、作為一種優選，在s54中，當采用高斯消元法求解時，求解過程如下：

54、b1：將方程組(10)寫成增廣矩陣形式，如公式(18)所示；

55、

56、b2：進行以下行變換操作：

57、b2-1：使第一行第一列元素a11為1，并將第一行除以其中，

58、b2-2：用第二行減去第一行乘以使a21為0；

59、b2-3：用第三行減去第一行乘以使a31為0，得到公式(19)；

60、

61、b3：繼續進行行變換，使a22為1，并將a32消為0，最終將矩陣化為上三角矩陣,如公式(20)所示,然后通過回代求解出a、b、d的值；

62、

63、本發明提供了一種能夠有效補償粉塵對溫度測量影響的除塵設備溫度成像的檢測方法，采用紅外熱像儀模塊以非接觸的方式對除塵設備進行溫度監測，可以確保監測范圍能有效覆蓋除塵設備的多個關鍵部位，從而能同時采集到多個關鍵部位的溫度數據。在采集溫度信號的同時，利用粉塵濃度傳感器模塊實時采集環境中的粉塵濃度信號，可以便于利用環境中的粉塵濃度信號來進行測量溫度數據的補償。在數據傳輸模塊接收到溫度信號和當前粉塵濃度信號后，先對二者進行時序處理再發送至數據處理與控制模塊，可以有效確保溫度信號和當前粉塵濃度信號在時序上能夠完全同步，進而能在溫度補償過程中獲得更精準的計算結果。將補償后的溫度數據與多個連續溫度范圍進行對比，并基于比對結果生成多顏色溫度成像圖像，再通過顯示與報警模塊進行多顏色溫度成像圖像的實時顯示，這樣，能通過多顏色溫度成像圖像來直觀展示除塵設備整體的溫度情況，進而能便于操作人員依據多顏色溫度成像圖像直觀地判斷出除塵設備各個部位的溫度情況，并有利于及時發現并定位到異常區域，還能及時發現潛在的設備故障隱患，從而能提前采取有效的應對措施，能有效避免因局部過熱而導致設備損壞的情況發生。將補償后的溫度數據與設定溫度閾值進行對比，并在異常后控制顯示與報警模塊進行示警動作，可以在異常時有效地提醒相關人員及時采取應對措施。

64、該方法實施過程簡單、實施成本低，其針對除塵設備運行環境復雜、溫度監測精度需求高以及現有溫度檢測技術存在局限性等一系列問題，通過溫度補償的創新技術方案有效補償在非接觸測量過程中環境中的粉塵對紅外輻射信號的削弱作用，進而能獲得真實的實際溫度數據，大幅度地提高了溫度檢測的準確性，同時，結合多顏色溫度成像圖像能便于操作人員獲知除塵設備各個部位的溫度情況，實現了對除塵設備溫度的精確監測和故障預警，同時，能通過閉環控制的方式保障除塵設備安全穩定的運行，取得了顯著的經濟效益和社會效益，為除塵設備的安全、高效運行提供了有力的技術支持。

65、與現有技術相比，本發明具有如下優點：

66、1、從社會效益角度看，本發明有效避免了因溫度異常而導致的除塵設備損壞和安全事故的情況發生。如在面粉廠、煤礦等行業，可有效防止因溫度控制不當而引發的粉塵爆炸事件，有效保障了人員的生命安全，同時，減少了因設備故障而導致的生產中斷情況的發生幾率，對維持社會生產秩序具有重要意義。

67、2、在經濟效益方面，采用該方法有效提高了除塵設備的運行效率和使用壽命。通過及時發現和處理溫度異常問題，有效減少了除塵設備維修和更換的成本。以水泥廠電除塵器為例，及時處理絕緣子溫度異常避免了絕緣子擊穿的情況，節省了絕緣子的更換及相關維修費用；鋼鐵廠布袋除塵器及時更換堵塞布袋，避免了因布袋過熱引發火災導致的更大損失，同時保證了除塵設備的正常運行，提高了生產效率，增加了企業的經濟效益。

68、3、本發明為除塵設備溫度監測領域提供了一種創新的解決方案，填補了現有技術在粉塵補償方面的不足。通過高精度的溫度測量、全面的溫度分布監測和智能化的控制功能，能為行業內其他類似設備的監測技術改進提供了借鑒和參考，有助于推動整個除塵設備行業向更高效、更安全、更智能化的方向發展，并能促進相關技術標準的完善和提高，提升行業整體的競爭力。