基于传感器网络的煤粉浓度监测平台的设计

严聪

摘要：本文主要研究一种基于传感器网络的煤粉浓度监测平台，平台设计之初，主要是为了能够设非接触式的煤粉浓度测量方法，从而避免人工直接的对其进行操作。通过将频域分析以及传感器网络技术相结合，能够良好的完成监测目标，依照监测信號的频谱特征，能够找出煤粉浓度变化的对应关系，从而对其进行量化的监控，保证生产区域内煤粉浓度始终维持在一个安全、平稳的水平，确保生产的安全性。仅供参考。

关键词：数字信号处理器;传感器网络;煤粉监测;平台设计

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）08-0082-01

1 引言

针对传感器网络的煤粉浓度检测平台的设计，可以应用到电厂领域的实际生产过程中，对电厂的煤粉浓度进行测量[1]。现阶段，我国应用到电厂以及煤炭企业实际生产过程中，主要采取取样法，对煤粉的浓度进行监测。此种方法在实际应用过程中，不仅测量方法耗时长而且其应用效果不佳，无法满足实时控制的要求。随着我国技术的发展，近年来，煤粉浓度在线测量工作领域的研究也在不断深入。目前，借助各类学术方法，对煤粉浓度进行监测，能够解决传统煤粉监测工作中存在的问题。例如，借助热力学法、光学法等方法，都能够对煤粉浓度进行检测。对此，本文主要涉及一种以传感器网络作为监测主体的煤粉浓度监测平台，希望可以为相关技术人员带来理论帮助和指导建议，仅供参考。

2 系统测量原理

2.1 设计原理。在系统设计过程中，气固两相流体的随机噪声信号与单相气体流的随机噪声信号有很大的差别。这一差别主要是由于煤粉的颗粒含量变化所造成的。因此，在系统设计时，可以利用此项特点，通过测量管道气体单相流点和气固两相流点的流动噪声信号，由此能够对此时煤粉的颗粒含量进行计算和评估。总的来说，只要找出了煤粉浓度与噪声信号二者之间存在的必然联系，就能够实现对煤粉颗粒含量的实际情况进行实时的监测。因此，在煤粉监测平台系统的设计过程中，可以选择以电容传感器作为监测的主要技术，同时将之应用到实际检验过程中，作为流动噪声信号获取手段。众所周知，在电力系统运行过程中，电容值与介电常数成正比例。由此能够得到进一步的推导，在实际监测过程中，空气中煤粉浓度的变化与介电常数及电容值成正比例关系。这样一来，就实现了对煤粉浓度变化实际情况的及时查询。针对信号的采集，还需对其进行一次信号的滤波处理，可以采取低通滤波，对在实际监测过程中出现的噪声进行滤除。借助硬件电路的低通滤波器，能够达到良好的应用效果，具有实用意义。

2.2 极大模算法的应用。通过将极大模算法引进到系统的设计中，利用小波变换的小波函数带通特性，同样也可以实现在实际操作过程中，因电力系统运行产生 的一些噪声干扰[2-3]。能够起到良好的降噪的效果。由于流动噪声信号直接与气固两相流的微观特性有关，还需注意对这些因素进行有效的控制。一般来说，这些微观特性绝大部分都是内在特性，包括气体的实际流速、空气中煤粉粒径大小等因素等等，基本上可以排除与其他因素条件存在的联系。因此，极大模算法的应用具有良好的实用性，不会受到外界因素的干扰，进而对最终的煤粉监测结果带来不利影响。借助此种算法，经小波变换处理后的信号，而后借助功率谱分析的方式，对在此过程中气体单相流点和气固两相流点的相关性展开全面的分析，并且探究信号的能谱变化，从中研究煤粉浓度的变化关系，找出存在的相关性影响，还可以实现对煤粉颗粒变化情况的预判，从而最终确定出煤粉颗粒的质量以及流量情况。

3 监测系统的实现

3.1 波变换后的信号处理方法。针对波变换之后的信号处理，其目的主要是是希望通过采取信号处理方式，从谐波频率的角度来反映信号的特征，进一步的提升传感器网络煤粉监测平台的监测精度以及质量。但在实际应用过程中，针对一些随机信号，由于无法采取特定的时间函数对其进行表示，因此也就无法显示在频谱上。针对此类问题，可以采取能量谱或功率谱来描述信号，能够有效的反映出信号能量、功率密度在频域中随频率的变化情况。

3.2 功率谱函数。功率谱函数作为传感器网络煤粉监测平台系统设计中频域分析随机信号的重要手段，由于存在在实际应用过程中容易丢失相位信息的问题，所需要对频率的实际产生时间进行计算以及处理。众所周知，基于传感器网络煤粉监测平台，在实际的信号处理过程中，尤其是对非平稳信号的处理中，对于频率信号的时间检测十分重要，而且，在任一时刻附近的信号频域特征都有其影响作用。对此，本文主要采取小波分解方法及小波变换的方式，在应用过程中主要借助小波分析优越的频率分离功能，可以针对实际生产过程中，一些不稳定信号（随机信号）进行分离处理，而后将信号进行分离转化，借助Fourier变换，能够有效的提取出信号的频率特性，从而更好的对信号的变化情况进行检测以及控制，能够，满足传感器网络煤粉监测平台应用的全部需求，将信号的时域和频域结合起来，进一步了加强了对于信号的管控，而不会影响到信号频域的分辨率，具有良好的应用价值。

4 结论

综上所述，当前，我国应用到电厂以及煤炭企业实际生产过程中，主要采取取样法，对煤粉的浓度进行监测。此种方法在实际应用过程中，不仅测量方法耗时长而且其应用效果不佳，无法满足实时控制的要求。随着我国技术的发展，近年来，煤粉浓度在线测量工作领域的研究也在不断深入。目前，借助各类学术方法，对煤粉浓度进行监测，能够解决传统煤粉监测工作中存在的问题。例如，借助热力学法、光学法等方法，都能够对煤粉浓度进行检测。对此，本文主要涉及一种以传感器网络作为监测主体的煤粉浓度监测平台，仅供参考。

参考文献：

[1]穆志刚.煤粉浓度在线监测下煤粉锅炉的节能研究[J].资源节约与环保，2019（04）：76.

[2]朱政飞，韦张跃昊，原旭东.基于互相关的实时煤粉流量监测系统[J].电子科技，2019，32（03）：36-41.

[3]王崇峰，熊森，孙晓飞，朱运周.基于MSP430F5438A的煤粉在线监测仪的设计[J].仪表技术，2018（08）：5-8+16.