基于改进经验小波变换的局部放电荧光信号去噪

由于现场环境的复杂性,局部放电(partial discharge,PD)检测伴随着大量噪声干扰,易出现PD漏报与误报现象,影响电力设备后续运维工作。文中采用荧光光纤PD检测法,提出了基于谱峭度和改进经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)的自适应PD荧光信号去噪算法。首先利用快速谱峭度图确定荧光信号傅里叶频谱的紧支撑区域边界,随后对含噪荧光信号进行EWT分解并获得荧光信号所在的有用信号分量,最后对有用信号分量采用小波阈值法去除残留噪声,得到去噪后的PD荧光信号。利用该方法对仿真荧光信号进行去噪分析,并将去噪结果与经验模态分解-小波变换(empirical mode decomposition-wavelet transform,EMD-WT)法和EWT法进行对比,结果表明,该方法在信噪比、均方根误差和归一化相关系数等指标方面都有所提升,证明了该方法具有良好的去噪效果。此外,实测信号的去噪结果表明,该方法的降噪率优于EMD-WT法和EWT法,具有较好的噪声抑制能力。

基于电流自适应补偿的高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统

针对半导体激光器在实际应用中波长、功率稳定性较差以及控制系统复杂等问题,设计了一套高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统。该系统利用模糊比例-积分-微分控制算法稳定功率,并通过两次正交试验优化算法参数,减小功率超调量,同时提出电流自适应补偿的波长校准算法,提升不同功率下的波长稳定性,解决电流内环反馈时引起的波长和功率交叉影响问题。结果表明,仿真优化后的激光器功率超调量从1.528%降低至0.014%,系统调整次数由21减小至17;测试调制光栅Y分支型激光器60 min内的功率漂移量仅为0.0044 mW,稳定度达到0.0604%,波长漂移量为1.9 pm,稳定度达到1.22×10^(−6)。经校准,激光器的半导体光放大器电流在28~78 mA范围内,波长变化量从23.4 pm减小至2.6 pm。

基于遗传算法对氨气检测中温度补偿的研究

氨气是大气中常见的污染气体之一,其浓度检测结果易受到环境温度的影响,为准确检测氨气浓度,必须对温度的影响进行修正。该文将遗传算法与差分吸收光谱技术相结合,对氨气检测过程中温度的影响进行研究。基于紫外差分吸收光谱技术,搭建了296 K~328 K温度下的氨气检测系统,采用遗传算法对氨气检测结果进行温度补偿。结果表明,通过实验获得的温度补偿模型可有效消除温度对氨气检测的非线性影响,从而提高检测精度。在328 K温度下,44×10−6氨气检测结果的误差降低了26.97%,随着温度变化,线性相关系数均在0.99816以上;6×10−6氨气在温度补偿前后系统的检测限分别为0.198×10−6和0.278×10−6。

基于室内环境多参量传感的监测系统设计与实现

为解决传统监测系统稳定性差、测量精度低以及无配套应用软件等问题,设计并实现了一种基于室内环境多参量传感的监测系统。利用光纤光栅传感器对温度和湿度参量进行采集,使用解调器解调温度与湿度的波长信息,通过工控板结合解析算法将波长信息转换为有效波长数据,从而提高温度和湿度的测量精度。温度和湿度的测量精度分别为±0.1℃和±3.82%RH。利用光电型传感器对门磁、烟感和水浸参量进行采集,使用数据处理模块封装数据,并通过无线串口服务器将多参数据传输至服务器中。同时基于Eclipse开发工具利用Java语言实现软件平台,致力于解决传统监测系统无配套应用软件的问题。该系统能够远程监控室内环境状态,稳定性强,适用于各种室内环境监测的场所。

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题,设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件,对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计,并根据物镜和目镜的初始像差分布情况,利用优化函数,结合各种操作数,对系统的像差进一步优化。优化结果表明,物镜各视场的光学调制传递函数(MTF)值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85,目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3,具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点,设计并制备出系统连接的耦合器件,并搭建了一套传像系统,进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析,采用Gamma算法提高像面亮度,获得了高质量的传输图像。

调制光栅Y分支型激光器高效调谐特性研究

针对调制光栅Y分支型(MG-Y)激光器在实际应用中波长-电流查找表(LUT)构建效率低、调谐方式复杂、波长调谐时功率漂移量大等问题,对其调谐特性进行了深入研究。利用左、右反射器电流的调谐特性,设计出一种具有普适性的波长测试框架,能够高效且准确地定位激光器的平滑波长调谐路径。同时提出一种自适应功率校准算法,提升了激光器在波长调谐时的功率稳定性。测试结果表明:基于波长测试框架的LUT仅包含3147个反射器电流-波长组合;激光器的波长调谐范围为1528~1568 nm,波长调谐步长为5 pm;边模抑制比(SMSR)大于40 dB;波长准确度优于±2.9 pm;波长重复性优于1.9 pm;波长调谐时功率漂移量小于0.408 mW,稳定度为3.57%;解调出光纤非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器的腔长变化量小于7.58 nm,可以应用于光纤传感等实际场景。

基于光纤束的物镜设计与监控系统实现

为保证电气电子设备在辐射抗扰度试验中状态传输的稳定性,设计并实现了适用于试验环境的光纤束监控系统。系统主要由物镜、光纤束、转接镜和电荷耦合器件等组件构成。通过Zemax光学仿真软件,结合光纤束参数设计并优化了监控系统的物镜。设计结果表明:物镜在空间频率36 lp/mm处,各视场光学调制传递函数值大于0.8,像面大小与光纤束尺寸匹配,满足像方远心光路要求。对加工的物镜进行性能测试,表明其技术指标与理论设计比较相符。采用搭建的光纤束监控系统进行成像试验,并运用高斯滤波算法进行去像素化处理,提高了监控系统的视频传输质量,辐射抗扰度试验表明此系统具有良好的抗电磁干扰能力。

基于氧化锌涂层无芯光纤的氨气传感器研究

为实现大气污染物中氨气(NH3)的快速、准确测量,本文提出了一种基于氧化锌(ZnO)涂层单模-无芯-单模(SNS)光纤结构的高灵敏度NH3传感器。该传感器利用的是ZnO膜层吸附NH3后自身折射率改变,进而导致无芯光纤干涉谱谐振波长发生变化的特性。通过建立NH3体积分数与谐振波长偏移量的关系,最终实现了NH3体积分数的测量。本文基于模式传输理论对ZnO涂层SNS传感器的光谱特性进行了仿真,仿真结果显示:当ZnO膜层的折射率从1.929变化至1.889时,60 nm和130 nm ZnO膜厚下SNS传感器的灵敏度分别为11.8 nm/RIU和28.6 nm/RIU。制备了ZnO膜厚分别为60 nm和130 nm的SNS传感器,其在NH3体积分数为0~42.0×10^(-6)环境下的灵敏度相差不大,这主要是由ZnO对NH3的吸附饱和引起的。进一步分析获得60 nm ZnO膜厚下SNS传感器的平均灵敏度为16.87×10^(6)pm,检测限为6.6×10^(-6),响应时间和恢复时间分别为70 s和90 s。随着温度由16.5℃升至56℃,该传感器对NH3的检测灵敏度从17.96×10^(6)pm降低至7.57×10^(6)pm,温度和时间对检测限的影响分别为0.0237×10^(-6)℃-1和0.026×10^(-6)d^(-1),该传感器具有较好的稳定性。

基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器温度特性研究

对基于磁致折变效应的掺铒光纤磁场传感器的温度特性进行了理论分析和实验测量。理论上,基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)研究了温度对掺铒光纤磁致折变效应的影响,结果表明,温度升高会增大掺铒石英材料的原子磁矩,从而增强其磁致折变效应。实验上,基于磁致折变效应,以掺铒光纤作为Mach-Zehnder光纤干涉仪的传感臂,研制了磁场传感器,结果表明,干涉波谷的谐振波长随温度的升高发生红移,传感器的磁场灵敏度随之增加,16.7℃和43.5℃温度下传感器的灵敏度分别为12.63pm/mT和25.53pm/mT,温度变化会影响磁场的测量精度。

基于BGO晶体的磁光式冲击电流传感器及其信号处理

本文提出了一种基于偏振检测原理,采用Bi4Ge3O12(BGO)晶体的磁光式冲击电流传感器,可以测量幅值范围10 kA到90 kA的8/20μs冲击电流。由于冲击电流的持续时间极短,光源功率漂移对测量的干扰可以忽略,偏振检测结构可以保证测量结果的正确性。由于BGO晶体具有维尔德常数大的突出优点,传感器可以获得较高的测量灵敏度。利用小波分解法,并以信噪比(SNR)和平滑度(SR)作为去噪结果的评价标准,确定了合适的小波函数(Daubechies Db7)和分解层数(5层),有效地去除了测量结果中的干扰噪声。此电流传感器的灵敏度达到0.262 2°/kA,具有较好的线性度,且冲击电流幅值的测量误差控制在±5%以内。本文所提出的电流传感器具有结构简单、性能可靠的优点,适用于雷电流测试、核物理实验和高功率脉冲激光研究等恶劣环境下的冲击电流测量。