基于光纤移频延时环的Φ-OTDR信号衰落抑制方法

多频探测是相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)光纤传感系统中干涉衰落抑制的重要手段,但存在多频率生成造成结构复杂的问题。提出了一种基于光纤移频延时环的多频脉冲产生方法,设计了包含移频、放大、延时、滤波、隔离等环节的光纤环结构,使用简单结构实现了多频探测脉冲的产生与复用。并分别采用脉冲延时补偿算法与旋转矢量求和算法对瑞利后向散射拍频信号实现了数据对齐与数据聚合。实验结果表明,传感系统通过生成包含6个频率分量的多频探测脉冲,可在10.33 km的传感光纤上将衰落概率由26.43%优化至0.93%,并实现了信噪比为5.29 dB的振动信号准确定位,以及相关系数为0.997的振动信号线性解调,从而为Φ-OTDR系统在复杂环境下的振动信号抗衰落解调提供了新的解决方案。     

矿用带式输送机制动能量回收控制研究

将超级电容储能系统用于矿用带式输送机制动能量的回收与再利用,是一种有效的节能方法。然而,由于储能系统与负载之间功率不匹配,会造成的制动单元频繁启动、系统损耗增加等问题。提出了一种基于制动电压跟踪的动态回馈功率控制策略,并给出了一套完整的系统状态切换方案。对不同运行工况下功率最优分配路径进行分析,求解超级电容动态回馈功率,并实时调整超级电容充电过程中的阈值电压。仿真实验结果表明,所提控制策略能够有效提高系统的能量利用效率。     

基于DTW-GMM的光纤传感系统声纹识别方法

为了满足易燃易爆环境的声纹识别需求,设计了直线型萨格奈克干涉光纤声音传感系统,利用维纳滤波算法对语音数据进行了降噪,通过三电平削波法获取了基音周期特征,采用动态时间规整算法筛选了说话人样本,并提取了梅尔频率倒谱系数特征,运用高斯混合模型 期望最大化算法开展了声纹识别实验研究,同时探究了光纤声音传感系统的频率响应特性与声纹特征,研究了采集语音幅值对声纹识别结果的影响。实验结果表明,系统可实现300~3 500 Hz频率段的声音信号感知,声音幅值从0.9 V降至0.15 V时最大与次大对数似然值之差由35.5降至10.9,识别结果从成功变为失败。重复性实验表明,在10 km的传感光纤上,距声源2 m位置处,传感系统可对400段时长为3~5 s之间的文本无关语音段实现准确检测,且综合识别准确率为94.75％。本系统有望为易燃易爆环境中的设备故障、应急救援、渗漏监测等领域提供声纹识别的解决方案。     

基于光纤传感检测的局部放电信号去噪方法

针对局部放电超声信号检测过程中存在噪声干扰的问题,提出一种基于变分模态分解和改进小波去噪的噪声抑制方法。首先对局部放电信号进行变分模态分解,得到若干频带分布不同的本征模态分量,结合模态的峭度剔除窄带干扰主导的分量;然后利用改进的小波去噪法,将其余有效模态分量中残留的白噪声进一步滤除;最后将剩余分量进行信号重构实现噪声抑制。对仿真局部放电信号去噪的结果表明,所提方法可提升信噪比约12.1 dB,且能够更加完整地保留原始信号波形。此外,在实验室环境下搭建了10 kV电压等级的局部放电模拟系统,采用Sagnac光纤传感检测局部放电超声信号。实验结果表明,所提方法具有良好的去噪性能,对实测信号的噪声抑制比达到了7.504。     

基于复合干涉原理的局部放电检测光纤传感器

针对基于传统干涉结构的局部放电检测光纤传感器存在参考光纤隔音处理难、不利于现场布设等问题,设计了Mach-Zehnder与Sagnac复合干涉结构的光纤传感器。本研究应用延迟光纤与直线型传感光纤结构解决了上述问题,采用3×3耦合器对光信号引入相移以增加系统的动态响应范围,并阐明了传感光纤以及延迟光纤长度对系统传感特性的影响规律。利用局部放电模拟装置进行性能测试的实验证明,所设计的局部放电检测光纤传感器具有良好的响应性能,测得局部放电信号的时域响应峰峰值为2.45 V,频率分布范围为10.62 kHz～57.73 kHz。研究表明该复合干涉结构可有效提升局部放电检测光纤传感器的检测性能,提高现场适应性。     

基于分布式光纤传感技术结合维纳滤波的架空线路舞动监测方法

电力系统中输电线路由于天气影响极易产生舞动现象,威胁电网安全运行。针对这一现象提出一种基于分布式光纤传感技术结合维纳滤波的架空线路舞动监测方法。通过分析沿导线内光纤传播的后向瑞利散射信号得到架空线缆的舞动信息,经过正交解调算法实现舞动定位与舞动波形重构,同时结合维纳滤波算法消除由于波形重构存在的相位漂移和环境噪声。仿真及实验测试结果表明,该方法能直观地呈现整条线路舞动状况,并在舞动信号频率为0.8 Hz的情况下,成功消除了0.05 Hz的低频漂移信号,将信噪比提高了9.89 d B,减少了环境噪声的影响。该方法对架空线路的舞动监测提供了一种新的思路。     

Φ-OTDR系统非对称光纤耦合器相位解调方法研究

针对3×3光纤耦合器三路输出信号非旋转对称易导致相位解调产生误差的问题,提出了基于3×3光纤耦合器两路输出信号的非对称光纤耦合器相位解调系统理论,通过软件仿真分析验证了系统对单频周期信号与三次谐波信号的相位解调能力,并在相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR)上开展了光纤振动传感系统相位解调性能测试。实验结果表明,系统能够实现200～4 000 Hz频率范围内的相位解调,振动定位绝对误差在±10 m以内,系统空间分辨率为21 m。本方法在减少系统硬件成本的基础上,为Φ-OTDR系统光纤耦合器分光比与相位差不恒定问题提供了新的解决思路与参考方案,可在交通安全监测等领域进行应用推广。     

制动能量回收系统中超级电容充放电特性研究

超级电容作为一种新型环保储能元件,被广泛应用于能量回收系统中,但其模组参数和充放电特性将影响储能系统的控制性能。论文根据系统要求,计算和选取了经济型超级电容模组,理论建模分析了超级电容的充放电特性,采用先恒流后恒压的充电和变负载放电方式,搭建了制动能量回收储能系统的超级电容充放电实验系统。实验验证了充电电流越大充电时间越短和放电电流能够自动匹配负载大小的充放电规律,同时验证了电流设定值对放电规律的影响。     

基于伯格算法的双马赫-曾德干涉光纤传感系统

针对双马赫-曾德干涉型光纤振动传感系统定位误差较大的问题,提出了一种基于伯格算法的振动定位方法。 利用频谱分析法比较伯格算法与快速傅里叶变换算法在不同频数下的能量特征,通过能量比计算确定最优频数,并进行伯格算法最优阶数的选值分析。 在最优频数与最优阶数条件下提取特征数据帧,通过互相关计算获取双路振动信号之间的时延,进而获得振动位置。 在双马赫-曾德干涉光纤振动传感系统中,开展了振动定位实验研究。 实验结果表明,在 2. 2 km 的传感光纤上,本方法能顺利提取出振动信号频率的特征数据帧,且振动定位绝对误差为 7. 3 m,为提升双马赫-曾德干涉光纤传感系统定位精度提供了新方法。     

一种交错并联零电流软开关双向DC/DC变换器设计*

针对传统交错并联式双向DC/DC变换器在高频大功率工作时,开关管损耗大的问题,设计了一种零电流软开关交错并联式双向DC/DC变换器;通过在开关过程前后引入谐振,实现零电流开通和零电流关断,降低开关损耗;进一步分时段模态分析了Boost/Buck模式下的电路工作机理,并在其基础上提出了一种适用于特定占空比的改进型零电流软开关双向DC/DC变换器。最后,通过仿真对比,验证了所设计零电流软开关变换器能量转换效率得到了提高。