發(fā)布時間：2020-12-10 15:50

　　采用光聲光譜法對變壓器油中溶解氣體的濃度進行在線監(jiān)測時,低濃度氣體激發(fā)的弱光聲信號中夾雜有強噪聲,傳統(tǒng)的單一數(shù)字鎖相放大器難以將其高效濾出,導致該方法對低濃度氣體的檢測精度低、穩(wěn)定性差。為了進一步的降低噪聲干擾、提高對低濃度氣體的監(jiān)測精度,提出卡爾曼濾波結合數(shù)字鎖相放大器的光聲信號降噪方法,在鎖相放大環(huán)節(jié)中加入卡爾曼濾波器,利用卡爾曼濾波的降噪作用,使疊加在鎖定頻率信號中的噪聲進一步減小,從而提高對低濃度氣體的監(jiān)測精度。在Matlab/Simulink中進行仿真,結果表明在信噪比相同情況下所提方法輸出信號波形的波動率比傳統(tǒng)方法減小了53.51%;通過實驗驗證,結果表明在測量標準濃度為5 ppm的C₂H₂氣體時,所提方法的測量精度較傳統(tǒng)方法提高了11.6%;仿真和實驗皆驗證了所提方法的合理性與有效性。 

【文章來源】：儀表技術與傳感器. 2020年10期 第98-102頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

鎖相放大器結構圖

為了減小所采集電壓有效值的波動,在低通濾波器后加入卡爾曼濾波器進行二級降噪,卡爾曼濾波與鎖相放大器結合降噪結構圖如圖2所示。當信噪比低于可識別的下限時,由式(3)得相敏檢測器輸出值為 1 2 [X+W(t)] cos φ,W(t) 為提取信號頻率后疊加在幅值中的噪聲,W(t)=n(t)且W(t)>X,經低通濾波器輸出的有效值為 1 2 2 [X+ W ′ (t)], W ′ (t)< W(t) 。將該輸出值送入卡爾曼濾波器進一步處理,其狀態(tài)方程和觀測方程如式(11)、式(12)所示:

仿真后的實際輸出信號與原始光聲信號對比如圖3所示,可以看出在該條件下,光聲信號完全湮沒在噪聲中,其噪聲強度達到光聲信號強度的10倍,若不能高效提取真實信號將導致測量結果嚴重失真。傳統(tǒng)鎖相放大器進行信號提取時其仿真結果如圖4所示,經過2 s后其頻率與相位鎖定,且與實際信號頻率一致,但是其信號幅值的波動很大,其峰值為真實信號峰值的2.41倍,谷值信號僅為真實信號的0.56倍,這是由于該信號的信噪比已經低于鎖相放大器可以識別的下限,單一鎖相放大器提取的信號中仍疊加有較強的噪聲而導致波形失真,若用該輸出信號計算氣體濃度會產生嚴重誤差。

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本文編號：2908961