現(xiàn)代傳感及電力系統(tǒng)在線監(jiān)測：第2章-在線監(jiān)測系統(tǒng)及其組成2

1、現(xiàn)代傳感與電力系統(tǒng)在線監(jiān)測2017年5月教師：湖南大學教師：湖南大學 何赟澤何赟澤第3章 在線監(jiān)測系統(tǒng)及其組成系統(tǒng)的組成和分類系統(tǒng)的組成和分類傳感器傳感器信號處理系統(tǒng)（測量系統(tǒng)：放大、濾波）信號處理系統(tǒng)（測量系統(tǒng)：放大、濾波）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理（重點）數(shù)據(jù)處理（重點）故障診斷方法（重點）故障診斷方法（重點）抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng) 經(jīng)傳感器出來的信號一般先經(jīng)信號預處理、傳輸、信號處理部分再到A/D部分。因此，信號處理部分主要是對模擬信號進行處理，提高抗干擾能力和傳送能力。第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)信號經(jīng)過長距離傳送會產(chǎn)生衰減和畸變，同

2、時在傳輸過程中還可能有干擾信號進入而降低信噪比，特別對于微弱信號，干擾影響更大。預處理單元可安排在數(shù)據(jù)采集之前，甚至和傳感器安排在一起。一、信號預處理系統(tǒng)一、信號預處理系統(tǒng)預處理單元由放大倍數(shù)可調(diào)的程控放大器和抗干擾單元，如濾波器等構(gòu)成，主要是對輸入信號的電平作必要的調(diào)整和采取抑制干擾的措施以提高信噪比。第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)測量放大測量放大 對微小電信號，經(jīng)高共模抑制比測量放大電路后，可提高抗干擾能力。常用精密測量放大器如AD524或3集成儀用放大器組成。濾波提高抗干擾能力濾波提高抗干擾能力 分低通、高通、帶通、帶阻和全通（用于改變電路負載特性）等。 對幅頻特性要求較高時可采

3、用：二階壓控有源濾波器，如巴特沃斯濾波器 對相頻特性要求較高時可采用：貝塞爾濾波一、信號預處理系統(tǒng)一、信號預處理系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)特殊抗干擾處理特殊抗干擾處理 根據(jù)需要。如局放監(jiān)測中的差動平衡抗干擾技術(shù)，目的是抑制共模干擾。驅(qū)動驅(qū)動 信號要經(jīng)長電纜傳送，須經(jīng)阻抗變換，提高驅(qū)動能力，常用電路為射極跟隨器。若采用光傳送信號，此時還需進行電光變換（發(fā)光二極管）一、信號預處理系統(tǒng)一、信號預處理系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)電信號傳送電信號傳送光纖信號傳送光纖信號傳送第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系

4、統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)1 1、電信號傳送、電信號傳送電信號傳送一般采用同軸射頻電纜，實用中可采用多芯合一的方法增大直徑，提高電纜的機械強度。為提高電信號傳送的抗干擾能力，可采用光電隔離等抗干擾措施。第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)光電耦合器光電耦合器 信號通過電光轉(zhuǎn)換，以光信號傳送到下一單元，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后恢復為電信號，光電耦合器在電路上相互絕緣，隔離電位可從數(shù)百伏至數(shù)千伏 輸入阻抗一般僅幾百歐，干擾源的內(nèi)阻一般在兆歐以上，故能饋送到光電耦臺器輸入端的噪聲很?。?整個耦合器是密封的，不受外界光的影響。 耦合器輸入和輸出端之間寄生電容很小，僅0.

5、52皮法而絕緣電阻為l012歐。故輸出系統(tǒng)的干擾噪聲很難通過藕合器反饋到輸入系統(tǒng)。 光電耦合器本身的隔離效果和抗干擾能力是比較好的。特別適用于短距離信號的傳送。第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng) 采用光電隔離方式來隔離兩個系統(tǒng)之間的干擾。采用光電隔離方式來隔離兩個系統(tǒng)之間的干擾。 光信號的傳送用光纖來完成，特別適用于遠距離的信號傳光信號的傳送用光纖來完成，特別適用于遠距離的信號傳輸，抗干擾能力強。光纖分單模和多模兩種；輸，抗干擾能力強。光纖分單模和多模兩種； 光纖的耐壓很高，光纖的耐壓很高，1 1米光纖交流閃絡(luò)電壓大于米光纖交流閃絡(luò)電壓大于100kV100kV，可用，可用于隔離很高的電位。

6、于隔離很高的電位。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)2 2、光纖信號傳送、光纖信號傳送信號調(diào)制電光變換光纖傳送光電變換信號解調(diào)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸調(diào)幅式調(diào)制調(diào)幅式調(diào)制 由模擬信號直接對光載波進行光強度調(diào)制。 要求：光源的驅(qū)動電流與光功率輸出二者之間有好的線性關(guān)系。 優(yōu)點：線路簡單、頻帶寬。 缺點：LED的溫度特性會使光功率的輸出隨溫度而變化，LED電源電壓的變化以及LED的老化也會引起輸出光功率的變化。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸調(diào)頻式調(diào)制調(diào)頻式調(diào)制

7、 先將電信號調(diào)制為振幅不變而頻率隨調(diào)制信號（經(jīng)過預處理后的監(jiān)測信號）的幅度而變化的調(diào)頻波，再通過發(fā)光二極管的光/電轉(zhuǎn)換成和調(diào)頻電壓波相同的光信號的調(diào)頻波，然后輸入光纖。通過光纖輸出的光信號經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換恢復為電信號的調(diào)頻波，再經(jīng)解調(diào)DM、放大和低通濾波后復原為預處理后的電信號，而后送住數(shù)據(jù)采集單元。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸調(diào)頻式調(diào)制調(diào)頻式調(diào)制 頻率調(diào)制FM一般由壓控振蕩器或電壓頻率變換器來完成，解調(diào)DM一般選用鎖相環(huán)或鑒頻器和頻率一電壓變換器。 光源通常選用工作在紅外線范圍的波長0.85m左右的發(fā)光二極管；

8、光纖可選用階躍型多模光纖；壓控振蕩器的中心頻率比信號的最高頻率應至少高十倍，中心頻率必須保持穩(wěn)定；光檢測器(OE)可用PIN結(jié)構(gòu)的光電二極管。 優(yōu)點：當調(diào)頻波的波形和振幅受到干擾，波形發(fā)生畸變時，只要其基波頻率不變，則通過限幅線路的處理仍可獲得好的解調(diào)效果。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 將模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號后經(jīng)光纖傳送。 優(yōu)點：可以長距離傳送，抗干擾能力強，對信噪比的要求低，動態(tài)范圍寬，準確度好。省去了調(diào)制、解調(diào)、濾波等諸多部件，使信號傳輸

9、系統(tǒng)大為簡化，避免了由于調(diào)制器件的中心頻率不穩(wěn)定(例如受環(huán)境溫度的影響)而引起信號失真等問題。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸光電器件的選擇光電器件的選擇 光源（電光變換）光源（電光變換） 發(fā)光二極管發(fā)光二極管LEDLED：發(fā)光功率不大，發(fā)散角大，出纖功率小。結(jié)構(gòu)工藝簡單，壽命長 線性度好。適宜于短波長、短距離、小容量的光纖信號傳輸。 激光二極管激光二極管LDLD：發(fā)光功率大、出纖功率大、耦合效率高，工作壽命短，適用于中、長距離和大、中容量的通信。 光檢測器件（光電變換）光檢測器件（光電變換） PINPIN型光電

10、二極管型光電二極管：輸出功率小，線性關(guān)系好。 雪崩光電二極管雪崩光電二極管(APD)(APD)：輸出功率大，內(nèi)部有放大作用，易受溫度、偏壓的影響，適用于要求高靈敏度的場所二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸光電器件的選擇光電器件的選擇 光纖光纖 多模光纖多模光纖：纖芯直徑較大(60微米)，適用于發(fā)散角大的LED光源，可保證較好的耦合效率，損耗大，帶寬小，適合中容量、中、短距離的傳輸。 單模光纖單模光纖：纖徑較小(3微米)，要求光源發(fā)散角小，帶寬極大，適合于長距離、大容量傳輸。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系

11、統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)光電光纖信號傳輸光電光纖信號傳輸信號解調(diào)信號解調(diào) 根據(jù)調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)制方式分別確定相應的解調(diào)電路。 對于脈碼調(diào)制方式，信號接收后即可進行數(shù)字信號處理。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)信號的多路復用信號的多路復用 頻分復用頻分復用：將多路信號調(diào)制成不同中心頻率的調(diào)頻波，而后進入合成單元、電光轉(zhuǎn)換為合成的光信號，通過一路光纖系統(tǒng)傳送到另一端，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為合成的電信號，通過帶通濾波器分解為原來的多路調(diào)頻波，再分別經(jīng)解調(diào)、低通濾波復原為調(diào)制前的多路信號。復用路數(shù)越多則中心頻率越高些，頻分復用適用于模擬信號的傳輸 時

12、分復用時分復用：在不同時間上分別傳送不同的信號，適用于數(shù)字信號(脈碼調(diào)制方式)的傳送，結(jié)構(gòu)簡單，傳輸時間較長。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳送數(shù)據(jù)的傳送 并行傳送并行傳送：通過微機的并行接口傳送?？赏瑫r傳送多位數(shù)據(jù)，傳送速度快。程序查詢傳送程序中斷傳送直接存儲器存取傳送(又稱DMA方式) 串行傳送串行傳送：通過微機的RS232異步串行通訊端口傳送，傳輸時間長。二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)二、信號轉(zhuǎn)換及傳輸系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng) 程控放大或衰減程控放大或衰減 對傳送過來的信號進行自動放大或衰減，以滿足計算機A/D轉(zhuǎn)換幅值的

13、需要。可采用程控放大集成電路。 濾波濾波 對在傳輸過程中可能帶來的干擾再次濾波。 信號變換信號變換 對信號進行方波變換或鎖相倍頻跟蹤等特殊處理，以便進行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理。三、信號處理三、信號處理程控放大或衰減濾波信號變換A/D信號處理電路框圖第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是將模擬信號數(shù)字化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是將模擬信號數(shù)字化數(shù)據(jù)存儲多路轉(zhuǎn)換采樣保持A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖n模擬開關(guān)是一種在數(shù)字信號控制下將模擬信號接通或斷開的元件或電路。該開關(guān)由開關(guān)元件和控制（驅(qū)動）電路兩部分組成。n按切換的對象使用的元件：按切換的對象使用的元件：機械觸點式機械觸點式和和

14、電子式開關(guān)電子式開關(guān) 機械觸點式：機械觸點式：干簧繼電器，水銀繼電器及機械振子繼干簧繼電器，水銀繼電器及機械振子繼 電電器等。器等。 電子式開關(guān)：電子式開關(guān)：二極管、雙極性晶體管、場效應晶體管、光二極管、雙極性晶體管、場效應晶體管、光耦合器件及集成模擬開關(guān)等。耦合器件及集成模擬開關(guān)等。開關(guān)元件控制電路第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元多路轉(zhuǎn)換器可對各單元信號進行切換。多路開關(guān)接通時，其導通電阻一般有幾十幾百歐姆。多路模擬開關(guān)的主要要求 多路開關(guān)接通時，要求其靜態(tài)導通電阻無窮小 多路開關(guān)斷開

15、時，要求開路靜態(tài)電阻無窮大，即開關(guān)的漏電流越小越好 開關(guān)的切換速度越快越好第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、多路轉(zhuǎn)換單元一、多路轉(zhuǎn)換單元典型多路轉(zhuǎn)換開關(guān)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、采樣保持電路二、采樣保持電路采樣保持器通常由保持電容、輸入緩沖放大器、輸出緩沖放大器、模擬開關(guān)等組成采樣保持電路有兩種工作狀態(tài)：采樣狀態(tài)和保持狀態(tài)采樣保持器可分為三類：通用型（如AD582、AD583）、高速型（如HTS0025、AD585采樣時間3s）和高分辨率型（如DAC1138、SHAll44等）第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)二、采樣保持電路二、采樣保持電路反映采樣保持器性能的主要

16、指標 孔徑時間：從保持命令發(fā)出后，模式控制開關(guān)從由導通到完全斷開所需的時間 采樣時間，捕捉時間：采樣命令發(fā)生后，采樣保持電路由保持狀態(tài)轉(zhuǎn)到采樣狀態(tài)，保持電容上的電壓由所保持的值到達輸人信號的當前值所需的時間。 保持電壓的衰減速率：在保持狀態(tài)中，由于保持電容漏電流而使保持電壓下降。第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)典型采樣保持電路二、采樣保持電路二、采樣保持電路第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器用于將模擬量轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量常用的轉(zhuǎn)換方法：計數(shù)式、逐次逼近法和雙積分法分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器能測量的最小模擬輸入量轉(zhuǎn)換速度（采樣速度或采樣率）：低速采

17、樣如200kHz，高速采樣如1O0MHz等；量化誤差：等于1/2LSB，其大小也取決于ADC的位數(shù)。第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器逐次逼進式逐次逼進式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 比較器 D/A 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近 寄 存 器 邏輯控制 電 路 輸出緩沖器 輸出允許 轉(zhuǎn)換結(jié)束 啟動 時鐘 U i U S D n - 1 D 0 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器并行比較式并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 -1 +1 # N1 -1 +1 # -1 +1 # N2 N3 1 & 1 Ui d1 d0 3UR/4 UR/2 UR/

18、4 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三、三、A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1 1）分辨率：）分辨率： 指指A/DA/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓，是反映轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的最小電壓，是反映A/DA/D轉(zhuǎn)換器對最小模擬輸入值的敏感度。轉(zhuǎn)換器對最小模擬輸入值的敏感度。2 2）轉(zhuǎn)換時間：指從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的）轉(zhuǎn)換時間：指從輸入啟動轉(zhuǎn)換信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出的時間。數(shù)字量輸出的時間。3 3）量化和量化誤差。）量化和量化誤差。4 4）精度：）精度：5 5）線性度：當模擬量變化時，）線性度：當模擬量變化時，A/DA/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量按比例變轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量按

19、比例變化的程度化的程度6 6）量程：）量程：指能夠轉(zhuǎn)換的電壓的范圍：指能夠轉(zhuǎn)換的電壓的范圍：第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)典型模數(shù)轉(zhuǎn)換器第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是對監(jiān)測信號進行分析的工作，更準確地獲得反映設(shè)備（絕緣）狀態(tài)的特征量去偽存真 通過處理抑制干擾信號，提高信噪比，以防止對故障作出“誤報”或“漏報”，關(guān)鍵是要完善抗干擾措施。由表及里 對采集到的數(shù)據(jù)進行由表及里的分析處理，使之成為在線診斷設(shè)備故障的可靠判據(jù)，所能反映的信息更好地顯示出來。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)干擾的分類平均技術(shù)邏輯判斷軟件開窗數(shù)字濾波技術(shù)第五節(jié)第五節(jié)

20、 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)1、干擾的分類、干擾的分類周期性干擾信號連續(xù)周期性干擾（廣播、電力載波通信、高頻保護信號、諧波、工頻干擾）脈沖型周期性干擾（可控硅整流設(shè)備在可控硅開閉時產(chǎn)生的脈沖干擾信號、旋轉(zhuǎn)電機電刷和滑環(huán)間的電弧等）脈沖型干擾（高壓輸電線的電暈放電，相鄰電氣設(shè)備內(nèi)部放電，雷電，開關(guān)、繼電器的斷、合，電焊操作等無規(guī)律的隨機性干擾）干擾不同特征和性質(zhì)的干擾信號，需采取不同的措施抑制。監(jiān)測系統(tǒng)安裝在不同場合其干擾信號的構(gòu)成也不同，需針對現(xiàn)場的具體情況采取綜合性措施予以抑制。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)2、平

21、均技術(shù)、平均技術(shù)用軟件即數(shù)據(jù)處理的方法抑制干擾，主要是隨機性干擾。隨機性噪聲一般遵從正態(tài)分布，故將數(shù)據(jù)樣本多次代數(shù)和相加并取其平均值，即可減弱隨機性干擾影響而提高信噪比，若樣本數(shù)為N，則信噪比的改善為 (因為樣本均值的標準偏差為 是樣本的標準偏差的 )。采用平均技術(shù)需確定采樣率、每次采樣樣本的容量以及樣本數(shù)，而這些采樣值的采樣周期必須是嚴格相同的。NN1N0100200300400500600700800900100000.20.40.60.801002003004005006007008009001000-50501002003004005006007008009001000-0.500.5

22、101002003004005006007008009001000-0.200.20.40.6被測信號被測信號隨機噪聲隨機噪聲平均次數(shù)平均次數(shù)100平均次數(shù)平均次數(shù)500第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)3、邏輯判斷、邏輯判斷 從邏輯推理上設(shè)定一些判據(jù)去判斷測得的是真實信號還是干擾信號。例如監(jiān)測過程中僅測得一次幅值很高的信號，那么該信號很可能是一個隨機干擾信號，可在數(shù)據(jù)處理時舍棄。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)4、開窗、開窗 對一些已知的且相位固定的干擾可運用電子技術(shù)或軟件方法對這些信號不予采集或顯示或置零。

23、勵磁變壓器電流傳感器原始信號 第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波對數(shù)字信號按一定要求進行運算、處理，而后以數(shù)字形式輸出。數(shù)字濾波是一個計算程序，運用軟件的方法來抑制干擾，主要是連續(xù)的周期性干擾，可用于局部放電放電脈沖信號的監(jiān)測中。可任意改變?yōu)V波階數(shù)，中心頻率和帶寬。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器理想濾波器基本原理：對時域信號采用FFT頻域化，在頻域內(nèi)將不合理的突出干擾譜去掉，再IFFT反變換即測得時域內(nèi)去除干擾后的信號。時域信號FFT

24、變換頻域信號去掉不合理譜線IFFT反變換得到濾波后波形理想濾波器流程第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器理想濾波器 放電信號為理想的狄拉克沖激函數(shù)，干擾信號為放電信號為理想的狄拉克沖激函數(shù)，干擾信號為純正弦函數(shù)，兩種信號呈負效應在時域混疊在一純正弦函數(shù)，兩種信號呈負效應在時域混疊在一起（起（a a）。）。 經(jīng)快速傅里葉變換后經(jīng)快速傅里葉變換后(FFT)(FFT)，在頻域上局放信號，在頻域上局放信號的頻譜變成一條水平直線，包含所有的頻率分量，的頻譜變成一條水平直線，包含所有的頻率分量，是是“均勻譜均勻譜”；而干擾信號則

25、是單一頻率的沖激；而干擾信號則是單一頻率的沖激函數(shù)，兩者在頻域疊加后干擾譜線突出于局放譜函數(shù)，兩者在頻域疊加后干擾譜線突出于局放譜線之上（線之上（b b）。）。 將干擾譜線去除（將干擾譜線去除（c c）。）。 經(jīng)快遭傅里葉反變換經(jīng)快遭傅里葉反變換(IFFT)(IFFT)回到時域則可看出干回到時域則可看出干擾信號已被消除，只剩下局部放電信號（擾信號已被消除，只剩下局部放電信號（d d）。）。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)理想濾波器理想濾波器時域信號波形經(jīng)FFT變換后在頻域的信號數(shù)字濾波后在頻域的信號經(jīng)數(shù)字濾波和IFFT后在

26、時域的信號波形5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)2D FFT 濾波器濾波器圖像傅里葉變換：離散函數(shù)的傅里葉變換可以推廣到二維的情形。5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)2D FFT 濾波器濾波器第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器 S為信號，n0為連續(xù)的周期性干擾，與信號不相關(guān)，故原始輸入為S+n0。n1是來自同一干擾源通過不同傳輸途徑得到的干擾信號，與n0相關(guān)，和S不相關(guān)。n1經(jīng)自適應濾波器輸出為yn。 自適應濾波器的作用在于使yn非常接近于n0，送入減法器后，系統(tǒng)的輸出為： 若yn n0 ，則enS，

27、干擾完全消除。nnynSe0第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器實際中n1的求法 不可能有單獨的干擾源參考輸入n1，實際中只有含干擾的原始信號輸入Sn0，由于S為脈沖信號，n0為周期信號，在Sn0中插入適當?shù)墓潭〞r延，由于兩者的脈沖信號互不相關(guān)，就能較方便地將Sn0中的脈沖衰減，得到周期性的n1。在一定數(shù)量的時延下（一定運算階數(shù)），經(jīng)自適應算法使（Sn0）n1yn n0，即使（Sn0）不斷適應到n0，從而經(jīng)減法運算可將周期性干擾消除。第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾

28、數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器最終濾波輸出yn的求法根據(jù)式求en2的數(shù)學期望取即求得en在最小均方（LMS）意義上的最小值，得到最終的yn此時系統(tǒng)輸出nnynSe0)(2022nnynESEeE)(minmin2022nnynESEeESen第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波流程圖輸入S+n0多階時延信號MinE(En2）LMS算法W權(quán)值調(diào)整最終輸出ynen+-第五節(jié)第五節(jié) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)一、抗干擾數(shù)字處理技術(shù)5、數(shù)字濾波技術(shù)、數(shù)字濾波技術(shù)自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器自適應數(shù)字濾波器實例 LMS濾波器的輸出為：濾波器的權(quán)系數(shù)為時變的，為：自適應數(shù)字濾波系統(tǒng)的輸出為：10)()()(Miiinxnwny)(,),(),(110nwnwnwWMTnn