光谱吸收式瓦斯气体传感器及其信号处理方法

基于气体在其特征吸收波长下光的吸收随浓度变化的机理,通过对甲烷气体吸收光谱的分析,建立了谐波检测的数学模型,提出了一种光谱吸收式甲烷气体检测系统。该系统以1 654nm为中心波长的半导体激光二极管(LD)作为光源,并采用波长响应范围为1.0~2.9μm的高灵敏度、低噪声的PbS前置放大光电探测器。通过光源调制实现气体浓度的谐波检测,利用选频放大器对传输信号进行二次谐波检测及噪声滤除,利用一次谐波与二次谐波的比值来消除由光源的不稳定等因素所引起的检测误差。研究表明,灵敏度、精确度和稳定性等性能指标均可满足甲烷气体检测的要求。     

基于TDLAS技术的高斯线型二次谐波数值模拟与分析

作为新的痕量气体监测分析方法,可调谐二极管激光吸收光谱学的二次谐波技术在大气化学研究和污染气体监测得到实际应用.本文以CO气体的中心波长为λ0=1 579.74 nm的P(5)振-转吸收谱线为目标,建立高斯-线型的二次谐波信号数值模型,仿真得到二次谐波曲线,研究了二次谐波信号特性与调制度m的关系.并对仿真结果与洛仑兹吸收线型二次谐波信号特性进行了分析和比较.     

基于一次谐波的光谱吸收式甲烷气体传感器设计

甲烷气体检测是工业生产、环境监测和科学研究领域中的一个重要研究课题.该文在基于波长调制技术的光谱吸收式光纤气体检测方法的基础上,分析了一次谐波信号的数学模型,提出了一种基于一次谐波设计的光纤甲烷气体传感器的实施方案,设计精确的电流和温度电路控制垂直腔面发射激光器,利用锁相放大器AD630提取一次谐波信号幅度,实现对不同浓度的甲烷气体进行测量.实验结果表明,一次谐波信号幅度与浓度存在着很好的线性关系,分辨率达到20ppm.该系统消除了光源波动的影响,工作稳定,简化了结构,调试简便.     

基于煤矿瓦斯浓度的窄带光源谐波检测技术研究

在对煤矿瓦斯气体浓度的检测中,由于噪声、气体的吸收峰很窄、光源波长随温度的漂移等原因将引起测量的不稳定,通过采用对激光器的中心波长和气体吸收峰中心波长对准,测量光经过气体时的损耗就可以检测气体的浓度,利用一次谐波作为误差信号,可将光源精确地锁定在气体吸收峰上,并给出了窄带光源谐波检测的理论依据.实验结果表明,该方法可应用于甲烷气体浓度的光谱测量,它具有高精度、强选择性、快速响应等特点.     

基于Toeplitz算法的谐波和间谐波参数估计

为准确地检测电力系统中谐波信号的参数,从被检测信号噪声的基本特性出发,将空间谱估计理论中的Toeplitz算法应用于谐波、间谐波参数检测.首先对采样信号构成的自相关矩阵进行奇异值分解,根据不同时刻白噪声相互独立的原理划分出噪声子空间和信号子空间,再利用最小二乘法和旋转不变参数估计的原理,实现信号的频率和幅值参数的准确估计.根据白噪声均值为0的特性,通过仿真实验和现场数据分析表明:本文提出的方法在提高谐波和间谐波的参数估计精度和抗噪能力等方面具有较好的可行性和有效性,能满足实际应用的需要.     

APF指定次谐波电流无差拍控制策略

针对传感器在信号采集时易受噪声干扰影响检测精度的问题,提出一种基于卡尔曼预测的指定次谐波电流无差拍控制方法.该方法是通过离散傅里叶谐波检测方法检测出电网中指定次谐波含量,建立当前的谐波方程,通过卡尔曼算法预测出下一补偿时刻该次谐波的相位和幅值,从而确定该补偿时刻的指令电流.研究结果表明:卡尔曼算法预测同时可以滤除干扰信号,实现指定次谐波电流的高精度无差拍控制.研究结果突破了传统无差拍控制受噪声干扰的问题,实现了电网中含量较高的5、7次谐波采用单独检测与单独补偿,对提高有源电力滤波器补偿精度具有实际应用价值.     

基于TAM谐波检测方法

针对传统谐波检测方法及其存在的问题,将TAM方法应用于谐波检测。该方法以信号空间模型为基础,结合子空间旋转不变性和最小二乘法实现了电力系统的谐波检测。首先求解采样信号数据矩阵的协方差矩阵,然后对协方差矩阵进行奇异值分解,利用最小二乘法的原理减少噪声影响,得到较为精确的频率和幅值估计参数。仿真实验结果表明：该算法精确有效...     

微弱振动信号的谐波小波频域提取

为解决设备故障检测和故障预报中某些微弱振动信号难以提取出来的问题,在介绍谐波小波变换的优良特性及其基本原理的基础上,给出了谐波小波变换的实现技术.在不减少信息点数的情况下,用谐波小波变换成功地对微弱振动信号实现了频域提取与时域重构,并且实现了强噪声下微弱周期振动信号的频域提取.通过算例和工程实例,说明谐波小波方法在微弱信号的频域提取能力和精度上明显优于基于二进分解的小波方法和傅里叶分析方法,且在混有强噪声的信号提取中消除了二进小波包仍然存在的噪声泄漏,同时也显示了谐波小波变换的频域保相特性.     

混沌噪声背景下弱谐波信号的GRNN检测

针对BP(Back Propagation)神经网络方法存在训练时间长,收敛性能不理想;RBF(Radial BasisFunction)神经网络的隐层结构对鲁棒性影响大的问题,将广义回归神经网络GRNN(GeneralizationRegression Neural Network)引入混沌背景下的弱谐波信号检测中,提出了一种提取混沌噪声背景下微弱谐波信号的GRNN检测方法.该方法利用GRNN建立噪声混沌背景的最优一步预测模型,再结合频域处理预测误差提取微弱信号,以Duffing系统产生混沌时序作为混沌背景,使用该方法用MATLAB6.1验证在没有噪声、存在高斯白噪声和存在色噪声情况下的混沌背景下的弱谐波信号检测.实验结果表明,谐波对混沌的信噪比达到-36dB时仍然可以检测出谐波.     

高精度介质损耗角实时在线测量方法

为提高电气设备介质损耗角的测量精度,利用最优相关滤波法提取基波信号,通过短时傅里叶变换（STFT）插值谐波方法,抑制长频谱泄露的影响。仿真结果表明,最优相关滤波法可以克服加性噪声和调制性噪声的影响,在低信噪比情况下,能够有效消除噪声并检测出有用信号,提高STFT加窗谐波分析法的计算精度。系统频率在49.5～50.5 Hz时,该算法仍能保持较高的计算精度,且受频率变化影响较小。该方法能有效提高信号的分辨能力和准确度。     

TDLAS二次谐波信号检测下限计算方法的研究

Atmospheric trace gas detection method based on tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) has high sensitivity and real-time response characteristics. According to the characteristics of semiconductor lasers, amplitude modulation and residual amplitude modulation noise can also occur when the wavelength is modulated directly and the impact can not be ignored in the case of larger absorption linewidth. In order to investigate the impact of residual amplitude modulation to SNR and detection limit, a second harmonic signal analysis and extraction method is introduced with taking into account simultaneously the wavelength and amplitude modulation. The difference between peak and valley of second harmonic signal are utilized for the system detection signal to calculate the SNR and detection limit. The results show that residual amplitude modulation noise is an important factor to affect the detection limit.     

基于TDLAS一次谐波的甲烷浓度检测系统及其温度补偿研究

本文结合甲烷1 653.72 nm波长2v3带R3支气体吸收线,分析温度变化对甲烷吸收线的谱线特性及甲烷气体浓度测量产生的影响。基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱技术,应用一次谐波信号检测甲烷气体的浓度,通过温度补偿抑制环境温度变化给检测带来的干扰。实验结果表明,研制的甲烷浓度检测系统的性能稳定,利用温度补偿系数校准后系统测量偏差在1%以内,可以有效地提高系统的检测精度。     

一种改进的LSA语音增强算法

针对说话人识别的噪声鲁棒性问题,在对数谱最小均方差误差估计算法基础上,采用改进的最小值控制递归平均算法对语音帧信噪比进行估计,通过对前一帧的短时功率谱进行2次平滑和前向多帧最小值搜索,结合语音存在概率估计出当前帧的信噪比,并根据信噪比自适应调整增益因子的大小,对噪声进行消除。构建了一种改进的LSA语音增强方法,使用该方法可以使增强后的语音保持较高的自然度。实验结果表明,与MMSE-LSA算法比较,改进的LSA算法具有更好的语音增强效果,在5dB各类噪声环境下,其平均信噪比较MMSE-LSA算法提高1.36dB,主观语音质量评估平均提高8%。将该方法用于说话人识别系统,其检测代价较采用MMSE-LSA算法的系统平均降低3%。     

利用Radon-Wigner变换的LFM信号检测性能分析

针对线性调频(LFM)信号的检测问题,通过利用LFM信号在时频平面上的能量聚集特性,采用Radon-Wigner变换(RWT)实现了LFM信号的检测,并对其检测性能进行了分析,得到了噪声背景下RWT输出的信噪比,进一步推导了高斯白噪声下的检测概率.仿真实验证明了这种方法的有效性,且在低信噪比环境下有着较好的检测性能.     

精密控制机械震源特征及信号检测方法

基于精密控制机械震源(ACROSS)信号与石油工业上的常规可控震源的特征差异,对ACROSS信号进行互相关、短时相关、相干和反褶积等四种方法处理分析,并分别从重复性、走时剖面、频谱特征以及信噪比等方面对处理结果进行对比分析研究。结果表明:互相关方法处理结果稳定性好,能较好地突出高能量频率成分,但不适用于在频谱特征里能量相差较大的窄带信号分析;ACROSS信号与环境背景噪声在频谱上有重叠,短时相关法会放大噪声的作用,其效果较相干和反褶积法显得略差一些;信噪比对相干和反褶积法处理结果的稳定性影响较大,相干和反褶积法适合于具有一定信噪比的ACROSS信号检测分析。     

基于变尺度杜芬阵列的超声非线性输出信号检测

针对超声非线性输出信号中二次谐波信号比较弱、且是经过复杂传播的非线性时间序列,利用变尺度杜芬阵列对超声非线性输出信号进行检测评估材料的疲劳损伤。首先对杜芬振子进行频率变换、分析初始相位对检测结果的影响,构建检测实际工程信号的杜芬阵列模型,并对超声非线性输出信号进行变尺度变换,使杜芬阵列与超声非线性输出信号相匹配。当处理信号输入杜芬阵列模型时,第二个杜芬振子相轨迹由混沌状态过渡至大尺度周期状态,微弱二次谐波信号可以被有效的检测出来。根据杜芬振子总驱动力幅值和响应信号幅值之间的对应关系对二次谐波信号幅值进行有效估算。最后,探究随机噪声对检测模型的影响,当待测信号含有噪声时,杜芬振子相图仍变为大尺度周期状态,随着信噪比降低,相轨迹越来越粗糙,且稳定性变差。以上分析表明,利用构建的杜芬阵列模型能够有效检测超声非线性输出信号的二次谐波,对材料的疲劳损伤状态进行有效评估。     

变压器油中多组分故障气体的光纤检测

阐述了变压器油中故障气体光纤检测的意义，分析了气体浓度二次和三次谐波检测与调制点的关系；提出了方波调制ＬＤ的非机械斩波时分－差分检测方法；讨论分析了多组分气体的检测方法及其适用条件     

一种基于扩频信号的散射通信信噪比估计方法

针对散射多径衰落信道下信噪比估计误差较大的问题,提出一种基于扩频信号的信噪比估计方法,该方法在散射通信信道模型的基础上,给出散射通信信噪比估计方案并设计数据帧结构,提出基于扩频信号的信噪比估计方法并给出合路信噪比计算公式,同时提出采用特定接收信号处理算法的等效信噪比计算方法,用于准确表征散射通信中的有效信噪比.仿真结果表明该信噪比估计方法估计准确,等效信噪比计算方法正确有效,相比其他信噪比估计方法,估计范围更宽,可有效解决多径信道信噪比准确估计问题.