專利名稱：一種用于電纜微弱電壓信號(hào)檢測(cè)的降噪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低遠(yuǎn)距離超導(dǎo)輸電電纜微弱電壓信號(hào)測(cè)量時(shí)電磁干擾的裝置。
背景技術(shù)：

超導(dǎo)輸電電纜利用超導(dǎo)體的零電阻特性，有望在未來(lái)遠(yuǎn)距離大容量輸電中發(fā)揮重要作用。超導(dǎo)輸電電纜正常運(yùn)行時(shí)的電壓降接近I微伏/米，若輸送直流電，則該電壓更小。由于超導(dǎo)輸電電纜電壓降是損耗計(jì)算的基礎(chǔ)，而損耗是制冷的依據(jù)，也是系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，因此必須對(duì)超導(dǎo)輸電電纜電壓降進(jìn)行測(cè)量。然而，超導(dǎo)輸電電纜均運(yùn)行于大電流、高電壓環(huán)境中，由此產(chǎn)生的電磁干擾通過(guò)通電導(dǎo)體耦合進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)，引起的干擾信號(hào)超過(guò)毫伏，是測(cè)量誤差的重要來(lái)源，必須對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制。屏蔽、雙絞、濾波和有效接地等是抑制電磁干擾的有效手段，對(duì)于微弱信號(hào)檢測(cè)均具有極為重要的指導(dǎo)意義，但超導(dǎo)輸電電纜測(cè)量中的微伏級(jí)電壓信號(hào)幅值遠(yuǎn)小于外部電磁干擾引入的噪聲，不能簡(jiǎn)單采取上述理論籠統(tǒng)處理。屏蔽可以在很大程度上避免電磁干擾耦合進(jìn)入測(cè)量引線，而待測(cè)導(dǎo)體同樣會(huì)耦合電磁干擾，對(duì)通電導(dǎo)體增加屏蔽層顯然是不合實(shí)際的；盡量減小電路所圍成的面積也可以減小磁場(chǎng)干擾，而在電流動(dòng)態(tài)變化時(shí)磁場(chǎng)較強(qiáng)，極小的面積也會(huì)產(chǎn)生超過(guò)數(shù)十微伏的電壓噪聲，相比待測(cè)信號(hào)已經(jīng)非常大；通過(guò)在儀表輸入信號(hào)處增加濾波器可以濾除部分干擾，但濾波器本身引入的熱噪聲就非常難處理。自適應(yīng)噪聲抵消以干擾噪聲為處理對(duì)象，利用噪聲與被測(cè)信號(hào)不相關(guān)的特點(diǎn)，自適應(yīng)地調(diào)整濾波器的傳輸特性，盡可能地抑制和衰減干擾噪聲，以提高信號(hào)檢測(cè)或信號(hào)傳遞的信噪比。自適應(yīng)噪聲抵消不需要預(yù)先知道干擾噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，在通信、雷達(dá)、聲納、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。中國(guó)發(fā)明專利200810052143. I和200610015693. 7分別公開了基于FPGA設(shè)計(jì)的串行和并行自適應(yīng)消噪模塊。中國(guó)發(fā)明專利200710192482. 5公開了一種自適應(yīng)隨機(jī)共振微弱信號(hào)檢測(cè)方法。文獻(xiàn)(梁炎明，基于自適應(yīng)噪聲抵消的CZ單晶爐爐膛溫度信號(hào)處理，2011，28 (I) =94-100)為濾除CZ單晶爐爐膛溫度信號(hào)在單晶生長(zhǎng)過(guò)程中存在的低頻干擾，設(shè)計(jì)了一種基于噪聲抵消技術(shù)的濾波裝置。文獻(xiàn)(吳艷群等，光纖矢量水聽器系統(tǒng)本底噪聲的自適應(yīng)抵消，2011,38(3) :1-5)通過(guò)在光學(xué)系統(tǒng)中增加一個(gè)與傳感邁克耳孫干涉儀結(jié)構(gòu)參數(shù)相等的對(duì)聲壓不敏感的參考干涉儀作為參考通道，獲得由光源與電路等共同噪聲源引入到各干涉儀的高相關(guān)噪聲，通過(guò)采用自適應(yīng)噪聲抵消的降噪裝置，以降低干涉型光纖矢量水聽器系統(tǒng)本底噪聲，拓展其在低頻遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。文獻(xiàn)(文靜，基于噪聲白化準(zhǔn)則的自適應(yīng)噪聲抵消方法，2010，31 (8) =1693-1699)針對(duì)泄漏檢測(cè)定位的工程實(shí)際，設(shè)計(jì)了基于噪聲白化準(zhǔn)則的自適應(yīng)噪聲抵消裝置，以提高泄漏檢測(cè)信號(hào)的信噪比，提高管道泄漏檢測(cè)定位性能。文獻(xiàn)(高晉占，微弱信號(hào)檢測(cè)，清華大學(xué)出版社，2004 =305-307)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)陷波濾波器，以消除50Hz交流市電對(duì)心電圖波形干擾° 文獻(xiàn)(Kalpesh Doshi 等，Time-varying magnetic field coupled noisereduction in low-voltage measurements in superconductors, IEEE transactions oninstrumentation and measurement, 2011,60 (3) :990-995)針對(duì)時(shí)變磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)體微弱電壓信號(hào)的干擾，設(shè)計(jì)了采用輔助測(cè)量環(huán)路直接抵消的磁場(chǎng)干擾的裝置。以上裝置和方法均只能針對(duì)特定對(duì)象的特定噪聲進(jìn)行處理，不適用于高電壓、大電流超導(dǎo)輸電電纜電磁干擾的抑制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)高電壓、大電流超導(dǎo)輸電電纜電磁干擾的抑制，提出一種采用輔助回路測(cè)量超導(dǎo)輸電電纜電磁干擾的自適應(yīng)濾波器，以抵消可能的電磁干擾，提高所測(cè)信號(hào)的信噪比。本發(fā)明中所述的“遠(yuǎn)端”系相對(duì)“近端”而言，“近端”是指信號(hào)線、輔助信號(hào)線、中間 導(dǎo)體和超導(dǎo)輸電電纜安裝后位于自適應(yīng)濾波系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所處位置處的端部，“遠(yuǎn)端”則是指信號(hào)線、輔助信號(hào)線、中間導(dǎo)體和超導(dǎo)輸電電纜安裝后遠(yuǎn)離自適應(yīng)濾波系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所處位置處的另一端部。本發(fā)明的自適應(yīng)降噪裝置包括信號(hào)線、輔助信號(hào)線、中間導(dǎo)體、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自適應(yīng)濾波系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自適應(yīng)濾波系統(tǒng)安裝在超導(dǎo)輸電電纜的近端。超導(dǎo)輸電電纜的通電導(dǎo)體在其兩端通過(guò)低溫電連接器將信號(hào)引出，其中超導(dǎo)輸電電纜的通電導(dǎo)體近端的低溫電連接器引出的信號(hào)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一采樣接口信號(hào)輸入端連接；超導(dǎo)輸電電纜的通電導(dǎo)體遠(yuǎn)端的低溫電連接器引出的信號(hào)與信號(hào)線的遠(yuǎn)端連接，信號(hào)線的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一采樣接口信號(hào)地連接，由此形成待測(cè)信號(hào)回路；中間導(dǎo)體的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口信號(hào)輸入端連接，中間導(dǎo)體的遠(yuǎn)端與輔助信號(hào)線的遠(yuǎn)端連接，輔助信號(hào)線的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口信號(hào)地連接，由此形成閉合輔助測(cè)量回路；信號(hào)線和輔助信號(hào)線均采用相同型號(hào)的帶金屬屏蔽層的電纜，雙絞后安裝；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步采集信號(hào)線和輔助信號(hào)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后發(fā)送到自適應(yīng)濾波系統(tǒng)進(jìn)行處理；自適應(yīng)濾波系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，采用自適應(yīng)算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行降噪處理，得到所需的信號(hào)，在監(jiān)控中心進(jìn)行顯示，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心備用。所述的信號(hào)線的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一采樣接口信號(hào)地連接，信號(hào)線的遠(yuǎn)端與超導(dǎo)輸電電纜遠(yuǎn)端的低溫電連接器輸出端口連接，用于將超導(dǎo)輸電電纜端電壓信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。信號(hào)線應(yīng)采用帶金屬屏蔽層的電纜，且與超導(dǎo)輸電電纜圍成的面積盡可能小，以減少交變電磁場(chǎng)的干擾。信號(hào)線的金屬屏蔽層需根據(jù)規(guī)則接地，一般情況下在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)附近單端接地。測(cè)量時(shí)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于超導(dǎo)輸電電纜的一端，超導(dǎo)輸電電纜另一端的信號(hào)經(jīng)信號(hào)線傳回?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。信號(hào)線應(yīng)采用相同型號(hào)電纜，且避免采用多段電纜串聯(lián)焊接的形式，即盡量使用一根完整的導(dǎo)線，以降低焊接點(diǎn)接觸電阻產(chǎn)生的Ι/f噪聲。所述的輔助信號(hào)線的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口信號(hào)地連接，輔助信號(hào)線的遠(yuǎn)端與中間導(dǎo)體的遠(yuǎn)端連接，用于將中間導(dǎo)體遠(yuǎn)端的信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。輔助信號(hào)線采用與信號(hào)線相同型號(hào)的帶金屬屏蔽層的電纜，與信號(hào)線雙絞后布設(shè)，輔助信號(hào)線采用與信號(hào)線二者的金屬屏蔽層在一端鉸接后單端接地。由于輔助信號(hào)線和信號(hào)線采用相同的材料、結(jié)構(gòu)，則二者產(chǎn)生的本底噪聲基本上特性一致，而相同的路徑使得二者耦合的外部電磁干擾特征也基本一致，因此可以認(rèn)為能夠通過(guò)輔助信號(hào)線實(shí)時(shí)獲得與該傳播路徑上信號(hào)線本底噪聲特性相關(guān)的信號(hào)。
所述的中間導(dǎo)體與超導(dǎo)輸電電纜盡可能緊貼平行安裝，中間導(dǎo)體的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口信號(hào)輸入端連接，中間導(dǎo)體的遠(yuǎn)端與輔助信號(hào)線的遠(yuǎn)端連接。由于超導(dǎo)輸電電纜傳輸電流均較大，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)在通電導(dǎo)體上產(chǎn)生電磁干擾。將中間導(dǎo)體應(yīng)與待測(cè)信號(hào)源緊貼平行安裝，則可以獲得與該通電導(dǎo)體所受干擾特性相同的信號(hào)。中間導(dǎo)體和輔助信號(hào)線可以構(gòu)成輔助回路，敏感電磁干擾等，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口采集的輔助回路信號(hào)用作自適應(yīng)濾波系統(tǒng)的參考輸入信號(hào)。所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第一采樣接口輸入信號(hào)端與超導(dǎo)輸電電纜通電導(dǎo)體近端低溫電連接器引出的信號(hào)連接，第一采樣接口信號(hào)地與信號(hào)線的近端連接；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的第二采樣接口輸入信號(hào)端與中間導(dǎo)體的近端連接，第二采樣接口信號(hào)地與輔助信號(hào)線的近端連接。用于實(shí)時(shí)、同步、高速采集信號(hào)線和輔助信號(hào)線傳回的模擬信號(hào)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到自適應(yīng)濾波系統(tǒng)進(jìn)行處理。所述的自適應(yīng)濾波系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。采用通常的自適應(yīng)噪聲抵消策略。自適應(yīng)濾波系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)返回的信號(hào)線回路數(shù)據(jù)作為待處理源信號(hào)，將輔助信號(hào)線傳回的輔助回路信號(hào)作為參考信號(hào)。由于通過(guò)輔助信號(hào)線采集的信號(hào)只是與待測(cè)超導(dǎo)輸電電纜電壓信號(hào)混入的噪聲特性相關(guān)，并不完全一致，因此不能直接補(bǔ)償，而需通過(guò)自適應(yīng)濾波器來(lái)均衡兩個(gè)通道間的差異。自適應(yīng)濾波過(guò)程采用自適應(yīng)算法調(diào)整數(shù)字濾波器的參數(shù)，以使濾波器輸出逼近信號(hào)線輸出信號(hào)中疊加的噪聲，這樣就可以使抵消器的輸出逼近被測(cè)信號(hào)，抑制電磁干擾引起的測(cè)量誤差。自適應(yīng)濾波系統(tǒng)所采樣的最優(yōu)準(zhǔn)則可以是最小均方誤差準(zhǔn)則、最小二乘準(zhǔn)則、最大信噪比準(zhǔn)則、統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)則以及其他一些最優(yōu)準(zhǔn)則。本發(fā)明裝置的測(cè)量過(guò)程步驟如下(I)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步采集信號(hào)線和輔助信號(hào)線的信號(hào)，并將上述信號(hào)發(fā)送至自適應(yīng)濾波系統(tǒng)；(2)自適應(yīng)濾波系統(tǒng)將輔助信號(hào)線的信號(hào)作為自適應(yīng)濾波參考信號(hào)，將信號(hào)線傳輸?shù)男盘?hào)作為待處理信號(hào)，采用最優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行自適應(yīng)噪聲抵消，獲得待測(cè)量信號(hào)的估計(jì)。本發(fā)明的自適應(yīng)降噪裝置通過(guò)構(gòu)造輔助測(cè)量回路，用于敏感超導(dǎo)輸電電纜微弱端電壓信號(hào)測(cè)量過(guò)程中的電磁干擾，并將輔助測(cè)量回路測(cè)得的信號(hào)作為自適應(yīng)濾波算法的參考信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)噪聲抵消策略，降低電磁干擾對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)的影響，提高遠(yuǎn)距離超導(dǎo)輸電電纜電壓降信號(hào)測(cè)量的精度。


圖I為超導(dǎo)輸電電纜端電壓測(cè)量自適應(yīng)降噪裝置示意圖，圖中1自適應(yīng)濾波系統(tǒng)、2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、3信號(hào)線、4輔助信號(hào)線、5中間導(dǎo)體、6超導(dǎo)輸電電纜；圖2為自適應(yīng)噪聲抵消原理框圖，圖中1自適應(yīng)濾波系統(tǒng)、2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、3信號(hào)線、4輔助信號(hào)線；圖3為信號(hào)線波形圖； 圖4為輔助信號(hào)線波形圖；圖5為失超過(guò)程自適應(yīng)濾波系統(tǒng)輸出信號(hào)波形圖；圖6為正常運(yùn)行時(shí)自適應(yīng)濾波系統(tǒng)輸出信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明的自適應(yīng)降噪裝置包括自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2、信號(hào)線3、輔助信號(hào)線4、中間導(dǎo)體5。在本實(shí)施例中，所述的“遠(yuǎn)端”系相對(duì)“近端”而言，“近端”是指信號(hào)線3、輔助信號(hào)線4、中間導(dǎo)體5和超導(dǎo)輸電電纜6安裝后位于自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2所處位置處的端部，“遠(yuǎn)端”則是指信號(hào)線3、輔助信號(hào)線4、中間導(dǎo)體5和超導(dǎo)輸電電纜6安裝后遠(yuǎn)離自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2所處位置處的另一端部。超導(dǎo)輸電電纜6通過(guò)電流引線接入電網(wǎng)。超導(dǎo)輸電電纜6通交流電正常運(yùn)行時(shí)其具有一定的交流損耗，通直流電時(shí)無(wú)交流損耗，但其內(nèi)部的超導(dǎo)線的連接處具有一定的接觸電阻，因此表現(xiàn)為具有一定的端電壓，但所述的端電壓的值較小，小于I微伏/米。本發(fā)明的自適應(yīng)降噪裝置用于測(cè)量該微弱端電壓信號(hào)。 所述的信號(hào)線3采用2. 5平方毫米的屏蔽銅導(dǎo)線。信號(hào)線3的遠(yuǎn)端連接在超導(dǎo)輸電電纜6的遠(yuǎn)端，與超導(dǎo)輸電電纜遠(yuǎn)端的低溫電連接器輸出端口連接。信號(hào)線3的近端接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2的第一采樣接口信號(hào)地。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2與超導(dǎo)輸電電纜6的近端比較靠近，采用與信號(hào)線3相同型號(hào)的電纜連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2的第一采樣接口輸入信號(hào)端和超導(dǎo)輸電電纜6的通電導(dǎo)體近端低溫電連接器。輔助信號(hào)線4采用與信號(hào)線3相同型號(hào)的電纜，與信號(hào)線3雙絞后與超導(dǎo)輸電電纜6平行布設(shè)。由于信號(hào)線3與輔助信號(hào)線4的材質(zhì)相同、連接方式相同、傳輸路徑相同，且均傳輸相同等級(jí)的弱信號(hào)，因此二者的熱噪聲、分布阻抗特性引入的電噪聲、接觸噪聲、敏感的外部電磁干擾等在特性上基本一致。中間導(dǎo)體5采用與輔助信號(hào)線4同型號(hào)的導(dǎo)體，盡量與超導(dǎo)輸電電纜6貼緊后平行布設(shè)，一方面與輔助信號(hào)線4形成閉合輔助回路；另一方面貼緊超導(dǎo)輸電電纜6安裝，可以敏感超導(dǎo)輸電電纜6相同的電磁干擾。中間導(dǎo)體4與輔助信號(hào)線4形成的閉合輔助測(cè)量回路，和超導(dǎo)輸電電纜6與信號(hào)線3圍成的待測(cè)信號(hào)回路的安裝路徑、所圍成的面積基本相同，從而輔助測(cè)量回路可以敏感與待測(cè)信號(hào)回路所受電磁干擾特性相關(guān)的噪聲。中間導(dǎo)體5靠近數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2處采用與輔助信號(hào)線4相同的屏蔽導(dǎo)體，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2連接，該段連接線應(yīng)該盡可能短、且應(yīng)與超導(dǎo)輸電電纜6的近端測(cè)量線雙絞后再接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2。所述的輔助測(cè)量線的金屬屏蔽層和信號(hào)線的金屬屏蔽層通過(guò)焊接方式連接，且采取單端接地的方式。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2可采用高精度數(shù)字電壓表，將微弱模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，發(fā)送至上位機(jī)的自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I。自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I將信號(hào)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)作為待處理源信號(hào)，將輔助信號(hào)線4傳輸?shù)男盘?hào)作為濾波器的參考信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)算法不斷調(diào)整濾波器的參數(shù)，以使得濾波器的輸出能夠逼近超導(dǎo)輸電電纜2微弱端電壓信號(hào)在傳輸過(guò)程中稱合的電磁干擾噪聲，通過(guò)抵消器相減即可獲得超導(dǎo)輸電電纜2微弱端電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)最優(yōu)估計(jì)。圖2為自適應(yīng)噪聲抵消原理框圖。圖中超導(dǎo)體電壓為需要測(cè)量的源信號(hào)S，傳輸線本底噪聲和外部電磁干擾導(dǎo)致信號(hào)中混入傳輸線噪聲n，因此經(jīng)信號(hào)線3傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2的信號(hào)為y = s+n,式中y經(jīng)信號(hào)線3傳入的信號(hào)，s源信號(hào)，η傳輸線噪聲。輔助信號(hào)線4不接入源信號(hào)S，只用于敏感傳輸線噪聲η。輔助信號(hào)線4與信號(hào)線3并不可能完全一致，因此經(jīng)輔助信號(hào)線4傳入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2的信號(hào)為與傳輸線噪聲η的基本特性一致的X，二者僅在幅值和相位上有所區(qū)別。信號(hào)I和X通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2采樣后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)y(k)、x(k)，送入自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I。信號(hào)x(k)作為數(shù)字濾波器的輸入，通過(guò)自適應(yīng)算法調(diào)整濾波器參數(shù)，以使得數(shù)字濾波器輸出z (k)逼近傳輸線噪聲n (k)，這樣就可以是抵消器的輸出e(k)逼近被測(cè)源信號(hào)s(k)。數(shù)字濾波器可采用有限脈沖響應(yīng)結(jié)構(gòu)，也可以采用無(wú)限脈沖響應(yīng)結(jié)構(gòu)。自適應(yīng)算法所采用的最優(yōu)準(zhǔn)則可選用最小均方誤差準(zhǔn)則、最小二乘準(zhǔn)貝U、最大信噪比準(zhǔn)則、統(tǒng)計(jì)檢測(cè)準(zhǔn)則以及其他一些最優(yōu)準(zhǔn)則，應(yīng)用較為廣泛的為最小均方誤差準(zhǔn)則，其具有較小的計(jì)算量和魯棒性，采用歸一化結(jié)構(gòu)后能夠提高收斂速度。圖3所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2第一采樣接口采樣獲得的超導(dǎo)輸電電纜通電導(dǎo)體兩端的信號(hào)y(k)，其包括一個(gè)失超過(guò)程。根據(jù)分析，超導(dǎo)輸電電纜2電壓s應(yīng)該為一個(gè)幅值約為10微伏的50Hz交流信號(hào)，失超時(shí)為一個(gè)指數(shù)上升電壓。當(dāng)電壓上升到I微伏/厘米，即端電壓達(dá)到約I毫伏時(shí)認(rèn)為超導(dǎo)輸電電纜2的超導(dǎo)體已經(jīng)失超。可以看到，超導(dǎo)輸電電纜2的電壓s基本被噪聲淹沒(méi)，直至失超前后才能部分被檢測(cè)到，這樣無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)超導(dǎo)體的失超過(guò)程。該信號(hào)開始的一段時(shí)間體現(xiàn)了超導(dǎo)輸電電纜2正常運(yùn)行時(shí)的情況，此時(shí)真實(shí)信號(hào)完全被噪聲淹沒(méi)，若不對(duì)其進(jìn)行處理，則無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算該超導(dǎo)輸電電纜2的運(yùn)行損耗。圖4所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2第二采樣接口采樣獲得的輔助測(cè)量回路的電壓信號(hào)x(k)。可以看到，輔助回路敏感的信號(hào)遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)超導(dǎo)輸電電纜2的端電壓信號(hào)S。圖5所示為自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I采用圖3和圖4中數(shù)據(jù)，對(duì)超導(dǎo)輸電電纜2端電壓s(k)的估計(jì)值。與圖3中原始測(cè)量值相比，經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)噪聲已經(jīng)得到極大的衰減，由此可以獲得更為準(zhǔn)確的對(duì)超導(dǎo)輸電電纜2失超過(guò)程信號(hào)的檢測(cè)結(jié)果。圖6所示為正常運(yùn)行時(shí)自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I對(duì)超導(dǎo)輸電電纜2電壓s (k)的估計(jì)。與圖3的前80毫秒相比較可見，經(jīng)過(guò)短暫的自適應(yīng)過(guò)程之后，自適應(yīng)濾波系統(tǒng)I的輸出能夠給出較為清晰的信號(hào)，信噪比遠(yuǎn)高于圖3中的原始測(cè)量信號(hào)。
本發(fā)明的遠(yuǎn)距離超導(dǎo)輸電電纜2微弱端電壓信號(hào)自適應(yīng)降噪裝置，能夠在不增加系統(tǒng)硬件復(fù)雜程度的前提下，提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁干擾條件下的微弱電壓信號(hào)檢測(cè)，為遠(yuǎn)距離超導(dǎo)輸電電纜2性能檢測(cè)和失超判斷提供可靠依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種用于電纜微弱電壓信號(hào)檢測(cè)的降噪裝置，其特征在于，所述的裝置包括自適應(yīng)濾波系統(tǒng)(I)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)、信號(hào)線(3)、輔助信號(hào)線(4)、和中間導(dǎo)體(5);所述的信號(hào)線⑶的遠(yuǎn)端連接在超導(dǎo)輸電電纜(6)的遠(yuǎn)端的低溫電連接器輸出端口，所述的信號(hào)線(3)的近端接入所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)的第一采樣接口信號(hào)輸入端；所述的中間導(dǎo)體(5)的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)的第二采樣接口信號(hào)輸入端連接，中間導(dǎo)體(5)的遠(yuǎn)端與輔助信號(hào)線(4)的遠(yuǎn)端連接；所述的輔助信號(hào)線(4)的近端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)的第二采樣接口信號(hào)地連接；所述的輔助信號(hào)線(4)與所述的信號(hào)線(3)雙絞后與超導(dǎo)輸電電纜(6)平行布設(shè)；超導(dǎo)輸電電纜(6)通過(guò)電流引線接入電網(wǎng)；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)同步采集信號(hào)線⑶和輔助信號(hào)線⑷傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后發(fā)送到自適應(yīng)濾波系統(tǒng)⑴進(jìn)行處理；自適應(yīng)濾波系統(tǒng)(I)將信號(hào)線(3)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)作為待處理源信號(hào)，將輔助信號(hào)線(4)傳輸?shù)男盘?hào)作為濾波器的參考信號(hào)，通過(guò)自適應(yīng)算法不斷調(diào)整濾波器的參數(shù)，以使得濾波器的輸出逼近超導(dǎo)輸電電纜(2)微弱端電壓信號(hào)在傳輸過(guò)程中耦合的電磁干擾噪聲，通過(guò)抵消器相減獲得超導(dǎo)輸電電纜(2)微弱端電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)最優(yōu)估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電纜微弱電壓信號(hào)檢測(cè)的降噪裝置，其特征在于，所述的輔助信號(hào)線(4)與信號(hào)線(3)采用同型號(hào)屏蔽電纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電纜微弱電壓信號(hào)檢測(cè)的降噪裝置，其特征在于，所述的中間導(dǎo)體(5)采用與輔助信號(hào)線(4)同型號(hào)屏蔽電纜。
全文摘要
一種用于電纜微弱電壓信號(hào)檢測(cè)的降噪裝置，包括自適應(yīng)濾波系統(tǒng)(1)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)、信號(hào)線(3)、輔助信號(hào)線(4)和中間導(dǎo)體(5)。輔助信號(hào)線(4)與信號(hào)線(3)采用同型號(hào)屏蔽電纜雙絞方式布設(shè)。中間導(dǎo)體(5)采用與輔助信號(hào)線(4)同型號(hào)的屏蔽電纜，且與待測(cè)超導(dǎo)輸電電纜(6)并行貼緊布設(shè)。自適應(yīng)濾波系統(tǒng)(1)將輔助信號(hào)線(4)的信號(hào)作為自適應(yīng)濾波參考信號(hào)，將信號(hào)線(3)傳輸?shù)男盘?hào)作為待處理信號(hào)，采用最優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行自適應(yīng)噪聲抵消，進(jìn)而降低遠(yuǎn)距離超導(dǎo)輸電電纜微弱電壓信號(hào)測(cè)量時(shí)的電磁干擾，獲得待測(cè)量信號(hào)的估計(jì)值。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102647169SQ20121012261
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者張東, 張京業(yè), 張志豐, 戴少濤, 朱志芹, 滕玉平, 肖立業(yè), 許熙, 馬韜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所