【正文】 ，可以節(jié)省大量系統(tǒng)的開發(fā)時間，而且模型化功能強，許多數(shù)字信號處理的算法被集成為圖形化 模塊，用戶只需掌握該模塊的輸入輸出的接口功能即可。則可得輸出 3 0 01() 2s t J VJ i?? （ 47） 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 由式（ 47）可知，輸出為一直流， 其中 3()st和 0J 可測得， V 為一常數(shù)，根據(jù)選用的材料不同而不同。 鑒于信號與噪聲的頻段相重疊的特點，無法直接用傳統(tǒng)的濾波器來濾除噪聲。其中，馬呂斯定律的描述是：一束光強為 0J 的線偏振光，透過檢偏器以后，透射光的強度為 210cosJJ ?? ，式中 ? 為線偏振光的光振動方向與檢偏器透振方向間的夾角。所謂調(diào)制就是使一個信號的某些參數(shù)在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程，輸出信號為已調(diào)制波。其中調(diào)制解調(diào)的方法在用于直流電流測量時，結(jié)合第二章的信噪分析，可對直流信號進行頻譜遷移， 避開噪聲的頻譜范圍，然后對濾波信號進行解調(diào)，即可得到直流電流，較之其他方法簡便易行，故本文選用調(diào)制解調(diào)法用于直流電流的測量，采用相關(guān)檢測法實現(xiàn)對諧波的檢測。通過正交矢量型相關(guān)檢測及數(shù)字信號處理，可得到信號的幅值和相位信息。 （ 6）混沌系統(tǒng)、隨機共振方法和二維相干技術(shù)最近研究比較多，但其理論還不是很完善，尤 其是隨機共振方法只有當系統(tǒng)非線性，信號與噪聲達到某種匹配時背景噪聲才會增加微弱信號傳輸，以提高輸出信噪比。 （ 3）希爾伯特黃非常適于檢測現(xiàn)實生活中普遍存在的大量頻率隨時間變換的非線性非平穩(wěn)信號，具有很高的信噪比，但其需要進行多次 3次樣條插值，費時較長，實時性較差，不能很好的滿足電力系統(tǒng)實時測量要求。比較上述常用的微弱信號檢測方法，得到以下結(jié)論： （ 1）鎖定放大器實質(zhì)上是相關(guān)檢測原理的一個特例，其技術(shù)已經(jīng)相對成熟，輸入信號必須為交流信號，利用 LPF 的窄帶化來提高其信噪比，主要測量幅度較小的直流信號或慢變信號，只能檢測淹沒在噪聲中的正統(tǒng)信號的幅度和相位，而對于噪聲中的脈沖波形， LIA 的低通濾波器會濾除其高頻分量，導致波形畸變，但在電力系統(tǒng)中，頻率可基本上 認為是書籍的，所測的電流為交流信號，提取出準確的幅度和相伴即可得到準確的波形，所以可以采用該方法進行微弱信號檢測，但其電路相對比較復雜，而且 LPF 的時間常數(shù)越大，等交噪聲帶寬越窄， SNIR越大，所需要的測量時間也越長，可以考慮采用其他的改進措施對其進行改進。自適應濾波所采用的最優(yōu)準則有最小均方差準則，最小二乘準則，最大信噪比準則，統(tǒng)計檢測 準則以及其他一些最優(yōu)準則，其中應用最廣泛的準則是最小方差準則。 鎖定放大器掏噪聲有三個基本出發(fā)點： （ 1）用調(diào)制器將直流或慢變信號的頻譜遷移到調(diào)制頻率處，再進行放大，以避開 1/f 噪聲的不利影響 （ 2）利用相敏檢測器實現(xiàn)調(diào)制信號的解調(diào)過程，可以同時利用頻率和進行檢測，噪聲與信號同頻又同相的概率很低 （ 3）用低通小小器而不是用帶通濾波器來抑制寬帶噪聲，低通濾波器的頻帶可以做得很窄，而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也遠遠優(yōu)于帶通濾波器。脈沖波形或 脈動小型的快速上升沿和下降沿包含豐富的高次諧波分量，鎖定放大器輸出級的低通濾波器會濾除這些高頻分量，導致脈沖波形的畸變，對于這類信華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 號的測量，必須使用其他有效的方法，取樣積分與數(shù)字式平均就是這樣的方法。具體來說，間歇性混沌是指系統(tǒng)從有序向混沌或混沌向有序轉(zhuǎn)化時，在非平衡、非線性條件下，當某些參數(shù)的變化達到某一臨界閾值時，系統(tǒng)的時間行為在周期運動和混濁運動兩者之間振蕩，有關(guān)參數(shù)繼續(xù)變化時，整個系統(tǒng)由間歇性混沌發(fā)展成混沌。 對于振動信號的檢測與識別，人們已經(jīng)對基于傅里葉變換的方法進行了許多研究，在穩(wěn)態(tài)信號檢測方面取得了滿意的結(jié)果，但在瞬態(tài)突變微弱信號的檢測與識別中卻不理想。它不僅繼承和發(fā)展了窗口傅立葉變換的化思想，而且克服了窗口大小 不隨頻率變化，缺乏離散正交基的缺點。 如果 1()ft和 2()ft?? 為兩個功率有限信號，則可定義他們的互相關(guān)函數(shù) 121( ) l im ( ) ( )2 TTTR f t f t d tT???????? （ 31） 令 11( ) ( ) ( )sf t V t n t??、 21( ) ( ) ( )rf t V t n t? ? ?? ? ? ? ?其中 1()nt和 2()nt分別代表與待測信號 ()sVt及參考信號 ()rVt混在一起的噪聲，則式（ 31）可寫成 ? ?? ?? ?122 1 1 21( ) l i m ( ) ( ) ( ) ( )2( ) ( ) ( ) ( )TsrTTs r s rR V t n t V t n t d tTR t R t R t R t? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ??（ 32） 式中 ()srR? 、 2()sR? 、 1()sR? 、 12()R? 分別是參考信號與待測信號、待測信號與噪聲、參考信號與噪聲及噪聲之間的相關(guān)函數(shù)。而相關(guān)檢測相當于一個跟蹤濾波器，沒有這方面的限制。經(jīng)過分析 青蛙，信號和噪聲在時間特性上是有差別的，在統(tǒng)計學中，信 號和噪聲兩種函數(shù)在統(tǒng)計特性上是可以區(qū)分的，從而為把淹沒于噪聲中的信號提取出來提供了基礎(chǔ)。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 第 3 章 信號檢測方法研究 方法研究 經(jīng)過多年的研究和實踐，信號檢測技術(shù)主要包括鎖定放大、取樣積分、相關(guān)檢測、自適應噪聲抵消、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、小波變換、混沌理論、 Duffing 振子、調(diào)制隨機共振、自適應隨機共振、二維相干技術(shù)、希爾伯特黃等。通過解 調(diào)處理，可以得到法拉第直流光學電流測量系統(tǒng)的測量方程，即輸出量與電流值的關(guān)系。其會對偏振光的光路產(chǎn)生影響，從而使偏振光光路為一直線。其主要利用法拉第磁光效應，將待測電流信息轉(zhuǎn)換為光信號信息，并通過光電轉(zhuǎn)換將其最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栠M行輸出。因為光信號不能直接進行調(diào)制，因此這一功能是通過對光源進行調(diào)制而實現(xiàn) 的。頻譜遷移測量法中的光學調(diào)制正是采用光學參量調(diào)制中的直接頻率調(diào)制的方法，采用調(diào)制電路來 直接產(chǎn)生調(diào)制交流光信號。光學變換依據(jù)可以分為時域調(diào)制、空域調(diào)制和光學參量調(diào)制三種。這一步驟稱這為信號的解調(diào)。此時，如果頻帶選取的足夠高的話，信號頻帶與噪聲頻帶可以明顯的區(qū)分開來。 針對此信噪重疊現(xiàn)象，本文采用頻譜遷移的方法進行處理，使得問題能夠得以解決。這里，設 0J對就的轉(zhuǎn)換電壓為 0U 。 由此式 25 可化簡為 01 (1 2 )JJ ??? （ 26） 結(jié)合 2 26 可得 01 (1 2 )J J NVi?? （ 27） 基于上式，可知，待測電流只與入射和出射光強有關(guān)。而法拉第偏轉(zhuǎn)角不能直接測得，因此，實際中常利用馬呂斯定律，通過測量偏振光光強來對其進行測量。法拉第效應：入射線偏振光途徑磁光材料時，在外加磁場的作用下，偏振 面會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 交檢測器在無輸入的情況下運行一段時間后，可以得到光電檢測器暗電流噪聲的電壓幅值變化，如圖所示： 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 圖 25 暗電流噪聲幅值變化 由此圖可知，光電檢測器在沒有輸入時，其內(nèi)部的二極管暗電流經(jīng)去處器的放大作用，最終形成 57~62mV 的暗電流噪聲。暗電流經(jīng)過放大器放大后，為暗電流噪聲。這些噪聲集中在 1kHz 以下的頻帶內(nèi)。 利用光伏效應制成的光伏探測器的特點如下：其光伏效應只產(chǎn)生于結(jié)區(qū)附近的光：能夠無需外加電壓將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，具有良好的頻率響應特性，響應速度快。光電檢測系統(tǒng)包括光信號的變換、傳輸及處理三個部分。 設計（論文）的主要研究內(nèi)容及預期目標 盡管基 于法拉第磁光效應的直流光學電流互感器具有很大的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景，但在實用化道路上依然存在一些問題，主要問題之一就是直流光學電流互感器的信號檢測時，強噪聲和噪聲與信號頻段相重疊，使用傳統(tǒng)的濾波器無法消除其中的噪聲，從而無法得到高精度的輸出。 20xx 年 6 月，哈爾濱工業(yè)大學將其所研制的光學電流互感器成功地在上海的 500KV 等級超市壓線路上投入運行。 1991 年，由 中國電力科學研究院和清華大學共同開發(fā)的 110KV 等級光學電流互感器，通過了鑒定并且進行了掛網(wǎng)試運行。 我國對光學電流互感器的研究赴較晚，相關(guān)研究從 70 年代末才開始出現(xiàn)。從 20xx 年到 20xx 年，各電壓等級光學電壓電流互感器開始先后在美國加拿大等地的變電站和發(fā)電廠掛網(wǎng)運行。進入 90年代，對于光學電流互感器的相關(guān)研究表現(xiàn)出多類型、 多用途以及便于化的新特點，并且取得了破布的成果。到 70 年代末，對光學電流互感器的研究僅集中在理論方面，并且由于測量精度及溫度穩(wěn)定差等方面的問題，因此，該階段的研究僅處于實驗模擬階段。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 無涯電子式電流互感器中的法拉第磁光效應光學電流互感器，與傳統(tǒng)電磁式電流互感器相比，且有以下優(yōu)點： （ 1）沒有暫態(tài)磁飽和現(xiàn)象，動態(tài)測量范圍大 （ 2）能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)故障快速響應 （ 3）絕緣性能優(yōu)良 （ 4）且 有很寬的頻率響應范圍 （ 5）適應智能化電網(wǎng)的發(fā)展 法拉第光學電流互感器與有源電子式電流互感器相比較，由于基本身的傳感結(jié)構(gòu)為光學材料，并且無需外接電源供電，因此，其功率不受電源的影響，同時具有很強的抗電磁干擾能力。 有源直流電子流毒石器高壓側(cè)傳感頭采用電子線路，因 此需要設置可靠的電源對其進行供電?；魻柣ジ衅饔?于直流測量時，不會發(fā)生飽和現(xiàn)象但是其受外界溫度影響較大，并且需要外加電源及接入平衡電流。隨著高壓直流輸電技術(shù)的不斷發(fā)展，推動 了直流測量技術(shù)及設備的發(fā)展與完善。 關(guān)鍵詞 ：法拉第磁光效應，直流光學電流互感器，調(diào)制解調(diào)，相關(guān)檢測， LabVIEW 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 ABSTRACT The Optical Direct Current Transducer based on Faraday Mangetooptic effects have a great future,but still some problems exist in the this paper,firstly it designs the structure of the Optical Direct Current Transducer and analyzes and tests the interior noise which is led into from the measurement and the signal to noise also it verifies the noise overlaps the singal ,it analyzes and pares the methods of measurement of weak signal,to contend with the precision of current measurement in the DC transition system,it uses the method of modulate and demodulate to measure DC current on the DC line and uses the correlation detection to harmonic waves on DC it designs the