在线监测课件2_2PPT课件

1、第2章 在线监测系统及其组成系统的组成和分类系统的组成和分类常用传感器简介常用传感器简介信号处置系统信号处置系统数据采集系统数据采集系统数据处置数据处置缺点诊断缺点诊断抗干扰技术抗干扰技术第三节第三节 信号处置系统信号处置系统 经传感器出来的信号普通先经信号预处置、传输、信号处置部分再到A/D部分。因此，信号处置部分主要是对模拟信号进展处置，提高抗干扰才干和传送才干。第三节第三节 信号处置系统信号处置系统信号经过长间隔传送会产生衰减和畸变，同时在传输过程中还能够有干扰信号进入而降低信噪比，特别对于微弱信号，干扰影响更大。预处置单元可安排在数据采集之前，甚至和传感器安排在一同。一、信号预处置系统

2、一、信号预处置系统预处置单元由放大倍数可调的程控放大器和抗干扰单元，如滤波器等构成，主要是对输入信号的电平作必要的调整和采取抑制干扰的措施以提高信噪比。第三节第三节 信号处置系统信号处置系统丈量放大丈量放大对微小电信号，经高共模抑制比丈量放大电路后，可提高对微小电信号，经高共模抑制比丈量放大电路后，可提高抗干扰才干。常用精细丈量放大器如抗干扰才干。常用精细丈量放大器如AD524AD524或或3 3集成仪用放集成仪用放大器组成。大器组成。滤波提高抗干扰才干滤波提高抗干扰才干分低通、高通、带通、带阻和全通用于改动电路负载特分低通、高通、带通、带阻和全通用于改动电路负载特性等。性等。对幅频特性要求较

3、高时可采用：二阶压控有源滤波器，如对幅频特性要求较高时可采用：二阶压控有源滤波器，如巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器对相频特性要求较高时可采用：贝塞尔滤波对相频特性要求较高时可采用：贝塞尔滤波一、信号预处置系统一、信号预处置系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统特殊抗干扰处置特殊抗干扰处置根据需求。如局放监测中的差动平衡抗干扰技术，根据需求。如局放监测中的差动平衡抗干扰技术，目的是抑制共模干扰。目的是抑制共模干扰。驱动驱动信号要经长电缆传送，须经阻抗变换，提高驱动才信号要经长电缆传送，须经阻抗变换，提高驱动才干，常用电路为射极跟随器。假设采用光传送信号，干，常用电路为射极跟随器。假设采用光传送

4、信号，此时还需进展电光变换发光二极管此时还需进展电光变换发光二极管一、信号预处置系统一、信号预处置系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统电信号传送电信号传送光纤信号传送光纤信号传送第三节第三节 信号处置系统信号处置系统二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统1 1、电信号传送、电信号传送电信号传送普通采用同轴射频电缆，适用中可采用多芯合一的方法增大直径，提高电缆的机械强度。为提高电信号传送的抗干扰才干，可采用光电隔离等抗干扰措施。第三节第三节 信号处置系统信号处置系统二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统光电耦合器光电耦合器信号经过电光

5、转换，以光信信号经过电光转换，以光信号传送到下一单元，经光电号传送到下一单元，经光电转换后恢复为电信号，光电转换后恢复为电信号，光电耦合器在电路上相互绝缘，耦合器在电路上相互绝缘，隔离电位可从数百伏至数千隔离电位可从数百伏至数千伏伏输入阻抗普通仅几百欧，干输入阻抗普通仅几百欧，干扰源的内阻普通在兆欧以上，扰源的内阻普通在兆欧以上，故能馈送到光电耦台器输入故能馈送到光电耦台器输入端的噪声很小；端的噪声很小；整个耦合器是密封的，不受整个耦合器是密封的，不受外界光的影响。外界光的影响。耦合器输入和输出端之间寄耦合器输入和输出端之间寄生电容很小，仅生电容很小，仅0.50.52 2皮法皮法而绝缘电阻为而

6、绝缘电阻为l012l012欧。故输欧。故输出系统的干扰噪声很难经过出系统的干扰噪声很难经过藕合器反响到输入系统。藕合器反响到输入系统。光电耦合器本身的隔离效果光电耦合器本身的隔离效果和抗干扰才干是比较好的。和抗干扰才干是比较好的。特别适用于短间隔信号的传特别适用于短间隔信号的传送。送。第三节第三节 信号处置系统信号处置系统 采用光电隔离方式来隔离两个系统之间的干扰。采用光电隔离方式来隔离两个系统之间的干扰。 光信号的传送用光纤来完成，特别适用于远间隔的信号传光信号的传送用光纤来完成，特别适用于远间隔的信号传输，抗干扰才干强。光纤分单模和多模两种；输，抗干扰才干强。光纤分单模和多模两种； 光纤的

7、耐压很高，光纤的耐压很高，1 1米光纤交流闪络电压大于米光纤交流闪络电压大于100kV100kV，可用，可用于隔离很高的电位。于隔离很高的电位。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统2 2、光纤信号传送、光纤信号传送信号调制电光变换光纤传送光电变换信号解调第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输调幅式调制光电光纤信号传输调幅式调制由模拟信号直接对光载波进展光由模拟信号直接对光载波进展光强度调制。强度调制。要求：光源的驱动电流与光功率要求：光源的驱动电流与光功率输出二者之间有好的线性关系。输出二者之间有好的线性关系。优点：线路简单、频带宽。优点：线路简单、频带宽。缺陷：缺陷：

8、LEDLED的温度特性会使光功的温度特性会使光功率的输出随温度而变化，率的输出随温度而变化，LEDLED电源电源电压的变化以及电压的变化以及LEDLED的老化也会引的老化也会引起输出光功率的变化。起输出光功率的变化。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输调频式调制光电光纤信号传输调频式调制先将电信号调制为振幅不变而频率随调制信先将电信号调制为振幅不变而频率随调制信号经过预处置后的监测信号的幅度而变号经过预处置后的监测信号的幅度而变化的调频波，再经过发光二极管的光化的调频波，再经过发光二极管的光/ /电转电转换成和调频电压波一样的光信号

9、的调频波，换成和调频电压波一样的光信号的调频波，然后输入光纤。经过光纤输出的光信号经光然后输入光纤。经过光纤输出的光信号经光/ /电转换恢复为电信号的调频波，再经解调电转换恢复为电信号的调频波，再经解调DMDM、放大和低通滤波后复原为预处置后的电、放大和低通滤波后复原为预处置后的电信号，而后送住数据采集单元。信号，而后送住数据采集单元。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输调频式调制光电光纤信号传输调频式调制频率调制频率调制FMFM普通由压控振荡器或电压频率普通由压控振荡器或电压频率变换器来完成，解调变换器来完成，解调DMDM普通选用

10、锁相环或鉴普通选用锁相环或鉴频器和频率一电压变换器。频器和频率一电压变换器。光源通常选用任务在红外线范围的波长光源通常选用任务在红外线范围的波长0.85m0.85m左右的发光二极管；光纤可选用阶跃左右的发光二极管；光纤可选用阶跃型多模光纤；压控振荡器的中心频率比信号型多模光纤；压控振荡器的中心频率比信号的最高频率应至少高十倍，中心频率必需坚的最高频率应至少高十倍，中心频率必需坚持稳定；光检测器持稳定；光检测器(O(OE)E)可用可用PINPIN构造的光电构造的光电二极管。二极管。优点：当调频波的波形和振幅遭到干扰，波优点：当调频波的波形和振幅遭到干扰，波形发生畸变时，只需其基波频率不变，那么形

11、发生畸变时，只需其基波频率不变，那么经过限幅线路的处置仍可获得好的解调效果。经过限幅线路的处置仍可获得好的解调效果。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输脉码调制光电光纤信号传输脉码调制将模拟信号经过模数转换器将模拟信号经过模数转换器ADCADC转换为数字信转换为数字信号，再将数字信号转换为数字光信号后经光号，再将数字信号转换为数字光信号后经光纤传送。纤传送。优点：可以长间隔传送，抗干扰才干强，对优点：可以长间隔传送，抗干扰才干强，对信噪比的要求低，动态范围宽，准确度好。信噪比的要求低，动态范围宽，准确度好。省去了调制、解调、滤波等诸

12、多部件，使信省去了调制、解调、滤波等诸多部件，使信号传输系统大为简化，防止了由于调制器件号传输系统大为简化，防止了由于调制器件的中心频率不稳定的中心频率不稳定( (例如受环境温度的影响例如受环境温度的影响) )而引起信号失真等问题。而引起信号失真等问题。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输光电器件的选择光电光纤信号传输光电器件的选择光源电光变换光源电光变换发光二极管发光二极管LEDLED：发光功率不大，发：发光功率不大，发散角大，出纤功率小。构造工艺简单，散角大，出纤功率小。构造工艺简单，寿命长寿命长 线性度好。适宜于短波长、线性度

13、好。适宜于短波长、短间隔、小容量的光纤信号传输。短间隔、小容量的光纤信号传输。激光二极管激光二极管LDLD：发光功率大、出纤功：发光功率大、出纤功率大、耦合效率高，任务寿命短，适率大、耦合效率高，任务寿命短，适用于中、长间隔和大、中容量的通讯。用于中、长间隔和大、中容量的通讯。光检测器件光电变换光检测器件光电变换PINPIN型光电二极管：输出功率小，线型光电二极管：输出功率小，线性关系好。性关系好。雪崩光电二极管雪崩光电二极管(APD)(APD)：输出功率大，：输出功率大，内部有放大作用，易受温度、偏压的内部有放大作用，易受温度、偏压的影响，适用于要求高灵敏度的场所影响，适用于要求高灵敏度的场

14、所二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输光电器件的选择光电光纤信号传输光电器件的选择光纤光纤多模光纤：纤芯直径较大多模光纤：纤芯直径较大(60(60微米微米) )，适用于发散角大的适用于发散角大的LEDLED光源，可保证较光源，可保证较好的耦合效率，损耗大，带宽小，适宜好的耦合效率，损耗大，带宽小，适宜中容量、中、短间隔的传输。中容量、中、短间隔的传输。单模光纤：纤径较小单模光纤：纤径较小(3(3微米微米) )，要求光，要求光源发散角小，带宽极大，适宜于长间隔、源发散角小，带宽极大，适宜于长间隔、大容量传输。大容量传输。二、信号转换及

15、传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统光电光纤信号传输信号解调光电光纤信号传输信号解调根据调幅、调频调制方式分别确定相根据调幅、调频调制方式分别确定相应的解调电路。应的解调电路。对于脉码调制方式，信号接纳后即可对于脉码调制方式，信号接纳后即可进展数字信号处置。进展数字信号处置。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统信号的多路复用信号的多路复用频分复用：将多路信号调制成不同中心频率频分复用：将多路信号调制成不同中心频率的调频波，而后进入合成单元、电光转换的调频波，而后进入合成单元、电光转换为合成的光信号，经过一路光纤系统传

16、送到为合成的光信号，经过一路光纤系统传送到另一端，经光电转换为合成的电信号，经另一端，经光电转换为合成的电信号，经过带通滤波器分解为原来的多路调频波，再过带通滤波器分解为原来的多路调频波，再分别经解调、低通滤波复原为调制前的多路分别经解调、低通滤波复原为调制前的多路信号。复用路数越多那么中心频率越高些，信号。复用路数越多那么中心频率越高些，频分复用适用于模拟信号的传输频分复用适用于模拟信号的传输时分复用：在不同时间上分别传送不同的信时分复用：在不同时间上分别传送不同的信号，适用于数字信号号，适用于数字信号( (脉码调制方式脉码调制方式) )的传送，的传送，构造简单，传输时间较长。构造简单，传输

17、时间较长。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统数据的传送数据的传送并行传送：经过微机的并行接并行传送：经过微机的并行接口传送。可同时传送多位数据，口传送。可同时传送多位数据，传送速度快。传送速度快。程序查询传送程序查询传送程序中断传送程序中断传送直接存储器存取传送直接存储器存取传送( (又称又称DMADMA方式方式) ) 串行传送：经过微机的串行传送：经过微机的RS232RS232异步串行通讯端口传送，传输异步串行通讯端口传送，传输时间长。时间长。二、信号转换及传输系统二、信号转换及传输系统第三节第三节 信号处置系统信号处置系统 程控放大或衰减程控

18、放大或衰减 对传送过来的信号进展自动放大或衰对传送过来的信号进展自动放大或衰减，以满足计算机减，以满足计算机A/DA/D转换幅值的需求。可采用程控放大转换幅值的需求。可采用程控放大集成电路。集成电路。 滤波滤波 对在传输过程中能够带来的干扰再次滤波。对在传输过程中能够带来的干扰再次滤波。 信号变换信号变换 对信号进展方波变换或锁相倍频跟踪等特殊对信号进展方波变换或锁相倍频跟踪等特殊处置，以便进展处置，以便进展A/DA/D转换、数据处置。转换、数据处置。三、信号处置三、信号处置程控放大或衰减滤波信号变换A/D信号处置电路框图第四节第四节 数据采集系统数据采集系统数据采集系统的主要功能是将模拟信号

19、数字化数据采集系统的主要功能是将模拟信号数字化数据存储多路转换采样坚持A/D转换数据采集系统框图n模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路。该开关由开关元件和控制驱动电路两部分组成。n按切换的对象运用的元件：机械触点式和电子式开关n 机械触点式：干簧继电器，水银继电器及机械振子继 电器等。n 电子式开关：二极管、双极性晶体管、场效应晶体管、光耦合器件及集成模拟开关等。开关元件控制电路第四节第四节 数据采集系统数据采集系统一、多路转换单元一、多路转换单元第四节第四节 数据采集系统数据采集系统一、多路转换单元一、多路转换单元多路转换器可对各单元信号进展切换。多路开关接通时，其

20、导通电阻普通有几十几百欧姆。多路模拟开关的主要要求多路开关接通时，要求其静态导通电阻无穷小多路开关断开时，要求开路静态电阻无穷大，即开关的漏电流越小越好开关的切换速度越快越好第四节第四节 数据采集系统数据采集系统一、多路转换单元一、多路转换单元典型多路转换开关第四节第四节 数据采集系统数据采集系统二、采样坚持电路二、采样坚持电路采样坚持器通常由坚持电容、输入缓冲放大器、输出缓冲放大器、模拟开关等组成采样坚持电路有两种任务形状：采样形状和坚持形状采样坚持器可分为三类：通用型如AD582、AD583、高速型如HTS0025、AD585采样时间3s高分辨率型如DAC1、SHAll44等第四节第四节

21、数据采集系统数据采集系统二、采样坚持电路二、采样坚持电路反映采样坚持器性能的主要目的孔径时间：从坚持命令发出后，方式控制开关从由导通到完全断开所需的时间采样时间，捕捉时间：采样命令发生后，采样坚持电路由坚持形状转到采样形状，坚持电容上的电压由所坚持的值到达输人信号的当前值所需的时间。坚持电压的衰减速率：在坚持形状中，由于坚持电容漏电流而使坚持电压下降。第四节第四节 数据采集系统数据采集系统典型采样坚持电路二、采样坚持电路二、采样坚持电路第四节第四节 数据采集系统数据采集系统三、三、A/DA/D转换器转换器A/D转换器用于将模拟量转换成相应的数字量常用的转换方法：计数式、逐次逼近法和双积分法分辨

22、率：A/D转换器能丈量的最小模拟输人量转换速度采样速度或采样率：低速采样如200kHz，高速采样如1O0MHz等；量化误差：等于1/2LSB，其大小也取决于ADC的位数。第四节第四节 数据采集系统数据采集系统三、三、A/DA/D转换器转换器 比较器 D/A 转换器 逐次逼近 寄 存 器 逻辑控制 电 路 输出缓冲器 输出允许 转换结束 启动 时钟 U i U S D n - 1 D 0 第四节第四节 数据采集系统数据采集系统三、三、A/DA/D转换器转换器 -1 +1 # N1 -1 +1 # -1 +1 # N2 N3 1 & 1 Ui d1 d0 3UR/4 UR/2 UR/4 第

23、四节第四节 数据采集系统数据采集系统三、三、A/DA/D转换器转换器第四节第四节 数据采集系统数据采集系统典型模数转换器第五节第五节 数据处置数据处置数据处置是对监测信号进展分析的任务，更准确地获得反映设备绝缘形状的特征量去伪存真 经过处置抑制干扰信号，提高信噪比，以防止对缺点作出“误报或“漏报，关键是要完善抗干扰措施。由表及里 对采集到的数据进展由表及里的分析处置，使之成为在线诊断设备缺点的可靠判据，所能反映的信息更好地显示出来。第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术干扰的分类平均技术逻辑判别软件开窗数字滤波技术第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字

24、处置技术一、抗干扰数字处置技术1、干扰的分类、干扰的分类周期性干扰信号延续周期性干扰广播、电力载波通讯、高频维护信号、谐波、工频干扰脉冲型周期性干扰可控硅整流设备在可控硅开闭时产生的脉冲干扰信号、旋转电机电刷和滑环间的电弧等脉冲型干扰高压输电线的电晕放电，相邻电气设备内部放电，雷电，开关、继电器的断、合，电焊操作等无规律的随机性干扰干扰不同特征和性质的干扰信号，需采取不同的措施抑制。监测系统安装在不同场所其干扰信号的构成也不同，需针对现场的详细情况采取综合性措施予以抑制。第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术2、平均技术、平均技术用软件即数据处置的方法抑制干

25、扰，主要是随机性干扰。随机性噪声一般服从正态分布，故将数据样本多次代数和相加并取其平均值，即可减弱随机性干扰影响而提高信噪比，假设样本数为N，那么信噪比的改善为 (由于样本均值的规范偏向为 是样本的规范偏向的 )。采用平均技术需确定采样率、每次采样样本的容量以及样本数，而这些采样值的采样周期必需是严厉一样的。NN1N第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术3、逻辑判别、逻辑判别 从逻辑推理上设定一些判据去判别测得的是真实信号还是干扰信号。例如监测过程中仅测得一次幅值很高的信号，那么该信号很能够是一个随机干扰信号，可在数据处置时舍弃。第五节第五节 数据处置数据处

26、置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术4、开窗、开窗 对一些知的且相位固定的干扰可运用电子技术或软件方法对这些信号不予采集或显示或置零。 励磁变压器电流传感器原始信号 第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术、数字滤波技术数字滤波对数字信号按一定要求进展运算、处置，而后以数字方式输出。数字滤波是一个计算程序，运用软件的方法来抑制干扰，主要是延续的周期性干扰，可用于部分放电放电脉冲信号的监测中。可恣意改动滤波阶数，中心频率和带宽。第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术理想滤波器、数字滤波

27、技术理想滤波器根本原理：对时域信号采用FFT频域化，在频域内将不合理的突出干扰谱去掉，再IFFT反变换即测得时域内去除干扰后的信号。时域信号FFT变换频域信号去掉不合理谱线IFFT反变换得到滤波后波形理想滤波器流程第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术理想滤波器、数字滤波技术理想滤波器 放电信号为理想的狄拉克冲激函数，干扰信号为放电信号为理想的狄拉克冲激函数，干扰信号为纯粹弦函数，两种信号呈负效应在时域混叠在一纯粹弦函数，两种信号呈负效应在时域混叠在一同同a a。 经快速傅里叶变换后经快速傅里叶变换后(FFT)(FFT)，在频域上局放信号，在

28、频域上局放信号的频谱变成一条程度直线，包含一切的频率分量，的频谱变成一条程度直线，包含一切的频率分量，是是“均匀谱；而干扰信号那么是单一频率的冲激均匀谱；而干扰信号那么是单一频率的冲激函数，两者在频域叠加后干扰谱线突出于局放谱函数，两者在频域叠加后干扰谱线突出于局放谱线之上线之上b b。 将干扰谱线去除将干扰谱线去除c c。 经快遭傅里叶反变换经快遭傅里叶反变换(IFFT)(IFFT)回到时域那么可看出回到时域那么可看出干扰信号已被消除，只剩下部分放电信号干扰信号已被消除，只剩下部分放电信号d d。第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术理想滤

29、波器、数字滤波技术理想滤波器时域信号波形经FFT变换后在频域的信号数字滤波后在频域的信号经数字滤波和IFFT后在时域的信号波形第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术自顺应数字滤波器、数字滤波技术自顺应数字滤波器 S为信号，n0为延续的周期性干扰，与信号不相关，故原始输入为S+n0。 n1是来自同一干扰源经过不同传输途径得到的干扰信号，与n0相关，和S不相关。n1经自顺应滤波器输出为yn。 自顺应滤波器的作用在于使yn非常接近于n0，送入减法器后，系统的输出为： 假设yn n0 ，那么enS，干扰完全消除。nnynSe0第五节第五节 数据处置数

30、据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术自顺应数字滤波器、数字滤波技术自顺应数字滤波器实践中n1的求法 不能够有单独的干扰源参考输入n1，实践中只需含干扰的原始信号输入Sn0，由于S为脉冲信号，n0为周期信号，在Sn0中插入适当的固定时延，由于两者的脉冲信号互不相关，就能较方便地将Sn0中的脉冲衰减，得到周期性的n1。在一定数量的时延下一定运算阶数，经自顺应算法使Sn0n1yn n0，即使Sn0不断顺应到n0，从而经减法运算可将周期性干扰消除。第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术自顺应数字滤波器、数字滤波技术自顺应数字滤波器最终滤波输出yn的求法根据式求en2的数学期望取即求得en在最小均方LMS意义上的最小值，得到最终的yn此时系统输出nnynSe0)(2022nnynESEeE)(minmin2022nnynESEeESen第五节第五节 数据处置数据处置一、抗干扰数字处置技术一、抗干扰数字处置技术5、数字滤波技术自顺应数字滤波器、数字滤波技术自顺应数字滤波器自顺应数字滤波流程图输入S+n0多阶时延信号MinE(En2）LMS算法W权值调整最终