国家自然科学基金(51277144)
- 作品数：10 被引量：69H指数：4
- 相关作者：汤晓君赵安新刘君华张钟华赵明更多>>
- 相关机构：西安交通大学西安科技大学中国计量科学研究院更多>>
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- 相关领域：理学机械工程自动化与计算机技术一般工业技术更多>>
- 基于单气室真空脱气的变压器油中溶解气体红外光谱分析探讨被引量：1
- 2023年
- 油中溶解气体监测法是一种重要的变压器故障诊断与运行状态评估方法。本文提出了一种基于单气室真空脱气的变压器油中气体光谱分析法,介绍了基于此方法的变压器油中溶解气体监测装置的原理与结构。由于每次检测时气室内的温度和压强不同,需要进行温度压强补偿实验,实验验证了温度压强补偿方法的有效性。最后利用设计的装置对混合气体进行了定量分析实验。结果表明:本文设计的基于单气室真空脱气的油中气体光谱分析法具有良好的效果,验证了设计方案的可行性。与常见的红外光谱法监测气体含量的方案相比,本方案不需要氮气作为背景气体,降低了运行成本,提高了装置的自动化程度。
- 任双赞叶晓林孙业峥汤晓君辛蕾吴昊朱红梅
- 关键词：红外光谱法光谱分析变压器油中溶解气体在线监测
- 光谱分析中Elastic Net变量选择与降维方法被引量：4
- 2014年
- 在利用红外光谱进行多组分混合气体定量分析建模中,须根据各目标气体成分的光谱特点进行光谱维数降维和特征变量选择。以甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等7种气体为分析目标,采用最小绝对收缩和选择算子(LASSO)与弹性网络(ElasticNet)方法进行目标气体数据预处理。针对LASSO和Elastic Net方法参数优化选择的问题,采用均方误差和预测偏差最小两个准则进行参数的优化选取。对4cm-1的实测光谱数据,采用LASSO和ElasticNet方法分别在0.0019和0.0021均方误差条件下使得维度从2542维分别降为2维和3维,LASSO的交叉灵敏度最大和最小为10.2718%和1.4205%,ElasticNet分别为5.4945%和0.7493%。结果表明:Elastic Net在用于光谱定量分析的数据预处理中具有一定的优势,为准确建立定量分析模型奠定了基础。
- 赵安新汤晓君宋娅张钟华刘君华
- 关键词：ELASTICNET
- 变压器油溶解气体的FTIR定量分析被引量：12
- 2013年
- 针对色谱进行变压器溶解气体在线监测需要载气、定期标定、安全性低等缺陷,试图建立一种傅里叶变换红外光谱法的油溶解气体在线分析系统。考虑特征气体量小、成分多、检测限及安全要求高,根据特征气体的吸收光谱特征与分析要求,利用分段比基线校正、改进TR正则化特征变量提取算法,建立稀疏偏最小二乘的定量分析模型。以CH4,C2H6,C3H6和CO2等特征气体为例,给出了分析的测试结果。结果表明,在光谱波数分辨率为1cm-1,光程为10cm情况下,可以满足变压器绝缘油溶解气体分析要求。
- 赵安新汤晓君王尔珍张钟华刘君华
- 关键词：傅里叶变换红外光谱在线监测
- 基于CAV444的电容式液位传感器设计与优化被引量：10
- 2015年
- 文中介绍了电容式液位传感器的测量原理,提出了一种基于CAV444线性电容-电压转换芯片的电容式液位传感器设计与优化方案。该方案根据所测液位范围对应的电容值变化范围对调理电路的输出电压进行了变换,以提高传感器的灵敏度,并根据被测信号的带宽设计了低通数字滤波器,提高了传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器性能稳定,最大非线性误差为0.75%,测量结果线性度好;引用误差为1.13%,测量准确度高,能够满足大多数工业现场实际的液位测量需求。
- 赵明汤晓君张徐梁张涛寇福林
- 关键词：液位检测电容式传感器数字滤波器
- 利用Tikhonov正则化算法进行光谱特征波长的选择及其参数优化被引量：4
- 2014年
- 在烷烃类多组分混合气体,尤其轻烷烃类气体傅里叶变换红外光谱定量分析中,其中在红外光谱区域吸收峰严重交叉重叠,不易建立定量分析模型。为此,采用Tikhonov正则化算法对甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷等七种轻烷烃类混合气体傅里叶变换红外光谱进行特征波长的选择,以便建立定量分析模型。选择六种各气体浓度组成混合烷烃气体,采用Tikhonov正则化算法,通过对比分析混合气体在中红外全波段、主吸收峰和次吸收峰波段特征波长的选择和TR参数的优化,选择出七种气体成分的傅里叶变换红外光谱的特征波长。利用选择的特征波长和Tikhonov正则化参数对实测甲烷光谱数据进行检验分析,与其他气体成分的交叉灵敏度最大为11.153 7%,最小为1.239 7%,预测均方根误差为0.0048,有效增强了Tikhonov正则化算法在轻烷烃类混合气体定量分析中的实用性,初步验证了利用Tikhonov正则化进行烷烃类混合气体傅里叶变换红外光谱特征波长选择的可行性。
- 赵安新汤晓君张钟华刘君华
- 关键词：TIKHONOV正则化傅里叶变换红外光谱
- Rubberband方法中分段数量的选择对基线校正效果的影响分析被引量：5
- 2015年
- 针对混合气体红外光谱在应用现场基线漂移和畸变、基线校正方法 Rubberband方法中分段数量的选择不确定等问题进行探讨,通过遍历的形式筛选出针对烃类气体在中红外波段、波数分辨率为4 cm^-1的情况下,优选出分段数量在50-120之间、基线点的曲线拟合方法选择分段三次Hermite插值方法时,其基线估计和校正的效果较为理想。同时针对Rubberband方法易将吸收点误判为基线点的问题,使用中位数和偏离度首先剔除分段内的明显吸收点,然后将剩余谱线点采用偏最小二乘方法设定一定的阈值范围进行基线点的筛选,筛选出的基线点在整个波段采用分段三次Hermite插值方法进行基线的估计。从实测的光谱基线校正效果来看,提出的算法使用简单,并适合于在线连续分析的应用场合。
- 赵安新汤晓君张钟华刘君华
- 关键词：傅里叶变换红外光谱样条插值在线监测
- 一种基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法被引量：1
- 2021年
- 针对变压器油中溶解气体傅里叶红外光谱在线分析应用中,气室与光谱仪之间气隙中气体的带来的干扰,以及基线漂移与畸变问题,提出一种基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法。在传统单气室测量的基础上,增加一个与测量气室的结构、尺寸等参数基本相同的背景气室,背景气室充满氮气,而测量气室通入待测样气,通过工控机实现双气室的切换控制。但是,采用常规的吸光度计算公式处理的光谱在波数1 100~1 200 cm-1范围存在不明吸收峰,且存在严重的基线漂移现象,说明该计算方法已不适用于双气室切换。因此,为了消除双气室间参数无法一致的不利影响,特别是窗片的滤光特性的差异,提出了一种适用于双气室的新型气体吸收吸光度光谱计算方法;实验发现漂移量由近0.3降为0.005左右,证明其可以消除不明吸收峰和基线漂移。最后,于陕西某变电站的变压器中,取得油样,经脱气处理后,获得相应的气体样本,分别采用常规单气室扫描方法(组别1),提出的双气室补偿方法(组别2),以及气相色谱法(组别3)进行实验。结果表明,组别1的甲烷的浓度分析结果总是大于组别2。同时,组别1的二氧化碳浓度总是大于组别2的二氧化碳浓度,而造成这样分析结果的明显差异极可能是由于光谱仪与气室间气隙中空气的影响;且从总体上看,相比于组别1,组别2的分析结果更接近于气相色谱法的分析结果。综上所述,所提出的基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法可以有效的解决光谱基线漂移与畸变问题,获得较为理想的光谱,在气体分析上可以消除气室与光谱仪的间隙干扰气的影响,获得更为准确地分析结果。
- 任双赞王经纬高亮亮朱红梅吴昊刘晶汤晓君王斌
- 关键词：傅里叶红外光谱变压器油中溶解气体
- 优化Savitzky-Golay滤波器的参数及其在傅里叶变换红外气体光谱数据平滑预处理中的应用被引量：31
- 2016年
- 对傅里叶变换中红外光谱数据的平滑预处理中,通常采用Savitzky-Golay滤波器的方法进行光谱数据的平滑预处理,然而Savitzky-Golay滤波器的多项式拟合阶次和窗宽等参数的合理选则始终是一个难题,并无统一的选择依据,通常在一定数值范围内,采用多组数据进行遍历尝试,最终选择一组相对较优的数据作为Savitzky-Golay滤波器的多项式拟合阶次和窗宽参数。文中探索了Savitzky-Golay滤波器的多项式拟合阶次和窗宽等参数的优化选取这一问题,并对其主要频率指标参数与多项式拟合阶次和窗宽等参数进行了定性定量分析,得出了截至频率、阻带起始点频率、第一旁瓣峰值频率及第一旁瓣峰值幅度与窗宽和阶次之间具体的计算方程表达式。随后,根据采集的中红外气体组分的光谱数据特征,依据上述计算方程式,优化计算选取多项式拟合阶次和窗宽分别为8和11时,其Savitzky-Golay滤波器的中红外气体组分的光谱数据平滑效果最优。最后通过实际采集的0.1%,0.2%,0.5%,1%,2%,5%浓度的CH_4光谱数据进行平滑预处理,在次吸收峰区域,原始光谱的折算吸光率相对最大误差和最小误差分别为17.230 5%和0.243 0%,平滑处理后的光谱的折算吸光率相对最大误差和最小误差分别为0.088 0%和0.020 6%。可见经过Savitzky-Golay滤波器进行所探索的光谱数据预处理之后其相对误差基本稳定,并且相对较低,为后期光谱数据的准确定性和定量分析奠定了基础。
- 赵安新汤晓君张钟华刘君华
- 关键词：傅里叶变换红外光谱
- 利用2DCOS进行多组分混合气体傅里叶变换红外光谱分析中同分异构体谱峰的辨别被引量：1
- 2014年
- 在利用傅里叶变换红外光谱进行混合气体定量分析中,针对烃类尤其是同分异构体等构成的混合气体其谱图特征相似、吸收峰严重交叠,不易进行特征吸收成分的判别和特征变量选择的问题,为增强谱峰分辨力,采用广义二维相关光谱和傅里叶变化红外光谱对烃类混合气体分析中同分异构体进行辨别,以异丁烷和正丁烷的红外光谱及受浓度扰动组成的光谱组为例进行二维相关红外光谱分析。通过观察全波段和主吸收峰波段单组分气体的傅里叶变换红外光谱,可知其谱图相似,吸收峰严重交叠,如果混合在一起,将基本无法辨别何种分子结构及成分。通过广义二维相关光谱的变换,其二维相关光谱的同步谱和异步谱可以清晰地辨别出异丁烷和正丁烷的特征吸收峰及其各自强度,实验结果可知,异丁烷在2 893,2 954和2977cm-1,正丁烷在2 895和2 965cm-1具有强的吸收特征谱线。分析结果初步验证了二维红外相关光谱在多组分混合气体傅里叶变换红外光谱定量分析中谱分辨率增强方面的应用。
- 赵安新汤晓君张钟华刘君华
- 关键词：二维相关光谱傅里叶变换红外光谱
- 基于USB2.0的高速数据采集系统被引量：2
- 2015年
- 介绍了一种基于USB2.0的高频信号数据采集系统,该系统能够采集高达10MHz的信号,采样频率高达50MHz。系统通过FPGA对AD模块转换的数据进行存储,通过USB2.0串行数据接口完成数据采集系统和PC之间的通信和数据传输。首先阐述了系统的总体架构和硬件,其次介绍了系统的FPGA软件设计和应用软件设计,最后给出了数据采集的测试结果。结果证明该系统能够采集高达10MHz的信号,能够简单方便地实现数据传输。
- 赵明俞则人张海林寇福林张徐梁
- 关键词：数据采集FPGAUSB2.0高频信号
