導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇傳感器技術論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

2傳感器技術在機電技術當中的應用

由于傳感器的電磁兼容性能比較強，因此具有較高的數據存儲技術可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數。智能濾波算法以及A/D轉換技術等先進的技術都在傳感器當中得到了應用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標準的接口，其能夠與計算機進行直接的連接，同時也可以連接標準的工業控制總線，具有十分靈活的使用方式。

2.1在機器人中傳感器技術的應用

作為典型的仿生裝置，機器人對傳感器技術進行了充分的應用。通過將感知到的物理量向電量進行轉化，機器人就可以實現信息輸出，在這個過程中對機器人傳感技術進行了充分的利用，其中包括兩方面的內容，也就是外部傳感器以及內部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環境進行判別，為機器人提供必要的信息，使之能夠對操作對象進行準確的控制。而實施系統的控制是內部傳感器的主要功能，其能夠對機器人的狀態進行有效的檢測，保證機器人在工作的過程中能夠按照要求來進行。內部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機器人對外部的環境產生有效的感知，并且將相應的動作做出。與此同時，在科技生產的過程中，還可以利用對機器人的操作從而能夠對反饋的意見進行獲取。

2.2在機械制造行業中傳感器技術的應用

由于在機械制造行業當中需要實施包括加工精度等在內的動態特性測量，因此要利用傳感器針對機械阻抗以及振動等相關部件當中的參數進行測量，從而對其動態特性進行檢驗。如果需要在線監測與控制超精加工中的零件尺寸的時候，就要利用傳感器將相關的信息提供出來。比如利用傳感器針對數控車床中車刀的位置進行檢測；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都會受到刀尖形狀的影響，可以采用在車刀上放置的振動傳感器對其鋒銳的程度進行檢驗。還可以利用液面傳感器針對液壓系統中的油量以及車床中的油進行監測。

2.3在環境當中傳感技術的應用

傳感器網絡在環境監測當中通常具有一系列的優點，其中包括無需專人現場維護、可以長期不用對電池進行更換、具有十分簡單的布置等。可以利用對節點進行密集的布置，從而對微觀的環境因素進行觀察。在環境監測領域當中對傳感器網絡具有非常廣泛的應用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災報警、觀察氣象現象、觀測海島鳥類的生活規律等。

2.4在火災報警當中傳感器技術的應用

防災報警裝置是現代建筑必須要具備的，其中最為關鍵的就是火災報警系統。在發生火災的時候一般都會出現有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運用到火災報警系統當中，就可以對異常的信號進行轉化，使之變成容易進行傳送的形式，然后就可以利用消防網絡向指揮中心提供火災地點的報告。

篇2

隨著傳感器技術、信息處理技術、測量技術與計算機技術的發展，智能駕駛系統（輔助駕駛系統一無人駕駛系統）也得了飛速的發展。消費者越來越注重駕駛的安全性與舒適性，這就要求傳感器能識別在同一車道上前方行駛的汽車，并能在有障礙時提醒駕駛員或者自動改變汽車狀態，以避免事故訴發生。國際上各大汽車公司也都致力于這方面的研究，并開發了一系列安全駕駛系統，如碰撞報警系統（CW）、偏向報警系統（LDW）和智能巡游系統（ICC）等。國內在這些方面也有一定的研究，但與國外相比仍存在較大的差距。本文將主要討論多傳感器信息融合技術在智能駕駛系統（ITS）中的應用。

1ICC/CW和LDW系統中存在的問題

1.1ICC/CW系統中的誤識別問題

ICC/CW系統中經常使用單一波束傳感器。這類傳感器利用非常狹窄的波束寬度測定前方的車輛，對于彎曲道路（見圖1（a）），前后車輛很容易駛出傳感器的測量范圍，這將引起智能巡游系統誤加速。如果前方車輛減速或在拐彎處另一輛汽車駛入本車道，碰撞報警系統將不能在安全停車范圍內給出響應而容易產生碰撞。類似地，當彎曲度延伸時（見圖1(b)），雷達系統易把鄰近道路的車輛或路邊的防護欄誤認為是障礙而給出報警。當道路不平坦時，雷達傳感器前方的道路是斜向上，小丘或小堆也可能被誤認為是障礙，這些都降低了系統的穩定性。現在有一些濾波算法可以處理這些問題并取得了一定效果，但不能徹底解決。

1.2LDW系統中存在的場景識別問題

LDW系統中同樣存在公共駕駛區場景識別問題。LDW系統依賴于一側的攝像機（經常僅能測道路上相鄰車輛的位置），很難區分彎曲的道路和做到多樣的個人駕駛模式。LDW系統利用一個前向攝像機探測車輛前方道路的地理狀況，這對于遠距離測量存在著精確性的問題，所有這些都影響了TLC（Time-to-Line-Crossing）測量的準確性。現常用死區識別和駕駛信息修訂法進行處理，但并不能給出任何先驗知識去識別故障。

2多傳感器信息融合技術在ITS系統中的應用

針對以上系統存在的一些問題，研究者們紛紛引入了多傳感器信息融合技術，并提出了不同的融合算法。基于視覺系統的傳感器可以提供大量的場景信息，其它傳感器（如雷達或激光等）可以測定距離、范圍等信息，對兩方面的信息融合處理后能夠給出更可靠的識別信息。融合技術可以采用Beaurais等人于1999年提出的CLARK算法（CombinedLikelihoodAddingRadar）和InstitudeNeuroinformatik提出的ICDA（IntegrativeCouplingofDifferentAlgorithms）算法等方法實現。

2.1傳感器的選擇

識別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對幾種傳感器的優缺點進行說明（見表1）。探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標發射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定距離的。該方法被廣泛應用于移動機器人的研究上。其優點是價格便宜，易于使用，且在10m以內能給出精確的測量。不過在ITS系統中除了上文提出的場景限制外，還有以下問題。首先因其只能在10m以內有效使用，所以并不適合ITS系統。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測達100m遠，但其更新頻率為2Hz，而且還有可能在傳輸中受到其它信號的干擾，所以在CW/ICC系統中使用是不實際的。

表1傳感器性能比較

傳感器類型優點缺點

超聲波

視覺

激光雷達

MMW雷達價格合理，夜間不受影響。

易于多目標測量和分類，分辨率好。

價格相合理，夜間不受影響

不受燈光、天氣影響。測量范圍小，對天氣變化敏感。

不能直接測量距離，算法復雜，處理速度慢。

對水、灰塵、燈光敏感。

價格貴

視覺傳感器在CW系統中使用得非常廣泛。其優點是尺寸小，價格合理，在一定的寬度和視覺域內可以測量定多個目標，并且可以利用測量的圖像根據外形和大小對目標進行分類。但是算法復雜，處理速度慢。

雷達傳感器在軍事和航空領域已經使用了幾十年。主要優點是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來隨著尺寸及價格的降低，在汽車行業開始被使用。但是仍存在性價比的問題。

為了克服這些問題，利用信息融合技術提出了一些新的方法，利用這些方式可以得到較單一傳感器更為可靠的探測。

2.2信息融合的基本原理

所謂信息融合就是將來自多個傳感器或多源的信息進行綜合處理，從而得出更為準確、可靠的結論。多傳感器信息融合是人類和其它生物系統中普遍存在的一種基本功能，人類本地地具有將身體上的各種功能器官（眼、耳、鼻、四肢）所探測的信息(景物、聲音、氣味和觸覺)與先驗知識進行綜合的能力，以便對其周圍的環境和正在發生的事件做出估計。由于人類的感官具有不同度量特征，因而可測出不同空間范圍的各種物理現象，這一過程是復雜的，也是自適應的。它將各種信息（圖像、聲音、氣味和物理形狀或描述）轉化成對環境的有價值的解釋。

多傳感器信息融合實際上是人對人腦綜合處理復雜問題的一種功能模擬。在多傳感器系統中，各種傳感器提供的信息可能具有不同的特片：對變的或者非時變的，實時的或者非實時的，模糊的或者確定的，精確的或者不完整的，相互支持的或者互補的。多傳感器信息融合就像人腦綜合處理信息的過程一樣，它充分利用多個傳感器資源，通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據某種優化準則結合起來，產生對觀測環境的一致性解釋或描述。信息融合的目標是基于各種傳感器分離觀測信息，通過對信息的優化組合導出更多的有效信息。這是最佳協同作用的效果，它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯合操作的優勢來提高整個系統的有效性。

2.3常用信息融合算法

信息融合技術涉及到方面的理論和技術，如信息處理、估計理論、不確定性理論、模式識別、最優化技術、神經網絡和人工智能等。由不同的應用要求形成的各種方法都是融合方法的個子集。表2歸納了一些常用的信息融合方法。

表2信息融合方法

經典方法現代方法

估計方法統計方法信息論方法人工智能方法

加權平均法經典推理法聚類分析模糊邏輯

極大似然估計貝葉斯估計模板法產生式規則

最小二乘法品質因素法熵理論神經網絡

卡爾曼濾波D-S證據決策理論遺傳算法

模糊積分理論

2.4智能駕駛系統中信息融合算法的基本結構

由于單一傳感器的局限性，現在ITS系統中多使用一組傳感器探測不同視點的信息，再對這些信息進行融合處理，以完成初始目標探測識別。在智能駕駛系統中識別障礙常用的算法結構如圖2所示。

3CLARK算法

CLARK算法是用于精確測量障礙位置和道路狀況的方法，它同時使用來自距離傳感器（雷達）和攝像機的信息。CLARK算法主要由以下兩部分組成：①使用多傳器融合技術對障礙進行魯棒探測；②在LOIS（LikelihoodofImageShape）道路探測算法中綜合考慮上述信息，以提高遠距離道路和障礙的識別性能。

3.1用雷達探測障礙

目前經常使用一個雷達傳感器探測前方的車輛或障礙。如前面所分析，雷達雖然在直路上的性能良好，但當道路彎曲時，探測的信號將完全可靠，有時還會有探測的盲點或產生錯誤報警。為了防止錯誤報警，常對雷達的輸出進行標準卡爾曼（Kalman）濾波，但這并不能有效解決探測盲點問題。為了更可靠地解決這類問題，可以使用掃描雷達或多波束雷達，但其價格昂貴。這里選用低價的視覺傳感器作為附加信息，視覺傳感器經常能提供掃描雷達和多波束雷達所不能提供的信息。

3.2在目標識別中融合視覺信息

CLARK算法使用視覺圖像的對比度和顏色信息探測目標，使用矩形模板方法識別目標。這個模板由具有不同左右邊界和底部尺寸的矩形構成，再與視覺圖像對比度域匹配，選擇與雷達傳感器輸出最接近的障礙模板。

CLARK算法首先對雷達信號進行卡爾曼濾波，用于剔除傳感器輸出的強干擾，這出下列狀態和觀測方程處理：

D（t）=R(t)+v(t)

式中，R（t）為前方障礙的真實距離（未知），R（t）是其速度（未知，）D（t）為距離觀測值，Δt為兩次觀測的問題時間，w（t）和v(t)為高斯噪聲。給定D（t），由Kalman濾波器估計R（t）和R（t）的值，并把估計值R(t)作為距離輸入值，使用R(t)和D（t）的差值確定所用矩形模板的偏差。由于使用雷達探測的位置與雷達作為補償。

使用上述算法可以有效提高雷達探測的可靠性，但當圖像包含很強的邊緣信息或障礙只占據相平面一個很小的區域時，仍不能得到滿意的結果。因此，除對比度外，又引入視覺圖像的顏色域。

3.3相合似然法

在探測到障礙后，CLARK算法將這些信息整合到道路探測算法（LOIS）中。LOIS利用變形道路的邊緣應為圖像中對比度的最大值部分且其方位應垂直于道路邊緣來搜索道路。如果只是簡單地將兩個信息整合，則障礙探測部分的像素被隱藏，其圖像梯度值不會影響LOIS的似然性。這樣可以防止LOIS將汽車前方障礙的邊緣誤認為是道路的邊緣來處理。但是當道路的真實邊緣非常接近障礙的邊緣時，隱藏技術則失效。

為了使隱藏技術有效，可以在障礙和道路探測之間采取折中的處理方法。這種折中的處理方法就是相合似然法。它將探測障礙固定的位置和尺寸參數變為可以在小范圍內變化的參數。新的似然函數由LOIS的似然和小探測障礙的似然融合而成。它使用七維參數探測方法（三維用于障礙，四維用于道路），能同時給出障礙和道路預測的最好結果。其公式如下：

式中，Tb、Tl、Tw為相平面內矩形模板的底部位置、左邊界和寬度的三個變形參數，[xr(t),xc(t)]為變形模板相平面的中心。[yr(t)，yc(t)]為由雷達探測并經Kalman濾波的障礙在相平觀的位置。將地平面壓縮變化為相平面，的實時估計，為相平面內一個路寬的值（3.2m）。tan-1的壓縮比率在相平面內不小于Tmin（路寬的一半），不太于Tmax（路寬）。通過求解七維后驗pdfP（k'''',b''''LEFT，b''''RIGHT，vp，Tb，Tl,Tw|[yr(t),yc(t)],ObservedImage）的最大值獲得障礙和道路目標。

篇3

2機房監控系統的設計與實現

2.1ZigBee協調器節點硬件設計ZigBee協調器節點主要由六大模塊構成，分別為LED指示燈、電源模塊、串口模塊、晶振模塊、射頻天線以及無線收發器。LED指示燈主要用于顯示系統網絡連接狀態。串口模塊用于傳輸數據信息，并接收相關指令控制協調器運轉。由于射頻天線在輸入和輸出為高阻與差動，故適用(115+180)的差動負載。為了進一步優化ZingBee協調器節點性能，我們采用了不平衡變壓器。無線收發器工作電壓為3.3V，在運行過程中應采用電壓轉換模塊將5V電壓下降至3.3V無線收發器能夠同時接收兩種頻率的晶振電路，以此滿足監控系統的不同電路需求。

2.2傳感器節點硬件設計傳感器節點主要由電源模塊、CC2430數據傳輸模塊、數據采集模塊以及外部數據存儲等模塊構成。電源模塊使用兩節5號干電池，CC2430數據傳輸模塊負責數據的傳輸與采集，并通過與路由節點進行數據交換來控制命令。數據采集模塊主要負責采集系統監控區域的濕度、溫度、水浸以及光照強度等信息，并將其轉化為數據進程存儲。

2.3ZigBee協議棧ZigBee協議棧是分層的，每一層都需要向上一層進行數據的提供和管理功能，其主要包括網絡層、應用層、媒體訪問控制層以及物理層。其中應用層內又劃分為ZDO、APS以及應用對象等。媒體訪問控制層與物理層位于協議棧子層的最底，屬于硬件系統，其他層則在這兩者智商，不屬于硬件系統。ZigBee協議棧的分層結構簡潔明了，極大的方便了系統的設計和調控。

2.4無線傳感網軟件平臺搭建搭建無線傳感網軟件平臺需要一個良好的操作系統。操作系統能夠對各項任務進行調度并使整個系統正常運轉。不同；誒型設備的同一項處理可以視為同一任務，新建任務并添加至系統，操作系統即將新任務與ZigBee協議棧進行融合，使系統獲得新功能并投入使用，從而搭建出完整的無線傳感網軟件平臺。

篇4

    由于系統中選用了兩臺不同型號的激光傳感器作為船舶特征信息的采集,它們采用的數據接口各異。因此,需選用不同的傳輸方式獲取其數據信息。通過對三種方案的實踐和比較,最終得到了合適的傳輸方案。

    激光傳感器數據的傳輸

    1、激光傳感器

    激光傳感器船舶交通量觀測系統由數據采集子系統、數據處理子系統和輔助子系統三個部分組成。數據采集子系統中的激光傳感器通過自身激光頭的旋轉,對物體進行短時間的線掃描,從而實現對被測物截面的二維掃描,可實時采集航道上的目標圖像。數據采集子系統主要由兩臺激光傳感器組成。

    2、激光傳感器數據的傳輸

    傳輸方案:

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隨著社會的發展，信息處理技術、微處理器和計算機技術的快速發展和廣泛應用，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。現在非電物理量的測試與控制技術，已越來越廣泛地應用于航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量、稱重等技術領域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費論文參考網。可以說測試技術與自動控制技術水平的高低，是衡量一個國家科學技術現代化程度的重要標志。傳感器是信息采集系統的感應單元，所以，它是自動化系統和控制設備的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，在科技、生產自動化領域中的作用越來越重要[2]。

傳感器亦稱換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學量，生物學量等）按一定的規律轉換成便于處理和傳輸的另外一種物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測量電路3部分組成，有時還需加上輔助電源。免費論文參考網。其原理如圖1所示。

其中：①敏感元件直接感受被測物理量，如在應變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉換成電量，是轉換元件，如固態壓阻式壓力傳感器；③測量電路是將傳感元件輸出的電信號轉換為便于顯示、控制和處理的有用電信號的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號一般較小，大多數的測量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測量電路工作電壓和電流的器件。

國際電工委員會IEC則將傳感器定義為測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號[4]。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，是被測量信號輸入的第一道關口。對傳感器在技術方面有一定的要求，而同時亦要考慮盡可能低的零點漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標準化方向發展的趨勢[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測的非電量轉換成電阻值，通過測量此電阻值達到測量非電量的目的。這類傳感器大致分為兩類：電阻應變式和電位計式。利用電阻式傳感器可以測量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數。

壓力傳感器是將壓力這個物理量轉換成電信號的一種電阻應變式傳感器。傳統的電阻應變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器[7]。如圖2所示，將應變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當彈性敏感元件受到外施壓力作用時，彈性敏感元件將產生應變，電阻應變片將它們轉換成電阻變化，再通過電橋電路及補償電路輸出電信號。它是目前應用較多的壓力傳感器之一，因具有結構簡單、使用方便、測量速度快等特點而廣泛應用于航空、機械、電力、化工、建筑、醫學等諸多領域。

傳統的電阻應變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過粘結劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過粘結劑、絕緣脂膜才能到達敏感柵，從而產生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應度、線性度等性能。另外，由于粘結劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結劑層對傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規工藝導致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結構選擇恰當，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導體光刻技術，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環氧樹脂粘結劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經過熱老化、電老化，待封裝應力趨于穩定后，進行電性能測試。

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1、前言

地磁場的異常波動是發生地震的重要征兆，對地磁場異常的監測可以為地震預報研究提供重要的數據資料 [1]。

虛擬儀器技術是利用編程軟件，按照測量原理,采用適當的信號分析與處理技術,編制具有測量功能的程序就可以構成相應的測試儀器[2],降低了儀器的開發和維護費用,縮短了技術更新周期，顯著提高了儀器的柔性和性價比[3]。

2、硬件結構

分布式地磁場異常監測系統總體結構如圖1所示。磁場傳感器通過RS232串口將計算出的地磁場方位值前期數據發送給電腦1，電腦1上的虛擬儀器軟件完成對信號的讀取、計算、分析、顯示、存儲等并通過電子郵件將相關數據傳送給遠端的電腦2。

3、軟件設計

3.1、軟件的總體功能

如圖2所示，監測系統主要有數據采集模塊、顯示模塊、磁場異常報警模塊、數據處理模塊、數據保存模塊、電子郵件發送模塊等組成。

3.2、軟件前面板

前面板如圖3所示,主要分為3個模塊:通信參數設置模塊、監測結果顯示及保存模塊、異常報警模塊等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。設置的通信參數主要有與傳感器通信時的波特率、數據位、數據文件保存的位置、軟件異常及地磁異常時發送電郵的收發件人電子信箱地址等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖2 軟件總體功能框圖

圖3 軟件前面板

3.3、地磁場方位值的計算

地磁場方位值計算模塊如圖4所示，將VISA讀取控件緩沖區中的字符串數組讀出，截取其中第9和第10個元素，進行數制、進制轉換得到地磁場方位值，接到前面板進行顯示。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖4 方位值計算模塊

3.4異常報警

將當前時刻的方位值與正常方位值相比較，如果相差5度，即認為是地磁場的異常波動，報警指示燈亮，發出報警音，同時啟動郵件發送模塊。

3.5 數據保存模塊

調用日期/時間字符串控件，讀取windows日期時間，和地磁場方位值一起寫入指定目錄的txt文件中。當地磁場異常時，觸發磁場異常邏輯為真，寫入文件控件將從此時刻開始5秒內的時間值、地磁場方位值寫入txt文件中。

圖5 郵件發送第一幀

圖6 郵件發送第二幀

3.6 郵件發送

4.實驗

如圖7所示，實驗方法為:將傳感器與電腦1串口相連，通過虛擬儀器軟件監測地磁場的異常情況，當地磁發生異常或接收傳感器數據異常時，電腦1上的監測軟件報警，并把異常數據記錄到數據文件中，同時通過電子郵件模塊向指定信箱發送指定格式郵件，監測者在電腦2上查看相關異常郵件。做法是轉動傳感器使其與地磁場磁北指向夾角為200°，用一塊磁鐵沿著與傳感器指向垂直的方向自遠及近靠近后又自近及遠離開傳感器，記錄下整個過程磁鐵與傳感器距離、地磁場方位值、異常情況及郵件接收情況。實驗結果如表1所示。

反復實驗表明，監測軟件準確地記錄下了磁鐵靠近傳感器的過程中該處磁場的變化情況，且當地磁異常時電腦2及時地接收到了相關異常數據郵件。

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1 緒論

1.1課題背景波達方向（Direction Of Arrival，DOA）估計（常稱為DOA估計）是陣列信號處理領域內的主要研究方向之一。論文格式。陣列信號處理[1]是近幾十年來綜合陣列理論和數字信號處理理論與技術而發展起來的一門學科分支。它是將一組傳感器在空間的不同位置上按一定規則布置形成的傳感器陣列。盡管采用的傳感器類型可以不同，如天線、水聽器、聽地器、超聲探頭、X射線檢測器，但是傳感器陣列的功能是相同的，它是連信號處理器和感興趣的空間的紐帶，用傳感器陣列接收空間信號，獲得信號源的空間觀測數據并加以處理。陣列信號的處理目的是從這些觀測數據中提取信號場的有用特征，獲取信號源的屬性等信息。近些年，隨著微電子技術、數字信號處理技術、并行處理技術的迅猛發展，陣列信號處理的理論和實際應用也得到了迅速發展。

盡管空間譜估計的理論與技術日益成熟，但是需要或者值得研究的方向仍然很多。譬如近幾年來，如何利用非圓信號(non-circularsi gnals)的特征來提高算法估計性能己經成為信號處理理論界的一個研究熱點。

1.2對非圓信號的研究意義對非圓信號的研究有著現實意義，一方面，非圓信號是現代通信系統中常用信號;另一方面，在實際應用場合中經常會遇到由于用戶的高密集性而使得陣列的接收信號數要遠大于陣元數的情況，并且為了處理的實時性，不可能獲得很多的快拍數。因此研究處理信號個數多、運算量小的算法顯得尤為迫切。

2 電磁矢量傳感器陣列非圓信號模型2.1電磁矢量傳感器輸出信號模型電磁矢量傳感器由于其獨特的同點極化分集接收能力，使得隱含于信號結構中的微觀信息得到充分利用，受到了人們的廣泛關注。電磁矢量傳感器[3]陣列是一種極化敏感陣列，由若干個相同形式的電磁矢量傳感器組成。每個電磁矢量傳感器又可視為一個6元子陣，由相位中心重合的三個正交電偶極子和三個正交磁偶極子組成，可以同時感應入射電磁信號的3個電場分量和相應的3個磁場分量。

2.2電磁矢量傳感器陣列流行矢量特點關于電磁矢量傳感器的陣列流形矢量有幾個重要的特點。首先單個矢量傳感器測量產生一個6×1維的導向矢量，因此，單個矢量傳感器本身能夠等效表示一個六元陣列。第二，矢量傳感器的陣列流形沒有時間延遲相位，也就是說矢量傳感器陣列流形矢量不同于空間平移陣列，單電磁矢量傳感器的導向矢量與空間抽樣間隔以及入射信號的頻率無關，這種頻率無關性是由于組成矢量傳感器的六個分量傳感器在空間同點放置。論文格式。第三，電磁矢量傳感器陣列流形矢量是極化敏感的；這就意味著具有相同DOA方向但是有不同極化狀態的信號有不同的陣列流形矢量，因而可以基于他們的極化分集區分開來。第四，任意寬帶或者窄帶電磁波信號的電場矢量和磁場矢量相互正交，并且正交于信號的歸一化玻印廷矢量，信號單位傳播矢量的三個分量是沿著笛卡爾坐標的三個方向余弦。

3 改進的非圓信號DOA估計方法3.1相干源的分辨問題在實際情況中，常由于多徑傳輸或人為干擾的影響，陣列有時會收到來自不同方向上的相干信號，相干信號會導致接收信號協方差矩陣的秩虧損，從而使得信號子空間“擴散”到噪聲子空間中去。因此，MUSIC算法[2]的空間譜搜索就無法在波達方向上產生譜峰；ESPRIT算法也會由于秩虧損而無法求解出正確的來波方向。相干源的問題要從解決矩陣的秩虧損入手。論文格式。當個信號非相干時，一次快拍得到的是個信號線性組合的陣列向量，其協方差矩陣具有秩為的信號子空間。如果個信號中有兩個相干，即這兩個信號的相位關系保持不變，再多的快拍數也只能得到個非線性相關的陣列向量，使信號子空間的秩降為，也就是產生了秩虧損。

由以上分析可知，在相干信號源情況下正確估計信號方向（稱為解相干或去相干）的核心問題是如何通過一系列有效變換使得信號協方差矩陣的秩得到有效恢復，從而正確估計信號源的方向。本章將考慮基于電磁矢量陣列的非圓信號DOA估計問題，提出一種廣義相位平滑算法，這種方法不僅可以提高非圓信號的DOA估計精度，還可以有效處理相干信號的估計問題。

3.2廣義相位平滑MUSIC與MUSIC算法比較廣義相位平滑算法能較好的對兩個相干非圓信號解相干。不僅如此，廣義直接相位平滑算法和廣義平方相位平滑算法還可以對非相干非圓信號DOA估計精度有明顯的改進。

下面將通過仿真來比較這三種算法的性能。仿真中采用電磁矢量傳感器均勻線陣，由6個指向相同的電磁矢量傳感器組成，陣元間距為半波長。通過第2節電磁矢量傳感器輸出信號模型的建立和電磁矢量傳感器陣列流行矢量的特點分析進行比較。比較步驟如下：

1.通過計算信噪比與均方角度誤差的關系，信號為三個非相干的BPSK窄帶信號，入射角度為、和，初始相位為、和，極化狀態為、和，快拍數為200，所給結果為200次獨立實驗的平均；

2.快拍數與均方角度誤差的關系，信號步驟1相同，信噪比為-5dB；

3.在步驟1的基礎上將信號入射角度變為、和；

4.在步驟2的基礎上將信號入射角度變為、和。

通過比較，結果表明，在低信噪比和短快拍數兩種困難條件下廣義相位平滑算法對非相干的線極化非圓信號DOA估計精度有明顯的改善作用。

4 .總結本文主要研究了非圓信號的定義與性質；基于電磁矢量陣列的非圓信號DOA估計的數學模型；研究了一種改進的非圓信號DOA估計方法，即廣義相位平滑算法，并把它推廣到電磁矢量陣列。從而提高參數估計性能并且能估計多于陣元個數的信號。同時，廣義直接相位平滑算法和廣義平方相位平滑算法不僅可以很好的對兩個相干的非圓信號解相干，還對非相干的非圓信號DOA估計精度有明顯的改善作用。

【參考文獻】

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[2]Y Xu and Z Liu.Subspace-Based Single-Vector-Sensor Direction Finding for Two Coherent AcousticSources Having Real-Valued Constellations[C].in proc.IET internationalconference on wireless,Mobile&MultimediaNetworks,2006,HangzhouChina,994-997

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中圖分類號：TN711 文獻標識碼：A 文章編號：

傳感器最早在軍事等領域應用，傳感器網絡由空間上分布的許多自動裝置構成計算機網絡，通過傳感器，裝置對不同位置的物理或者污染物、運動、壓力、振動、聲音、濕度等環境狀況進行協同監控。雖然傳感器網絡最早起源于軍事監測，現今已經在交通控制、家庭自動化、健康監護、生態監測等很多民用領域應用。傳感器集成了分布式信息處理技術、嵌入式計算技術、通信技術、傳感器技術，具備通信、計算、感知等功能。而論文中的主角傳感器網絡技術可以對網絡分布區域內各種監測或環境對象的感知和采集，并對其進行處理，最后以多跳中繼的方式，通過隨機無線通信網絡，給用戶終端傳輸信息。在交通管理、醫療衛生、環境監測、遠程控制等領域方面都離不開傳感器網絡技術，我們就來了解一下其在水文自動測報系統中的應用。

水文測報系統

傳感器網絡與其他無線網絡的本質區別在于：它是以數據為核心的網絡，它是具有分布式的智能網絡系統。傳感器網絡實現了虛擬計算世界和真實物理世界的耦合。傳感器網絡中，網絡在得到信息后，將其匯報給用戶。社會經濟的飛速發展，科學技術水平的不斷提升，水文測報系統也進入了網絡時代。水文測報系統為一個計算機網絡。而系統按照不同的用戶，將其分為中央機、中樞機、中心機、現場機。在國家防洪防旱調度指揮中心或者國家水利部服務的為中央機，在流域級管理的信息系統稱為中樞機，服務于市級管理部門的信息系統稱為中心機，而布置在現場環境的水文傳輸以及遙測系統稱為現場機。建立水文測報系統的目的就是要將在現場采集的水文數據傳達到數據處理中心，再通過決策和融合處理，滿足系統同于管理與組織的目的。由現地機到中心機、由中心機到中樞機、中樞機到中央機，水文測報系統采用網絡拓撲結構。通過現場裝配的傳感器，將各種水文數據由各個水文測站進行采集后，在進行存儲前，適配器會將不同標準與格式的數據轉變為具有統一標準格式的數據，并通過等無線方式或等有線方式傳輸到中心機，再對各種數據分析、處理、存儲后，通過例如：、等傳輸至上層控制中心。

獲取與處理信息是為了能夠使傳感器資源達到最優工作狀態，用戶除了能夠及時掌握環境內的影響因素數值外，就需要控制與管理資源。管理層與系統組織控制與管理了分布于網絡環境中各個節點上的數據源設備。智能儀表儀器、工作站、計算機等都在網絡節點上體現。其核心設計就是采用分布模式代替了原來集中控制的測控網絡，使其成為具有智能化、網絡化、分散性、可互操作性、開放性的測控系統。

水文測報系統中傳感器網絡技術的應用

由處理、傳遞、收集水文實施數據的各種計算機、通訊設備、傳感器等裝置共同組成了水文自動測報系統。主要用于水利的調度和防汛，其分為中心控制站、信息傳輸通道、遙測站這3部分。水文自動測報系統僅需要幾分鐘的時間就可以處理小流域范圍內的數據收集，并提供出水庫、重點河段的水清和雨情等。

中心控制站將各個遙測站的水文數據集中，在經過了整理和計算后，對閘門的啟閉進行控制，并及時預報洪水情況，最終實現水利調度。中心控制站的設備主要有電子計算機和通信電臺等組成。信息傳輸通道分為無線和有線兩類，作為電波傳輸線，它將中心控制站與遙測站連接。無線電通道克服了距離或障礙的困難，中繼站在通信距離大于五十公里位置設置，能夠滿足各個方向通信要求。而有線通道可采用電話線為其專用線路，有線通道的不足之處在于受惡劣天氣影響較大，會增加架空線等設備的成本。而有線通道最大的特點就是使用較為可靠方便，抗干擾能力強等。人們往往采用脈沖調制數字通信來作為傳輸信息的方式。遙測站中有電源設備、電臺、數傳機、編碼器、水位計、雨量計等儀器設備，通過中心控制站的控制，遙測站實現自動收集水文參數實時數據，并將這些數據編成脈沖信號，傳遞于中心控制站。

我國的湖泊、江河分布范圍廣，例如太湖、長江等流域范圍內存在著人力難以觀測障礙，而在這些難于達到的流域部署傳感器節點，就可對高精度的數據做到了如指掌，在水文監測中，使用傳感器節點所組成的傳感器網絡，具有著顯著的特點。第一，傳感器的節點可以在節點之間進行監控，且具有通信能力，可以通過環境的變化來實現對復雜情況的控制。無線傳感器節點其自身也具備了一定的存儲功能和計算功能。第二，傳感器的網絡節點具有精度高、采集數據量大等特點，每一個局部區段的具體信息都可以由每個節點檢測，其節點分布的范圍廣、密度高。第三，該傳感器網絡人為影響流域的因素小，因為傳感器節點的部署簡便，僅需要部署一次即可，且體積小。

2.1結構

傳感器節點能夠分布在不相鄰的測控區域中，也可以集中部署在同一個區域內，不管如何布置，都可以形成傳感器網絡。傳感器網絡在水文測報中的應用如圖所示。傳感器節點向網關節點傳送感知到的數據，而將傳感器節點傳輸來的數據傳到基站就是網關節點的任務，期間，數據會經由傳輸網絡進行傳輸。傳輸網

圖傳感器網絡用于水文測報系統的體系結構圖

絡的傳輸方式可以是無線也可以是有線。它負責協同綜合網關節點、傳感器網絡網關節點信息的局部網絡。基站備有本地數據庫，用于傳感數據的存放。通過，基站可以將數據傳輸至用戶數據處理中心。用戶可以在任何時候、任何地方，通過連接了的計算機，發出命令控制基站。

2.2功能

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隨著現代科學技術的高速發展，自動導引小車（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了廣泛的應用。AGV以電池為動力，并裝有非接觸導航（導引）裝置，以電磁引導、激光引導、慣性引導及GPS引導等方式。可實現無人駕駛的運輸作業。它能在計算機監控下，按路徑規劃和作業要求，精確地行走并停靠到指定地點，完成一系列作業。

AGV以輪式移動為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動機器人具有行動快捷、工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優勢。AGV的活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。在自動化物流系統中，最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化生產。

一、AGV導航系統的系統總體設計

本論文設計了磁帶引導AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調速、人工控制等功能，為大量生產工業型AGV提供較好的研究基礎。系統模塊設計如圖1所示：

圖1

本論文主要對AGV的硬件系統進行設計，重點研究磁引導AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設計。

二、磁尋跡傳感模塊設計

磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關鍵，為了檢測到弱磁磁場的存在，要選用靈敏度更高的傳感器。本設計采用磁阻傳感器，可以測量到弱磁磁場的存在。由于磁阻傳感器輸出為模擬量輸出，需要通過響應的A/D轉換電路將信號輸入單片機。模塊設計如圖2所示。

圖2 磁尋跡傳感器硬件實現電路

三、速度反饋模塊設計

本論文AGV采用雙輪差速驅動方式，當電機負載增加時，電機的運行速度下降，一般額定轉速降落達3%～10%，為了使兩電機同速，必須要有反饋換環節對電機的速度進行反饋。只有組成了閉環系統，AGV的運動與速度才可控。碼盤接口硬件電路如圖3所示。兩編碼器的A和B兩相信號經過74LS14施密特整形，分別接到單片機的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機對INT1和INT0的中斷次數計數來測量通道B的脈沖數，讀取P1.2的電平狀態來判斷電機的轉動方向。以上升沿觸發為例，當B路信號的上升沿引起中斷時，單片機判斷P2.2或P2.3信號的電平高低。若其為低，則電機正傳；為高，則電機反轉。電機的速度即為一個采樣周期中N值的變化量。電機的轉速為，式中，C為標度變化系數，可根據轉速的量綱來選擇，N為一個采樣周期中的計數值，它的符號反應電機的轉動方向。硬件實現電路如圖3所示。

圖3 光電編碼器實現電路圖

四、總結

本系統采用PWM調速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規定的行駛路線和停靠位置，自動行駛，完成規定的操作。論文對關鍵模塊的設計進行了詳細設計，經驗證該系統設計可靠合理，能實現系統設計的基本功能。

參考文獻：

[1] 溫鋼云，黃道平. 計算機控制技術[M]. 華南理工大學出版社，2002.

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高壓開關柜在電力系統中擔負著關合及斷開電力線路、保護系統安全的雙重功能，隨著電力系統向著高電壓、大機組、大容量的迅速發展，電網日益擴大以及變電站無人值班管理模式和綜合自動化的普及推廣，高壓開關柜的安全運行越來越重要。高壓開關柜內閘刀觸頭、電力電纜進出線的接頭接觸不良時，接觸電阻增大，在負載電流流過時會產生發熱現象，過熱會引起金屬材料的機械強度下降，絕緣材料老化并可能導致擊穿，形成事故。在高壓開關柜中，固體絕緣中的空穴、不同特性的絕緣層之間，以及金屬（或半導電）電極的尖銳邊緣處，由于氣體的擊穿場強比固體介質低得多，氣體中的電場又比固體介質中高，往往在氣隙的部位產生局部放電。這些局部放電會造成電介質絕緣強度逐步下降，最終導致絕緣的損壞。此外，高壓開關柜中還存在SF6氣體的泄漏，同樣會造成設備性能的下降。因此，測量和監視高壓開關柜內的運行狀態，是避免重大事故發生及控制故障惡化的有力手段，對于保證高壓開關柜的正常運行，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度具有非常重要的意義。

目前已有的各個測試系統存在各種各樣的缺陷，并且各種方法只能實現對某一種故障的監測，還無法實現對高壓開關柜的運行狀態準確監測。針對于上述的情況，針對于上述的情況，對高壓開關柜在運行過程中各故障狀態下的氣體成分進行了分析，發現各種故障狀態下，高壓開關內部會產生不同的特征氣體。由此可見，采用變壓器油色譜測試的原理，通過對不同特征氣體的分析，可以實現對高壓開關柜運行狀態的監測。基于上述的原理，本論文介紹了基于故障氣體原理開發了便攜式開關柜故障探測裝置，該系統通過提取開關柜運行過程中所形成的氣體，采用氣敏傳感器對各種氣體成分進行分析，從而對開關柜的運行狀態做出可靠判斷，確保高壓開關柜的安全運行。

一、開關柜內部故障的特征氣體分析

對于采用SF6斷路器的小車式開關柜，最容易發生的異常是接頭發熱、SF6氣體泄漏和局部放電。下文將分別研究每種異常狀況的特征氣體特點。

1.接頭發熱

接頭發熱是一次設備的常見故障，對于常用的小車式開關設備，由于其斷路器小車經常被移進移出，斷路器的觸指和觸頭很容易受到撞擊等外力作用而變形，導致接觸不良而發熱，另外其電纜接頭也是發熱故障的高發部位，由于開關柜內部發熱幾乎不能早期發覺，接頭發熱故障對于開關柜的安全運行事關重大。接頭發熱產生的特征氣體比較復雜，各種氣體的組分和濃度隨發熱溫度和接頭材料的不同而不同，主要特征氣體有以下幾種：

a.烷烴和硫化氫——主要是接頭電力脂、脂、示溫蠟片中雜質受熱分解產生，由于斷路器觸頭無一例外地涂有脂，如果接頭發熱，凡士林融化導致內部少量碳原子數量較少的烷烴和硫化物等雜質氣化而分布在柜內的空氣中，由于各種氣體傳感器對于烷烴等可燃氣體靈敏度極高，因此很容易檢出。

b.單質銅和氧化銅顆粒——如果溫度過高，接頭的銅會逐步氧化發黑形成氧化銅，極少量的氧化銅和單質銅會升華進入空氣，并產生微量煙霧。

c.絕緣材料分解氣體——發熱接頭附近的絕緣材料（如環氧樹脂）受熱也會產生一定特殊氣體，另外接頭部位的灰塵受熱也會產生特殊氣體，主要有氫溴酸、胺類、腈類、酚類、烷烴、醛類、氮氧化物，多環芳烴、雜環族化合物、羥基化合物等。

2.局部放電

局部放電也是一次設備的常見故障，空氣中的放電現象會產生氮氧化合物、臭氧和負離子，因此對于空氣中的局部放電，如沿面放電等，可采用探測上述氣體的傳感器進行探測，對于固體介質內部的局部放電則沒有作用。

3.SF6泄漏

絕大部分的小車式開關柜均為裝設斷路器SF6壓力表或密度繼電器，如發生SF6泄漏，只有等到壓力低于報警或閉鎖值時，才能通過處罰壓力接點的方式用光子牌、指示燈間接顯示出來，如果壓力接點失靈，SF6氣體即使漏完運行人員也無法知道，如果此時操作斷路器可能導致設備爆炸的嚴重后果，因此采用另一種手段探測SF6泄漏也很有必要。由于現有的SF6氣體傳感器能檢測到0.1ppm以下濃度的SF6氣體，因此開關柜內部的SF6泄漏應該能很容易地檢出。

二、氣體傳感器設計

1.傳感器的選擇

通過對不同傳感器的性能比較，分析了各種傳感器在壽命、靈敏度、成本、加熱功耗和反應速度方面的優缺點，本論文提出了采用電化學可燃氣體傳感器+離子型煙霧傳感器+TGS型空氣質量傳感器”檢測接頭發熱、大氣型臭氧傳感器檢測局部放電、環境監測型SF6傳感器檢測SF6的方案。

接頭發熱采用電化學可燃氣體傳感器，該傳感器靈敏度很高，用其可滿意地檢出微量的硫化氫或其他可燃氣體；游離碳、游離狀氧化銅和單質銅用氣體傳感器較難檢出，為了提高檢測性能，又加上了離子型煙霧傳感器，這樣如果柜內有極少量的煙霧顆粒，也能及時檢出，通過聯合使用2種不同原理的氣體傳感器，就能較可靠地探測出開關柜內部發熱異常。局部放電和SF6泄漏的檢測分別采用O3/S-5型大氣監測用臭氧傳感器和SM-SF6型SF6氣體傳感器，該兩種傳感器的檢出靈敏度都在0.1ppm以下，足以探測開關柜內部的SF6氣體泄漏和表面局部放電現象。

2.氣體傳感器的典型應用電路

氣體傳感器是一種將特征氣體濃度量轉化為電量的傳感器，大部分氣體傳感器都采用電阻率變化的方式輸出信號，當環境中某種特征氣體含量較低時，傳感器電阻較大，當該氣體濃度增大后，傳感器電阻減小，大部分氣體傳感器的電阻在一定范圍內都能與氣體濃度成比例變化，具有較高的線性度。

典型的采用加熱方式工作的氣體傳感器電路如圖1所示，傳感器的1、2端口為加熱端口，3、4端口為輸出端口，R2為加熱端口的限流電阻，用以將加熱電流調整到傳感器所規定的電流值，R1為輸出端負載電阻，當傳感器啟動后，需要加熱一段時間，加熱完畢后即能工作，此時3、4端口的電阻值會隨著外界氣體濃度的變化而變化，從而使R1上的電流和輸出端的電壓變化，起到監測氣體濃度的作用。

三、系統結構設計

通過上述的研究，本論文對整個測試系統進行了設計，其整個原理如圖2所示。

從上述監測系統的結構框圖可以看出，整個系統由CPU控制系統、按鍵、液晶顯示屏、通信總線、A/D數據采集單元、局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元所構成。整個系統的工作過程為：首先采用抽氣的方式，將開關柜內的運行氣體送入到各測量單元中，利用局部放電探測單元、SF6泄漏探測單元和觸頭過熱探測單元中的氣敏傳感器對各種故障的特征氣體進行測量，實現非電量向電量的轉換，接著將各測試信號傳到A/D數據采集單元，將模擬信號轉換成數字信號，最后將數字信號送入CPU控制單元中，對采集的數據進行歸類、統計分析，將測試結果和分析結果顯示在液晶屏中，其顯示的內容可通過按鍵進行更改。此外，整個系統還可以通過通信總線，將測試結果上傳至監控中心。

四、測試電路設計

針對于上述電路的框架，本論文對其的測量電路進行了設計，其原理如圖3所示。

從圖3中可以看出，整個測試電路由模擬開關、AD采樣電路和MCU組成，其工作原理：首先將測量信號（如熱信號、局部放電信號等）接入模擬開關，然后利用MCU控制模擬開關，實現對其分時控制，將模擬信號輸入AD采集單元中，接著MCU控制AD采集單元實現對其模擬量的數字轉換，從而實現對被測量的測量。

五、系統軟件設計

根據上述的測量電路，對其控制軟件進行了設計，其程序的流程框圖如圖4所示。從圖中可以看出，整個程序的流程為：首先對系統進行初始化，如接口的電平、寄存器初值的設定，中斷的關閉等，然后控制模擬開關，使模擬信號進入AD的輸入端，接著對其進行模數轉換，實現對模擬量的分時采樣，然后對所測量的數據進行分析，對高壓開關柜的運行狀態作出判斷。

六、樣機的效果測試

鑒于要尋找內部存在異常的運行開關柜比較困難，因此設計了一些模擬實驗，來驗證該樣機的實際效果，試驗結果如表1所示，圖4為測量程序流程圖。

七、結論

本文說明了空氣絕緣開關柜內部異常早期探測的必要性，提出一種通過檢測開關柜內空氣質量和特征氣體組分的方式，來探測空氣絕緣開關柜內部異常狀態的方法。通過理論分析和實驗證明了其具有較高的可行性和實用性，對于接頭發熱、表面放電和SF6泄漏異常具有較高的檢出率，能夠實現對高壓開關柜的監測。

參考文獻

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