[发明专利]一种用于电缆微弱电压信号检测的降噪装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低远距离超导输电电缆微弱电压信号测量时电磁干扰的装置。

背景技术

超导输电电缆利用超导体的零电阻特性，有望在未来远距离大容量输电中发挥重要作用。超导输电电缆正常运行时的电压降接近1微伏/米，若输送直流电，则该电压更小。由于超导输电电缆电压降是损耗计算的基础，而损耗是制冷的依据，也是系统性能的重要指标，因此必须对超导输电电缆电压降进行测量。然而，超导输电电缆均运行于大电流、高电压环境中，由此产生的电磁干扰通过通电导体耦合进入测量系统，引起的干扰信号超过毫伏，是测量误差的重要来源，必须对电磁干扰进行抑制。

屏蔽、双绞、滤波和有效接地等是抑制电磁干扰的有效手段，对于微弱信号检测均具有极为重要的指导意义，但超导输电电缆测量中的微伏级电压信号幅值远小于外部电磁干扰引入的噪声，不能简单采取上述理论笼统处理。

屏蔽可以在很大程度上避免电磁干扰耦合进入测量引线，而待测导体同样会耦合电磁干扰，对通电导体增加屏蔽层显然是不合实际的；尽量减小电路所围成的面积也可以减小磁场干扰，而在电流动态变化时磁场较强，极小的面积也会产生超过数十微伏的电压噪声，相比待测信号已经非常大；通过在仪表输入信号处增加滤波器可以滤除部分干扰，但滤波器本身引入的热噪声就非常难处理。

自适应噪声抵消以干扰噪声为处理对象，利用噪声与被测信号不相关的特点，自适应地调整滤波器的传输特性，尽可能地抑制和衰减干扰噪声，以提高信号检测或信号传递的信噪比。自适应噪声抵消不需要预先知道干扰噪声的统计特性，在通信、雷达、声纳、生物医学工程等领域得到了广泛的应用。中国发明专利200810052143.1和200610015693.7分别公开了基于FPGA设计的串行和并行自适应消噪模块。中国发明专利200710192482.5公开了一种自适应随机共振微弱信号检测方法。文献(梁炎明，基于自适应噪声抵消的CZ单晶炉炉膛温度信号处理，2011，28(1)：94-100)为滤除CZ单晶炉炉膛温度信号在单晶生长过程中存在的低频干扰，设计了一种基于噪声抵消技术的滤波装置。文献(吴艳群等，光纤矢量水听器系统本底噪声的自适应抵消，2011，38(3)：1-5)通过在光学系统中增加一个与传感迈克耳孙干涉仪结构参数相等的对声压不敏感的参考干涉仪作为参考通道，获得由光源与电路等共同噪声源引入到各干涉仪的高相关噪声，通过采用自适应噪声抵消的降噪装置，以降低干涉型光纤矢量水听器系统本底噪声，拓展其在低频远距离目标探测领域中的应用。文献(文静，基于噪声白化准则的自适应噪声抵消方法，2010，31(8)：1693-1699)针对泄漏检测定位的工程实际，设计了基于噪声白化准则的自适应噪声抵消装置，以提高泄漏检测信号的信噪比，提高管道泄漏检测定位性能。文献(高晋占，微弱信号检测，清华大学出版社，2004：305-307)设计了自适应陷波滤波器，以消除50Hz交流市电对心电图波形干扰。文献(Kalpesh Doshi等，Time-varying magnetic field coupled noise reduction in low-voltage measurements in superconductors，IEEE transactions on instrumentation and measurement，2011，60(3)：990-995)针对时变磁场对超导体微弱电压信号的干扰，设计了采用辅助测量环路直接抵消的磁场干扰的装置。

以上装置和方法均只能针对特定对象的特定噪声进行处理，不适用于高电压、大电流超导输电电缆电磁干扰的抑制。

发明内容

本发明的目的是针对高电压、大电流超导输电电缆电磁干扰的抑制，提出一种采用辅助回路测量超导输电电缆电磁干扰的自适应滤波器，以抵消可能的电磁干扰，提高所测信号的信噪比。

本发明中所述的“远端”系相对“近端”而言，“近端”是指信号线、辅助信号线、中间导体和超导输电电缆安装后位于自适应滤波系统和数据采集系统所处位置处的端部，“远端”则是指信号线、辅助信号线、中间导体和超导输电电缆安装后远离自适应滤波系统和数据采集系统所处位置处的另一端部。