蓄电池组充放电温度状态光纤监测系统研究

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随着低碳减排、电能替代等政策的指引,蓄电池在人们日常生活中的出场率越来越高,相应的人们对蓄电池监测系统的关注程度也越来越高,现有的蓄电池监测系统对处于劣化初期的蓄电池局部温度异常、外壳软化、鼓包等现象监测效果并不太理想,尤其是很多通信基站、变电站都是无人值守、定期维护,如果不及时发现并排除这些安全隐患,会给人民的生命财产带来不可估量的损失,且现有的系统,大多是基于电子传感器搭建的,体积大、造价高、布线复杂、易受电磁干扰;本文根据蓄电池的监测需求,结合光纤光栅对温度与应变敏感的特点和光纤本身的优点,研究设计并搭建了一种蓄电池组充放电温度状态光纤监测系统,可实时监测蓄电池组的温度与应变信息。本文的研究工作包括以下几方面:(1)分析了蓄电池的工作原理、失效机制、温度特性和FBG的传感原理,介绍了七种常用的解调方法和几种主要的复用技术,在此基础上根据课题研究需要,确定了本系统所采用的基于扫描激光器的解调方法和空分复用与波分复用相结合的传感网络搭建方法。(2)根据暨定的解调方法和复用技术,确定了系统的结构组成并规划了单通道采集系统原理图和多通道采集系统原理图;根据系统实际需求对光源、其他光学器件和数据采集卡进行了器件选型;根据系统信号传输过程中的具体要求对光电转换单元、I/V转换单元、低通滤波单元、供电单元等硬件部分进行了芯片的选择和外围电路的设计并绘制了系统的整体结构模型图。(3)分析了五种常用的曲线拟合算法并对比了各自的拟合效果图,然后针对本系统反射光谱信号的波形,设计了小波去噪、滑动平均和高斯拟合相结合的拟合寻峰算法;利用MFC开发了上位机解调程序及人机交互界面。(4)设计测试方案、确定需要测试的指标、选取测试系统性能所需的仪器,并从温度实验准确度分析、温度实验精密度分析、应变实验准确度分析、应变实验精密度分析、测试容量分析、蓄电池充放电温度实验及其数据分析六方面对系统性能进行测试,实验结果显示系统测温精密度和准确度均能达到±2pm,测应变精密度和准确度均能达到±3pm,系统容量可实现单通道串接17个FBG,且根据需要还可进行改进,温度实验数据也与理论分析结果保持一致。以上研究表明,本系统的各方面性能均满足蓄电池组的监测需求,可以实现对蓄电池组温度和外壳应变信息的实时监测,为基站蓄电池组安全隐患的消除提供了一种新的思路,具有比较高的现实意义。
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