(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211059771.9 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 华北电力大 学 （保定） 地址 071003 河北省保定市莲池区永华北 大街619号 华北电力大 学 (72)发明人 赵丽娟　韩婷　徐志钮　魏迎健　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06K 9/00(2022.01) G01K 11/324(2021.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传 感降噪方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于改进SVD的干式空心 电抗器光纤传感 降噪方法， 提出将改进SVD应用 于分布式光纤传感检测干式空心电抗器故障报 警系统。 包括建立测温系统的后向散射模型， 加 入高斯白噪声并利用传统阈值去噪与改进SVD 去 噪分析信噪比， 为实验提供了理论依据。 在实验 室现有条件下， 采集原始带有温度信息的anti ‑ Stokes光和Stokes光求比值得到比值数据矩阵， 对数据矩阵重塑后进行奇异值分解重构， 再经过 重塑矩阵得到降噪后的带有温度信息的比值信 号， 代入双路解调公式获取解调温度信息， 最后 根据解调误差对比去噪效果， 本发 明通过降噪算 法可以有效的降低解调温度误差， 提高系统测温 精度， 同时与传统小波去噪相比提高了系统信噪 比， 避免阈值选取不确定性 等问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 CN 115310304 A 2022.11.08 CN 115310304 A 1.一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： S0： 建立仿真数 学模型 根据分布式光纤传感机理， 参考元器件配置， 建立后向散射的数学模型； 在后向散射的 数学模型中加入不同程度的高斯白噪声， 分别计算降噪算法处 理前后的信噪比； S1： 在干式空心电抗器上敷设 分布式传感光纤 将光纤使用耐高温型环氧树脂粘贴于电抗器包封表面进行温度实时监测； S2： 采集电抗器温度信号 在实验室现有条件下， 采集光纤测温系统中的anti ‑Stokes信号和Stokes信号， 根据双 路解调方案， 计算anti ‑Stokes信号和Sto kes信号比值， 得到温度比值信号； S3： 对温度比值信号进行重塑 将计算得到的比值信号重塑成相应的m ×n维矩阵， 所述m和n分别表示比值信号L拆成 的差值最小的公因数， 其中L表示比值信号长度； S4： 对矩阵进行SVD分解 对矩阵进行奇异值分解， 得到左奇异矩阵、 奇异值对角矩阵和右奇异矩阵。 保留奇异值 对角矩阵中的第一个奇异值， 其 余奇异值置 0， 形成新的奇异值对角矩阵； S5： 重构SVD信号， 得到降噪后的温度数据， 完成解调获取温度测量结果通过误差分析 去噪效果 将左奇异矩阵、 右奇异矩阵和步骤S4得到的新的奇异值对角矩阵重构， 利用重构信号 重塑后代入解调公式得到测温结果； S6： 在客户端设置报警阈值温度 将经过降噪解调后的干式空心电抗器温度数据与客户端设置的阈值温度数据进行比 较， 当解调温度数据大于阈值温度数据时系统报警， 当解调温度数据小于阈值温度数据时 系统继续实时监测电抗器 状态。 2.根据权利要求1所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 征在于， 步骤S0中后向散射的数 学模型具体为： p(t)＝0.5  SαsvP0Te‑α vt 式中S为后向散射系数； αs为后向散射 因子； v为光在光纤中的群速度； P0为入射光功率； T为光脉冲宽度； α 为传输损耗系数。 3.根据权利要求1所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 征在于： 在所述步骤S3中， 将采集到的anti ‑Stokes信 号和Stokes信号求比值， 重塑成m ×n 维H矩阵， 具体为： 其中m≥2， n≥2分别L的公因数， m ×n＝L。 4.根据权利要求3所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 点在于： 在所述 步骤S4中， 对H矩阵进行SVD处 理后， 得到：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310304 A 2Y＝USVT 式中U为m ×m的左正交矩阵； V为n ×n的右正交矩阵； S为的奇异值对角矩阵， 对角元素 为X1,X2.....,Xmin(m,n)； 其中X1、 X2.....分别为矩阵Y的奇异值。 5.根据权利要求4所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 点在于： 在所述步骤S4中将S奇异值对角矩阵中只保留第一个， 其余奇异值置0； S(2:i,2:i) ＝0其中i＝min(m,n)。 利用处理后的信号重构， 得到降噪后的温度比值曲线， 重塑后代入解 调公式得到温度曲线。 6.根据权利要求5所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 点在于： 在所述 步骤S5中， 双路解调公式为： 式中h—普朗克常量， h＝6.626 ×10‑34J·s； k—波尔兹曼常量， k＝1.38 ×10‑23J/K； Δv—拉曼频移， Δv＝13.2THz； K—降噪后的anti ‑Stokes信号和Stokes信号比值， T0为已 知温度。 7.根据权利要求6所述的一种基于改进SVD的干式空心电抗器光纤传感降噪方法， 其特 点在于： 在所述 步骤S5中误差具体为： i＝1,2,...,N 式中Tmax为权利要求6中解调出的最大温度测量结果， Tmin为解调出的最小温度测量结 果； N为解调出的全部有效的测量温度数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310304 A 3