基于波长调制光谱和小波去噪的激光甲烷遥测系统

为进一步提高激光甲烷遥测仪的抗噪能力,在波长调制光谱技术"相干检测、低1/f噪声"的基础上,进一步利用小波去噪技术的"多尺度、多分辨分析"能力对气体吸收传感信号进行去噪处理。首先建立了一种甲烷遥测系统,通过仿真优化了小波去噪的相关参数,并分析了基于经验模态分解的小波去噪方法的效果;在采用和不采用小波去噪算法的情况下,开展了传感器性能的对比实验,以此验证该技术应用于遥测系统的可行性。利用积分浓度为200×10~(-6) m的甲烷气体样品开展的甲烷检测实验结果表明,采用小波去噪算法提取二次谐波信号时,可将信噪比从116.4提高到179.8。对遥测系统开展的标定实验结果表明,提取的二次谐波信号幅值与气体浓度呈正比,未采用小波去噪算法时二者的拟合优度为0.990,采用小波去噪算法后的拟合优度为0.996。根据Allan方差的计算结果,未采用小波去噪算法时检测下限为3.4×10~(-6) m,采用小波去噪算法后检测下限降至1.7×10~(-6) m,检测分辨率提高了1倍。基于小波去噪和波长调制技术的激光甲烷遥测方法具有较高的信噪比、线性度和稳定性,可推广应用至现有的甲烷遥测系统中。     

基于TDLAS的红外湿度检测中的小波去噪实验研究

为了有效抑制可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)进行红外湿度检测中的噪声,采用多阈值小波去噪方法对测量通道和参考通道间的差分信号做降噪处理,然后基于数字锁相放大技术从去噪后的差分信号中提取二次谐波信号,最终根据谐波信号的幅值大小确定湿度数值。给出了多阈值小波去噪算法的流程,并做了实验验证。分析显示,本文方法可有效抑制噪声的影响,在极低湿度条件下仍可较好地提取出二次谐波信号。利用制作的湿度检测系统,结合配备的密闭湿度环境,开展了检测实验。结果表明,采用小波去噪后,检测下限可由0.2%降至0.08%,极低湿度条件下(0.2%)的测量误差可由48%降至7.9%,其它浓度下的测量误差小于5%。同时,由于噪声被很好抑制,检测系统的测量标准差小了1个量级,从而改善了系统稳定性。本文的小波去噪方法也可用于具有类似机理的红外气体检测系统中以改善性能指标。     

小波降噪对TDLAS 干涉抑制的研究

基于多光程吸收池的可调谐半导体激光吸收光谱 (TDLAS) 系统在检测过程中容易出现噪声干扰, 影响着其 实际检测性能。针对这种干扰的特征进行分析, 提出利用小波降噪法来改善 TDLAS 系统的探测性能。首先依据理论 研究结果选择合适的小波函数和分解层数, 然后通过这种小波对叠加干扰的仿真信号进行滤波, 结果表明这种降噪技 术具有良好的去噪效果。最后利用小波降噪技术处理了实验采集的不同浓度气体的直接吸收光谱 (DAS) 和二次谐波 信号, 相比于原信号, 降噪后信号的信噪比从 0.4 增加到 259, 系统的检测限也达到 7×10−6, 表明小波降噪方法在气体 光谱检测中具有较高的应用价值。     

二次谐波信号降噪方法的研究

在近红外区域，利用波长调制光谱技术进行气体浓度检测时，光学元件以及电子器件的噪声会影响二次谐波信号的信噪比。为了抑制噪声，提出一种基于经验模态分解、去趋势波动分析和小波自适应阈值的复合降噪算法。该算法针对传统经验模态分解降噪算法中存在的有用信号缺失的问题，利用去趋势波动分析优化对于信息主导本征模函数的筛选，将筛选出的信息主导本征模函数进行信号重构，再用小波自适应阈值算法提高降噪精度。将提出的算法与经典的降噪算法进行对比评估，提出的算法降噪后的二次谐波信号与原二次谐波信号的互相关系数为99.9018%，均方根误差为0.0087%。通过对实验中实际得到的二次谐波信号进行去噪，结果表明提出的算法去噪效果明显，能够保留有用的信息点。     

TDLAS技术气体检测二次谐波信号的仿真与分析

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术结合半导体激光器可调谐的特点及气体分子对特定波长能量光的吸收特性,凭借灵敏度高、响应时间短等优势广泛应用于气体浓度检测。TDLAS技术气体浓度检测包括波长调制、气体吸收、二次谐波解调等环节,吸收信号的二次谐波分量携带气体浓度信息,用于计算气体浓度。利用MATLAB对气体检测过程进行了信号仿真,并利用数字锁相放大算法提取了二次谐波信号,验证了二次谐波与气体浓度的关系。通过仿真分析了二次谐波信号随调制系数的变化关系,以便确定较佳的调制参数,为后续系统搭建与气体检测实验提供参考。     

新型小波阈值法在变频调速系统非健康信号消噪中的应用

研究变频调速方式下工况变化和供电电源的谐波成分对调速系统的振动信号、运行噪声、电流、电压等信号变化规律的影响,在D．LDonoho和I．M．Johnstone提出的多分辨分析小波阚值去噪方法的基础上,讨论了sqtwolog、rigrsure、heursure、minimaxi四种常见的阈值与新的阈值函数一能量元阀值确定方法在变频系统的信号去噪过程巾的效果。通过MATLAB试验仿真,结果表明新的阔值法可以彻底滤除信号中的噪声和无用的高频分量,尽可能地减少低频和有用高频信息的损失,有效地提高变频调速系统非健康诊断的精确性。     

基于改进小波阈值去噪和CEEMDAN-HT融合的谐波检测技术

针对电网环境噪声导致自适应噪声的CEEMDAN谐波检测精度低的问题,文中提出了一种基于改进小波阈值去噪和CEEMDAN-HT融合的谐波检测技术。利用修正因子T_j自适应调整阈值,通过可调参数τ调节阈值函数软、硬特性,并将改进的小波阈值去噪方法应用于谐波信号的预处理。经预处理的信号再进行CEEMDAN分解,可有效抑制模态混叠束缚。运用相关度判据去除虚假分量,并利用Hilbert变换解调包含谐波特征的分量,准确提取其幅频信息。经MATLAB仿真可知,改进小波阈值去噪与CEEMDAN-HT的融合算法可将稳态谐波检测平均误差被控制在1%以下,暂态谐波检测平均误差被控制在2.1%以下,呈现出良好的抗噪性能。     

傅里叶变换与小波变换在信号去噪中的应用

对于高频信号和高频噪声干扰相混叠的信号,采用小波变换去除噪声可以避免用傅里叶变换去噪带来的信号折损。对于噪声频率固定的平稳信号,在对信号进行傅里叶变换后使用滤波器滤除噪声。对高频含噪信号则采用正交小波函数sym4对信号分解到第4层,利用极大极小值原则选择合适的阈值进行软阈值处理,最后利用处理后的小波系数进行重构。实验结果表明,对于高频含噪信号傅里叶去噪会出现严重的信号丢失现象,使用极大极小值原则选择阈值进行小波去噪可以有效地保留高频部分的有用信号。     

基于双树复小波变换和形态学的脉搏信号去噪

常见的医学信号（如脉搏信号）包含大量的噪声,具有强烈的非线性和非平稳性。针对传统的小波变换去噪方法的缺陷,提出了一种基于双树复小波变换和形态学的去噪算法,具有结构简单、计算复杂度低等优点,有效地克服了离散小波变换的平移敏感性和频率混淆。实验表明,该算法可以有效地去除脉搏信号中工频干扰及肌电干扰等高频噪声,其信噪比及均方差等定量指标均明显优于传统的阈值去噪算法,能得到较干净的脉搏信号波形。     

一种局部放电信号去噪的新方法

小波变换是在局部放电信号去噪过程中常用的方法,由于实际信号中噪声频带较宽,仅用小波变换去噪有可能带来波形畸变。文中将经验模态分解（Empircial Mode Decomposition,EMD）引入小波阈值去噪算法中,提出了一种基于EMD的小波阈值去噪算法,信号经EMD变换后被分解成若干个频率的本征模态函数（Intrinsic Mode Function,IMF）,再对各个频率的IMF分量进行小波阈值去噪。相比于普通的小波阈值去噪算法,该方法能取得更好的去噪效果。对仿真信号和实测信号的处理结果验证了该方法的有效性。     

Wavelet transform threshold noise reduction methods in the oil pipeline leakage monitoring and positioning system

This letter investigates the wavelet transform, as well as the principle and the method of the noise reduction based on wavelet transform, it chooses the threshold noise reduction, and discusses in detail the principles, features and design steps of the threshold method. Rigrsure, heursure, sqtwolog and minimization four kinds of threshold selection method are compared qualitatively, and quantitatively. The wavelet analysis toolbox of MATLAB helps to realize the computer simulation of the signal noise reduction. The graphics and calculated standard deviation of the various threshold noise reductions show that, when dealing with the actual pressure signal of the oil pipeline leakage, sqtwolog threshold selection method can effectively remove the noise. Aiming to the pressure signal of the oil pipeline leakage, the best choice is the wavelet threshold noise reduction with sqtwolog threshold. The leakage point is close to the actual position, with the relative error of less than 1%.     

基于子波变换的无线通信网络干扰信号检测研究

在冗杂环境下,为有效识别无线通信网络干扰信号,提出基于子波变换的无线通信网络干扰信号检测研究。将干扰信号分为单音、多音、调频等类型,利用射线模型描述通信信道损失,确立噪声影响下的干扰信号结构,提取信号时频分布特征;在子波变换过程引入阈值滤波算法,将噪声投影在不同子波空间中,合理设置阈值,计算新的变换系数,实现信号去噪;采用混沌循环谱方法,将干扰信号检测转换为二元假设检验问题,获取二阶时变检测函数,计算决策量,结合门限值完成干扰信号检测。实验结果表明,该方法能够有效过滤噪声,检测出的干扰信号波形与频率与实际情况相符。     

Wavelet-denoising technique in near-infrared methane detection based on tunable diode laser absorption spectroscopy

A novel wavelet denoising （WD） assisted wavelength modulation technique is proposed for improving near-infrared de- tection performance on methane concentration based on tunable diode laser absorption spectroscopy （TDLAS）. Due to the ability of multi-level analytical resolutions both in time- and frequency-domains, the noise contained in the differen- tial signal is greatly suppressed. Sensor mechanical part, optical part and electrical part are integrated, and a portable detection device is finally developed. Theory and formulations of the WD-assisted wavelength modulation technique are presented, and experiments are carried out to prove the normal function on the extraction of the second harmonic （2j） signal from severely polluted differential signal by using the technique. By virtue of WD＇s suppression on noises, the sensing characteristics on CH4 concentration are improved, and the limit of detection （LOD） is decreased from 4× 10-6 （without WD processing） to 10-6. The proposed technique can also be used for the measurement on the concentration of other gases with corresponding near-infrared distributed feedback lasers.     

基于改进差分阈值算法的心电检测技术研究

针对差分阈值算法中固定阈值的局限性,文中提出了一种基于自适应波峰阈值和R波间隔阈值的算法。该算法结合心电信号特点自动选择波峰阈值,并选择R波间隔阈值,提高了算法的自适应性和准确率。文中以MIT-BIH心律失常数据库中的心电信号作为实验样本,采用带通滤波与小波阈值滤波相结合的方法完成心电信号去噪,采用改进差分自适应阈值算法对心电信号进行波形检测。实验结果表明,该算法能够将心电信号R波的检测准确率提升到99.57%,有效减少了误检、漏检问题的发生,并可准确完成心率、心率变异性、身体疲劳度、精神疲劳度计算和常见心律失常分类。     

基于数字信号处理器的激光光谱瓦斯监测系统

利用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术,选择不受干扰的1653.72nm波长处的吸收线监测煤矿瓦斯浓度,并结合了高性能的数字信号处理器(DSP)和二次谐波检测技术,进一步降低了检测限,使检测限低于0.074mg/m3,实现了对瓦斯浓度高稳定性和高灵敏度的实时测量。