結(jié)合人工智能的傳感器技術(shù)及其在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用李偉 研究員中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所2019年6月27日Part

2Part

1中科院上海微系統(tǒng)所簡(jiǎn)介人工智能用于芯片級(jí)傳感設(shè)計(jì)總結(jié)Part

3Part

4人工智能用于電力傳感上海微系統(tǒng)所-1934年冬，國(guó)立中央研究院院長(zhǎng)蔡元培（左三）、工程研究所所長(zhǎng)周仁（右二）等在工程研究所辦公樓前合影建所之初實(shí)業(yè)救國(guó)五六十年代新中國(guó)建設(shè)七八十年代材料科學(xué)九十年代知識(shí)創(chuàng)新工程冶金、陶瓷、玻璃制造鋼鐵、有色金屬、耐火材料電子學(xué)、材料科學(xué)及金屬腐蝕與防護(hù)微小衛(wèi)星、無(wú)線傳感網(wǎng)、未來(lái)移動(dòng)通信、微系統(tǒng)技術(shù)、信息功能材料上海微系統(tǒng)所自建國(guó)以來(lái)，上海微系統(tǒng)所獲得國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)項(xiàng)49項(xiàng)、部省級(jí)357項(xiàng)，其中“甲種分離膜”技術(shù)獲國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，“高速、超高速雙極型數(shù)字集成電路”、“高端硅基SOI材料研發(fā)和

產(chǎn)業(yè)化”先后榮獲“國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”。1999年9月，吳自良院士被中共中央、國(guó)務(wù)院、中央軍委授予“

兩彈一星”功勛獎(jiǎng)?wù)聝蓮椧恍枪住Ｏ群鬆款^國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng) 科研布局：圍繞信息產(chǎn)業(yè)的材料、芯片、器件、系統(tǒng)相變存儲(chǔ)器及應(yīng)用太赫茲固態(tài)技術(shù)高端硅基材料及應(yīng)用智能感知微系統(tǒng)超導(dǎo)量子器件與電路特種寬帶無(wú)線通訊技術(shù)與裝備微納傳感技術(shù)與器件類腦芯片與仿生視覺(jué)所況上海微系統(tǒng)所現(xiàn)有在職職工612人，其中正高級(jí)89人，副高級(jí)139人；現(xiàn)有院士3人，國(guó)家

“千人計(jì)劃”7人和青年“千人計(jì)劃”2人、中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”18人，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者4人；首批博士、碩士學(xué)位授予單位之一，設(shè)有電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程兩個(gè)專業(yè)一級(jí)學(xué)科博士/碩士研究生培養(yǎng)點(diǎn)，材料物理與化學(xué)專業(yè)二級(jí)學(xué)科博士/碩士研究生培養(yǎng)點(diǎn)，有電子科學(xué)與技術(shù)、材料科學(xué)與工程兩個(gè)專業(yè)一級(jí)學(xué)科博士后流動(dòng)站，現(xiàn)有在學(xué)研究生635人；傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)單元：傳感技術(shù)全方位覆蓋材料、芯片、器件、系統(tǒng)全球領(lǐng)先的8英寸

“超越摩爾”

研發(fā)中試線，創(chuàng)建國(guó)家智能傳感創(chuàng)新中心 近5000平方米的高等級(jí)微納加工超凈廠房表面硅、體硅、3D微納加工技術(shù)MEMS、硅光子、RF、硅基III-V族、3D集成、MR磁傳感器、功率及生物等相關(guān)工藝和測(cè)量設(shè)備MtM產(chǎn)品和技術(shù)無(wú)縫遷移，實(shí)現(xiàn)中試和量產(chǎn)2017.9.10國(guó)內(nèi)首條、全球領(lǐng)先、兼容CMOS的8英寸研發(fā)中試線正式運(yùn)營(yíng)，取得里程碑式進(jìn)展五大平臺(tái)--硅基光子學(xué)工藝平臺(tái)產(chǎn)業(yè)目標(biāo)面向長(zhǎng)距離光通信/數(shù)據(jù)中心等硅光子明確的市場(chǎng)應(yīng)用，培育產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，建設(shè)硅光子基地，形成新的增長(zhǎng)點(diǎn)和特色產(chǎn)業(yè)。技術(shù)目標(biāo)突破片上高速硅基光源芯片和高速集成電路芯片等核心部件，發(fā)展全光集成、光電集成和片內(nèi)互連等先進(jìn)集成技術(shù)。引 導(dǎo)支 撐硅光芯片中試/量產(chǎn)平臺(tái)和封裝技術(shù)支撐支撐上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)解決中國(guó)硅光發(fā)展的工藝瓶頸，已成功實(shí)現(xiàn)全流程硅光工藝流片，性能指標(biāo)與IMEC、IME相當(dāng)五大平臺(tái)--同步輻射光源

中國(guó)第一個(gè)基于同步輻射的綜合研究平臺(tái);電子結(jié)構(gòu)研究的最高層次，發(fā)揮了最佳綜合性能，為“材料觀察科學(xué)”向“材料控制科學(xué)”的發(fā)展提供了有力的基礎(chǔ)工具;在新能源和環(huán)境材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景;上海能源與環(huán)境材料集成平臺(tái)用于研究能源與環(huán)境材料原位電子結(jié)構(gòu)的光束線和裝置最新進(jìn)展完成兩條光束線的安裝調(diào)試，順利出光ME2平臺(tái)已部分對(duì)用戶開放，2017年用戶發(fā)表論文8篇五大平臺(tái)--超導(dǎo)電子學(xué)器件與電路研發(fā)平臺(tái)(SELF)世界上最先進(jìn)的超導(dǎo)電子學(xué)器件與電路研發(fā)平臺(tái)之一；一個(gè)重要的支撐平臺(tái);通過(guò)提供先進(jìn)的微納加工設(shè)備及基礎(chǔ)工藝，促進(jìn)中國(guó)在超導(dǎo)電子學(xué)器件與電路研發(fā)方面的制備能力。一個(gè)開放共享平臺(tái);通過(guò)有償使用或合作研究的形式為政府機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)和科研院所提供服務(wù).提供平臺(tái)和工藝支撐advanced五大平臺(tái)--微納表征平臺(tái)提供從材料微觀形貌、成份分析、電性能分析到材料原子、電子結(jié)構(gòu)分析等一系列表征技術(shù)；為信息功能材料領(lǐng)域的科學(xué)研究提供深度的技術(shù)支撐，為科研院所、高校、企業(yè)等單位提供高水平的測(cè)試、咨詢與培訓(xùn)服務(wù)；為超導(dǎo)材料與超導(dǎo)電子學(xué)應(yīng)用、高端硅基材料與應(yīng)用、新型納電子材料與器件、化合物半導(dǎo)體材料、器件和應(yīng)用等方向的科學(xué)研究提供技術(shù)支撐。與華為合作建立福州NB-IOT物聯(lián)網(wǎng)開放實(shí)驗(yàn)室福州物聯(lián)網(wǎng)開放實(shí)驗(yàn)室將成為國(guó)內(nèi)最先具備覆蓋端到端的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品商用測(cè)試和驗(yàn)證能力的實(shí)驗(yàn)室在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和打造物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈中發(fā)揮關(guān)鍵作用。實(shí)驗(yàn)室還將提供國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)真實(shí)場(chǎng)景應(yīng)用模擬環(huán)境，極大加速物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在行業(yè)的應(yīng)用拓展總占地面積：約2萬(wàn)平方米配備最先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試開發(fā)設(shè)備總投資：約6億元人民幣14Trillion物聯(lián)網(wǎng)InternetofThingsTrillion

NodesFringeInternetBillion

NodesCoreInternetMillion

NodesBillion手機(jī)微納傳感器全球市場(chǎng)已超200億美元，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到300億美元Million汽車加速度計(jì)陀螺儀磁傳感器壓力傳感器溫濕度傳感器流體傳感器紅外圖像儀微鏡光機(jī)角度計(jì)溫度傳感器氧傳感器爆震傳感器光傳感器3軸加速度計(jì)3軸磁傳感器3軸陀螺儀硅麥克風(fēng)近距離環(huán)境光射頻MEMS壓力傳感器超聲傳感器紅外夜視儀微驅(qū)動(dòng)器微投影儀生化/環(huán)境傳感器智能家居智能醫(yī)療智能城市智能物流智能環(huán)保智能交通智能農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人加速度計(jì)陀螺儀壓力傳感器溫濕度傳感器紫外線傳感器氣體傳感器血糖傳感器血壓傳感器心電傳感器體溫傳感器腦電波傳感器中國(guó)是全球最大的汽車和手機(jī)市場(chǎng)目前MEMS/MtM產(chǎn)品主要依賴于進(jìn)口物聯(lián)網(wǎng)的開始研究開發(fā)一系列微納傳感芯片單光子探測(cè)器國(guó)際領(lǐng)先SNSPD器件繼續(xù)保持國(guó)際領(lǐng)先首次提出并實(shí)現(xiàn)新原理微納光纖耦合SNSPD器件P,

等國(guó)內(nèi)外科技網(wǎng)站跟蹤報(bào)道

——”實(shí)用化SNSPD效率達(dá)到90%紀(jì)錄“全球第二套航空低溫超導(dǎo)全張量磁梯度測(cè)量實(shí)用化樣機(jī)美國(guó)報(bào)道“中國(guó)量子潛艇探測(cè)器能夠保護(hù)南中國(guó)?！盀跆m浩特外場(chǎng)SQUID前沿研究及應(yīng)用創(chuàng)新構(gòu)建快速測(cè)量nano-SQUID納米超導(dǎo)量子干涉器件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微小顆粒物性表征12墨子號(hào)量子探測(cè)衛(wèi)星高端硅基材料及集成芯片建成我國(guó)唯一的SOI材料基地，制備出與國(guó)際最先進(jìn)水平同步的SOI晶圓片,

為我國(guó)特殊用核心元器件的開發(fā)掃除障礙，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)微電子材料的跨越式發(fā)展自主高可靠鍵合加固SOI晶圓成功量產(chǎn)“新微芯”安全芯片搭載北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射成功短波紅外InGaAs探測(cè)器外延材料首獲航天應(yīng)用科創(chuàng)板：上海硅產(chǎn)業(yè)集團(tuán)國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)相變存儲(chǔ)芯片及存儲(chǔ)器，躋身國(guó)際先進(jìn)水平可逆相變機(jī)理研究國(guó)際

觀察到固-固可逆相變事實(shí)首次

看到相變材料結(jié)構(gòu)與電性能對(duì)應(yīng)關(guān)系晶化 非晶化面向3D

PCRAM三維交叉堆疊存儲(chǔ)器陣列結(jié)構(gòu)國(guó)際上第一篇3D

PCRAM讀出電路論文全球首款量產(chǎn)130nm嵌入式PCRAM芯片PCRAM加密芯片通過(guò)全球60多款型號(hào)打印機(jī)實(shí)測(cè)，已出貨1600萬(wàn)顆，真正從技術(shù)研發(fā)走向市場(chǎng)推廣應(yīng)用相變存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)化獲突破性進(jìn)展特種寬帶無(wú)線通信技術(shù)與裝備區(qū)域?qū)拵Ы尤胂到y(tǒng)技術(shù)狀態(tài)變更并完成鑒定配合各總體廠家整車試驗(yàn)“八項(xiàng)目“定型

&

鐵路位置網(wǎng)參加國(guó)家電網(wǎng)230M無(wú)線專網(wǎng)技術(shù)體制研制和標(biāo)準(zhǔn)制定，有望成為民口的“八項(xiàng)目”圓滿完成廣鐵集團(tuán)位置網(wǎng)系統(tǒng)第二階段實(shí)驗(yàn)，多尺度復(fù)合定位、低功耗、電源等工程化技術(shù)達(dá)到應(yīng)用預(yù)期烏魯木齊鐵路局疲勞駕駛車載終端實(shí)驗(yàn)通過(guò)驗(yàn)證開發(fā)智能鐵鞋管理、智慧站場(chǎng)管理、工具管理、司機(jī)行為識(shí)別等新需求創(chuàng)業(yè)板：上海瀚訊信息技術(shù)股份有限公司南水北調(diào)“物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)保障單位”全球最大的人工調(diào)水工程惠及人口：4.38億，全長(zhǎng)：1432千米，供水區(qū)域?yàn)楹幽希颖?，北京，天津四個(gè)?。ㄊ校┦悄纤闭{(diào)中段試點(diǎn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體單位。上海物聯(lián)網(wǎng)中心超大規(guī)模異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)為南水北調(diào)工程提供全面保障傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組的組長(zhǎng)單位推升物聯(lián)網(wǎng)被列為國(guó)家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)源地，推升物聯(lián)網(wǎng)成為國(guó)家戰(zhàn)略智能感知微系統(tǒng)與大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)新一代多功能復(fù)合智能感知微系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)家電子邊界、森林防火預(yù)警系統(tǒng)，為國(guó)際覆蓋面積最大的物聯(lián)網(wǎng)工程；電子警戒系統(tǒng)完成“一帶一路”

國(guó)際合作高峰論壇安全保障任務(wù)。智慧森林配備智能感知系統(tǒng)的消防員智能感知系統(tǒng)應(yīng)用案例領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷習(xí)近平、胡錦濤、吳邦國(guó)、溫家寶等中央領(lǐng)導(dǎo)同志先后考察上海微系統(tǒng)所Part

2Part

1中科院上海微系統(tǒng)所簡(jiǎn)介人工智能用于芯片級(jí)傳感設(shè)計(jì)總結(jié)Part

3Part

4人工智能用于電力傳感傳感器是“能源互聯(lián)網(wǎng)”及“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”一切“數(shù)據(jù)互聯(lián)”的基礎(chǔ)電力傳感器需求的特點(diǎn)溫度\應(yīng)變\振動(dòng)\液位等A設(shè)備種類多、數(shù)量多、空間分布廣發(fā)電設(shè)備、變電設(shè)備、輸電設(shè)備、配電設(shè)備傳感器網(wǎng)絡(luò)需要長(zhǎng)距離、海量信息傳輸能力B參數(shù)多C強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾電力設(shè)備內(nèi)部\高壓輸電線路雷電\傳感器本身電源電力傳感器的發(fā)展趨勢(shì)微納傳感芯片設(shè)計(jì)難題：傳感類型多、原理多、芯片結(jié)構(gòu)復(fù)雜難點(diǎn)：微納器件參數(shù)多，其組合搭配的種類達(dá)到天文量級(jí)；還存在損耗、帶寬、尺寸等多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題27NP-Hard

Problem決策變量?jī)?yōu)化目標(biāo)約束條件結(jié)構(gòu)參數(shù)、幾何參數(shù)材料參數(shù)

……器件指標(biāo)、集成指標(biāo)

…工藝、材料、測(cè)試….步奏2、智能仿真設(shè)計(jì)策略仿真系統(tǒng)評(píng)價(jià)&反饋應(yīng)用人工智能解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題步奏1、分析建模專家系統(tǒng)&機(jī)器學(xué)習(xí)幾何參數(shù)1幾何參數(shù)2幾何參數(shù)3幾何參數(shù)n材料參數(shù)1……材料參數(shù)2結(jié)構(gòu)參數(shù)1材料參數(shù)3材料參數(shù)n結(jié)構(gòu)參數(shù)2結(jié)構(gòu)參數(shù)3結(jié)構(gòu)參數(shù)n………………XX參數(shù)關(guān)鍵技術(shù)1：引入人工智能，解決傳感芯片設(shè)計(jì)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題28難點(diǎn)：力、熱、電、光等多物理場(chǎng)耦合計(jì)算需求上升到“億級(jí)”

網(wǎng)格點(diǎn)，而現(xiàn)有商業(yè)軟件僅滿足“百萬(wàn)級(jí)”網(wǎng)格計(jì)算（1）并行化混合算法，支持?jǐn)?shù)萬(wàn)個(gè)CPU并行計(jì)算，解決“可算性”問(wèn)題（2）MPI分布式內(nèi)存通訊，解決算法和硬件資源的相互匹配問(wèn)題新算法流程實(shí)現(xiàn)“億級(jí)”網(wǎng)格計(jì)算，計(jì)算耗時(shí)壓縮到“天”關(guān)鍵技術(shù)2：并行混合算法，解決芯片設(shè)計(jì)的多物理場(chǎng)耦合及“億級(jí)”網(wǎng)格計(jì)算難題關(guān)鍵技術(shù)3：抗強(qiáng)電磁干擾微納結(jié)構(gòu)的智能設(shè)計(jì)與研制構(gòu)造超表面滿足“頻率選擇”t

t i

i2

dxsin

n

sin

n

d

r ii2

n

dxsin

sin

d

修正的斯涅耳定律微納超構(gòu)膜對(duì)工頻電磁場(chǎng)（

50Hz）保持屏蔽，對(duì)無(wú)線通信電磁

波100MHz）以上保持透明引入該超構(gòu)膜進(jìn)行系統(tǒng)封裝，研制防強(qiáng)電磁干擾無(wú)線傳感器500A

量程，波長(zhǎng)變化±25nm，波長(zhǎng)精度±1pm（0.004%F.S）0～20000A

量程，分辨率0.004%F.S，采樣頻率10KHz，響應(yīng)時(shí)間達(dá)微秒級(jí)磁場(chǎng)-扭矩-波長(zhǎng)調(diào)制無(wú)源無(wú)溫漂的高速光學(xué)電流/電壓互感器 振動(dòng)（加速度）傳感器溫度傳感器、應(yīng)變傳感器 位移傳感器、壓力傳感器 傾角傳感器、靜力水準(zhǔn)傳感器 可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)模塊（甲烷、CO等可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)

）溫濕度監(jiān)測(cè)模塊（井內(nèi)環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)）抗電磁干擾液位傳感器（井內(nèi)水位超預(yù)警值報(bào)警）抗電磁振動(dòng)傳感器（井蓋防盜、電纜外破監(jiān)測(cè)報(bào)警）有毒氣體監(jiān)測(cè)模塊（硫化氫氣體濃度監(jiān)測(cè)）抗電磁干擾NB-IOT各類通信協(xié)議低功耗運(yùn)行，使用壽命長(zhǎng)無(wú)需運(yùn)維，大幅降低運(yùn)維成本其他多類抗電磁干擾無(wú)線傳感器 Part

2Part

1中科院上海微系統(tǒng)所簡(jiǎn)介人工智能用于芯片級(jí)傳感設(shè)計(jì)總結(jié)Part

3Part

4人工智能用于電力傳感通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘及分析，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)

故障及故障隱患

的實(shí)時(shí)檢測(cè)、快速診斷定位對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)維及可靠性提升有重要價(jià)值是否有故障/隱患？故障屬于什么類型？故障發(fā)生在哪里？電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、主動(dòng)預(yù)警與檢修決策支持故障檢測(cè) 故障診斷 故障定位 故障修復(fù)如何修復(fù)故障？基于傳感的人工智能監(jiān)測(cè)與診斷的數(shù)據(jù)分析流程故障是否發(fā)生？故障特征是什么？故障屬于什么類型？故障預(yù)警及決策分析HHT算法PCA算法SVM機(jī)器學(xué)習(xí)算法貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理算法故障診斷算法引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程數(shù)據(jù)分析：HHT算法發(fā)生故障時(shí)，瞬態(tài)的傳感信號(hào)通常為非線性、非平穩(wěn)信號(hào)利用HHT算法，可解決故障檢測(cè)環(huán)節(jié)中非基頻信號(hào)瞬時(shí)頻率的準(zhǔn)確計(jì)算獲取問(wèn)題引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程數(shù)據(jù)分析：HHT算法利用HHT，僅需對(duì)信號(hào)的1個(gè)周期采樣，20毫秒內(nèi)就可對(duì)故障快速診斷，實(shí)時(shí)性強(qiáng)一個(gè)信號(hào)周期，小于20ms引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程010203把HHT算法處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化再造，構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化樣本向量。計(jì)算相關(guān)矩陣、特征值和特征向量。數(shù)據(jù)分析：PCA算法PCA主成分分析算法，提取故障信號(hào)特征量步驟選取主成分投影到低維空間，獲取新的變量，即為信號(hào)特征量。引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程為更好的確定優(yōu)化模型，并同時(shí)降低計(jì)算量，我們選用LS-SVM（最小二乘支持向量機(jī)）進(jìn)行故障類型的識(shí)別010203根據(jù)大量訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練將測(cè)試樣本數(shù)據(jù)利用分類器進(jìn)行初步故障識(shí)別支持向量機(jī)（SVM）是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過(guò)尋求結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)最小來(lái)提高學(xué)習(xí)機(jī)泛化能力，達(dá)到在統(tǒng)計(jì)樣本量較少的情況下，亦能獲得良好統(tǒng)計(jì)規(guī)律的目的。SVM進(jìn)行故障類型識(shí)別的步驟：根據(jù)初步故障分類結(jié)果進(jìn)行故障細(xì)分識(shí)別數(shù)據(jù)分析：SVM算法引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理算法故障因果分析引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程數(shù)據(jù)分析：動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理算法遺傳算法基本原理遺傳算法基本原理遺傳算法配網(wǎng)故障定位步驟遺傳算法配網(wǎng)故障定位步驟1、把電網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為0，1二進(jìn)制狀態(tài)模型進(jìn)行描述；0（正常）1（故障）2、給出評(píng)價(jià)函數(shù)（適應(yīng)度值）；3、隨機(jī)產(chǎn)生初始解群，進(jìn)行迭代遺傳操作；4、進(jìn)行收斂判斷，二進(jìn)制模型譯碼為故障定位信息。數(shù)據(jù)分析：遺傳算法引入人工智能的數(shù)據(jù)分析流程傳感器通常安裝于重要節(jié)點(diǎn)。但傳感器通常覆蓋密度不足，可引入遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等進(jìn)行故障定位適應(yīng)任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)、分布式電源需要足夠的訓(xùn)練樣本傳感器覆蓋密度不足時(shí)應(yīng)用場(chǎng)景1、變壓器診斷：1.1

光纖振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)鐵芯繞組0～±100g量程，

0.01%F.S分辨率，0～5KHz頻響，-80℃～250℃寬溫工作1技術(shù)原理 2 傳感探頭實(shí)物發(fā)生故障后的變壓器振動(dòng)信號(hào)時(shí)域譜電力變壓器鐵心或繞組發(fā)生位移、松動(dòng)或變形時(shí)，相對(duì)于正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)，這時(shí)測(cè)得振動(dòng)信號(hào)會(huì)有高頻成分出現(xiàn)，原來(lái)一些頻率處的幅值也會(huì)發(fā)生變化，并且鐵心或繞組位移、松動(dòng)或變形越嚴(yán)重，出現(xiàn)的高頻成分越多。另外，此時(shí)在一些頻率處的幅值變化也就越大。變壓器鐵心或繞組發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)信號(hào)的能量分布也會(huì)發(fā)生變化。繞組的光纖光柵安裝示意圖光纖光柵測(cè)溫原理光通道數(shù)每通道最大測(cè)點(diǎn)數(shù)同步采樣頻率動(dòng)態(tài)范圍波長(zhǎng)分辨率波長(zhǎng)重復(fù)性波長(zhǎng)精度溫度分辨率精度應(yīng)變分辨率測(cè)溫精度工作溫度范圍325025Hz（所有通道同步采樣，頻率可調(diào)）≥40db0.1pm0.2～0.5pm±1pm0.01℃0.1με±0.2℃-10～+250℃繞組溫度監(jiān)測(cè)能診斷繞組工作狀態(tài)。此外，根據(jù)負(fù)載導(dǎo)則中的規(guī)定：當(dāng)變壓器內(nèi)部溫度超過(guò)150°時(shí)將危及變壓器的正常運(yùn)行1.2

光纖溫度傳感器監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯繞組該過(guò)程稱為聲發(fā)射。0～±100g量程，

0.01%F.S分辨率，0～5KHz頻響，-80℃～250℃寬溫工作高壓設(shè)備故障中絕緣故障占主要成分。液體電介質(zhì)及液—固復(fù)合電介質(zhì)目前仍然是一種電力設(shè)備中的重要絕緣結(jié)構(gòu)形式，主要應(yīng)用于大型電力變壓器和電容器產(chǎn)品，而由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在極不均勻電場(chǎng)分布等原因局部放電是變壓器諸多有機(jī)絕緣材料故障和事故的根源，既是絕緣劣化起因又是絕緣劣化的先兆和表現(xiàn)形式放電開始時(shí)，兩電極間形成電流流柱，熱流柱周圍的材料被蒸發(fā)，釋放出機(jī)械能在油箱內(nèi)傳播形成壓力場(chǎng)。0.400.550.500.80I/mW0.75

I20.45

I1AB0.700.650.60

IQ Ql1lQ

l216.0 16.2 16.4 16.6 16.8 17.0l

/μm強(qiáng)度型解調(diào)原理示意圖MEMS光纖F-P聲壓探頭（距聲源100mm處可探測(cè)到10pc放電量）用光纖傳感器測(cè)量的局放產(chǎn)生的超聲信號(hào)，信號(hào)的傳感和傳輸過(guò)程都不受電磁干擾。與壓電式超聲傳感器相比，光纖傳感器可埋入液體介質(zhì)中直接測(cè)量局放聲信號(hào)，無(wú)聲波多路徑傳輸問(wèn)題，聲光耦合不受電磁干擾。100Hz、300Hz、500Hz；低于2kHz；低于4kHz；低于1.3kHz；50-200kHz；3kHz；變壓器局部放電收到的波形變壓器噪聲頻率鐵心磁致振動(dòng)：冷卻泵振動(dòng)：散熱風(fēng)扇振動(dòng)：冷卻泵和風(fēng)扇的磁力開關(guān)動(dòng)作：與變壓器連接的傳輸線上電暈引起的電脈沖： 9MHz、18MHz；有載分接開關(guān)動(dòng)作：OLTC的濾波單元?jiǎng)幼鳎洪_關(guān)動(dòng)作，碰撞聲如雨、沙、冰雹等產(chǎn)生的噪聲對(duì)測(cè)試的影響不大。IEEE建議的局放測(cè)試頻率：國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般采用的局放測(cè)試頻率：20kHz～500kHz，40kHz～300kHz。1.3

光纖聲壓傳感器監(jiān)測(cè)變壓器液體電介質(zhì)局放光纖盒和測(cè)量主機(jī)光纖傳感器加工和工作原理與新的變壓器油相比，老化的變壓器油更容易被電擊穿。從電動(dòng)力學(xué)的角度考慮，這是因?yàn)槔匣淖儔浩饔陀休^高的折射率，而這可被光纖折射率傳感器光譜響應(yīng)的波長(zhǎng)偏移檢測(cè)出來(lái)，結(jié)果表明符合擊穿電壓測(cè)試。因此，該測(cè)試有望成為變壓器油老化檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。該傳感器的測(cè)量結(jié)果與溫度無(wú)關(guān)。通過(guò)測(cè)量變壓器油的折射率（含介損）來(lái)檢測(cè)變壓器油的老化程度。變壓器油的老化程度，與標(biāo)準(zhǔn)擊穿電壓測(cè)試相符。1.4

光纖折射率傳感器檢測(cè)變壓器油的老化全光傳感技術(shù)為變壓器內(nèi)部的油路監(jiān)測(cè)提供在線監(jiān)測(cè)解決方案，通過(guò)油路來(lái)監(jiān)測(cè)變壓器故障。基本原理：伯努利定理。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意1.5

光纖液壓傳感器監(jiān)測(cè)變壓器的油流測(cè)速10mm基于光纖電壓互感器的測(cè)試方案光纖電壓互感器實(shí)物圖交流試驗(yàn)變壓器精密高壓探頭F-P靜電電壓傳感器雷電沖擊下的過(guò)電壓是一種微秒級(jí)的暫態(tài)過(guò)程，具有波形多變、幅值高、陡度大、頻率高的特點(diǎn)?，F(xiàn)有的站用式電壓測(cè)量裝置主要用于計(jì)量，其前端傳感器的頻率響應(yīng)主要針對(duì)工頻電壓或頻率不高的諧波電壓，后端采集系統(tǒng)的采樣頻率一般僅為幾kHz，難以滿足微秒級(jí)、亞微秒級(jí)的過(guò)電壓暫態(tài)測(cè)量。本方案基于光纖電壓傳感器，通過(guò)測(cè)量電場(chǎng)來(lái)獲取過(guò)電壓的波形。所采用的光學(xué)電壓傳感器可測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)速度快、頻率范圍寬、對(duì)電場(chǎng)畸變小、測(cè)量精度高、與一次設(shè)備無(wú)電氣連接、全絕緣，可滿足雷電沖擊下對(duì)變壓器繞組暫態(tài)過(guò)電壓的測(cè)試要求。技術(shù)參數(shù)電壓量程：4‐23kV;測(cè)量誤差：4kV‐8kV范圍內(nèi)的基本誤差1%；

8kV‐13kV范圍內(nèi)的誤差0.5%

；13kV‐24.1kV范圍內(nèi)的誤差0.31%。電