强激光与粒子束
2023, 35(8): 089002
武汉理工大学光纤传感技术与网络国家工程研究中心，湖北 武汉 430070
电池状态监测对于电池健康运行至关重要。随着电池性能不断提升，应用日益广泛，开发一种经济有效的电池传感系统迫在眉睫。与传统的电池传感技术相比，光纤传感器具有独特的优势，包括灵敏度高、体积小、容易集成、成本低等。本文全面概述了可用于电池状态监测的各种光纤传感器，包括光纤光栅传感器、光纤干涉仪传感器、光纤倏逝波传感器、光纤光致发光传感器和光纤散射传感器等，探讨了其工作原理，介绍了不同传感参数对应的传感方法及其性能。最后，提出了未来电池传感研究的挑战并进行了展望。
电池传感 光纤传感器 温度监测 应变监测 充电状态和健康状态监测 产气监测 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106006
中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室, 江苏 南京 210008
连作花生的土传病害问题突出, 但土传病害发生与土壤环境尤其是根际土壤中可溶性有机质(DOM)组成结构的内在联系尚不清楚。 通过在县域范围内多点采集连作地的花生健康植株和发病植株及根际土壤, 测定根际土壤性质的部分指标, 利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)表征根际土DOM的组成特征, 探究花生病害对根际DOM组成的影响。 结果表明, (1)花生健康与发病植株的根际土壤可溶性有机碳(DOC)等基本特性无显著差异; (2)通过3DEEM-PARAFAC方法共识别了五种荧光组分, 包括类色氨酸蛋白质(C1)、 类富里酸(C2)、 类微生物腐殖质(C3)、 类腐殖酸(C4)和类酪氨酸蛋白质(C5), 且花生健康与发病植株的根际土壤DOM荧光组分组成存在显著差异。 健康植株根际DOM类色氨酸组分 (C1)平均占比为53.79%, 显著高于发病植株的25.72%, 其他组分则相反; 健康植株根际DOM的生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)分别为(0.95±0.03)和(1.87±0.25), 均显著高于花生病株根际的(0.82±0.02)和(0.98±0.09), 较高BIX和HIX值可能是根际健康环境发展的内在要求; (3)主坐标轴分析显示, 通过三维荧光表征的荧光特性可以显著分异健康组与发病组; (4)相关性分析表明, 花生生物量与DOM各个组分均具有显著相关性, 且与BIX、 HIX显著正相关, 而Mcknight指数与部分土壤性质密切相关; 方差分解结果显示, 花生生物量对DOM组成变异的解释率高达40%, 而土壤性质不能显著解释DOM组成的变异, 说明花生的生长状况是影响根际土壤DOM组成的重要因子。 综上所述, 花生健康状况与根际土壤DOM组成和荧光特性之间存在相互关系, 可为认识土传病害发生机理及制定科学的调控方案提供理论参考。
连作花生 健康状态 根际土壤 可溶性有机质 三维荧光光谱 平行因子分析 Continuous cropping peanuts Health status Rhizosphere soil Dissolved organic matter Three-dimensional excitation-emission matrices Parallel factor analysis
1 西安石油大学 a.陕西省油气井测控技术重点实验室
2 b.电子工程学院, 陕西西安 710065
3 长庆油田水电厂, 陕西西安 710201
以18650型锂电池为研究对象, 建立双极化 Thevenin(DP-Thevenin)等效电路模型描述其动静态特征。分别以恒流脉冲放电实验和带遗忘因子的递推最小二乘法完成电池电动势及模型参数的辨识; 在 Simulink中搭建等效电路模型, 以脉冲电流作为激励进行验证, 得出模型响应电压与实际端电压契合度较好, 平均误差为 1.836%; 构建电池实验硬件电路, 编写算法程序完成了锂电池实验系统的构建。最后, 在随机测试工况下借助 Matlab分析了基于联合算法的锂电池荷电状态 (SOC)与健康状态( SOH)在预测精确度、错误初值时算法收敛性等方面的性能。实验结果表明, 算法可精确估计出电池 SOC和内阻大小, 最大误差不超过 3.5%; 且在初值相差 15%时, 算法可在319 s内收敛至真值附近, 鲁棒性较好。
锂电池 荷电状态 电池健康状态 带遗忘因子的最小二乘算法 联合算法 lithium battery State Of Charge State Of Health Recursive Least Squares method withForgetting Fact joint algorithm 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 739
1 广东金融学院 实验教学中心，广东 广州 510091
2 广东金融学院 互联网金融与信息工程学院，广东 广州 510091
锂离子电池健康状态（State of Health，SOH）描述了电池当前老化程度，对于提前对电池的故障及失控做出预警避免电池的不安全行为具有重要意义。其估计难点在于难以确定数量合适、相关性高的估计输入以及设计合适的估计算法。通过对现有电池老化数据集的研究发现，电池充电过程中电压曲线数据相对稳定，且随着电池的老化出现规律性变化。因此，文中直接采用充电过程中电压数据作为估计SOH的输入，并在数据驱动的框架下，提出了一种基于门控循环神经网络（Recurrent Neural Networks with Gated Recurrent Unit, GRU-RNN）的锂电池SOH估计方法。该方法能够挖掘出一维电压数据中的时序特征和SOH之间的映射规律。在两个公开的电池老化数据集上的实验结果表明，提出的方法达到了1.25%的均方绝对误差和低于5.62%的最大误差，在估计精度上达到现有技术发展水平。
锂离子电池 健康状态 门控循环单元 循环神经网络 深度学习 lithium-ion battery state of health gated recurrent unit recurrent neural networks deep learning 红外与激光工程
2021, 50(2): 20200339
1 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光传输与探测技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室(中国科学院上海高等研究院), 上海 201210
通过在锂离子电池内部埋入分布式光纤温度传感器,实现了对电池内温度场的实时分布式原位监测,并对其运行健康状态进行了预警和评估。根据锂离子电池结构设计模型,理论上模拟分析了不同运行环境下锂离子电池内温度场的分布状态和演化规律。基于此,选取特征温度点(正负极耳、中心点)优化传感器的布设位置,实现各种情况下温度场的准确测量,基于性价比给出传感器的优化组合,减少了传感器使用数量,降低了布设工艺的难度及解调设备的成本。在实验中埋入分布式级联的光纤光栅温度传感器,对模拟分析结果进行了验证。实验结果表明,随着外界环境温度的上升,各特征点温度都随之上升,但上升速率整体变小,而中心温度点具有较快的温升效应,实验结果与理论结果一致。该方法为未来大尺度锂离子电池集成组件健康状态的原位监测提供了技术参考和实施方案。
光纤光学 光纤原位监测技术 锂离子电池 内温度场 健康状态监测 中国激光
2020, 47(12): 1204002
1 上海华魏光纤传感技术有限公司, 上海 201103
2 深圳供电局有限公司, 广东 深圳 518000
研究基于全光纤传感技术的电缆健康状态监测系统。在分析和研究后向散射分布式光纤传感原理的基础上,成功地开发出了样机系统,并将该系统应用于电力电缆隧道,监控数千米光纤沿线上电缆运行及环境状态的分布。实验结果表明,该系统可实现监测多回内嵌光纤的20 km电缆线路的温度、载流量、偷盗入侵等分布状况,并对测量点进行定位。
分布式光纤传感 后向散射 电力电缆 健康状态监测 distributed optic fiber sensing backscattering power cable health status monitering
1 北京理工大学机械与车辆学院, 北京100081
2 军事交通学院汽车工程系, 天津300161
3 中国兵器科学研究院, 北京100089
油液光谱分析是研究综合传动运行状态的重要方法, 以油液光谱分析数据为基础, 运用主成分分析法(PCA)和层次分析法(AHP), 建立了一种综合传动健康状态的评价模型。 文章结合机械设备健康的概念, 综合考虑油液光谱分析数据中各种磨损元素的影响, 提出用健康值来定量描述综合传动运行状态的概念, 并根据健康值对综合传动健康状态进行了等级划分; 利用主成分分析法, 对油液光谱分析数据进行主成分提取的研究分析; 运用层次分析法研究主成分权重值, 探讨判断矩阵的构造、一致性检验等问题; 然后将二者有机的耦合, 建立评价模型; 实验研究表明, 此方法具有很高的准确性, 能够有效地判断综合传动的运行状态, 对开展综合传动状态评估具有重要意义。
光谱分析 综合传动 健康状态 Spectral analysis PCA-AHP PCA-AHP methodology Power-shift steering transmission(PSST) Health state 光谱学与光谱分析
2010, 30(4): 1008
