光纤通信技术的日益成熟,使得通信传输速率、传输稳定性得到切实保障,在很大程度上,满足了数据的使用需求。光纤通信技术与电力系统的结合,提升了整个电力系统运行环节信息交互的便捷性,为电力系统运营管理工作的开展提供了便利条件。但是受制于传统技术应用思维以及技术应用方式,现阶段光纤通信技术使用效果较差,为了扭转这一局面,充分发挥光纤通信技术在电力系统之中的作用,有必要采取针对性的措施,完善技术应用方式。文章立足于实际,在分析光纤通信技术优势的基础上,吸收过往有益经验,优化技术应用方法,充分发挥光纤通信技术的社会价值与经济价值,稳步推动电力系统通信功能的升级优化。 1光纤通信技术的优势 光纤通信技术优势的梳理,技术人员得以在思维层面形成正确的认知,认识到光纤通信技术在电力系统之中应用的必要性,扫清了技术应用过程中的思想阻碍,无形之中降低了光纤通信技术应用难度。 1.1光纤通信数据传输速率高 与电力系统惯用的铜线或者电缆相比,光纤在带宽上具有明显的优势,随着我国电力系统体量的逐步扩大,数据信息规模的增加,传统的铜线、电缆难以在短时间除了庞大的数据信息,这种情况的出现,无疑会降低电力系统运行效率,给电力资源的管理、使用带来极为不利的影响。光纤通信技术通过提升带宽,提升了电力系统的数字化水平,系统自身的信息数据处理能力得到提升,能够同时处理不同用户不同的电力资源使用需求,更好地了满足不同电力资源消费群体的消费习惯。 1.2信息传输损耗较少 为了适应区域经济发展,电力企业采取建立中继站的方式,分层构建电力通信网络,这种技术方式,虽然能够解决电力资源的调度问题,但是从成本较高,尤其在地形复杂、施工难度高的区域,中继站建设成本呈现出增长的趋势。光纤通信技术在电力系统之中的应用,适应了长距离数据传输要求,控制传输损耗,在保证数据传输稳定性的同时,也在很大程度,减少了中继站建设数量,节约了建设成本,避免了不必要的费用支出。 1.3具有极强的抗干扰能力 作为一种新的通信手段,光纤通信技术在实际应用过程中,表现出极好的安全性,能够有效低于外部因素对于光纤设备的腐蚀,提升了通信系统的整体抗干扰能力。同时光纤绝缘能力较好,具有良好的防雷击效果,避免电力系统运行过程之中数据信息因遭受雷击而发生丢失的情况,保证了电力系统通信的稳定性。 2光纤通信技术在电力系统中应用的方法 光纤通信技术在电力系统中的应用呈现出全面性、系统性特征,技术人员在深刻认知光纤通信技术优势的前提下,采取针科学高效的应用方案,实现光纤通信技术与电力系统的衔接,推动电力系统的升级优化。 2.1自承式光缆在电力系统中的应用 现阶段自承式光缆主要应用于河谷、洼地以及雷电密集区,自承式光缆质量较强、结构强度较好,基于这种电缆材质特点。在电力系统构建的过程之中,技术人员可以将高压输电线杆塔作为平台,进行自承式光缆的架设。在不改变原有电力系统杆塔结构的前提下,控制建设成本,减少不必要的费用支出。除此之外,技术人员需要着眼于实际,结合施工区域的特点,持续优化自承式光缆应用方案,同时采取必要的技术手段,对光纤架设质量进行评估,并根据评估结果,及时采取应对手段,保证自承式光缆数据信息数据交互能力。 2.2光纤复合地线的应用 考虑到现阶段电力系统光纤通信机制建设的实际需求,保证通信的稳定性,降低系统维护难度,在光纤通信技术应用的过程之中,技术人员采取光纤复合地线结构的设置,设置多个光纤单元。在实际操作的过程之中,技术人员要根据电力系统信息数据的交互需求,根据系统骨架的不同,细化钢管型、铝骨架型以及铝管型三种光纤复合地线结构,形成复合地线保护结构,切实保证光纤单元的运行安全。同时光纤复合地线进一步加强了光纤的防雷击能力,规避了雷击风险,为电力系统营造出一个安全的运行环境。 2.3光纤复合相线的应用 光纤复合相线在组成结构上与光纤复合地线有着一定的相同之初,但其在结构设计、设备安装以及日常维护等方面存在着差异。在实际应用的过程之中,技术人员在光纤复合相线线盒设置的过程中,除了使用终端接线口之外,还可以充分利用中间接线口,以保证整个光纤通信的服务能力,实现多个信息通道的同时运作。在进行光纤复合相线安装的过程之中,技术人员需要在安装之前进行光纤挂点以及弧垂张力等参数的计算,除此之外,还要开展光电分离技术,对光纤单元进行分离处理,以保证光纤复合相线运行的稳定性,减少外部因素对于电力系统光纤通信技术应用效果来了的不利影响。因此即便是在光纤复合相线施工难度较大,技术要求较高,施工周期较长的前提下,多数电力企业仍然会采用光纤复合相线这一应用方案,确保光纤通信技术的应用效果。考虑到现阶段电力系统通信网络接入方式仍然采用双绞线模式,这种接入方式固然能够满足现阶段电力系统运行需求,但是其与光纤入网要求有着一定的差别。因此在实际操作过程之中,技术人员应当对光纤入网方式进行优化,降低光纤入网难度,提升入网效能。 3结语 为了确保光纤通信技术在电力系统中的高效使用,技术人员在明确光纤通信技术优势的前提下,对应用方式进行优化,持续推进光纤通信技术在电力系统之中的应用,稳步实现电力系统的升级,充分满足现阶段电力资源调度、管理以及消费需求。 参考文献 [1]颜景明.电力系统中光纤通信技术应用探讨[J].科学中国人,2015(06):78-79. [2]刘秀更,袁媛.光纤通信技术在电力系统调度自动化的应用[J].商品与质量,2015(42):61-62. [3]曹百慧.光纤通信技术在电力通信中的应用研究[J].技术与市场,2017,24(09):46-47. [4]龚萌.光纤通信技术在电力通信系统中的应用研究[J].城市建设理论研究:电子版,2016(12):59-60. [5]李任新.光纤通信技术在电力系统通信中的应用研究[J].移动通信,2016(07):52-53. 作者简介王栋(1997-),男,山东省枣庄市人。大学本科学历。研究方向为信息处理。
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1引言 现代检测技术是指采用当今先进的传感、信息处理、建模与推理等技术实现常规仪表、方法和手段无法直接获取的待测参数的检测。随着现代科学技术的飞速发展,检测技术已经从一般的单参数测量逐渐发展为相关多参数的综合自动检测,在航空航天、国防军事、医疗诊断、环境保护、工业、农业、交通运输等领域发挥着越来越大的作用。现代检测技术课程作为北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院控制科学与工程方向研究生的一门专业课,反映了近十年来信息技术、人工智能算法等在检测系统中的最新应用,对培养研究生运用检测理论、新型传感器及信号分析处理方法解决实际参数测量问题的能力具有十分重要的意义,将为学生在本学科领域从事科研工作奠定基础。研究生课程与本科生课程相比,不仅定位不同,授课对象也存在很大差别。90后的研究生绝大多数为独生子女,自我意识强,团队协作能力和社会责任感偏弱。相对于本科生而言,他们心理成熟、思想独立,知识结构层次多样化,社会阅历丰富,更容易受到就业压力以及社会浮躁大环境的影响。此外,“互联网+”时代对研究生课程的知识获取、教学模式、教学实践和教育平台都产生很大的影响[1]。因此,如何利用研究生课程平台,结合研究生特点,激发学生对所学专业的兴趣,着重培养学生分析问题、解决问题以及创新能力和团队协作精神,是值得深入思考的问题。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院从现代检测技术课程的课程定位、教学内容与实施、教学方法、教学资源等多方面进行探索和尝试,经过几年的积累,获得良好的课堂教学效果。 2课程定位与教学目标 一门研究生课程要有明确的课程定位,课程特色要突出,即“检测专业特色+航空航天特色”并重,既要夯实专业基础,又要及时把握学科前沿,具有一定的国际视野。简言之,检测技术是为了获取信息,获取信息的流程包括传感器—信号调理—信号采集—信号处理—信号显示—信号输出等环节。本课程开设之前,由于院系拆分等历史原因,检测专业的研究生课程体系不够完善,缺乏传感器以及多传感器信息融合的相关课程内容。因此,本课程的授课内容主要集中于“传感器”“信号调理”“信号采集”和“信号处理”四部分,作为学院其他检测专业课程的有效补充,以便为学生提供一个完整的信息获取知识体系和架构。课程内容每年更新,着力把握检测技术前沿,将最新的技术发展趋势引入课堂,开阔学生的眼界和视野,培养学生对本专业的兴趣和探索精神。而本课程的教学目标是要求学生具有正确、合理地选择常用传感器和检测方法,分析、设计检测系统的能力,并为深入学习其他专业方向课程奠定良好的基础。一门课程的教学效果不仅仅依赖于课程定位,还与教师自身定位密不可分。本课程有明确的教师定位,授课教师具有很好的亲和力,与学生保持良好的师生关系,用激情和感染力影响学生,努力认识每一位学生,充分利用积极心理学,鼓励学生勇于表达自己的观点,让每一位学生参与课程的教学和讨论。 3教学内容与实施 课程的教学内容包括六部分:绪论、现代检测系统的基础知识、先进传感器技术、多传感器信息融合、微弱信号检测和软测量技术。1)绪论主要介绍课程教学安排,以及检测技术的地位和作用、检测系统的组成与分类、检测技术的发展趋势和最新引用,介绍一些国家重大型号中典型的检测案例。2)现代检测系统的基础知识主要讲解检测系统的基础和学生容易混淆的内容,包括不确定度应用、有效数字、检测系统动静态特性等内容,作为本科生到研究生课程的有效过渡,同时为本科不是自动化专业的学生奠定后续顺利学习专业课的基础。3)先进传感器技术主要介绍机器人传感器、光纤传感器、生物传感器和模糊传感器四部分内容:机器人传感器以学生熟悉的应用引出多种类型的传感器;光纤传感器和生物传感器是近十年发展迅速的两类传感器;而模糊传感器是一种特殊的非传统、将模糊数学引入测量领域;用自然语言符号代替数值测量的传感器。这样安排有利于学生构建全面的知识结构。4)多传感器信息融合主要介绍多传感器信息融合的基础知识和常用的融合算法,包括基于Bayes估计的多传感器信息融合、基于D-S证据理论的多传感器信息融合和基于神经网络的多传感器信息融合。5)微弱信号检测主要介绍微弱信号检测的基础、常见噪声类别及特点、常用微弱信号检测方法,重点讲解锁定放大器等方法。6)软测量技术主要介绍软测量需求和基本概念、设计步骤,包括辅助变量的选取、测量数据的处理、软测量模型的建立、在线校正、软测量的工业应用等方面。讲解完教学大纲要求内容后,布置课程设计作业,同时进行总复习。课程的教学方式灵活多样,倡导开放式课堂教学,在满足课程教学大纲要求的前提下,不唯教材所束缚,将本领域最先进的技术前沿信息补充到课堂教学中,推行课堂讨论、中英文论文阅读指导等启发式、研讨式和案例式教学方法,努力营造一个轻松、开放的教学环境,营造互动互惠的教学氛围,鼓励学生提问和相互讨论,引导学生积极思考,激发学生自主学习和探究知识的动机,增强学生参与课堂教学内容的积极性和自觉性。同时,通过布置不同的设计作业,鼓励学生从设计需求出发,把握设计的优秀问题,勇于探索和创新,培养分析和解决实际问题的能力。授课形式多样化,注重与学生间的互动,除了多媒体课件+板书+视频资料播放外,还尝试部分内容(如机器人传感器)采用英文课件,将国内外与课程内容紧密相关的研究成果引入课件和课堂中;并根据每章节的内容查找很多符合主题的中英文期刊文章,课上提纲挈领讲解,要求学生课外阅读,增大学生课外阅读量,提高其对专业知识的理解力和领悟力,并在设计报告中考核其课外阅读效果。还有部分内容如检测技术基础知识,课上主要讲解学生容易混淆内容,余下内容供少数本科没有检测基础的学生课下自学。为了客观评价学生的学习能力和学习效果,并且鼓励学生积极思考和大胆创新,课程考核并非“一考定终身”,而是采用多元化的评价体系,考查学生的基础知识,分析问题、解决问题以及学以致用的能力,鼓励学生大胆创新。课程考核和评价分为三方面。1)平日出勤及讨论参与情况。课程上有很多互动讨论环节,根据学生参与互动积极性和思维活跃度等方面综合评判。2)随机安排3~4次随堂测试。3)课程设计报告。为了大力培养学生具有创新思维的研究能力,课程采用考查方式,即每年设定三个题目,要求学生完成设计需求,采用MATLAB或者Python等语言编程实现并且撰写设计报告提交,同时提交设计源代码。课程设计作业源于学生的生活,以激励学生思考和解决身边的检测问题,鼓励学生大胆创新。学生参与热情很高,课程设计报告总体完成质量好。此外,部分有难度的题目尝试采用合作形式完成,要求学生明确标注设计分工,旨在培养学生相互沟通、相互协作的精神和能力,并通过每一届学生不同题目设计报告的积累,逐步建立设计报告资源库,以启发下一届学生的设计思维。部分课程设计报告题目(每年布置三个题目供学生选择,题目每年更新):基于多传感器信息融合的飞行目标识别;道路车辆的车型分类设计;学生听课认真的综合评估方法设计;老师讲课认真的综合评估方法设计;红外传感器多源数据融合方法设计;情绪模糊传感器的设计。为了锻炼学生之间的沟通能力和协作能力,部分设计题目尝试两人合作完成,要求合作小组标注清楚设计分工。合作尝试很成功,设计作业的深度和完成质量明显优于往年,学生将所学的知识做到融会贯通,设计并编程实现设计报告的设计需求,圆满完成预期的教学目标。对于学生提交的设计报告,任课教师逐份认真评审,并将设计报告的评语反馈给每一个学生。 4立体化教学资源建设 在课程涉及内容理论知识基础上,不断补充最新的工程案例、研究热点和发展趋势,经过不断积累,课程教学资源日渐丰富。 作者:杨波,北京航空航天大学,教授,研究方向为检测技术与自动化装置;闫蓓、于劲松,北京航空航天大学系副主任,副教授, 研究方向为检测技术与自动化装置;刘颖异,北京航空航天大学,讲师,研究方向为检测技术与自动化装置(100191)。
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