專利名稱：一種電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，具體地說(shuō)是涉及一種電力系統(tǒng)脈沖同步性能檢測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，作為電力自動(dòng)化電力系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)的時(shí)間同步 得到了越來(lái)越廣泛的重視和應(yīng)用。在電力自動(dòng)化，繼電保護(hù)等領(lǐng)域需要精確的時(shí)間信息。電力時(shí)鐘同步信號(hào)主要有1PPS/1PPM/1PPH信號(hào)、IRIG-B碼直流和交流信號(hào)等。這 些信號(hào)作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)接入到需要時(shí)間同步的電力裝置中。為保證電力系統(tǒng)時(shí)間同步網(wǎng)的正 確運(yùn)行，需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，確保時(shí)鐘同步設(shè)備的工作正確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種便攜式的電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，它包括衛(wèi)星接收單元，接收衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行衛(wèi)星電文處理和時(shí)頻標(biāo)合 成，生成基準(zhǔn)秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)，所述衛(wèi)星接收單元的輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；IRIG-B碼解調(diào)單元，解調(diào)電力時(shí)鐘設(shè)備輸出的IRIG-B信號(hào)，得到B碼信號(hào)攜帶的 秒脈沖同步信號(hào)，所述IRIG-B碼解調(diào)單元的輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；脈沖檢測(cè)單元，其輸入端分別與衛(wèi)星接收單元和IRIG-B碼解調(diào)單元相連接，其輸 出端與用戶交互單元相連接；所述的脈沖檢測(cè)單元檢測(cè)待測(cè)秒脈沖同步信號(hào)與生成的基準(zhǔn) 秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)差值；用戶交互單元，其與脈沖檢測(cè)單元相連接，從脈沖檢測(cè)單元中獲得時(shí)差值，進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)后，可進(jìn)行顯示和保存；供電單元，其分別與衛(wèi)星接收單元、IRIG-B碼解調(diào)單元、脈沖檢測(cè)單元和用戶交互 單元相連接。上述的衛(wèi)星接收單元為北斗或GPS衛(wèi)星接收模塊。上述的供電單元為具備充電功能的蓄電池。上述的用戶交互單元集成數(shù)據(jù)保存芯片和USB接口設(shè)備。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，可以為電力系統(tǒng)中電廠、變電站等場(chǎng)合安裝的電力 主時(shí)鐘和擴(kuò)展裝置提供測(cè)量功能，滿足電力時(shí)鐘的檢測(cè)要求，保證電力系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一，提 高電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量和可靠性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，采用衛(wèi)星同步技術(shù)，測(cè)量精度 高；第二，可測(cè)量多種脈沖信號(hào)，測(cè)試功能豐富；第三，提供用戶交互功能，方便用戶操作； 第四，采用便攜式設(shè)計(jì)，具備體積小、重量輕等特點(diǎn)。綜上，本發(fā)明填補(bǔ)了市場(chǎng)上電力脈沖同 步檢測(cè)設(shè)備的空白，采用衛(wèi)星接收單元作基準(zhǔn)源、可測(cè)量1PPS/1PPM/1PPH電力時(shí)鐘常用信 號(hào)、可測(cè)量直流IRIG-B和交流IRIG-B同步性能。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為本發(fā)明的整體信號(hào)流程圖；圖3為本發(fā)明中交流B碼信號(hào)轉(zhuǎn)化示意圖；圖4為本發(fā)明中脈沖檢測(cè)單元的原理框具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明由衛(wèi)星接收單元、IRIG-B碼解調(diào)單元、脈沖檢測(cè)單元、用戶交 互單元和供電單元五部分構(gòu)成。本發(fā)明內(nèi)置北斗或GPS衛(wèi)星接收單元，生成高精度時(shí)鐘標(biāo) 準(zhǔn)；IRIG-B碼解調(diào)單元采用高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流IRIG-B和交流IRIG信號(hào)的解 調(diào)；脈沖檢測(cè)單元采用可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)電力時(shí)鐘設(shè)備性能的檢測(cè)；用戶交互單元采 用液晶顯示屏獲取必要的數(shù)據(jù)及信息進(jìn)行顯示；裝置采用內(nèi)置電池供電方式，為各單元提 供直流電源。具體地講，本發(fā)明的原理及信號(hào)流程如圖2所示衛(wèi)星接收單元，采用北斗或GPS等衛(wèi)星接收模塊或芯片，這為本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所熟知的技術(shù)。衛(wèi)星接收單元的輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；它可以接收北斗或GPS 等衛(wèi)星信號(hào)，生成本地秒脈沖信號(hào)。由于跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，所以本地秒脈沖信號(hào)同步于衛(wèi)星信 號(hào)，可以作為檢測(cè)電力時(shí)鐘信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)使用。電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置也提供外部基準(zhǔn) 輸入，如采用外部鐘源銣鐘、銫鐘等等作為基準(zhǔn)檢測(cè)電力時(shí)鐘設(shè)備信號(hào)。衛(wèi)星接收模塊輸出 的工作狀態(tài)信息，包括跟蹤衛(wèi)星狀態(tài)和時(shí)間信息等，送至用戶交互模塊。為提高檢測(cè)裝置的 通用性，衛(wèi)星接收模塊也提供外部基準(zhǔn)輸入，用來(lái)代替衛(wèi)星接收模塊產(chǎn)生的同步信號(hào)。具備 衛(wèi)星接收功能的銣鐘、銫鐘等均可產(chǎn)生基于UTC的基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)。IRIG-B碼解調(diào)單元，針對(duì)電力時(shí)鐘設(shè)備輸出的直流和交流IRIG-B信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。 對(duì)于電力時(shí)鐘設(shè)備輸出的IRIG-B信號(hào)，首先需要解調(diào)直流IRIG-B信號(hào)和交流IRIG-B信 號(hào)，得到B碼信號(hào)攜帶的秒脈沖同步信號(hào)，根據(jù)B碼信號(hào)定義，B碼信號(hào)的同步性能可以通 過(guò)檢測(cè)B碼秒脈沖的同步性能來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。IRIG-B碼解調(diào)單元中采用可編程邏輯 器件直接解調(diào)直流IRIG-B信號(hào)，恢復(fù)出的秒脈沖信息輸出到脈沖檢測(cè)單元，解調(diào)得到的時(shí) 間信息等提供給用戶顯示單元顯示給用戶。對(duì)輸入的交流IRIG-B信號(hào)需要首先接入到模 數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息也輸入到可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到秒脈沖和時(shí) 間信息等，分別輸出到脈沖識(shí)別單元和用戶顯示單元進(jìn)行處理。具體地說(shuō)，對(duì)輸入的交流IRIG-B信號(hào)需要首先接入到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)信息也輸入到可編程邏輯器件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。可自動(dòng)識(shí)別交流信號(hào)的幅度，進(jìn)行幅度判 決后轉(zhuǎn)化成直流IRIG-B信號(hào)，再對(duì)轉(zhuǎn)化得到直流信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到秒脈沖和時(shí)間信息等， 分別輸出到脈沖識(shí)別單元和用戶顯示單元進(jìn)行處理。交流IRIG-B信號(hào)需要經(jīng)過(guò)電壓比較器，交流IRIG-B模擬信號(hào)對(duì)零點(diǎn)平進(jìn)行比較， 如果幅度為正輸出邏輯高電平信號(hào)，否則輸出邏輯低電平信號(hào)，這樣得到一個(gè)周期為IKHz 的方波信號(hào)，方波的上升沿為交流B碼的信號(hào)過(guò)零點(diǎn)。對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行采樣，即可確定交流 B碼的正向過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻。如圖3所示，根據(jù)正向過(guò)零點(diǎn)，延遲250us，即在交流B碼正弦信號(hào)電平最大時(shí)，利用AD轉(zhuǎn)換對(duì)交流IRIG-B模擬信號(hào)采樣，和預(yù)先設(shè)定的參考幅度值比較，相對(duì)于預(yù)設(shè)參考信 號(hào)電平值進(jìn)行比較，預(yù)設(shè)電平值一般等于交流B碼高電平的70%。如果實(shí)際信號(hào)高于電平 預(yù)設(shè)值，則輸出邏輯高電平信號(hào)，如果實(shí)際信號(hào)低于電平預(yù)設(shè)值，則輸出邏輯低電平信號(hào)。 經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生的方波信號(hào)，即為直流IRIG-B信號(hào)。直流IRIG-B進(jìn)行解調(diào)時(shí)，利用本地時(shí)鐘對(duì)高電平持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，以判定脈沖寬 度。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)以直流B碼信號(hào)脈沖的上升沿作為技術(shù)器的開(kāi)門量清零并開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)， 以脈沖信號(hào)下降沿作為關(guān)門量停止計(jì)數(shù)，得到的計(jì)數(shù)值乘以本地時(shí)鐘周期，計(jì)算得到脈沖 寬度。對(duì)得到的脈沖寬度進(jìn)行判斷，確定數(shù)據(jù)信息“1”、“0”和插入時(shí)隙，并可以得到參考碼 元位置和位置識(shí)別標(biāo)志位息，根據(jù)B碼數(shù)據(jù)格式，進(jìn)一步得到時(shí)間信息和控制信息，并可以 根據(jù)參考碼元得到B碼攜帶的同步信息一秒脈沖信號(hào)。直流IRIG-B碼解調(diào)單元中采用可編程邏輯器件直接解調(diào)直流IRIG-B信號(hào)，恢 復(fù)出的秒脈沖信息輸出到脈沖檢測(cè)單元。直流IRIG-B解調(diào)與交流IRIG-B碼解調(diào)第三階 段-直流IRIG-B解調(diào)方法相同，都是根據(jù)脈沖寬度對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到的時(shí)間信息等。交 流B碼和直流B碼解調(diào)得到的秒脈沖信號(hào)提供給脈沖檢測(cè)單元進(jìn)行同步性能檢測(cè)，時(shí)間報(bào) 文信息和控制信息等提供給用戶顯示單元顯示給用戶。脈沖檢測(cè)單元，在可變程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)，主要功能是實(shí)現(xiàn)輸入被測(cè)信號(hào)與基 準(zhǔn)信號(hào)的同步性能的檢測(cè)，即得到電力時(shí)鐘設(shè)備的同步性能。它的輸入端分別與衛(wèi)星接 收單元和IRIG-B碼解調(diào)單元相連接，其輸出端與用戶交互單元相連接。被測(cè)信號(hào)包括 1PPS/1PPM/1PPH信號(hào)，以及解調(diào)IRIG-B信號(hào)得到秒脈沖信號(hào)。被測(cè)脈沖信號(hào)的同步性能即 與基準(zhǔn)信號(hào)的同步性能，記錄每次檢測(cè)得到的時(shí)間差，測(cè)試一定時(shí)間后對(duì)得到的時(shí)間差數(shù) 據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到同步性能。進(jìn)行測(cè)試的前提條件是保證衛(wèi)星接收模塊輸出的IPPS已與衛(wèi) 星同步，如果基準(zhǔn)信號(hào)是銫鐘或銣鐘設(shè)備的IPPS信號(hào)，也要保證其經(jīng)過(guò)一定時(shí)間預(yù)熱，保 證輸出信號(hào)的可用性。如圖4所示，同步脈沖檢測(cè)單元以輸入的基準(zhǔn)秒脈沖作為檢測(cè)的基準(zhǔn)，輸入的脈 沖信號(hào)均與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，得到被檢測(cè)脈沖信號(hào)的性能。對(duì)于被測(cè)IPPS秒脈沖信 號(hào)，直接與基準(zhǔn)IPPS信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量出時(shí)間差數(shù)據(jù)；檢測(cè)過(guò)程中，以基準(zhǔn)信號(hào)上升沿作 為檢測(cè)計(jì)數(shù)器的開(kāi)門量，計(jì)數(shù)器清零并開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器工作頻率為本地時(shí)鐘輸出，被測(cè)信 號(hào)上升沿作為關(guān)門量，停止計(jì)數(shù)并保存計(jì)數(shù)結(jié)果。如果出現(xiàn)被測(cè)信號(hào)上升沿早于基準(zhǔn)信號(hào) 上升沿時(shí)，則以被測(cè)信號(hào)上升沿作為開(kāi)門量，以基準(zhǔn)信號(hào)作關(guān)門量，不過(guò)得到的計(jì)數(shù)結(jié)果應(yīng) 為負(fù)數(shù)。計(jì)數(shù)器范圍應(yīng)設(shè)置門縣，如果時(shí)差超過(guò)門限，則認(rèn)為被測(cè)信號(hào)失調(diào)，不進(jìn)行測(cè)量。計(jì) 數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果乘以本地時(shí)鐘周期，即可得到被測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)差值。如果被測(cè)信號(hào)為1PPM，需要依據(jù)衛(wèi)星接收單元的時(shí)間對(duì)基準(zhǔn)IPPS進(jìn)行六十倍分 頻產(chǎn)生1PPM，在每分鐘的零秒時(shí)刻對(duì)分頻計(jì)數(shù)器清零，并置IPPM信號(hào)為高電平得到IPPM 的上升沿，再根據(jù)衛(wèi)星接收模塊的時(shí)間信息，適時(shí)將IPPM信號(hào)拉低，即產(chǎn)生基準(zhǔn)IPPM信號(hào)。 利用生成的基準(zhǔn)IPPM檢測(cè)被測(cè)IPPM信號(hào)，可以得到被測(cè)IPPM的同步性能。對(duì)于被測(cè)IPPH 信號(hào)，需要基準(zhǔn)IPPS依據(jù)衛(wèi)星接收單元的時(shí)間進(jìn)行3600倍分頻產(chǎn)生基準(zhǔn)1PPH，在每小時(shí) 的零分零秒準(zhǔn)時(shí)刻對(duì)基準(zhǔn)IPPH信號(hào)置高電平，得到IPPH的上升沿，利用衛(wèi)星接收模塊的時(shí) 間信息，定時(shí)使IPPM信號(hào)置為低電平，產(chǎn)生基準(zhǔn)IPPH信號(hào)。利用生成的基準(zhǔn)IPPH檢測(cè)被 測(cè)IPPH信號(hào)，可以得到被測(cè)IPPH的同步性能。對(duì)于經(jīng)過(guò)IRIG-B解調(diào)產(chǎn)生的IPPS信號(hào)，直
5接與基準(zhǔn)IPPS信號(hào)進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)IRIG-B信號(hào)同步性能的檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程與 IPPS信號(hào)檢測(cè)過(guò)程相同，需要注意，因?yàn)榻涣鰾碼解調(diào)時(shí)引入了 250us的時(shí)延，在得到的測(cè) 試結(jié)果中需要減去250us，得到的結(jié)果為真正的交流B碼信號(hào)的同步精度。用戶交互單元，它包括CPU數(shù)據(jù)處理單元和液晶顯示單元，其與脈沖檢測(cè)單元相 連接，從脈沖檢測(cè)單元中獲得時(shí)差值。用戶交互單元提供電力同步設(shè)備性能結(jié)果的顯示，供 用戶使用。同步性能數(shù)據(jù)從脈沖檢測(cè)單元獲取。此外可以提供衛(wèi)星接收單元的時(shí)間顯示和 衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)指示等功能。用戶交互單元采用液晶單元顯示各項(xiàng)電力時(shí)鐘設(shè)備的檢測(cè)結(jié) 果，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)也可以顯示衛(wèi)星接收單元輸出的衛(wèi)星時(shí)間信息和衛(wèi)星 跟蹤狀態(tài)。用戶交互單元還提供了存儲(chǔ)功能和數(shù)據(jù)讀取端口，內(nèi)置FLASH等存儲(chǔ)芯片，用戶 可選擇將測(cè)試結(jié)果保存；同時(shí)提供USB等接口，方便用戶數(shù)據(jù)讀取。需要指出的是，用戶交換單元具備工作參數(shù)設(shè)置功能，可以設(shè)置基準(zhǔn)秒脈沖選擇 類型和輸入檢測(cè)信號(hào)類型。在使用設(shè)備時(shí)，應(yīng)通過(guò)用戶交互單元設(shè)備選擇被測(cè)信號(hào)類型，脈 沖檢測(cè)單元根據(jù)選擇的被測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)不同的檢測(cè)流程。然后從脈沖檢測(cè)單元中獲得時(shí)差 值后，除對(duì)時(shí)差值實(shí)時(shí)顯示外，也可對(duì)時(shí)差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和運(yùn)算，得到算術(shù)均值，最大時(shí)差值， 最小時(shí)差值和方差值等。用戶交互單元提供電力同步設(shè)備性能結(jié)果的顯示，供用戶使用。供電單元采用蓄電池方式對(duì)裝置進(jìn)行供電，滿足裝置便攜要求。蓄電池輸出直流 電源，如+5V，+12V等，電量用盡時(shí)可用外部交流220V進(jìn)行充電，其充電電路為本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員所熟知的技術(shù)。蓄電池與衛(wèi)星接收單元、IRIG-B碼解調(diào)單元、脈沖檢測(cè)單元和用 戶交互單元均相連接。
權(quán)利要求
一種電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置，其特征在于，它包括衛(wèi)星接收單元，接收衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行衛(wèi)星電文處理和時(shí)頻標(biāo)合成，生成基準(zhǔn)秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)，所述衛(wèi)星接收單元的輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；IRIG-B碼解調(diào)單元，解調(diào)電力時(shí)鐘設(shè)備輸出的IRIG-B信號(hào)，得到B碼信號(hào)攜帶的秒脈沖同步信號(hào)，所述IRIG-B碼解調(diào)單元的輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；脈沖檢測(cè)單元，其輸入端分別與衛(wèi)星接收單元和IRIG-B碼解調(diào)單元相連接，其輸出端與用戶交互單元相連接；所述的脈沖檢測(cè)單元檢測(cè)待測(cè)秒脈沖同步信號(hào)與生成的基準(zhǔn)秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)差值；用戶交互單元，其與脈沖檢測(cè)單元相連接，從脈沖檢測(cè)單元中獲得時(shí)差值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，可進(jìn)行顯示和保存；供電單元，其分別與衛(wèi)星接收單元、IRIG-B碼解調(diào)單元、脈沖檢測(cè)單元和用戶交互單元相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置，其特征在于所述的衛(wèi)星接收單元為北 斗或GPS衛(wèi)星接收模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置，其特征在于所述的供電單元為具備充 電功能的蓄電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置，其特征在于所述的用戶交互單元集成 數(shù)據(jù)保存芯片和USB接口設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電力時(shí)鐘檢測(cè)裝置，它包括衛(wèi)星接收單元，其輸出端與脈沖檢測(cè)單元相連接；IRIG-B碼解調(diào)單元，解調(diào)電力時(shí)鐘設(shè)備輸出的IRIG-B信號(hào)，得到B碼信號(hào)攜帶的秒脈沖同步信號(hào)；脈沖檢測(cè)單元，檢測(cè)待測(cè)秒脈沖同步信號(hào)與生成的基準(zhǔn)秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)差值；用戶交互單元，從脈沖檢測(cè)單元中獲得時(shí)差值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，可進(jìn)行顯示和保存；供電單元，其分別與衛(wèi)星接收單元、IRIG-B碼解調(diào)單元、脈沖檢測(cè)單元和用戶交互單元相連接。本發(fā)明可以為電力系統(tǒng)中電廠、變電站等場(chǎng)合安裝的電力主時(shí)鐘和擴(kuò)展裝置提供測(cè)量功能，滿足電力時(shí)鐘的檢測(cè)要求，保證電力系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一，提高電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量和可靠性。
文檔編號(hào)G06F1/12GK101871976SQ20091006471
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者吳淑琴, 李軍華, 王文瑜, 賈小波 申請(qǐng)人:鄭州威科姆科技股份有限公司