針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法，本系統(tǒng)包括耦合模塊、頻率檢測及選擇模塊、帶通濾波電路、選擇開關(guān)ZK、繼電器和頻譜儀，通過耦合模塊耦合出高頻載波信號，起到50 Hz工頻隔離的作用，減少衰減低頻噪聲及干擾信號，對高頻載波信號提供盡可能小的衰減及線性幅頻、相頻特性；通過頻率檢測及選擇電路首先檢測載波信號頻率并顯示，同時利用控制及數(shù)據(jù)處理單元驅(qū)動選擇開關(guān)ZK和相應(yīng)繼電器選擇對應(yīng)頻率的帶通濾波電路提取高頻信號，最終輸出至頻譜儀進行通信性能分析，其檢測方法幫助分析、判斷低壓集抄現(xiàn)場調(diào)試或檢修中出現(xiàn)的載波通信問題，簡化現(xiàn)場復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集分析，協(xié)助技術(shù)人員有效尋找問題的根源。
【專利說明】
針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法，其屬于電力載波信號檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線載波通信設(shè)備的通信性能將直接影響到采集系統(tǒng)的整體性能，當(dāng)前低壓電力線載波通信的客觀環(huán)境非常復(fù)雜，因此現(xiàn)場分析載波設(shè)備通信性能顯得尤為重要，必須對其通信能力進行相關(guān)的測試和要求，以保證通信系統(tǒng)的正常運行。
[0003]低壓電力線載波設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計上普遍采用設(shè)備與載波通信模塊獨立設(shè)計，載波通信模塊可以單獨插拔和更換，即同一設(shè)備可以分別配置不同廠家的載波通信模塊，同一廠家的載波通信模塊亦可配置在不同廠家的設(shè)備上使用，目前河北南網(wǎng)載波模塊廠家較多，且中心頻率有三種即132kHz、300 kHz和421 kHz。低壓電力網(wǎng)絡(luò)中存在大量不同的用電設(shè)備，各用電設(shè)備不同程度上產(chǎn)生一定的干擾并串入到電力網(wǎng)絡(luò)中，對于現(xiàn)場的載波通信來說，將不可避免地面臨復(fù)雜的噪聲干擾，所以電力線路噪聲干擾是影響低壓電力線載波信道傳輸性能的重要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種準(zhǔn)確有效、使用方便、能快速分析和判斷低壓集抄現(xiàn)場調(diào)試或檢修中出現(xiàn)的載波通信問題的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)及其檢測方法，其中檢測系統(tǒng)包括:耦合模塊、頻率檢測及選擇模塊、帶通濾波電路、選擇開關(guān)ZK、若干繼電器和頻譜儀;所述耦合模塊的輸入端接在電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊的輸出端接頻率檢測及選擇模塊的輸入端，所述頻率檢測及選擇模塊的選擇頻率輸出端口接選擇開關(guān)ZK動臂的固定端，所述選擇開關(guān)ZK動臂對應(yīng)的各待選觸點分別經(jīng)各所述繼電器的線圈接地，各所述繼電器的常開觸點分別和相應(yīng)的帶通濾波電路串聯(lián)且接入帶通濾波電路的輸入端，所述帶通濾波電路的輸出端接頻譜儀的輸入端;所述繼電器的數(shù)量和所述帶通濾波電路的數(shù)量相匹配。
[0006]進一步的，所述檢測系統(tǒng)還包括頻率顯示器，所述頻率檢測及選擇模塊的視頻輸出端接入頻率顯示器。
[0007]進一步的，所述耦合模塊中的原邊低壓線圈為高頻載波信號線，所述耦合模塊中的副邊高壓線圈為電力線網(wǎng)絡(luò)中電力線導(dǎo)線。
[0008]進一步的，所述頻率檢測及選擇模塊包括控制及數(shù)據(jù)處理部分、掃頻信號源和放大整形部分;所述控制及數(shù)據(jù)處理部分用于邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和顯示，并控制所述掃頻信號源產(chǎn)生頻率和持續(xù)時間可控的正弦激勵信號，所述放大整形部分對所述掃頻信號源產(chǎn)生的正弦激勵信號放大、整形、檢波并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號返回所述控制及數(shù)據(jù)處理部分，所述控制及數(shù)據(jù)處理部分上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。
[0009]進一步的，所述控制及數(shù)據(jù)處理部分包括單片機，所述掃頻信號源包括DDS掃頻信號源和低通濾波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形電路、跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器;所述單片機的能控輸出端接DDS掃頻信號源的能控輸入端，所述DDS掃頻信號源的信號輸出端接低通濾波器的信號輸入端，所述低通濾波器的信號輸出端接功率放大器的輸入端，所述功率放大器的輸出端接入被測的所述電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊感應(yīng)到所述電力線網(wǎng)絡(luò)中的信號輸入整形電路中，所述整形電路的輸出端依次經(jīng)跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機的相應(yīng)數(shù)字接口，所述單片機上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。
[0010]進一步的，所述單片機的型號為AT89C52。
[0011]針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟:
步驟1、所述耦合模塊將電力線網(wǎng)絡(luò)中的電力線導(dǎo)線作為副邊線圈，將高頻載波信號線作為原邊線圈，通過耦合模塊中高導(dǎo)磁率的磁芯或磁環(huán)將副邊線圈上的高頻信號變化感應(yīng)到原邊線圈的高頻信號線上，形成高頻載波信號，同時隔離工作頻率為50HZ信號；
步驟2、利用頻率檢測及選擇電路對步驟I中形成的高頻載波信號的頻率并顯示，同時通過頻率檢測及選擇電路上的選擇頻率輸出端口驅(qū)動選擇開關(guān)ZK和相應(yīng)繼電器選擇出對應(yīng)頻率的帶通濾波電路進行高頻信號的提取；
步驟3、所述帶通濾波電路的輸出至頻譜儀進行通信性能分析。
[0012]本發(fā)明的有益效果如下:
本系統(tǒng)包括耦合模塊、頻率檢測及選擇模塊、帶通濾波電路、選擇開關(guān)ZK、若干繼電器和頻譜儀，通過耦合模塊耦合出高頻載波信號，同時起到50 Hz工頻隔離的作用，并盡可能地減少衰減低頻噪聲及干擾信號，而對高頻載波信號提供盡可能小的衰減及線性幅頻、相頻特性;通過頻率檢測及選擇電路首先檢測載波信號頻率并顯示，同時利用控制及數(shù)據(jù)處理單元驅(qū)動選擇開關(guān)ZK和相應(yīng)繼電器選擇對應(yīng)頻率的帶通濾波電路進行高頻信號的提取，最終輸出至頻譜儀進行通信性能分析。
[0013]本檢測系統(tǒng)和其檢測方法通過對原邊低壓電力線上的高頻載波信號進行采樣分析實現(xiàn)通信性能測試功能，可以幫助現(xiàn)場技術(shù)人員分析和判斷低壓集抄現(xiàn)場調(diào)試或檢修中出現(xiàn)的載波通信問題，同時簡化現(xiàn)場復(fù)雜、繁瑣的數(shù)據(jù)采集分析工作，協(xié)助技術(shù)人員更加有效的尋找問題的根源。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明中檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明中耦合模塊的電路原理圖。
[0016]圖3為本發(fā)明中頻率檢測及通道選擇電路的結(jié)構(gòu)塊圖。
[0017]圖4為本發(fā)明中提取中心頻率為132kHz的帶通濾波電路的電路原理圖。
[0018]圖5為本發(fā)明中提取中心頻率為300kHz的帶通濾波電路的電路原理圖。
[0019]圖6為本發(fā)明中提取中心頻率為42IkHz的帶通濾波電路的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合圖1?圖6和實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0021]如圖1-圖6所示，本實施例采用如下檢測系統(tǒng)實現(xiàn):該檢測系統(tǒng)包括耦合模塊、頻率檢測及選擇模塊、帶通濾波電路、選擇開關(guān)ZK、繼電器KRl?繼電器KR3和頻譜儀;所述耦合模塊的輸入端接在電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊的輸出端接頻率檢測及選擇模塊的輸入端，所述頻率檢測及選擇模塊的選擇頻率輸出端口接選擇開關(guān)ZK動臂的固定端，所述選擇開關(guān)ZK動臂對應(yīng)的各待選觸點分別經(jīng)所述繼電器KRl?繼電器KR3的線圈接地，所述繼電器KRl?繼電器KR3的常開觸點分別和相應(yīng)的帶通濾波電路串聯(lián)且接入帶通濾波電路的輸入端，所述帶通濾波電路的輸出端接頻譜儀的輸入端。本實施例中選取的帶通濾波電路供3路，分別用于提取中心頻率為132 kHz,300 kHz和421 kHz，且?guī)挒?0 kHz的載波;所述繼電器的數(shù)量和所述帶通濾波電路的數(shù)量相匹配。
[0022]進一步的，所述檢測系統(tǒng)還包括頻率顯示器，所述頻率檢測及選擇模塊的視頻輸出端接入頻率顯示器。
[0023]進一步的，所述耦合模塊中的原邊低壓線圈為高頻載波信號線，所述耦合模塊中的副邊高壓線圈為電力線網(wǎng)絡(luò)中電力線導(dǎo)線。
[0024]進一步的，所述頻率檢測及選擇模塊包括控制及數(shù)據(jù)處理部分、掃頻信號源和放大整形部分;所述控制及數(shù)據(jù)處理部分用于邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和顯示，并控制所述掃頻信號源產(chǎn)生頻率和持續(xù)時間可控的正弦激勵信號，所述放大整形部分對所述掃頻信號源產(chǎn)生的正弦激勵信號放大、整形、檢波并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號返回所述控制及數(shù)據(jù)處理部分，所述控制及數(shù)據(jù)處理部分上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。
[0025]進一步的，所述控制及數(shù)據(jù)處理部分包括單片機，所述掃頻信號源包括DDS掃頻信號源和低通濾波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形電路、跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器;所述單片機的能控輸出端接DDS掃頻信號源的能控輸入端，所述DDS掃頻信號源的信號輸出端接低通濾波器的信號輸入端，所述低通濾波器的信號輸出端接功率放大器的輸入端，所述功率放大器的輸出端接入被測的所述電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊感應(yīng)到所述電力線網(wǎng)絡(luò)中的信號輸入整形電路中，所述整形電路的輸出端依次經(jīng)跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機的相應(yīng)數(shù)字接口，所述單片機上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。
[0026]進一步的，所述單片機的型號為AT89C52。
[0027]針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)的檢測方法，本實施例包括如下步驟:
步驟1、所述耦合模塊將電力線網(wǎng)絡(luò)中的電力線導(dǎo)線作為副邊線圈，將高頻載波信號線作為原邊線圈，通過耦合模塊中高導(dǎo)磁率的磁芯或磁環(huán)將副邊線圈上的高頻信號變化感應(yīng)到原邊線圈的高頻信號線上，形成高頻載波信號，同時隔離工作頻率為50Hz信號；
步驟2、利用頻率檢測及選擇電路對步驟I中形成的高頻載波信號的頻率并顯示，同時通過頻率檢測及選擇電路上的選擇頻率輸出端口驅(qū)動選擇開關(guān)ZK和相應(yīng)繼電器選擇出對應(yīng)頻率的帶通濾波電路進行高頻信號的提取；
步驟3、所述帶通濾波電路的輸出至頻譜儀進行通信性能分析。
[0028]本實施例中各組成部分的工作原理如下:
I.親合申旲塊
為了能夠在準(zhǔn)確地測量低壓電力線上的噪聲分量的同時有效地隔離50Hz工頻信號，以防對測試設(shè)備造成損壞，設(shè)計了信號耦合模塊。本耦合模塊具有以下特點: 1)較寬的工作帶寬，能夠提取IOkHz?5MHz之間的噪聲信號；
2)較好的帶內(nèi)平坦度；
3)對50Hz工頻信號具有良好的隔離效果。
[0029]如圖2所示，本耦合模塊為互感線圈式耦合，又稱變壓器耦合，是基于變壓器電磁感應(yīng)耦合的原理，將電力線導(dǎo)線作為副邊線圈，而將高頻載波信號線作為原邊線圈，通過一個高導(dǎo)磁率的磁芯或磁環(huán)構(gòu)成了一個信號傳輸變壓器。將副邊高壓側(cè)電力線路上的高頻信號的變化感應(yīng)到原邊低壓側(cè)的高頻信號線上。
[0030]2.頻率檢測及選擇模塊
如圖3所示，根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)計要求，本模塊包括單片機控制單元、掃頻信號源、放大整形單元等部分?？刂萍皵?shù)據(jù)處理部分主要完成邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和顯示三個主要功能，核心器件是單片機，用于控制整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，并對測量數(shù)據(jù)進行分析處理;掃頻信號源采用DDS技術(shù)實現(xiàn)，用于產(chǎn)生頻率和持續(xù)時間可控的正弦激勵信號，并滿足本系統(tǒng)對掃頻范圍及掃描時間的要求;放大電路是為提高掃頻信號源的帶載能力，降低對待測信號幅度的要求，整形電路是對一些不是方波的待測信號轉(zhuǎn)化成方波信號便于測量，經(jīng)過檢波后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送給控制及數(shù)據(jù)處理部分進行分析處理?？刂茊卧幚碛嬎愫蟮贸霰粶y網(wǎng)絡(luò)頻率通過頻率顯示器顯示，同時單片機頻率選擇輸出端口驅(qū)動相應(yīng)頻率帶通濾波電路。
[0031]3.帶通濾波電路
如圖4-圖6所示，低壓電力線載波通信中的載波信號是以某一頻率Fo為中心頻率，M為帶寬的通信信號。根據(jù)低壓電力線載波通信運用的場合和載波信號對信道的要求，設(shè)計了一種無源帶通結(jié)合濾波器。本設(shè)計使用衰減特性較好的L-C帶通濾波器用于接收耦合模塊輸出的高頻載波信號及干擾信號，并針對河北南網(wǎng)常用三種頻率載波信號分別研制三套相應(yīng)頻率的帶通濾波裝置，即用于分別提取中心頻率為132 kHz,300 kHz和421 kHz，帶寬為30 kHz的載波和干擾信號，并將信號輸送給頻譜儀進行分析，用于判斷是否在載波中心頻率附近存在信號干擾，便于尋找通訊問題根源。
[0032]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:其包括耦合模塊、頻率檢測及選擇模塊、帶通濾波電路、選擇開關(guān)ZK、若干繼電器和頻譜儀;所述耦合模塊的輸入端接在電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊的輸出端接頻率檢測及選擇模塊的輸入端，所述頻率檢測及選擇模塊的選擇頻率輸出端口接選擇開關(guān)ZK動臂的固定端，所述選擇開關(guān)ZK動臂對應(yīng)的各待選觸點分別經(jīng)各所述繼電器的線圈接地，各所述繼電器的常開觸點分別和相應(yīng)的帶通濾波電路串聯(lián)且接入帶通濾波電路的輸入端，所述帶通濾波電路的輸出端接頻譜儀的輸入端;所述繼電器的數(shù)量和所述帶通濾波電路的數(shù)量相匹配。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:其還包括頻率顯示器，所述頻率檢測及選擇模塊的視頻輸出端接入頻率顯示器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述耦合模塊中的原邊低壓線圈為高頻載波信號線，所述耦合模塊中的副邊高壓線圈為電力線網(wǎng)絡(luò)中電力線導(dǎo)線。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率檢測及選擇模塊包括控制及數(shù)據(jù)處理部分、掃頻信號源和放大整形部分;所述控制及數(shù)據(jù)處理部分用于邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和顯示，并控制所述掃頻信號源產(chǎn)生頻率和持續(xù)時間可控的正弦激勵信號，所述放大整形部分對所述掃頻信號源產(chǎn)生的正弦激勵信號放大、整形、檢波并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號返回所述控制及數(shù)據(jù)處理部分，所述控制及數(shù)據(jù)處理部分上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述控制及數(shù)據(jù)處理部分包括單片機，所述掃頻信號源包括DDS掃頻信號源和低通濾波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形電路、跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器;所述單片機的能控輸出端接DDS掃頻信號源的能控輸入端，所述DDS掃頻信號源的信號輸出端接低通濾波器的信號輸入端，所述低通濾波器的信號輸出端接功率放大器的輸入端，所述功率放大器的輸出端接入被測的所述電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊感應(yīng)到所述電力線網(wǎng)絡(luò)中的信號輸入整形電路中，所述整形電路的輸出端依次經(jīng)跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機的相應(yīng)數(shù)字接口，所述單片機上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率檢測及選擇模塊包括單片機、DDS掃頻信號源、低通濾波器、功率放大器、整形電路、跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器;所述單片機的能控輸出端接DDS掃頻信號源的能控輸入端，所述DDS掃頻信號源的信號輸出端接低通濾波器的信號輸入端，所述低通濾波器的信號輸出端接功率放大器的輸入端，所述功率放大器的輸出端接入被測的所述電力線網(wǎng)絡(luò)中，所述耦合模塊感應(yīng)到所述電力線網(wǎng)絡(luò)中的信號輸入整形電路中，所述整形電路的輸出端依次經(jīng)跟隨器、有源濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器接入單片機的相應(yīng)數(shù)字接口，所述單片機上設(shè)有所述選擇頻率輸出端口。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機的型號為AT89C52。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對不同頻率載波信號通信性能的檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1、所述耦合模塊將電力線網(wǎng)絡(luò)中的電力線導(dǎo)線作為副邊線圈，將高頻載波信號線作為原邊線圈，通過耦合模塊中高導(dǎo)磁率的磁芯或磁環(huán)將副邊線圈上的高頻信號變化感應(yīng)到原邊線圈的高頻信號線上，形成高頻載波信號，同時隔離工作頻率為50Hz信號； 步驟2、利用頻率檢測及選擇電路對步驟I中形成的高頻載波信號的頻率并顯示，同時通過頻率檢測及選擇電路上的選擇頻率輸出端口驅(qū)動選擇開關(guān)ZK和相應(yīng)繼電器選擇出對應(yīng)頻率的帶通濾波電路進行高頻信號的提??； 步驟3、所述帶通濾波電路的輸出至頻譜儀進行通信性能分析。
【文檔編號】H04B3/54GK105933079SQ201610381466
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】石振剛, 史輪, 任鵬, 耿建坡, 李飛, 徐建云
【申請人】國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗所