CN103227664A - 现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统 - Google Patents

Abstract

一种现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，将载波信号从电力线上有效的隔离、取样和检测，隔离取样模块将信号衰减到适合功率检测的程度输出，由中频接收机模块处理，利用可控数字合成器根据不同的载波频率由处理器设置相应频率的本振信号输出，中频接收机模块的接收信号强度指示输出端给处理器处理。简单方便高效地消除在电力载波通信系统中,由于载波信号传输过程存在衰减等因素，容易受到现场的电磁环境的干扰,导致现场的载波通讯的终端设备无法正确的接收载波信号等问题。本发明可以方便现场的工作人员对现场的电磁环境以及电力线上的载波信号的功率进行测量和判断,实现对载波信号的功率进行检测。

Description

现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统

技术领域

本发明涉及电力载波信号的检测，具体说是一种现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统。

背景技术

用电信息采集系统下行通信主要采用的一种方式就是低压电力线载波，由于低压电力线载波通信受到产品质量、通信能力、线路环境、用电负载等多种因素的影响，并且容易受到现场的电磁环境的干扰,电力线上的载波信号功率的波动范围比较大,容易出现不能有效通信的状态，现场的工作人员需要对现场的电磁环境以及载波的实际发送功率进行准确的测量，帮助现场的工作人员分析载波通讯故障的原因。为了方便现场的工作人员对现场的电磁环境以及电力线上的载波信号的功率进行测量和判断,需要将电力上的有效信号隔离取样,并且保留输入信号的幅度、频率、和相位信息,对取样的信号功率进行检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，通过前级的载波信号取样隔离电路，将被测的载波信号成功的从电力线上提取出来，然后通过功率检测电路对被测的载波信号进行功率检测。

所述现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：包括隔离取样模块、中频接收机模块、低通滤波器、可控数字合成器、处理器、显示模块，所述隔离取样模块直接接入低压电力线，用于从该低压电力线上隔离采集载波信号，并将信号衰减到适合功率检测的程度输出，隔离取样模块的输出端与所述中频接收机模块的射频输入端连接，所述可控数字合成器的控制端与处理器的输出接口连接，用于根据不同的载波频率由处理器设置相应频率的本振信号输出，所述可控数字合成器的输出端通过所述低通滤波器与所述中频接收机模块的本振信号输入端连接，中频接收机模块的接收信号强度指示输出端与处理器的AD转换输入接口连接；所述隔离取样模块包括第一电容、第二电容、隔离变压器、工频吸收电感、调整电阻、衰减器，在所述隔离变压器初级的同名端串接所述第一电容，所述第一电容的另一端作为隔离取样模块与低压电力线火线连接的输入端，隔离变压器初级的非同名端作为隔离取样模块与低压电力线零线连接的输入端，形成闭环；所述隔离变压器次级的同名端串接所述第二电容，所述第二电容的另一端连接所述衰减器的输入端，衰减器的输出端为隔离取样模块的取样信号输出端，隔离变压器次级的非同名端为隔离取样模块的取样信号输出地，在所述衰减器的输入端和所述取样信号输出地之间并联所述工频吸收电感和所述调整电阻。

作为一种实施例，所述中频接收机模块包括混频器、窄带中频滤波器、中频对数放大器、全波检测器，所述射频输入端与本振信号输入端输入所述混频器后依次经过所述窄带中频滤波器、中频对数放大器到全波检测器后，由接收信号强度指示输出端输出所接收的射频信号强度信息。

作为一种实施例，所述低通滤波器由输入端起始依次串联第一电阻、第一电感、第二电感、第三电感，依次形成节点A、B、C、D，其中所述第一电阻与所述第一电感连接形成节点A，在所述节点A、B、C、D分别连接第三电容、第四电容、第五电容、第六电容的一端，所述第三电容、第四电容、第五电容、第六电容的另一端连接为节点E，所述节点E接地，在所述第六电容的两端并联第二电阻，所构成低通滤波器的截止频率为15MHz。

作为优化方案，所述第一电容为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的金属化涤纶电容，误差范围±20%。

作为优化方案，所述第二电容为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的无极性电容，误差范围±20%。

作为优化方案，所述隔离变压器变比为1:1，电感量为1毫亨，误差范围±20%，以的隔离变压器所用磁环的频率范围为20KHz～1MHz。

作为优化方案，所述工频吸收电感为磁环电感，电感量为1毫亨，误差范围±20%。

作为优化方案，所述调整电阻为金属膜电阻，标称电阻值50欧姆。

作为优化方案，所述衰减器的功率衰减量为30dB。

本发明提出了一种快速，高效，准确的测试电力线载波信号电平的方案，提高了测试的安全性和有效性。

附图说明

图1是本发明整体电路结构框图，

图2是隔离取样电路实施例示意图，

图3是中频接收机模块电路结构框图，

图4是低通滤波电路实施例示意图。

图中：1—处理器，2—隔离取样模块，3—中频接收机模块，4—窄带中频滤波器，5—低通滤波器，6—可控数字合成器，7—第一电容，8—第二电容，9—调整电阻，10—工频吸收电感，11—隔离变压器，12—显示模块，13—射频输入端，14—混频器，15—本振信号输入端，16—中频对数放大器，17—全波检测器，18—接收信号强度指示输出端，19—第一电阻，20—第一电感，21—第二电感，22—第三电感，23—第三电容，24—第四电容，25—第五电容，26—第六电容，27—第二电阻，28—衰减器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：如图1所示，所述现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，包括隔离取样模块2、中频接收机模块3、低通滤波器5、可控数字合成器6、处理器1、显示模块11，所述隔离取样模块2直接接入低压电力线，用于从该低压电力线上隔离采集载波信号，并将信号衰减到适合功率检测的程度输出，隔离取样模块2的输出端与所述中频接收机模块3的射频输入端13连接，所述可控数字合成器6的控制端与处理器1的输出接口连接，用于根据不同的载波频率由处理器1设置相应频率的本振信号输出，所述可控数字合成器6的输出端通过所述低通滤波器5与所述中频接收机模块3的本振信号输入端15连接，中频接收机模块3的接收信号强度指示输出端18与处理器1的AD转换输入接口连接。可控数字合成器6所产生的本振信号中包含大量的参考时钟分量，不能直接使用，必须滤除。所以在可控数字合成器6后面添加了一个截至频率为15M的低通滤波器，用来滤除本振信号中的时钟分量。

作为一种实施例，如图4，所述低通滤波器5由输入端起始依次串联第一电阻19、第一电感20、第二电感21、第三电感22，依次形成节点A、B、C、D，其中所述第一电阻19与所述第一电感20连接形成节点A，在所述节点A、B、C、D分别连接第三电容23、第四电容24、第五电容25、第六电容26的一端，所述第三电容23、第四电容24、第五电容25、第六电容26的另一端连接为节点E，所述节点E接地，在所述第六电容26的两端并联第二电阻27，所构成低通滤波器5的截止频率为15MHz。

本振信号送入中频接收机模块3的本振输入端口。被测信号经过前级采样、滤波、衰减后送入混频器射频（RF）输入端口，系统根据不同的载波频率设置相应的本振信号（LO）送入混频器件LO输入端口。必须通过合理的系统设计，使得送入混频器的RF信号要满足混频器对信号功率的要求，否则会导致功率检测误差、降低检测动态范围等问题。根据国网公司的相关标准要求低压电力线载波最大功率应该小于120dBuV(13dBm)，系统中使用混频器的1dB压缩点为-15dBm，需要使用28dB的衰减器才能满足混频器RF输入要求。考虑到采样电路和前置滤波带来的信号损失，以及实际的载波信号功率可能超出标准要求，综合考虑使用了30dB衰减器。混频信号送入10.7M窄带滤波器，滤波后的中频信号（IF）送对数放大器，对放大后的信号进行功率检测，功率检测信号经过整流滤波后送单片机的AD采样端口进行检测。

作为一种实施例，如图3，所述中频接收机模块3包括混频器14、窄带中频滤波器4、中频对数放大器16、全波检测器17，所述射频输入端13与本振信号输入端15输入所述混频器14后依次经过所述窄带中频滤波器4、中频对数放大器16到全波检测器17后，由接收信号强度指示输出端18输出所接收的射频信号强度信息。由于选用高中频方案可以降低前级带通滤波器的设计难度。

如图2，所述隔离取样模块2包括第一电容7、第二电容8、隔离变压器11、工频吸收电感10、调整电阻9，在所述隔离变压器11初级的同名端串接所述第一电容7，所述第一电容7的另一端作为隔离取样模块2与低压电力线火线连接的输入端，隔离变压器11初级的非同名端作为隔离取样模块2与低压电力线零线连接的输入端，形成闭环；所述隔离变压器11次级的同名端串接所述第二电容8，所述第二电容8的另一端为隔离取样模块2的取样信号输出端，隔离变压器11次级的非同名端为隔离取样模块2的取样信号输出地，在所述取样信号输出端和所述取样信号输出地之间并联所述工频吸收电感10和所述调整电阻9。作为优化方案，所述第一电容7为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的独石电容，误差范围±20%。所述第二电容8为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的无极性电容，误差范围±20%。所述隔离变压器11变比为1:1，电感量为1毫亨，误差范围±20%，以20KHz～1MHz的高频磁环绕制。所述工频吸收电感10为磁环电感，电感量为1毫亨，误差范围±20%。所述调整电阻9为金属膜电阻，标称电阻值50欧姆。用以上元件构成的低压电力线载波信号取样隔离电路，实现了工频电气隔离，并且工频信号降到微伏量级，而50kHz～500kHz高频载波信号几乎没有衰减。本发明通过电容、变压器和电感、电阻等元件的组合电路，有效降低了工频分量，实现了电气隔离，并将高频载波信号取样输出，满足了测试的要求。该隔离取样电路提出了一种实用的电力线载波信号取样隔离电路，提高了测试的安全性和有效性。

Claims (9)

1.一种现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：包括隔离取样模块（2）、中频接收机模块（3）、低通滤波器（5）、可控数字合成器（6）、处理器（1）、显示模块（11），所述隔离取样模块（2）直接接入低压电力线，用于从该低压电力线上隔离采集载波信号，并将信号衰减到适合功率检测的程度输出，隔离取样模块（2）的输出端与所述中频接收机模块（3）的射频输入端（13）连接，所述可控数字合成器（6）的控制端与处理器（1）的输出接口连接，用于根据不同的载波频率由处理器（1）设置相应频率的本振信号输出，所述可控数字合成器（6）的输出端通过所述低通滤波器（5）与所述中频接收机模块（3）的本振信号输入端（15）连接，中频接收机模块（3）的接收信号强度指示输出端（18）与处理器（1）的AD转换输入接口连接；

所述隔离取样模块（2）包括第一电容（7）、第二电容（8）、隔离变压器（11）、工频吸收电感（10）、调整电阻（9）、衰减器（28），在所述隔离变压器（11）初级的同名端串接所述第一电容（7），所述第一电容（7）的另一端作为隔离取样模块（2）与低压电力线火线连接的输入端，隔离变压器（11）初级的非同名端作为隔离取样模块（2）与低压电力线零线连接的输入端，形成闭环；所述隔离变压器（11）次级的同名端串接所述第二电容（8），所述第二电容（8）的另一端连接所述衰减器（28）的输入端，衰减器（28）的输出端为隔离取样模块（2）的取样信号输出端，隔离变压器（11）次级的非同名端为隔离取样模块（2）的取样信号输出地，在所述衰减器（28）的输入端和所述取样信号输出地之间并联所述工频吸收电感（10）和所述调整电阻（9）。

2.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述中频接收机模块（3）包括混频器（14）、窄带中频滤波器（4）、中频对数放大器（16）、全波检测器（17），所述射频输入端（13）与本振信号输入端（15）输入所述混频器（14）后依次经过所述窄带中频滤波器（4）、中频对数放大器（16）到全波检测器（17）后，由接收信号强度指示输出端（18）输出所接收的射频信号强度信息。

3.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述低通滤波器（5）由输入端起始依次串联第一电阻（19）、第一电感（20）、第二电感（21）、第三电感（22），依次形成节点A、B、C、D，其中所述第一电阻（19）与所述第一电感（20）连接形成节点A，在所述节点A、B、C、D分别连接第三电容（23）、第四电容（24）、第五电容（25）、第六电容（26）的一端，所述第三电容（23）、第四电容（24）、第五电容（25）、第六电容（26）的另一端连接为节点E，所述节点E接地，在所述第六电容（26）的两端并联第二电阻（27），所构成低通滤波器（5）的截止频率为15MHz。

4.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述第一电容（7）为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的金属化涤纶电容，误差范围±20%。

5.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述第二电容（8）为标称电容值0.1微法，耐压值275伏的无极性电容，误差范围±20%。

6.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述隔离变压器（11）变比为1:1，电感量为1毫亨，误差范围±20%，以的隔离变压器（11）所用磁环的频率范围为20KHz～1MHz。

7.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述工频吸收电感（10）为磁环电感，电感量为1毫亨，误差范围±20%。

8.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述调整电阻（9）为金属膜电阻，标称电阻值50欧姆。

9.根据权利要求1所述的现场低压电力线信号采样隔离与功率检测系统，其特征是：所述衰减器（28）的功率衰减量为30dB。

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