CN103944607B - 低压电力线载波通信信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电力线载波通信信号检测装置，属于载波通信技术领域。本发明中过零检测模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于产生载波提取模块经过A/D转换模块的触发信号；载波提取模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于提取载波模拟信号；A/D转换模块，用于将载波模拟信号转化为数字信号后输出；显示模块与A/D转换模块连接，用于显示提取的载波信号波形和幅值信息。通过提取载波并且检测载波信号的波形和幅值的变化，分析电力线载波信号是否存在超标高频噪声干扰、信号衰减以及内阻抗实时变化等故障，便于及时采取针对性措施进行处理。

Description

低压电力线载波通信信号检测装置

技术领域

本发明涉及一种电力线载波通信信号检测装置，尤其是一种智能电网用电信息采集系统中低压电力线载波通信信号检测装置，属于载波通信技术领域。

背景技术

低压电力线载波通信技术是指利用己有的配电网作为传输媒介，实现频率范围≤500kHz的载波信号传递和信息交换的一种技术，此种通信方式时无需另外铺设通信线路，实施简单、普及方便、零成本运行可以方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制。

在现代智能电网的用电信息采集系统建设中，其采集设备的下行通信主要采用低压电力线载波通信技术。用电信息采集系统中包括主站层、通信信道层、采集设备层和计量设备层。采集设备对计量设备下行通信来抄读用户数据，再利用多种通信信道进行上行通信，将数据传送给主站。但是，集中器和采集器之间的电力线载波通信存在信号衰减大、线路阻抗实时变化、噪声干扰强等诸多不利因素，影响低压电力线载波通信。为提高低压电力线载波通信的稳定性和实时性，必须实时提取分析低压电力线载波信号的波形和幅值变化情况，查找出造成超标高频噪声干扰、信号衰减以及内阻抗实时变化的故障点，以便于针对性对进行处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构简单且能快速检测低压电力线载波通信信号的检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低压电力线载波通信信号检测装置，包括过零检测模块、载波提取模块、A/D转换模块和显示模块，所述过零检测模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于产生载波提取模块经过A/D转换模块的触发信号；所述载波提取模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于提取的载波模拟信号；所述A/D转换模块，用于将载波提取模块得到的模拟量转化为数字量后输出；所述显示模块与A/D转换模块连接，用于显示提取的载波信号波形和幅值信息。

本发明中，载波提取模块包括电容C11、电阻R11、电阻R12和电感L11；所述电容C11一端与火线连接，另一端接地，电阻R11串联在电容C11与接地之间，组成高频支路；所述电感L11一端与火线连接，另一端接地，电阻R12串联在电感L11与接地之间，组成低频支路。

本发明中，所述载波提取模块还包括连接电阻R11两端的示波器。

本发明中，所述过零检测模块包括瞬态抑制二极管VD1、保护电路、滤波电路、达林顿管VT1和光敏耦合器件E1；所述瞬态抑制二极管VD1连接在火线与零线之间；所述达林顿管VT1的基极与保护电路连接、达林顿管VT1的发射极与零线连接、达林顿管VT1的集电极与光敏耦合器件E1的输入端连接；所述滤波电路连接光敏耦合器件E1的输入端。

本发明中，所述保护电路由电阻R47、电阻R49、电阻R51、电阻R52和电阻R55串联组成。

本发明中，所述滤波电路由安规电容C1和电阻R61串联组成。

本发明中，所述输入达林顿管VT1的基极与发射极之间并联保护二极管VD3。

本发明中，所述输入达林顿管VT1的发射极与滤波电路之间并联稳压二极管VD2。

本发明的有益效果在于:通过过零采样提取载波并且检测载波信号的波形和幅值的变化，分析电力线载波信号是否存在超标高频噪声干扰、信号衰减以及内阻抗实时变化等故障，便于及时采取针对性措施进行处理，以提高低压电力线载波通信的稳定性和实时性。

附图说明

图1为本发明低压电力线载波通信信号检测装置框图；

图2为过零检测模块电路图；

图3为过零检测电路输出波形图；

图4载波提取模块电路图；

图5显示模块提取的载波波形；

图6显示模块放大的载波波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明低压电力线载波通信信号检测装置包括过零检测模块、载波提取模块、A/D转换模块和显示模块，其中过零检测模块的输入端连接电力线，过零检测模块的输出端与A/D转换模块的输入端相连接，用于当电力线的火线电压与零线电压的差值从负电压变为正电压时，产生一个下降沿脉冲，作为载波提取模块经过A/D转换模块的触发信号；载波提取模块的输入端连接电力线，载波提取模块的输出端与A/D转换模块的输入端相连接，用于提取的模拟信号；A/D转换模块的输出端连接显示模块，用于将载波提取模块提取的载波信号的模拟量转化为数字量并输出至显示模块；显示模块为数字示波器，用于显示提取的载波信号波形和幅值的变化情况，从而得知电力线载波信号是否存在超标高频噪声干扰、信号衰减以及内阻抗实时变化等现象。

如图2所示，过零检测模块其主要用于检测工频交流电正向过零点时刻，并输出一个下降沿脉冲作为触发信号。其主要包括瞬态电压抑制二极管VD1、安规电容C1、电阻R61、驱动电阻R47、驱动电阻R49、驱动电阻R51、驱动电阻R52、驱动电阻R55、保护二极管VD3、稳压二极管VD2，达林顿管VT1和光敏耦合器件E1。瞬态电压抑制二极管VD1串接在电力线的火线和零线之间，以保护电路免受各种浪涌脉冲的损坏。驱动电阻R47、R49、R51、R52和R55依次串联在电力线的火线和达林顿管VT1的基极之间，用于驱动达林顿管VT1工作，采用多级电阻串联以防止瞬态高能量损坏电路；达林顿管VT1的发射极和电力线的零线相连，达林顿管VT1的集电极和光敏耦合器件E1的输入端相连。保护二极管VD3的负极与达林顿管VT1的基极相连，保护二极管VD3的正极与达林顿管VT1的发射极相连。安规电容C1是串联在电力线的零线和电阻R61之间，零线上220V交流电通过安规电容C1后，保证光敏耦合器件E1和达林顿管VT1正常工作。稳压二极管VD2正极接电力线的零线，负极连接在安规电容C1和电阻R61之间。光敏耦合器件E1包括输入端的发光二极管和输出端的光敏三极管，发光二级管的负极与达林顿管VT1的集电极相连，发光二级管的正极连接电阻R61；光敏三极管连接直流电源，其发射极连接直流电源的接地端，集电极经电阻R32连接该直流电源的电源端3.3V，集电极可直接提供检测结果的输出TP1，集电极与发射极之间连接电容C28。本发明中，瞬态电压抑制二极管VD1选用P6KE39CA、驱动电阻RR47，R49，R51，R52、R55均选用300kΩ、保护二极管VD3选用LL4148、安规电容C1选用473/300V、电阻R61选用2kΩ、稳压二极管VD2选用ZMM5V1、光敏耦合器件E1选用NEC2501、电阻R32选用6.8kΩ。

如图3所示，过零检测电路输出的波形中，正弦波是220V交流信号，方波是过零检测电路输出的脉冲信号。

如图4所示，载波提取模块包括电容C11、电阻R11、电阻R12、电感L11以及示波器。其中，电容C11一端接电力线的火线，另一端通过电阻R11和地相接，形成流过高频载波信号的支路，示波器接在电阻R11两端；电感L11一端接火线，另一端通过电阻R12和地相接，形成流过低频载波信号的支路。本发明中，电容C11选用0.1μF、电阻R11选用50Ω、电阻R12选用100kΩ，电感L11选用50μH。

检测时，220V工频交流电（含载波信号）接入过零检测电路的输入端，电力线的火线电压与零线电压从负电压变为正电压，即火线电压高于零线电压时，为正向过零点时刻。此时达林顿管VT1的基极和发射极之间为正向偏置，达林顿管VT1的集电极和发射极之间正向导通，促使光敏耦合器件E1中发光二极管发光，光敏耦合器件E1输出耦合端导通，输出端产生一个下降沿脉冲，并输出低电平。当电力线的火线电压与零线电压的差值从正电压变为负电压，即火线电压低于零线电压时，为负向过零点时刻；此时达林顿管VT1的基极和发射极之间为反向偏置，达林顿管VT1截止，光敏耦合器件E1中输出耦合端截止，输出端的电平恢复至高电平；同时，达林顿管VT1的基极和发射极之间的保护二极管VD3导通，从而防止达林顿管VT1因反向偏置电压过高而损坏。由此可见，当工频交流电正向过零点时，以过零检测模块输出的下降沿脉冲作为载波提取模块经过A/D转换的触发信号。

同时，当220V工频交流电（含载波信号）进入到载波提取模块，220V正弦交流信号Vf通过电力线传输，经过电容C11和50Ω的电阻R11，由于50Hz低频交流电被电容C11阻断，从而流过电感L11和电阻R12的支路，而高频载波信号则是流过电容C11和电阻R11这条支路，所以通过示波器观察电阻R11两端波形变化就得到载波信号波形的变化。根据分压公式，设备检测到的载波信号Vtf:

$\mathrm{Vtf}=\frac{50}{50+\frac{1}{\mathrm{j\ω}*0.1*{10}^{-6}}}*\mathrm{Vf}---\left(1\right)$

从式（1）中可以得到载波信号Vtf表达式，其中，ω是角速度，为交流电信号频率f的2π倍，所以可以通过示波器观察载波信号Vtf波形和幅值的变化。

当A/D转换接到触发信号后将载波提取模块所提取到的载波模拟信号转变为数字信号输出到数字示波器。如图5、6所示，数字示波器显示载波信号波形和幅值的变化，从而得知电力线载波信号是否存在超标高频噪声干扰、信号大衰减以及内阻抗实时变化等现象。通过观察数字示波器显示的载波信号波形和幅值的变化，可以初步分析电力线载波通信的故障类型并且采取针对性措施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：包括过零检测模块、载波提取模块、A/D转换模块和显示模块，所述过零检测模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于产生载波提取模块经过A/D转换模块的触发信号；所述载波提取模块连接于A/D转换模块与电力线之间，用于提取载波模拟信号；所述A/D转换模块，用于将载波提取模块得到的载波模拟信号转化为数字信号后输出；所述显示模块与A/D转换模块连接，用于显示提取的载波信号波形和幅值信息。

2.根据权利要求1所述低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述载波提取模块包括电容C11、电阻R11、电阻R12和电感L11；所述电容C11一端与火线连接，另一端接地，电阻R11串联在电容C11与接地之间，组成高频支路；所述电感L11一端与火线连接，另一端接地，电阻R12串联在电感L11与接地之间，组成低频支路。

3.根据权利要求2所述低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述电阻R11的两端连接示波器。

4.根据权利要求1至3任一项所述低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述过零检测模块包括瞬态抑制二极管VD1、保护电路、滤波电路、达林顿管VT1和光敏耦合器件E1；所述瞬态抑制二极管VD1连接在火线与零线之间；所述达林顿管VT1的基极与保护电路连接、达林顿管VT1的发射极与零线连接、达林顿管VT1的集电极与光敏耦合器件E1的输入端连接；所述滤波电路连接光敏耦合器件E1的输入端。

5.根据权利要求4所述的低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述保护电路由电阻R47、电阻R49、电阻R51、电阻R52和电阻R55串联组成。

6.根据权利要求4所述的低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述滤波电路由安规电容C1和电阻R61串联组成。

7.根据权利要求4所述的低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述输入达林顿管VT1的基极与发射极之间并联保护二极管VD3。

8.根据权利要求4所述的低压电力线载波通信信号检测装置，其特征在于：所述输入达林顿管VT1的发射极与滤波电路之间并联稳压二极管VD2。