CN105933079B - 针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法，本系统包括耦合模块、频率检测及选择模块、带通滤波电路、选择开关ZK、继电器和频谱仪，通过耦合模块耦合出高频载波信号，起到50 Hz工频隔离的作用，减少衰减低频噪声及干扰信号，对高频载波信号提供尽可能小的衰减及线性幅频、相频特性；通过频率检测及选择电路首先检测载波信号频率并显示，同时利用控制及数据处理单元驱动选择开关ZK和相应继电器选择对应频率的带通滤波电路提取高频信号，最终输出至频谱仪进行通信性能分析，其检测方法帮助分析、判断低压集抄现场调试或检修中出现的载波通信问题，简化现场复杂的数据采集分析，协助技术人员有效寻找问题的根源。

Description

针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法，其属于电力载波信号检测领域。

背景技术

电力线载波通信设备的通信性能将直接影响到采集系统的整体性能，当前低压电力线载波通信的客观环境非常复杂，因此现场分析载波设备通信性能显得尤为重要，必须对其通信能力进行相关的测试和要求，以保证通信系统的正常运行。

低压电力线载波设备在结构设计上普遍采用设备与载波通信模块独立设计，载波通信模块可以单独插拔和更换，即同一设备可以分别配置不同厂家的载波通信模块，同一厂家的载波通信模块亦可配置在不同厂家的设备上使用，目前河北南网载波模块厂家较多，且中心频率有三种即132kHz、300 kHz和421 kHz。低压电力网络中存在大量不同的用电设备，各用电设备不同程度上产生一定的干扰并串入到电力网络中，对于现场的载波通信来说，将不可避免地面临复杂的噪声干扰，所以电力线路噪声干扰是影响低压电力线载波信道传输性能的重要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种准确有效、使用方便、能快速分析和判断低压集抄现场调试或检修中出现的载波通信问题的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法。

本发明所采用的技术方案如下：

针对不同频率载波信号通信性能的检测系统及其检测方法，其中检测系统包括：耦合模块、频率检测及选择模块、带通滤波电路、选择开关ZK、若干继电器和频谱仪；所述耦合模块的输入端接在电力线网络中，所述耦合模块的输出端接频率检测及选择模块的输入端，所述频率检测及选择模块的选择频率输出端口接选择开关ZK动臂的固定端，所述选择开关ZK动臂对应的各待选触点分别经各所述继电器的线圈接地，各所述继电器的常开触点分别和相应的带通滤波电路串联且接入带通滤波电路的输入端，所述带通滤波电路的输出端接频谱仪的输入端；所述继电器的数量和所述带通滤波电路的数量相匹配。

进一步的，所述检测系统还包括频率显示器，所述频率检测及选择模块的视频输出端接入频率显示器。

进一步的，所述耦合模块中的原边低压线圈为高频载波信号线，所述耦合模块中的副边高压线圈为电力线网络中电力线导线。

进一步的，所述频率检测及选择模块包括控制及数据处理部分、扫频信号源和放大整形部分；所述控制及数据处理部分用于逻辑控制、数据处理和显示，并控制所述扫频信号源产生频率和持续时间可控的正弦激励信号，所述放大整形部分对所述扫频信号源产生的正弦激励信号放大、整形、检波并转换成数字信号返回所述控制及数据处理部分，所述控制及数据处理部分上设有所述选择频率输出端口。

进一步的，所述控制及数据处理部分包括单片机，所述扫频信号源包括DDS扫频信号源和低通滤波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形电路、跟随器、有源滤波器和A/D转换器；所述单片机的能控输出端接DDS扫频信号源的能控输入端，所述DDS扫频信号源的信号输出端接低通滤波器的信号输入端，所述低通滤波器的信号输出端接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端接入被测的所述电力线网络中，所述耦合模块感应到所述电力线网络中的信号输入整形电路中，所述整形电路的输出端依次经跟随器、有源滤波器和A/D转换器接入单片机的相应数字接口，所述单片机上设有所述选择频率输出端口。

进一步的，所述单片机的型号为AT89C52。

针对不同频率载波信号通信性能的检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤1、所述耦合模块将电力线网络中的电力线导线作为副边线圈，将高频载波信号线作为原边线圈，通过耦合模块中高导磁率的磁芯或磁环将副边线圈上的高频信号变化感应到原边线圈的高频信号线上，形成高频载波信号，同时隔离工作频率为50Hz信号；

步骤2、利用频率检测及选择电路对步骤1中形成的高频载波信号的频率并显示，同时通过频率检测及选择电路上的选择频率输出端口驱动选择开关ZK和相应继电器选择出对应频率的带通滤波电路进行高频信号的提取；

步骤3、所述带通滤波电路的输出至频谱仪进行通信性能分析。

本发明的有益效果如下：

本系统包括耦合模块、频率检测及选择模块、带通滤波电路、选择开关ZK、若干继电器和频谱仪，通过耦合模块耦合出高频载波信号，同时起到50 Hz工频隔离的作用，并尽可能地减少衰减低频噪声及干扰信号，而对高频载波信号提供尽可能小的衰减及线性幅频、相频特性；通过频率检测及选择电路首先检测载波信号频率并显示，同时利用控制及数据处理单元驱动选择开关ZK和相应继电器选择对应频率的带通滤波电路进行高频信号的提取，最终输出至频谱仪进行通信性能分析。

本检测系统和其检测方法通过对原边低压电力线上的高频载波信号进行采样分析实现通信性能测试功能，可以帮助现场技术人员分析和判断低压集抄现场调试或检修中出现的载波通信问题，同时简化现场复杂、繁琐的数据采集分析工作，协助技术人员更加有效的寻找问题的根源。

附图说明

图1为本发明中检测系统的结构原理框图。

图2为本发明中耦合模块的电路原理图。

图3为本发明中频率检测及通道选择电路的结构块图。

图4为本发明中提取中心频率为132 kHz的带通滤波电路的电路原理图。

图5为本发明中提取中心频率为300kHz的带通滤波电路的电路原理图。

图6为本发明中提取中心频率为421kHz的带通滤波电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合图1~图6和实施例对本发明做进一步的描述。

如图1-图6所示，本实施例采用如下检测系统实现：该检测系统包括耦合模块、频率检测及选择模块、带通滤波电路、选择开关ZK、继电器KR1~继电器KR3和频谱仪；所述耦合模块的输入端接在电力线网络中，所述耦合模块的输出端接频率检测及选择模块的输入端，所述频率检测及选择模块的选择频率输出端口接选择开关ZK动臂的固定端，所述选择开关ZK动臂对应的各待选触点分别经所述继电器KR1~继电器KR3的线圈接地，所述继电器KR1~继电器KR3的常开触点分别和相应的带通滤波电路串联且接入带通滤波电路的输入端，所述带通滤波电路的输出端接频谱仪的输入端。本实施例中选取的带通滤波电路供3路，分别用于提取中心频率为132 kHz、300 kHz和421 kHz，且带宽为30 kHz的载波；所述继电器的数量和所述带通滤波电路的数量相匹配。

进一步的，所述检测系统还包括频率显示器，所述频率检测及选择模块的视频输出端接入频率显示器。

进一步的，所述耦合模块中的原边低压线圈为高频载波信号线，所述耦合模块中的副边高压线圈为电力线网络中电力线导线。

进一步的，所述频率检测及选择模块包括控制及数据处理部分、扫频信号源和放大整形部分；所述控制及数据处理部分用于逻辑控制、数据处理和显示，并控制所述扫频信号源产生频率和持续时间可控的正弦激励信号，所述放大整形部分对所述扫频信号源产生的正弦激励信号放大、整形、检波并转换成数字信号返回所述控制及数据处理部分，所述控制及数据处理部分上设有所述选择频率输出端口。

进一步的，所述控制及数据处理部分包括单片机，所述扫频信号源包括DDS扫频信号源和低通滤波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形电路、跟随器、有源滤波器和A/D转换器；所述单片机的能控输出端接DDS扫频信号源的能控输入端，所述DDS扫频信号源的信号输出端接低通滤波器的信号输入端，所述低通滤波器的信号输出端接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端接入被测的所述电力线网络中，所述耦合模块感应到所述电力线网络中的信号输入整形电路中，所述整形电路的输出端依次经跟随器、有源滤波器和A/D转换器接入单片机的相应数字接口，所述单片机上设有所述选择频率输出端口。

进一步的，所述单片机的型号为AT89C52。

针对不同频率载波信号通信性能的检测系统的检测方法，本实施例包括如下步骤：

步骤1、所述耦合模块将电力线网络中的电力线导线作为副边线圈，将高频载波信号线作为原边线圈，通过耦合模块中高导磁率的磁芯或磁环将副边线圈上的高频信号变化感应到原边线圈的高频信号线上，形成高频载波信号，同时隔离工作频率为50Hz信号；

步骤2、利用频率检测及选择电路对步骤1中形成的高频载波信号的频率并显示，同时通过频率检测及选择电路上的选择频率输出端口驱动选择开关ZK和相应继电器选择出对应频率的带通滤波电路进行高频信号的提取；

步骤3、所述带通滤波电路的输出至频谱仪进行通信性能分析。

本实施例中各组成部分的工作原理如下：

1.耦合模块

为了能够在准确地测量低压电力线上的噪声分量的同时有效地隔离50Hz工频信号，以防对测试设备造成损坏，设计了信号耦合模块。本耦合模块具有以下特点：

1）较宽的工作带宽，能够提取10kHz~5MHz之间的噪声信号；

2）较好的带内平坦度；

3）对50Hz工频信号具有良好的隔离效果。

如图2所示，本耦合模块为互感线圈式耦合，又称变压器耦合，是基于变压器电磁感应耦合的原理，将电力线导线作为副边线圈，而将高频载波信号线作为原边线圈，通过一个高导磁率的磁芯或磁环构成了一个信号传输变压器。将副边高压侧电力线路上的高频信号的变化感应到原边低压侧的高频信号线上。

2.频率检测及选择模块

如图3所示，根据测试系统设计要求，本模块包括单片机控制单元、扫频信号源、放大整形单元等部分。控制及数据处理部分主要完成逻辑控制、数据处理和显示三个主要功能，核心器件是单片机，用于控制整个系统的协调工作，并对测量数据进行分析处理；扫频信号源采用DDS技术实现，用于产生频率和持续时间可控的正弦激励信号，并满足本系统对扫频范围及扫描时间的要求；放大电路是为提高扫频信号源的带载能力，降低对待测信号幅度的要求，整形电路是对一些不是方波的待测信号转化成方波信号便于测量，经过检波后经A/D转换器转换成数字量，送给控制及数据处理部分进行分析处理。控制单元处理计算后得出被测网络频率通过频率显示器显示，同时单片机频率选择输出端口驱动相应频率带通滤波电路。

3.带通滤波电路

如图4-图6所示，低压电力线载波通信中的载波信号是以某一频率F₀为中心频率，M为带宽的通信信号。根据低压电力线载波通信运用的场合和载波信号对信道的要求，设计了一种无源带通结合滤波器。本设计使用衰减特性较好的L-C带通滤波器用于接收耦合模块输出的高频载波信号及干扰信号，并针对河北南网常用三种频率载波信号分别研制三套相应频率的带通滤波装置，即用于分别提取中心频率为132 kHz、300 kHz和421 kHz，带宽为30 kHz的载波和干扰信号，并将信号输送给频谱仪进行分析，用于判断是否在载波中心频率附近存在信号干扰，便于寻找通讯问题根源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：其包括耦合模块、频率检测及选择模块、带通滤波电路、选择开关ZK、若干继电器和频谱仪；所述耦合模块的输入端接在电力线网络中，所述耦合模块的输出端接频率检测及选择模块的输入端，所述频率检测及选择模块的选择频率输出端口接选择开关ZK动臂的固定端，所述选择开关ZK动臂对应的各待选触点分别经各所述继电器的线圈接地，各所述继电器的常开触点分别和相应的带通滤波电路串联且接入带通滤波电路的输入端，所述带通滤波电路的输出端接频谱仪的输入端；所述继电器的数量和所述带通滤波电路的数量相匹配；

所述频率检测及选择模块包括控制及数据处理部分、扫频信号源和放大整形部分；所述控制及数据处理部分用于逻辑控制、数据处理和显示，并控制所述扫频信号源产生频率和持续时间可控的正弦激励信号，所述放大整形部分对所述扫频信号源产生的正弦激励信号放大、整形、检波并转换成数字信号返回所述控制及数据处理部分，所述控制及数据处理部分上设有所述选择频率输出端口。

2.根据权利要求1所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：其还包括频率显示器，所述频率检测及选择模块的视频输出端接入频率显示器。

3.根据权利要求1所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：所述耦合模块中的原边低压线圈为高频载波信号线，所述耦合模块中的副边高压线圈为电力线网络中电力线导线。

4.根据权利要求1-3任一所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：所述控制及数据处理部分包括单片机，所述扫频信号源包括DDS扫频信号源和低通滤波器，所述放大整形部分包括功率放大器、整形电路、跟随器、有源滤波器和A/D转换器；所述单片机的能控输出端接DDS扫频信号源的能控输入端，所述DDS扫频信号源的信号输出端接低通滤波器的信号输入端，所述低通滤波器的信号输出端接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端接入被测的所述电力线网络中，所述耦合模块感应到所述电力线网络中的信号输入整形电路中，所述整形电路的输出端依次经跟随器、有源滤波器和A/D转换器接入单片机的相应数字接口，所述单片机上设有所述选择频率输出端口。

5.根据权利要求1-3任一所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：所述频率检测及选择模块包括单片机、DDS扫频信号源、低通滤波器、功率放大器、整形电路、跟随器、有源滤波器和A/D转换器；所述单片机的能控输出端接DDS扫频信号源的能控输入端，所述DDS扫频信号源的信号输出端接低通滤波器的信号输入端，所述低通滤波器的信号输出端接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端接入被测的所述电力线网络中，所述耦合模块感应到所述电力线网络中的信号输入整形电路中，所述整形电路的输出端依次经跟随器、有源滤波器和A/D转换器接入单片机的相应数字接口，所述单片机上设有所述选择频率输出端口。

6.根据权利要求4所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统，其特征在于：所述单片机的型号为AT89C52。

7.根据权利要求1所述的针对不同频率载波信号通信性能的检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、所述耦合模块将电力线网络中的电力线导线作为副边线圈，将高频载波信号线作为原边线圈，通过耦合模块中高导磁率的磁芯或磁环将副边线圈上的高频信号变化感应到原边线圈的高频信号线上，形成高频载波信号，同时隔离工作频率为50Hz信号；

步骤2、利用频率检测及选择电路对步骤1中形成的高频载波信号的频率并显示，同时通过频率检测及选择电路上的选择频率输出端口驱动选择开关ZK和相应继电器选择出对应频率的带通滤波电路进行高频信号的提取；

步骤3、所述带通滤波电路的输出至频谱仪进行通信性能分析。