CN108631819A - 电力线载波噪声干扰测试系统和测试方法 - Google Patents

Abstract

一种电力线载波噪声干扰测试系统，包括工控机、载波集中器、程控衰减器、高通滤波器、射频电子开关、载波噪声信号录制仪、频谱仪和示波器；载波集中器经电力线将载波信号送至第一高通滤波器；第一高通滤波器将接收到的载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减的载波信号与载波噪声信号录制仪预先录制的噪声信号叠加后，输入射频电子开关，经射频电子开关的通道Ⅰ，叠加噪声载波信号被送入示波器和频谱仪进行分析处理后，被送至工控机；受射频电子开关切换到通道Ⅱ时，叠加噪声载波信号送至第二高通滤波器，经电力线送至安装有待测载波节点通信模块的电表。本发明有效地解决了电力线载波通讯噪声测试中的噪声源不真实等问题。

Description

电力线载波噪声干扰测试系统和测试方法

技术领域

本发明涉及抗噪声干扰测量，尤其涉及运用于电力载波通信产品抗噪声干扰测试系统和测试方法。

背景技术

现有技术电力载波通信产品抗噪声干扰测试方法，是将载波通信产品通电后通过电力线连接抄控器，中间连接一部用于调节衰减值的可调衰减器。通过抄控器的抄读数据来反应产品的传输能力和其他一些性能值，这种测试方法测试环境太过理想化，不注重现场环境的应用；增加现场调试难度，人工成本大，容易让人误解产品质量问题，根本无法测试出产品抗噪声能力。另一种做法是实验室环境中加上一些居民常用电器设备，比如空调、彩电、洗衣机等，让这些用电器正常工，直接在220V电力线上产生一些背景噪声，模拟相关的干扰情况，参见图4是现有技术电力载波通讯产品抗噪声测试系统，该系统包括上位机、用电器、可调衰减器和载波集中器模块，将测试产品接用该测试系统，开启电视、冰箱、空调等用电器正常工作，由载波集中器模块发出通讯指令，如果被测载通讯产品的通讯正常则从测试节点会返回数据命令（如抄表则会返回电度数）给载波集中器模块，测试上位机根据载波集中器模块传收来的该返回数据命令来判断通讯是否正常；通过多次的抄读，计算抄表成功率完成测试，通过抄表的成功率大致分析载波通讯产品抗噪声的能力。这种方法用来模拟的电器成本高，搭建实验室环境的成本高，操作不方便。模拟的情况太过于片面局部，与现场错综复杂的环境比较差距大。并且只能从表向上分析问题，无法使用仪器定性的分析噪声加入后对载波信号的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种电力线载波噪声干扰测试系统和测试方法，解决现有技术载波通信产品抗噪声干扰测试不准确等问题。

本发明为解决上述技术问题而提出的技术方案是：一种电力线载波噪声干扰测试系统，包括工控机、载波集中器、程控衰减器、高通滤波器、射频电子开关、载波噪声信号录制仪、频谱仪、示波器和载波衰减器；所述工控机通过232线分别与载波集中器和载波噪声信号录制仪通信；所述载波集中器经电力线将载波信号送至第一高通滤波器；所述第一高通滤波器将接收到的载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减的载波信号与所述载波噪声信号录制仪预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声载波信号，输入射频电子开关；所述射频电子开关的通道Ⅰ时，叠加噪声载波信号被送入示波器和频谱仪进行分析处理后，被送至工控机；所述受射频电子开关切换到通道Ⅱ时，叠加噪声载波信号送至第二高通滤波器，经耦合至电力线，送至安装有待测载波节点通信模块的电表；被测载波节点通信模块收到所述叠加噪声载波信号，提取载波信号，回复对应的数据返回帧；所述数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关的通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器模块处理后，被送到工控机。

更佳的是，所述载波噪声信号录制仪的采样速率≥4GS/s；信号分辨率≥10bit；高速DAC信号还原输出；支持多个现场的噪声的录制和回放。

更佳的是，所述高通滤波器能够让100KHz-500KHz窄带载波、1MHz-30MHz宽带载波信号无阻碍通过，而隔离掉220V强电，其射频端可以直接接入测试仪器。

更佳的是，所述载波集中器与外部220电源之间接有阻止载波信号在两者之间传输的第一载波衰减器；所述在载波集中器与电表位之间安装有阻止载波信号在在两者之间传输的第二载波衰减器。

本发明为解决上述技术问题还提出的技术方案是：一种电力线载波噪声干扰测试方法，包括首先构建一种电力线载波噪声干扰测试系统，包括工控机、载波集中器、程控衰减器、高通滤波器、射频电子开关、载波噪声信号录制仪、频谱仪和示波器；被测载波节点模块安装在供电网的电表上，且实施如下步骤：

A.所述工控机通过232线发送抄表命令给载波集中器模块，所述载波集中器模块将抄表指令进行处理后，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器，第一高通滤器对抄表指令载波信号进行褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪输入的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关；经射频电子开关切换至通道Ⅰ，将叠加噪声抄表指令载波信号直接送入示波器和频谱仪，所述工控机读取所述示波器和频谱仪的测试数据，对该测试f数据进行处理和存贮；

B. 所述工控机控制射频电子开关切换到通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器，由第二高通滤器把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块的电表中；被测载波节点模块收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器模块;

C.所述工控机对载波集中器模块送至的数据返回帧进行处理和存贮，判定抄表次数是否达到设定次数n,若未达到预定次数n,则执行步骤D; 若达到预定次数n,则执行步骤E;

D.所述工控机发送抄表指令给载波集中器模块，载波集中器模块将抄表指令进行处理后，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器，第一高通滤器对抄表指令载波信号进行褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪输入的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关，经电子开关切的通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器，由第二高通滤器把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块电表中；被测载波节点模块收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器，然后执行步骤C;

E.所述工控机处理n次的抄表数据，形成抄表时间和抄表成功率的表格和图形。

更佳的是，所述载波噪声信号录制仪的采样速率≥4GS/s；信号分辨率≥10bit；高速DAC信号还原输出；支持多个现场的噪声的录制和回放；所述载波噪声信号录制仪预先录制的是高采样、高保真、高还原的噪声信号。

更佳的是，所述高通滤波器能够让100KHz-500KHz窄带载波、1MHz-30MHz宽带载波信号无阻碍通过，而隔离掉220V强电，其射频端可以直接连接测试仪器。

更佳的是，所述预定次数n≥100。

更佳的是，所述载波集中器与外部220电源之间还联接有阻止载波信号在两者之间传输的第一载波衰减器；所述在载波集中器与电表位之间联接有阻止载波信号在在两者之间传输的第二载波衰减器。

更佳的是，所述载波集中器模块将抄表指令进行处理包括集中器模块将抄表指令加上帧头和同步字。

同现有技术相比较，本发明的有益效果是：有效地解决了电力线载波通讯噪声测试中的噪声源不真实、无法使用实验测试仪器去直接分析叠加噪声后的载波波形的问题，使得在实验室用频谱仪、示波器直接分析现场噪声与载波通讯信号的叠加波形成为可能，为定性地分析不同噪声对载波通讯的影响提供支持。

附图说明

图1 是本发明一种电力线载波噪声干扰测试方法和测试系统优选实施例中电力线载波噪声干扰测试系统的结构示意图；

图2 是所述优选实施例中电力线载波噪声干扰测试系统测试叠加噪声后的载波波形的方法；

图3 是所述优选实施例中电力线载波噪声干扰系统中对被测试载波节点模块的进行测试工作流程图；

图4 是现有技术电力载波通讯产品抗噪声测试系统的示意图。

具体实施方式

下面，结合各附图所示之优选实施例进一步阐述本发明。

参见图1，本发明的优选实例是，一种电力线载波噪声干扰测试系统，包括工控机10、载波集中器模块11、程控衰减器13、高通滤波器、射频电子开关15、载波噪声信号录制仪14、频谱仪和示波器16；所述工控机10通过232线分别与载波集中器模块11和载波噪声信号录制仪14通信；所述载波集中器模块11经电力线将载波信号送至第一高通滤波器12；第一高通滤波器12将接收到的载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器13衰减，经衰减的载波信号与所述载波噪声信号录制仪14预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声载波信号，输入射频电子开关15；经所述射频电子开关15的通道Ⅰ，叠加噪声载波信号被送入示波器和频谱仪16进行分析处理后，被送至工控机10；所述射频电子开关15切换到通道Ⅱ时，叠加噪声载波信号送至第二高通滤波器17，经耦合至电力线，送至安装有待测载波节点通信模块30的电表20中；被测载波节点通信模块30收到所述叠加噪声载波信号，提取载波信号，回复对应的数据返回帧；所述数据返回帧经第二高通滤波器17、射频电子开关15的通道Ⅱ、程控衰减器13和第一高通滤波器12，被送至载波集中器模块11处理后，被送到工控机10。所述载波噪声录制仪通过232线与工控机10连接；所述频谱仪和示波器16经USB线与工控机连接。

本例中，所述载波噪声信号录制仪14的采样速率≥4GS/s；信号分辨率≥10bit；高速DAC信号还原输出；支持多个现场的噪声的录制和回放。

本例中，所述第一、第二高通滤波器能够让100KHz-500KHz窄带载波、1MHz-30MHz宽带载波信号无阻碍通过，而隔离掉220V强电，其射频端可以直接接入测试仪器。

本例中，所述载波集中器模块11与外部220电源之间接有阻止载波信号在两者之间传输的第一载波衰减器18；所述在载波集中器模块11与电表位之间安装有阻止载波信号在在两者之间传输的第二载波衰减器。

参见图2至3，本例中电力线载波噪声干扰测试系统的测试方法：

A.所述工控机10通过232线发送抄表命令给载波集中器模块11，所述载波集中器模块11将抄表指令加上帧头和同步字，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器12，所述第一高通滤波器12对抄表指令载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器13衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪14预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关15；经射频电子开关15的通道Ⅰ，将叠加噪声抄表指令载波信号直接送入示波器和频谱仪16，所述工控机10读取所述示波器和频谱仪16的测试数据，对该测试数据进行处理和存贮；

B. 所述工控机10控制射频电子开关15切换到通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器17，所述第二高通滤波器17把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块30的电表20中；被测载波节点模块30收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器17、射频电子开关15通道Ⅱ、程控衰减器13和第一高通滤波器12，被送至载波集中器模块11；

C.所述工控机10对载波集中器模块11送至的数据返回帧进行处理和存贮，判定抄表次数是否达到设定次数n,若未达到预定次数n,则执行步骤D; 若达到预定次数n,则执行步骤E; 本例中，所述预定次数n≥100。

D.所述工控机10发送抄表指令给载波集中器模块11，载波集中器模块11将抄表指令加上帧头和同步字后，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器12，第一高通滤器12对抄表指令载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器13衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪14预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关15，经电子开关切15的通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器17；第二高通滤波器17把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块30的电表20中；被测载波节点模块30收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器17、射频电子开关15通道Ⅱ、程控衰减器13和第一高通滤波器12，被送至载波集中器模块11，然后执行步骤C；

E.所述工控机处理n次的抄表数据，形成抄表时间和抄表成功率的表格和图形，抄表成功率越高、抄表用时越短，则表明测载波节点模块30抗噪声干扰能力越强。

本例中，首先通过高采样率的现场载波噪声录制设备将丰富的多个现场噪声录制下来，然后将录制的噪声叠加在通过了高通滤波器的载波信号中。高通滤波器的作用是实现载波通讯信号的褪耦，将220v强电与载波基带信号分离开来。然后使用示波器、频谱仪从时域、频域得到幅度、频率、相位、波形参数来直接分析噪声信号对载波通讯信号的影响。然后载波集中器模块继续去抄读载波从节点的数据，测至少100次试载波通讯时间、抄表成功率。从而建立不同的载波厂家、不同的载波现场、对应的载波噪声叠加后的时域、频域参数、对应的通讯时间、对应的抄表成功率的技术参数表格。为载波通讯噪声测试提供丰富的数据支撑。本例中公开的技术方案具有成本低，可循环利用性，全面实用性，可变等已有的方法不具备的。

本例中，所加的现场噪声是通过现场噪声录制仪录制的高采样、高保真、高还原的噪声信号，并且支持保存多个现场的噪声，可以回放多个现场噪声，提供丰富的噪声干扰信号。现场噪声直接加载到高通滤波器射频端，从而使得使用频谱仪、示波器直观的来分析加入噪声的载波信号成为可能。通过多次的抄表成功率、抄表时间，来判定载波产品抗噪声干扰的能力。

本例中，噪声信号直接加载在高通滤波器的射频端，这种方法使得直接使用示波器、频谱仪在时域、频域分析噪声干扰成为可能。

本领域的技术人员，根据本例中公开的测试方法可以显而易见地测试可用于水、电、气、热表的数据采集和控制的电力载波模块通讯性能；也可以测试通常是内置电力载波单元的水、电、气、热表的电力载波设备整机的通讯性能；还可以测试用来通过RS485、RS232、M-BUS等控制和读取水、电、气、热表的数据的采集装置的电力载波设备整机的通讯性能。

Claims (10)

1.一种电力线载波噪声干扰测试系统，用于其特征在于：

包括工控机、载波集中器、程控衰减器、高通滤波器、射频电子开关、载波噪声信号录制仪、频谱仪和示波器；所述工控机通过232线分别与载波集中器和载波噪声信号录制仪通信；所述载波集中器经电力线将载波信号送至第一高通滤波器；第一高通滤波器将接收到的载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减的载波信号与所述载波噪声信号录制仪预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声载波信号，输入射频电子开关；

所述射频电子开关的通道Ⅰ时，叠加噪声载波信号被送入示波器和频谱仪进行分析处理后，被送至工控机；所述受射频电子开关切换到通道Ⅱ时，叠加噪声载波信号送至第二高通滤波器，经耦合至电力线，送至安装有待测载波节点通信模块的电表；被测载波节点通信模块收到所述叠加噪声载波信号，提取载波信号，回复对应的数据返回帧；所述数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关的通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器模块处理后，被送到工控机。

2.按照权利要求1所述的电力线载波噪声干扰测试系统，其特征在于：

所述载波噪声信号录制仪的采样速率≥4GS/s；信号分辨率≥10bit；高速DAC信号还原输出；支持多个现场的噪声的录制和回放。

3.按照权利要求1所述的电力线载波噪声干扰测试系统，其特征在于：

所述高通滤波器能够让100KHz-500KHz窄带载波、1MHz-30MHz宽带载波信号无阻碍通过，而隔离掉220V强电，其射频端可以直接连接测试仪器。

4.按照权利要求1所述的电力线载波噪声干扰测试系统，其特征在于：

所述载波集中器与外部220电源之间连接有阻止载波信号在两者之间传输的第一载波衰减器；所述在载波集中器与电表位之间安装有阻止载波信号在在两者之间传输的第二载波衰减器。

5.一种电力线载波噪声干扰测试方法，包括如下步骤：

首先构建一种电力线载波噪声干扰测试系统，包括工控机、载波集中器、程控衰减器、高通滤波器、射频电子开关、载波噪声信号录制仪、频谱仪和示波器；被测载波节点模块安装在供电网的电表上，且实施如下步骤：

所述工控机通过232线发送抄表命令给载波集中器模块，所述载波集中器模块将抄表指令进行处理后，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器，第一高通滤波器对抄表指令载波信号进行褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关；经射频电子开关切换至通道Ⅰ，将叠加噪声抄表指令载波信号直接送入示波器和频谱仪测试，所述工控机读取所述示波器和频谱仪的测试数据，对该测试数据进行处理和存贮；

B. 所述工控机控制射频电子开关切换到通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器，由第二高通滤波器把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块的电表中；被测载波节点模块收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器模块;

C.所述工控机对载波集中器模块送至的数据返回帧进行处理和存贮，判定抄表次数是否达到设定次数n,若未达到预定次数n,则执行步骤D; 若达到预定次数n,则执行步骤E;

D.所述工控机发送抄表指令给载波集中器模块，载波集中器模块将抄表指令进行处理后，耦合至电力线上，经电力线抄表指令载波信号被传输至第一高通滤波器，所述第一高通滤波器对抄表指令载波信号褪耦处理后，送入程控衰减器衰减，经衰减后的抄表指令载波信号与所述载波噪声信号录制仪预先录制的噪声信号叠加，形成叠加噪声抄表指令载波信号，输入射频电子开关，经电子开关切的通道Ⅱ，叠加噪声抄表指令载波信号被送至第二高通滤波器，由第二高通滤波器把叠加噪声抄表指令载波信号耦合至电力线，送至安装有测载波节点模块电表中；被测载波节点模块收到带有叠加噪声抄表指令载波信号，经过滤波、放大和数据还原处理，提取有效的抄表载波信号，回复相应的数据返回帧，数据返回帧经第二高通滤波器、射频电子开关通道Ⅱ、程控衰减器和第一高通滤波器，被送至载波集中器，然后执行步骤C;

E.所述工控机处理n次的抄表数据，形成抄表时间和抄表成功率的表格和图形；抄表成功率越高且抄表用时越短，则表明被测载波节点模块抗噪声干扰能力越强。

6.按照权利要求5所述的电力线载波噪声干扰测试方法，其特征在于：

所述载波噪声信号录制仪的采样速率≥4GS/s；信号分辨率≥10bit；高速DAC信号还原输出；支持多个现场的噪声的录制和回放；所述载波噪声信号录制仪预先录制的是高采样、高保真、高还原的噪声信号。

7.按照权利要求5所述的电力线载波噪声干扰测试方法，其特征在于：

所述各高通滤波器能够让100KHz-500KHz窄带载波、1MHz-30MHz宽带载波信号无阻碍通过，而隔离掉220V强电，其射频端可以直接连接测试仪器。

8.按照权利要求5所述的电力线载波噪声干扰测试方法，其特征在于：

所述预定次数n≥100。

9.按照权利要求5所述的电力线载波噪声干扰测试方法，其特征在于：

所述载波集中器与外部220电源之间还联接有阻止载波信号在两者之间传输的第一载波衰减器；所述在载波集中器与电表位之间联接有阻止载波信号在在两者之间传输的第二载波衰减器。

10.按照权利要求5所述的电力线载波噪声干扰测试方法，其特征在于：

所述载波集中器模块将抄表指令进行处理包括集中器模块将抄表指令加上帧头和同步字。