CN203535099U - 一种工频用电设备的输出频谱测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种工频用电设备的输出频谱测量装置，包括连接到工频用电设备输出端的频谱仪，还在工频用电设备电源输入端设置有低通隔离电路，在工频用电设备信号输出端与所述的频谱仪之间设置有高通耦合电路；所述的低通隔离电路输入端接工频电源的火线和零线，输出纯净工频频率的工频电源的火线和零线接被测设备；所述的被测设备得电工作从输出端输出电信号；所述的高通耦合电路的输入端接工频用电设备输出端，耦合输出纯净的工频用电设备发出的电信号进入所述的频谱仪。本实用新型通过工频用电设备提供纯净的工频电源，该电源只有工频频率信号输入到工频用电设备，然后，对工频用电设备输出隔离工频信号后，就可以采用频谱仪测量工频用电设备输出的频谱。
Description
技术领域
本实用新型涉及频谱测量工具领域，特别涉及一种测量工频用电设备输出的频谱。
背景技术
目前电器设备使用的电源一般采用两种其一为工频电源，另外一个是直流电源，但很多时候直流电源设备的电源都是采用工频电源通过整流滤波产生的直流电，总之，目前使用的电器设备所采用的电源从根本上说都可以说是工频电源。工频就是一般的市电(工业用电)频率，一般是50Hz或者60Hz。目前，工频电源又称市电，由于市电需要通过电网从电源地传送到电器设备处，在传送过程和发电过程中加入了非常丰富的频率。这样的电源在进入到电器设备的电源输入端后虽然需要通过滤波整流才能使用，但丰富的频率还有许多通过这些电路进入设备中，甚至混入到设备的输出信号中，这样，在对电器设备进行EMC检测时，如果需要检测纯电器设备本身输出的信号的频谱时，却不能获得，只有检测到混有工频电源中的频率的输出信号，这样，采用普通频谱仪对电器设备输出的信号进行检测，只能检测到混有工频信号频率的输出信号的频谱。
实用新型内容
本实用新型为了克服在对电器设备进行EMC检测等检测时，只能采用普通频谱仪测量混有工频信号频率的输出信号频谱，而不能获得由工频电器设备本身输出的纯的输出信号的频谱的不足，提供一种工频用电设备的输出频谱测量装置。
本实用新型的技术方案是：一种工频用电设备的输出频谱测量装置，包括连接到工频用电设备输出端的频谱仪，还在工频用电设备电源输入端设置有低通隔离电路，在工频用电设备信号输出端与所述的频谱仪之间设置有高通耦合电路；
所述的低通隔离电路输入端接工频电源的火线和零线，输出纯净工频频率的工频电源的火线和零线接被测设备；所述的被测设备得电工作从输出端输出电信号；
所述的高通耦合电路的输入端接工频用电设备输出端，耦合输出纯净的工频用电设备发出的电信号进入所述的频谱仪。
进一步的，上述的工频用电设备的输出频谱测量装置中：所述的低通隔离电路包括：工频变压器、共模电感、多阶低通滤波器；所述的工频变压器初级线圈接工频电源的火线和零线，1：1耦合工频电源到次级线圈；所述的共模电感两端分别接所述的工频变压器的次级线圈和多阶低通滤波器的输入端，多阶低通滤波器的输出端接输出设备。
进一步的，上述的工频用电设备的输出频谱测量装置中：所述的多阶低通滤波器为由电感、电容级连组成的六阶以上的多阶低通滤波器。
进一步的，上述的工频用电设备的输出频谱测量装置中：所述的多阶低通滤波器为由电感、电容级连组成的8阶低通滤波器。
进一步的，上述的工频用电设备的输出频谱测量装置中：还包括磁珠，所述的磁珠串连在多阶低通滤波器的输出端与被测设备之间。
进一步的，上述的工频用电设备的输出频谱测量装置中：所述的高通耦合电路包括耦合电容和高频变压器，所述的耦合电容和高频变压器串联之后并联在工频用电设备输出端。
本实用新型通过工频用电设备提供纯净的工频电源，该电源只有工频频率信号输入到工频用电设备，然后，对工频用电设备输出隔离工频信号后，就可以采用频谱仪测量工频用电设备输出的频谱。
下面结合具体实施例对本实用新型作较为详细的描述。
附图说明
图1是本实用新型原理图。
图2是本实用新型实施例1电路原理图。
具体实施方式
本实施例是一种用来检测PLC调制解调器的频谱的设备，PLC调制解调器在生产时需要进行EMC（电磁兼容）测试，在进行EMC 测试时，为了保证测试结果可靠，只需要在PLC调制解调器工作时，对于电路等其它地方所产生的噪声需要滤除。
首先、给PLC调制解调器提供纯净的工频电源，本实施例采用的工频电源是由电网（市电电网）提供的110V~250VAC 50Hz/60Hz的市电信号，通过低通滤波将电网中的复杂的电磁信号隔离，只为PLC调制解调器提供纯净的110V~250VAC 50Hz/60Hz的工频电源信号。纯净的110V~250VAC 50Hz/60Hz的工频电源信号通过一对导线输入到PLC调制解调器。
该步骤中，让工频市电的火线和零线通过采用本实施例的设备隔离（滤除）除工频市电外的所有信号，给后端设备提供纯净无外来干扰的工频频率的市电电源。
其次，PLC调制解调器在获得纯净的110V~250VAC 50Hz/60Hz的工频电源，开始工作，产生电力线载波讯号从工频电源同一对导线输出。
该步骤中，被测设备（如：PLC调制解调器）接入滤波后的火线和零线上，得电进行工作，被测设备同时向自身输入的电力线上(火线和零线)，输出信号，火线和零线上叠加的电信号可以是通讯信号，也可以是杂波噪声信号。
最后，利用高通耦合电路将电力线载波讯号输出，这里还需要将纯净的工频电源的50Hz信号滤去，最后输出的是理想的PLC调制解调器所产生的全部信号，没有其它信号了，可以进行EMC测试等。
本实施例只是对PLC调制解调器输出的电信号进行分离，在实际应用中其它一切设备所产生的电信号都可以从复杂的电网信号中分离出来。因此，上面说的电信号可以是通讯信号，也可以是杂波噪声信号。电力线载波上的信号是连接在电网中的设备在工作过程中产生的所有的信号。
本实施例的基于电力线载波讯号分离系统如图1和图2所示，包括三个部分：
1、电力载波耦合与信号衰减电路。（又可以称为低通隔离电路）；
2、电力载波衰减与信号耦合电路。（又可以称为高通耦合电路）；
3、接插件。（又可以称为插座和RF信号连接设备）。
电力载波耦合与信号衰减电路。（又可以称为低通隔离电路），由四级组成。
第一级由工频变压器组成，负责1:1的耦合50Hz / 60Hz的市电载波，同时硅钢片属性的变压器，对市电上的有用信号与噪声信号耦合都有衰减作用。目前，工频变压器只限对工频电力载波的耦合达到最佳效果。
第二级是共模电感，共模电感串连在工频变压器的次级线圈两端，过滤共模的电磁干扰信号。共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。
第三级由电感、电容组成的多阶低通滤波器，最好是6阶以上，本实施例用的是8阶低通滤波器。用于衰减1Mhz-100Mhz频段内的信号。两级组合衰减应该大于-70dbm。越大衰减越强，性能越好。
第四级由串连在输入到PLC调制解调器的导线上，两根导线上各串连两个磁珠，磁珠的全称为铁氧体磁珠滤波器(另有一种是非晶合金磁性材料制作的磁珠)，是一种抗干扰元件，滤除高频噪声效果显著。铁氧体材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率。
铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大的衰减。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。它的等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个元件的值都与磁珠的长度成比例。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗是随着频率的升高而增加。高频电流在其中以热量形式散发。在低频段，阻抗由电感的感抗构成。低频时电阻R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小．整个器件是一个低损耗，高Q特性的电感。这种电感容易造成谐振．因此在低频段有时可能出现使用铁氧体磁珠后，干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加。当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
在实际应用过程中，磁珠的多少和大小根据不同需要，可以调整，同时，根据电路衰减值的略微大小调整，也可以是0欧姆电阻或者跳线。
电力载波衰减与信号耦合电路。（又可以称为高通耦合电路）；基本由两级组成。
第一级采用高耐压的安规电容耦合。
第二级采用符合安规要求的信号变压器耦合。采用高频变压器，高频变压器的耦合频率高于工频变压器，在高频变压器磁芯的材质的特性范围内，频率耦合效果极佳，除工频信号外，其余高频率的信号都具有较小的衰减。
接插件，基本由三个组成。
第一个：输入插座。
第二个：输出插座。
第三个：RF射频连接插座。
另外，低通隔离电路到PLC调制解调器之间的导线不能很长，要小于 
,
是电力线载波讯号中最高频率的波长，如果大于这个长度，将会有天线效应，此时在这一段导线上将会接收到环境复杂的电波信号，影响最后输出的电力线载波讯号的纯净度。
本实施例的工作原理如下：
通过设备的市电输入插座端口经过电线连接市电的插座，将110V /60Hz 或者 220V/50Hz交流市电提供给本设备。
110V /60Hz 或者220V/50Hz的市电载波将通过低通电路，除了50Hz/60hz的市电载波以外，滤除市电上的所有信号包含：有用的PLC通讯信号与杂波干扰信号。通俗点说：就是提供一个理想状态下非常干净的110V /60Hz 或者220V/50Hz的电力载波。
通过设备的插座端口，插入被测PLC调制解调器。PLC调制解调器供电后开始工作，反过来向插座发射高频通讯信号。
在低通滤波电路的滤波衰减下，插座的电力高频通讯信号，将通过高通滤波电路耦合分离出来。分离信号的强弱取决于高频变压器的工作曲线特性,与线圈匝比。高频变压器的磁芯材料无法耦合50Hz / 60Hz的电力载波信号，只能耦合10Khz以上的高频信号（耦合频率的最小取决于高频变压器磁芯材质）。
本实施例中低通滤波器，器件选型好，自激频点高的元器件可以省略工频变压器，进一步降低设备成本，后续方案会进一步改进。
本实施例产品可以使用在全市电电压范围内：90V-265V。
本实施例主要是给PLC调制解调器提供一个理想环境，测试PLC调制解调器通信的最佳状态。
由于输入电压高，选型的器件耐压高，体积较大，器件分布参数的大小（俗称：寄生电容），与器件本身的自激频点特性,直接影响低通滤波器衰减值的高低，该技术主要是克服并改善低通滤波电路衰减值，能够达到-70dbm以上，后续还会开发更高衰减的低通滤波器。
目前本实施例的频谱测量设备，正在运用到的领域有，电源噪声测试，一方面可以测量可以用于初步判断是否符合国际标准，另一方面可以用于衡量PLC调制解调器的一个很重要指标：信噪比。在本实施例的频谱测量设备的正确设置下，测量结果频点大于1Mhz的噪声等于仪器背景噪声，可以达到PLC的最佳信噪比，正好弥补了这一产品方面的技术空白。
本实施例的频谱测量设备还可以用于其它工频用电设备中测量这些设备本身工作过程中输出的频谱信号。
Claims (6)
1. 一种工频用电设备的输出频谱测量装置，包括连接到工频用电设备输出端的频谱仪，其特征在于：还在工频用电设备电源输入端设置有低通隔离电路，在工频用电设备信号输出端与所述的频谱仪之间设置有高通耦合电路；
所述的低通隔离电路输入端接工频电源的火线和零线，输出纯净工频频率的工频电源的火线和零线接被测设备；所述的被测设备得电工作从输出端输出电信号；
所述的高通耦合电路的输入端接工频用电设备输出端，耦合输出纯净的工频用电设备发出的电信号进入所述的频谱仪。
2.根据权利要求1所述的工频用电设备的输出频谱测量装置，其特征在于：所述的低通隔离电路包括：工频变压器、共模电感、多阶低通滤波器；所述的工频变压器初级线圈接工频电源的火线和零线，1：1耦合工频电源到次级线圈；所述的共模电感两端分别接所述的工频变压器的次级线圈和多阶低通滤波器的输入端，多阶低通滤波器的输出端接输出设备。
3.根据权利要求2所述的工频用电设备的输出频谱测量装置，其特征在于：所述的多阶低通滤波器为由电感、电容级连组成的六阶以上的多阶低通滤波器。
4.根据权利要求2所述的工频用电设备的输出频谱测量装置，其特征在于：所述的多阶低通滤波器为由电感、电容级连组成的8阶低通滤波器。
5.根据权利要求1至4中任一所述的工频用电设备的输出频谱测量装置，其特征在于：还包括磁珠，所述的磁珠串连在多阶低通滤波器的输出端与被测设备之间。
6. 根据权利要求1至4中任一所述的工频用电设备的输出频谱测量装置，其特征在于：所述的高通耦合电路包括耦合电容和高频变压器，所述的耦合电容和高频变压器串联之后并联在工频用电设备输出端。
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