CN203722628U - 一种电力载波信道通信测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电力载波信道通信测试仪，包括：核心板以及与电力线连接端口相连接的通信成功率测试模块，所述核心板与通信成功率测试模块相连接；所述通信成功率测试模块包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括依次相连的发送端耦合单元、功率放大器及发送端载波单元；所述信号接收端包括依次相连的接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及接收端载波单元。本实用新型能够为现场判定载波通信质量和判断载波通信故障点提供定性依据，实现了多功能的电力载波信道通信测试仪。

Description

一种电力载波信道通信测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种测试仪，尤其涉及一种电力载波信道通信测试仪。

背景技术

电力线是非专用通信线路，其中存在着各种干扰，如脉冲、白噪声等，这些干扰具有很强的时变性、随机性等特点，研究电力线的输入阻抗及其变化，高频信号的衰减，传输干扰特性，噪声特性等成为目前电力线载波应用的主要问题，同时电力线的错综复杂还带来相位错乱、三相供电不平衡等多种问题，是制约电力线载波技术更大面积推广的因素。目前国内局限于电力线通信技术以及硬件技术储备不足的局限，实现对这些干扰的分析和研究主要通过对电力线进行大量参数测定后，根据统计数据，参照无线通信的信道分析建模，在实验室进行研究。而市场现有的测试仪器通常是性能单一，功能简单，检测项目有限，不能有效满足技术人员现场检测、定位的需求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够为现场判定载波通信质量和判断载波通信故障点提供定性依据的多功能的电力载波信道通信测试仪。

对此，本实用新型提供一种电力载波信道通信测试仪，包括：核心板以及与电力线连接端口相连接的通信成功率测试模块，所述核心板与通信成功率测试模块相连接；所述通信成功率测试模块包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括依次相连的发送端耦合单元、功率放大器及发送端载波单元；所述信号接收端包括依次相连的接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及接收端载波单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述发送端载波单元为三相载波单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述接收端载波单元为单相载波单元。

所述通信成功率测试模块的信号发送端包括发送端耦合单元、功率放大器及三相载波单元，所述三相载波单元优选为三相载波模块芯片，主要用来滤除220VAC／50Hz或110VAC／60Hz的交流信号、抑制瞬时电压冲击，抑制瞬时电压冲击如：雷击造成的过电压、电网电压的浪涌和尖峰电压及静电放电电压等，能够高效率地将发射信号注入电力线，保证在电力线上的有效信号功率，满足相关标准对输出信号电平和谐波电平的要求，对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收，并且最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，具有良好的带通滤波的功能。

信号接收端包括接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及单相载波单元，对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟解调。其中，信号接收端是为了提高频带内的信号接收功率，该信号接收端属于信号耦合电路的一部分、且需要与信号发送端进行配套设计，以最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，且使无源滤波网络的插入损耗最小。

本实用新型使用三相载波单元和单相载波单元两个载波模块根据需要配置用于发送或者接收，这两个载波单元均需要配合相应的载波芯片来实现。本实用新型可以设置为主机或从机，通过主机抄读设定的数据项，从机返回相应数据来确定当前线路上的载波通信成功率状况；作为从机时只是响应主机的抄读命令，显示收到的命令数，而不用进行其他任何处理，包括运行参数设置、成功率计算和显示、数据存储和历史数据查看等，所有的处理均在主机端完成。载波表也可作为从机与电力载波信道通信测试仪组合来测试通信成功率。

与现有技术相比，本实用新型能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况，为现场判定载波通信质量提供定性依据。

本实用新型的进一步改进在于，还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的电力线基本参数测量模块，所述电力线基本参数测量模块包括依次相连接的互感器和三相电能专用计量芯片，所述电力线基本参数测量模块通过3个互感器将电源电压接入三相电能专用计量芯片。

电力线基本参数测量模块的检测内容包括：电压合格率监测、电压相序检测和载波相位监测，所述电力线基本参数测量模块包括互感器和三相电能专用计量芯片，所述三相电能专用计量芯片优选为ATT7022B。

电压状况和相序状态主要使用三相电能专用计量芯片进行实时监测，而ATT7022B是一款高精度三相电能专用计量芯片，支持全数字域的增益、相位校正。本实用新型通过3个互感器将电源电压接入三相电能专用计量芯片（ATT7022B），然后由三相电能专用计量芯片完成三相电压的测量和相序的判别；所有计量参数都可以通过三相电能专用计量芯片提供的SPI接口读出。

本实用新型每秒读取三相电能专用计量芯片的三相电压数据，并记录最高、最低电压值和发生时刻，以小时为单位计算电压合格率，其电压上下限可设，总共保存一年的数据。

电压合格率计算公式如下：                                                、。其中：为电压合格累计时间；计量的总时间；电压超下限累计时间；电压超上限累计时间；为电压合格率。以上所有时间单位均为秒(s)。

电压相序检测按照A/B/C三相电压的过零点顺序进行判断，电压相序正确的依据是当A相电压过零之后，B相电压过零，然后才是C相电压过零；否则电压错序。另外，只要当A/B/C三相电压中任何一相没有电压输入时，也认为是电压错序；三相电能专用计量芯片直接给出相许状态标志。对于载波的相位检测，则是通过核心板接收主站下发的相位帧来获取其相位信息。

与现有技术相比，本实用新型除了能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况外，还对电力线基本参数测量，该电力线基本参数测量包括电压合格率、电压逆相序和载波通讯相位等电能质量统计。

本实用新型的进一步改进在于，还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的阻抗噪声测量模块，所述阻抗噪声测量模块包括处理器、信号输入电路和信号发送电路，所述信号输入电路连接至处理器，所述处理器连接至信号发送电路。

本实用新型的进一步改进在于，所述信号输入电路通过信号采集调理电路和AD采样电路对将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波和放大，进而转换成0～5V的模拟电压信号。

本实用新型的进一步改进在于，所述信号发送电路包括与处理器依次相连接的DDS信号发生电路和功率放大电路。

所述阻抗噪声测量模块基于硬件平台实现阻抗测量，优选使用TI公司的TMS320F2809作为主处理器结合相应的功能电路实现。所述阻抗噪声测量模块的外围电路主要分为两部分，一部分为信号输入电路，另一部分为信号发送电路。信号输入部分是将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波和放大，进而转换成方便进行处理的0～5V的模拟电压信号，并交由DSP采样和处理。信号发送电路就是阻抗测量时往电力线发送测量所需要频率的激励信号。

本实用新型的阻抗测量优选采用目前主流的矢量电压电流法。矢量电压电流法是基于现代电子计算机技术的一种数字测量方法，在稳态时，阻抗定义为电压和电流的矢量比，因此矢量电压电流的方法是将测试信号电压加到被测件，测量信号电流流过被测件，然后由电压和电流矢量之比计算测试端阻抗；使用快速傅里叶变换(FFT)将采集到的一系列时域信号映射到频域，从而获得电力线的频域阻抗特性。

与现有技术相比，本实用新型除了能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况外，还能够对被测试的低压电力线进行阻抗分析，分析接入点一定频带内的负载特性；对被测试的电压电力线进行噪声分析，分析电力线上的时域和频域噪声状况，为现场判断通信故障点提供数据支持。

本实用新型的进一步改进在于，还包括与核心板相连接的显示模块，所述显示模块为LED指示灯或液晶显示屏。

本实用新型的进一步改进在于，还包括与核心板相连接的键盘输入模块，所述键盘输入模块包括菜单键和功能键。

本实用新型的进一步改进在于，还包括与核心板相连接的数据交换接口，所述数据交换接口包括RS232、RJ45和USB中至少一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况；能够对电力线基本参数进行测量，该电力线基本参数测量包括电压合格率、电压逆相序和载波通讯相位等电能质量统计；能够对被测试的低压电力线进行阻抗分析，分析接入点一定频带内的负载特性；还能够对被测试的电压电力线进行噪声分析，分析电力线上的时域和频域噪声状况，为现场判定载波通信质量和判断通信故障点提供定性的数据支持。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的通信成功率测试模块的结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的电力线基本参数测量模块的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的阻抗噪声测量模块的结构示意图；

图4是本实用新型一种实施例的阻抗测量的结构原理示意图；

图5是本实用新型一种实施例的阻抗噪声测量模块的工作流程图；

图6是本实用新型一种实施例的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

本例提供一种电力载波信道通信测试仪，包括：核心板以及与电力线连接端口相连接的通信成功率测试模块，所述核心板与通信成功率测试模块相连接；所述通信成功率测试模块包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括依次相连的发送端耦合单元、功率放大器及发送端载波单元；所述信号接收端包括依次相连的接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及接收端载波单元。

本例所述发送端载波单元优选为三相载波单元。本例所述接收端载波单元优选为单相载波单元。

所述通信成功率测试模块的硬件结构示意图如图1所示，其信号发送端包括发送端耦合单元、功率放大器及三相载波单元，所述三相载波单元优选为三相载波模块芯片，主要用来滤除220VAC／50Hz或110VAC／60Hz的交流信号、     抑制瞬时电压冲击，抑制瞬时电压冲击如：雷击造成的过电压、电网电压的浪涌和尖峰电压及静电放电电压等，能够高效率地将发射信号注入电力线，保证在电力线上的有效信号功率，满足相关标准对输出信号电平和谐波电平的要求，对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收，并且最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，具有良好的带通滤波的功能。

信号接收端包括接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及单相载波单元，对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟解调。其中，信号接收端是为了提高频带内的信号接收功率，该信号接收端属于信号耦合电路的一部分、且需要与信号发送端进行配套设计，以最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，且使无源滤波网络的插入损耗最小。

本例使用三相载波单元和单相载波单元两个载波模块根据需要配置用于发送或者接收，这两个载波单元均需要配合相应的载波芯片来实现。本例可以设置为主机或从机，通过主机抄读设定的数据项，从机返回相应数据来确定当前线路上的载波通信成功率状况；作为从机时只是响应主机的抄读命令，显示收到的命令数，而不用进行其他任何处理，包括运行参数设置、成功率计算和显示、数据存储和历史数据查看等，所有的处理均在主机端完成。载波表也可作为从机与电力载波信道通信测试仪组合来测试通信成功率。

与现有技术相比，本例能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况，为现场判定载波通信质量提供定性依据。

实施例2：

本例的整体结构示意图如图6所示，本例还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的电力线基本参数测量模块，所述电力线基本参数测量模块包括依次相连接的互感器和三相电能专用计量芯片，所述电力线基本参数测量模块通过3个互感器将电源电压接入三相电能专用计量芯片。所述电力线基本参数测量模块的硬件结构示意图如图2所示。

电力线基本参数测量模块的检测内容包括：电压合格率监测、电压相序检测和载波相位监测，所述电力线基本参数测量模块包括互感器和三相电能专用计量芯片，所述三相电能专用计量芯片优选为ATT7022B。

本例的电压状况和相序状态主要使用ATT7022B进行实时监测，ATT7022B是一款高精度三相电能专用计量芯片，支持全数字域的增益、相位校正。本例通过3个互感器将电源电压接入ATT7022B，然后由ATT7022B完成三相电压的测量和相序的判别；所有计量参数都可以通过ATT7022B提供的SPI接口读出。

本例的电力载波通信信道测试仪每秒读取ATT7022B的三相电压数据，并记录最高、最低电压值和发生时刻，以小时为单位计算电压合格率（电压上下限可设），总共保存一年的数据。电压合格率计算公式如下：、。其中：为电压合格累计时间；计量的总时间；电压超下限累计时间；电压超上限累计时间；为电压合格率。以上所有时间单位均为秒(s)。

电压相序检测按照A/B/C三相电压的过零点顺序进行判断，电压相序正确的依据是当A相电压过零之后，B相电压过零，然后才是C相电压过零；否则电压错序。另外，只要当A/B/C三相电压中任何一相没有电压输入时，也认为是电压错序；三相电能专用计量芯片直接给出相许状态标志。对于载波的相位检测，则是通过9260核心板接收主站下发的相位帧来获取其相位信息。

此外，本例还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的阻抗噪声测量模块，所述阻抗噪声测量模块包括处理器、信号输入电路和信号发送电路，所述信号输入电路连接至处理器，所述处理器连接至信号发送电路。所述阻抗噪声测量模块的硬件结构示意图如图3所示。

本例所述信号输入电路通过信号采集调理电路和AD采样电路对将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波和放大，进而转换成0～5V的模拟电压信号。本例所述信号发送电路包括与处理器依次相连接的DDS信号发生电路和功率放大电路。

所述阻抗噪声测量模块基于硬件平台实现阻抗测量，优选使用TI公司的TMS320F2809作为主处理器结合相应的功能电路实现。所述阻抗噪声测量模块的外围电路主要分为两部分，一部分为信号输入电路，另一部分为信号发送电路。信号输入部分是将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波和放大，进而转换成方便进行处理的0～5V的模拟电压信号，并交由DSP采样和处理。信号发送电路就是阻抗测量时往电力线发送测量所需要频率的激励信号。

本例阻抗测量采用目前主流的矢量电压电流法。矢量电压电流法是基于现代电子计算机技术的一种数字测量方法，在稳态时，阻抗定义为电压和电流的矢量比，因此矢量电压电流的方法是将测试信号电压加到被测件，测量信号电流流过被测件，然后由电压和电流矢量之比计算测试端阻抗；使用快速傅里叶变换(FFT)将采集到的一系列时域信号映射到频域，从而获得电力线的频域阻抗特性。其测量原理如图4所示。图4中，SG为信号源，Rs为用于采样的电阻，|Z|为电力线等效阻抗：。

本例的工作过程包括主流程、阻抗测量、时域噪声测量、频域噪声测量以及DSP与外设接口五部分。主流程主要是完成初始化系统、扫描串口数据、任务调度的功能；阻抗测量部分主要负责发送频率激励信号、AD采样数据，然后进行FFT变换和阻抗值计算；频域噪声测量主要负责对AD采样到的数据进行频谱分析；时域噪声测量主要负责对AD采样到的数据进行功率谱密度分析；外设接口提供了系统对外接口通讯的功能，其工作过程流程图如图5所示。该流程图是为了更好地解释本例的工作过程，无需额外写入软件程序；本例所述的通信成功率测试模块、电力线基本参数测量模块和阻抗噪声测量模块均为硬件模块，其硬件连接结构示意图分别如图1至图3所示。

与现有技术相比，本例除了能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况外，还能够对被测试的低压电力线进行阻抗分析，分析接入点一定频带内的负载特性；对被测试的电压电力线进行噪声分析，分析电力线上的时域和频域噪声状况，为现场判断通信故障点提供数据支持。

如图6所示，本例还包括与核心板相连接的显示模块、键盘输入模块以及数据交换接口，所述显示模块为LED指示灯或液晶显示屏，所述键盘输入模块包括菜单键和功能键，所述数据交换接口包括RS232、RJ45和USB中至少一种。

与现有技术相比，本例的有益效果在于，能够检测被测试的低压电力线两点间通信成功率状况；能够对电力线基本参数进行测量，该电力线基本参数测量包括电压合格率、电压逆相序和载波通讯相位等电能质量统计；能够对被测试的低压电力线进行阻抗分析，分析接入点一定频带内的负载特性；还能够对被测试的电压电力线进行噪声分析，分析电力线上的时域和频域噪声状况，为现场判定载波通信质量和判断通信故障点提供定性的数据支持。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电力载波信道通信测试仪，其特征在于，包括：核心板以及与电力线连接端口相连接的通信成功率测试模块，所述核心板与通信成功率测试模块相连接；所述通信成功率测试模块包括信号发送端和信号接收端；所述信号发送端包括依次相连的发送端耦合单元、功率放大器及发送端载波单元；所述信号接收端包括依次相连的接收端耦合单元、带通滤波器、模拟前端及接收端载波单元。

2.根据权利要求1所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，所述发送端载波单元为三相载波单元。

3.根据权利要求1所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，所述接收端载波单元为单相载波单元。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的电力线基本参数测量模块，所述电力线基本参数测量模块包括依次相连接的互感器和三相电能专用计量芯片，所述电力线基本参数测量模块通过3个互感器将电源电压接入三相电能专用计量芯片。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，还包括分别与电力线连接端口和核心板相连接的阻抗噪声测量模块，所述阻抗噪声测量模块包括处理器、信号输入电路和信号发送电路，所述信号输入电路连接至处理器，所述处理器连接至信号发送电路。

6.根据权利要求5所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，所述信号输入电路通过信号采集调理电路和AD采样电路对将电力线上过来的电压、电流信号进行调理、滤波和放大，进而转换成0～5V的模拟电压信号。

7.根据权利要求5所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，所述信号发送电路包括与处理器依次相连接的DDS信号发生电路和功率放大电路。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，还包括与核心板相连接的显示模块，所述显示模块为LED指示灯或液晶显示屏。

9.根据权利要求1至3任意一项所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，还包括与核心板相连接的键盘输入模块，所述键盘输入模块包括菜单键和功能键。

10.根据权利要求1至3任意一项所述的电力载波信道通信测试仪，其特征在于，还包括与核心板相连接的数据交换接口，所述数据交换接口包括RS232、RJ45和USB中至少一种。