CN204231341U - 一种电力线载波信道综合测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电力线载波信道综合测试装置，包括阻抗测试单元向被测电力线发送测试信号后，采集卡将被测电力线上的电压信号和电流信号发送到PC机以计算被测电力线的阻抗；噪声测试单元包括耦合器，测量被测电力线的噪声信号；衰减测试单元包括衰减发送模块和衰减接收模块；衰减发送模块向被测电力线发送测量信号；衰减接收模块检测测量信号的电压强度；采集卡将被测电力线两端的测量信号的电压强度均发送到PC机，PC机依据电压强度计算被测电力线的衰减值。与现有技术相比，本实用新型提供的一种电力线载波信道综合测试装置为集成了阻抗、噪声和衰减3个参数的多功能信道特征参数测试装置，测量精度高，频率分辨率高。

Description

一种电力线载波信道综合测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力线测试装置，具体涉及一种电力线载波信道综合测试装置。

背景技术

电力线载波(Power Line Carrier，PLC)通信是利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。电力线在电力载波领域一般分为高中低3类，通常高压电力线指35kV及以上电压等级、中压电力线指10kV电压等级或低压配电线380/220V用户线。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

由于电力线主要是为用电设备传送电能，因此其特性在很多方面难以直接满足载波通信的要求。由于电力线连接有众多未知的用电负载，低压配电网的电气特性显得非常复杂。相比于输电网络和中压配电网，低压配电网具有更加多变的拓扑结构和负载变化，阻抗匹配性能更差，噪声环境更加恶劣，信号在其上传输的衰减也更加剧烈。这些不利因素对依赖低压配电网作为通信介质的低压电力线载波通信技术提出了挑战，也给电力线载波通信产品的性能提出了很高的要求。

目前，国内外现有的测试电力线载波信道特征参数的系统和装置具有下述缺陷：

①：只有单独的阻抗测试设备、衰减测试设备以及噪声测试设备，没有一个可以测量这三个参数的电力线载波信道综合测试装置；

②：测量精度低，测量的频率分辨率低；

③：在现场测试时需要多个测试设备才能完成多个参数的测量，体积较大，集成度低，携带不方便，不利于现场测试；

④：在测试多个参数时，需要分别连接不同的测试设备，因此自动化测试水平较低。

综上，为了能够评判低压载波通信产品的通信性能，为其在真实条件下的可靠应用提供指导，现阶段迫切需要一种既能测量电力线信道阻抗、噪声和衰减等特征参数，又能适用于现场测试的电力线载波信道综合测试装置，以实现对载波设备的有效测试和评估，加强对载波通信设备的质量控制。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种电力线载波信道综合测试装置，所述装置包括分别与采集卡连接的阻抗测试单元、噪声测试单元和衰减测试单元；所述采集卡为4通道采集卡。

所述阻抗测试单元向被测电力线发送测试信号后，所述采集卡将所述被测电力线上的电压信号和电流信号发送到PC机；

所述噪声测试单元包括信号耦合器，测量被测电力线的噪声信号；

所述衰减测试单元包括衰减发送模块和衰减接收模块；衰减发送模块向被测电力线发送测量信号；衰减接收模块检测所述测量信号的电压强度，并将所述电压强度发送到采集卡；所述采集卡将被测电力线两端的测量信号的电压强度均发送到PC机。

优选的，所述阻抗测试单元包括测试信号产生电路和耦合驱动电路；

所述测试信号产生电路包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；所述MCU通过RS232串口接收所述PC机下发的信号产生指令后，驱动所述DDS输出正弦信号；所述运算放大器和功率放大器分别对所述正弦信号放大后通过耦合驱动电路发送到被测电力线；

所述耦合驱动电路包括耦合线圈，所述耦合线圈的初级绕组与所述功率放大器连接，次级绕组的一端通过耦合电容接入被测电力线的火线，另一端通过测试电阻接入被测电力线的零线；所述耦合电容两端并联有放电电阻；

优选的，所述耦合电容与被测电力线之间连接有电源相序测试部件，包括串联的电阻和氖管；所述电阻与耦合电容连接，所述氖管与所述测试装置的外壳连接；当测试电阻接入被测电力线的一侧悬空时若氖管发亮，则耦合电容与火线连接，若氖管不亮，则耦合电容与零线连接；

优选的，所述采集卡的A通道的一路高压探头连接于耦合电容与次级绕组之间，另一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，采集次级绕组与耦合电容串联支路的电压U_A；所述采集卡的C通道的一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，另一路高压探头连接于测试电阻与次级绕组之间，采集测试电阻两端的电压U_C；所述测试电阻为纯阻性的无感电阻，其阻值为定值；

所述采集卡将电压U_A和电压U_C发送到PC机。

优选的，所述衰减发送模块包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；所述MCU通过RS232串口接收所述PC机下发的信号产生指令后，驱动所述DDS输出正弦信号；所述运算放大器和功率放大器分别对所述正弦信号放大后将其发送到被测电力线；

优选的，所述衰减接收模块包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；所述5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与采集卡连接；

优选的，检测所述被测电力线的衰减值时，在被测电力线的两端分别设置一台所述测试装置；所述被测电力线一端的测试装置的衰减发送模块向被测电力线发送测量信号，衰减接收模块检测所述测量信号的电压强度U₁；所述被测电力线另一端的测试装置的衰减接收模块检测经过被测电力线传输衰减后的所述测量信号的电压强度U₂；

优选的，所述衰减接收模块与采集卡的B通道连接；被测电力线两端的测量装置的采集卡分别将电压强度U₁和电压强度U₂发送到PC机；

优选的，所述噪声测试单元包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；所述5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与所述采集卡的D通道连接。

与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是：

1、本实用新型技术方案中，测试信号产生电路和衰减发送模块中的功率放大器，以及耦合驱动电路专门针对低压电力线而设计，被测电力线路接入阻抗即使很低的情况下(0-10欧姆)，测试装置仍能输出较高的电压，从而保证测试系统的测量精度；

2、本实用新型技术方案中，耦合电容与被测电力线之间连接有电源相序测试部件，使得在没有试电笔的情况下保证被测电力线的正确连接；

3、本实用新型技术方案中，衰减接收模块和噪声测试单元中的5阶RC高通滤波器采用电容直接耦合，比普通的电感线圈耦合的传输损耗要小，测量更准确；

4、本实用新型技术方案中，耦合驱动电路中测试电阻R1的电阻值为1Ω，便于通过采集卡采集的电压值计算被测电力线的电流值；耦合线圈的初级绕组与次级绕组的比值为10:4时，能够增大功放的负载阻抗，是测量信号可以最大程度的输出，从而保证了测量的精度；

5、本实用新型提供的一种电力线载波信道综合测试装置，是集成了测量阻抗、噪声和衰减3个参数的多功能信道特征参数测试装置，测量精度高，频率分辨率高。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1：本实用新型实施例中一种电力线载波信道综合测试装置结构图；

图2：本实用新型实施例中阻抗测试单元的电路图；

图3：本实用新型实施例中耦合驱动电路图；

图4：本实用新型实施例中衰减发送模块示意图；

图5：本实用新型实施例中衰减接收模块示意图；

图6：本实用新型实施例中衰减测试示意图；

图7：本实用新型实施例中噪声测试模块电路图；

图8：本实用新型实施例中噪声测试模块插入损耗波形图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

电力载波信道的特征参数主要包括阻抗、噪声和衰减值，由于电力线载波信道是一个时变的信道，因此各个时刻信道的特性不一样，这就对电力载波影响很大，本实用新型提供电力线载波信道综合测试装置能够全面测量电力信道阻抗、噪声和衰减的特征参数，为电力载波通信的稳定提供有力的支持。

如图1所示，本实施例中该测试装置包括分别与采集卡连接的阻抗测试单元、噪声测试单元和衰减测试单元。

阻抗测试单元向被测电力线发送测试信号后，采集卡将被测电力线的电压信号和电流线号发送到PC机，以计算被测电力线的阻抗；

噪声测试单元包括耦合器，测量被测电力线的噪声信号；

衰减测试单元包括衰减发送模块和衰减接收模块；衰减发送模块向被测电力线发送测量信号；衰减接收模块检测测量信号的电压强度，并将电压强度发送到采集卡；采集卡将被测电力线两端的测量信号的电压强度均发送到PC机，PC机依据电压强度计算被测电力线的衰减值；

采集卡为4通道采集卡，最高采样率为80MS/s，使得测量具有较高的频率分辨率。

(一)阻抗测试单元；

如图2所示，阻抗测试单元包括测试信号产生电路和耦合驱动电路；

1、测试信号产生电路包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；

MCU通过RS232串口接收PC机下发的信号产生指令后，驱动DDS输出正弦信号；运算放大器和功率放大器分别对正弦信号放大后通过耦合驱动电路发送到被测电力线。

本实施例中技术人员依据被测电力线的实际情况，调整测试信号产生电路可以输出9kHz～20MHz频率范围内的单频点正弦信号、9kHz～20MHz频率范围内的扫频信号等等。

同时，若需要9kHz～500kHz频率范围的测量信号时，可以采用：

①：AD9854芯片、LTC1994芯片和LM4765芯片依次连接的方式；

②：AD9854芯片、LTC1994芯片和LM1876芯片依次连接的方式。

若需要500kHz～20MHz频率范围的测量信号时，可以采用：

①：AD9854芯片和AD8016芯片连接的方式；

②：AD9854芯片和OPA2674芯片连接的方式；

③：AD9854芯片和OPA2677芯片连接的方式。

2、如图3所示，耦合驱动电路包括耦合线圈；

耦合线圈的初级绕组与功率放大器连接，次级绕组的一端通过耦合电容接入被测电力线的火线，另一端通过测试电阻接入被测电力线的零线；耦合电容两端并联有放电电阻；测试电阻为纯阻性的无感电阻，其阻值为定值。

本实施例中初级绕组与次级绕组的比值大于10：4，耦合电容C1的电容值为0.22uF，测试电阻R1的电阻值为1Ω，放电电阻R2的阻值为1MΩ；

其中，测试电阻R1的电阻值为1Ω时，便于通过采集卡采集的电压值计算被测电力线的电流值；初级绕组与次级绕组的比值为10：4时，能够增大功放的负载阻抗，是测量信号可以最大程度的输出，从而保证了测量的精度。

耦合电容与被测电力线之间连接有电源相序测试部件，包括串联的电阻和氖管；电阻与耦合电容连接，氖管与测试装置的外壳连接；

当测试电阻接入被测电力线的一侧悬空时：

若氖管发亮，则耦合电容与火线连接，连接正确；若氖管不亮，则耦合电容与零线连接，需要重新连接。该电源相序测试部件使得在没有试电笔的情况下保证被测电力线的正确连接。

3、采集卡与阻抗测试单元的连接方式：

采集卡的A通道的一路高压探头连接于耦合电容与次级绕组之间，如图3所示的A点，另一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，如图3所示的N点，采集次级绕组与耦合电容串联支路的电压U_A；

采集卡的C通道的一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，如图3所示的N点，另一路高压探头连接于测试电阻与次级绕组之间，如图3所示的C点，采集测试电阻两端的电压U_C；

采集卡将电压U_A和电压U_C发送到PC机，PC机根据电压U_C和测试电阻R1计算被测电力线回路的电流I，依据被测电力线的电压U_A和电流值I计算被测电力线的阻抗。

(二)衰减测试单元；

1、如图4所示，衰减发送模块包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；MCU通过RS232串口接收PC机下发的信号产生指令后，驱动DDS输出正弦信号；运算放大器和功率放大器分别对正弦信号放大后将其发送到被测电力线。

2、如图5所示，衰减接收模块包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与采集卡连接。

其中，5阶RC高通滤波器采用电容直接耦合，比普通的电感线圈耦合的传输损耗要小，测量更准确。

3、衰减测试单元的应用：

如图6所示，检测被测电力线的衰减值时，需要在被测电力线的两端分别设置一台测试装置，如图所示测试装置1和测试装置2；

被测电力线一端的测试装置1的衰减发送模块向被测电力线发送测量信号，衰减接收模块检测测量信号的电压强度U₁；被测电力线另一端的测试装置2的衰减接收模块检测经过被测电力线传输衰减后的测量信号的电压强度U₂。

衰减接收模块与采集卡的B通道连接；被测电力线两端的测试装置1和测试装置2的采集卡分别将电压强度U₁和电压强度U₂发送到PC机，PC机计算衰减值的公式为

(三)噪声测试单元；

如图7所示，噪声测试单元包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与所述采集卡的D通道连接。

其中，5阶RC高通滤波器采用电容直接耦合，比普通的电感线圈耦合的传输损耗要小，测量更准确，图8示出了该噪声测试模块插入损耗波形图。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (9)

1.一种电力线载波信道综合测试装置，其特征在于，所述装置包括分别与采集卡连接的阻抗测试单元、噪声测试单元和衰减测试单元；所述采集卡为4通道采集卡；

所述阻抗测试单元向被测电力线发送测试信号后，所述采集卡将所述被测电力线上的电压信号和电流信号发送到PC机；

所述噪声测试单元包括信号耦合器，测量被测电力线的噪声信号；

所述衰减测试单元包括衰减发送模块和衰减接收模块；衰减发送模块向被测电力线发送测量信号；衰减接收模块检测所述测量信号的电压强度，并将所述电压强度发送到采集卡；所述采集卡将被测电力线两端的测量信号的电压强度均发送到PC机。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗测试单元包括测试信号产生电路和耦合驱动电路；

所述测试信号产生电路包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；所述MCU通过RS232串口接收所述PC机下发的信号产生指令后，驱动所述DDS输出正弦信号；所述运算放大器和功率放大器分别对所述正弦信号放大后通过耦合驱动电路发送到被测电力线；

所述耦合驱动电路包括耦合线圈，所述耦合线圈的初级绕组与所述功率放大器连接，次级绕组的一端通过耦合电容接入被测电力线的火线，另一端通过测试电阻接入被测电力线的零线；所述耦合电容两端并联有放电电阻。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述耦合电容与被测电力线之间连接有电源相序测试部件，包括串联的电阻和氖管；所述电阻与耦合电容连接，所述氖管与所述测试装置的外壳连接；当测试电阻接入被测电力线的一侧悬空时若氖管发亮，则耦合电容与火线连接，若氖管不亮，则耦合电容与零线连接。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采集卡的A通道的一路高压探头连接于耦合电容与次级绕组之间，另一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，采集次级绕组与耦合电容串联支路的电压U_A；所述采集卡的C通道的一路高压探头连接于测试电阻与零线之间，另一路高压探头连接于测试电阻与次级绕组之间，采集测试电阻两端的电压U_C；所述测试电阻为纯阻性的无感电阻，其阻值为定值；

所述采集卡将电压U_A和电压U_C发送到PC机。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衰减发送模块包括依次连接的MCU、DDS、运算放大器和功率放大器；所述MCU通过RS232串口接收所述PC机下发的信号产生指令后，驱动所述DDS输出正弦信号；所述运算放大器和功率放大器分别对所述正弦信号 放大后将其发送到被测电力线。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衰减接收模块包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；所述5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与采集卡连接。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，检测所述被测电力线的衰减值时，在被测电力线的两端分别设置一台所述测试装置；所述被测电力线一端的测试装置的衰减发送模块向被测电力线发送测量信号，衰减接收模块检测所述测量信号的电压强度U₁；所述被测电力线另一端的测试装置的衰减接收模块检测经过被测电力线传输衰减后的所述测量信号的电压强度U₂。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述衰减接收模块与采集卡的B通道连接；被测电力线两端的测量装置的采集卡分别将电压强度U₁和电压强度U₂发送到PC机。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述噪声测试单元包括连接于被测电力线的火线和PEN线之间的信号耦合器，以及连接于火线和零线之间的5阶RC高通滤波器；所述5阶RC高通滤波器的一个输出端接地，另一个输出端与所述采集卡的D通道连接。