CN220289828U - 一种特高频信号仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种特高频信号仿真装置，包括：控制模块，用于将PRPS图谱数据转化为脉冲序列数据；人机交互模块，用于输入并显示载波频率和脉宽；信号仿真模块，用于对脉冲序列数据进行脉冲和幅度调制，并输出至信号输出模块；信号输出模块，用于放大并输出脉冲信号；电源模块，用于给上述任意模块供电。本实用新型通过射频信号发生器原理及结合AWG任意波发生器原理，人机交互模块产生持续的正弦波信号，控制模块读取PRPS图谱数据转化为脉冲信号，信号仿真模块产生受控的幅值和波形的脉冲信号，进行幅度调制后输出可产生各类局放信号和电磁干扰信号，实现GIS局放特高频信号和变电站电磁干扰信号的真实重现。
Description
技术领域
本实用新型涉及局部放电信号仿真技术领域，尤其涉及一种特高频信号仿真装置。
背景技术
数据统计显示，变电站局放特高频在线监测系统报警事件误报率超过90％，变电站复杂的电磁干扰环境已严重影响局放状态监测的发展。目前，对于变电站电磁干扰的研究仅仅停留在统计特征和影响因素等方面，各类干扰对于局放检测系统影响程度大小还处于空白阶段，研制电磁干扰信号源校验局放检测系统对各类电磁干扰的抑制效果迫在眉睫。
目前市面上的局放脉冲模拟信号源输出信号频谱范围只有数十兆赫兹，而真实的局放特高频信号频率范围超过3GHz，采用特高频传感器有效检测频带也在300-1500MHz，当前市面上的信号源发出的脉冲信号时序固定、无相位特征，信号频谱单一，常用于传感器灵敏度、动态范围、有效高度校验，而无法用于检测仪器模式识别校验和电磁干扰抑制效果校验。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种特高频信号仿真装置，解决了上述背景技术中提出的无法有效模拟不同局部放电信号的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种特高频信号仿真装置，其特征在于，包括：
控制模块，用于将PRPS图谱数据转化为脉冲序列数据；
人机交互模块，用于输入并显示载波频率和脉宽；
信号输出模块，用于放大并输出脉冲信号；
信号仿真模块，用于对脉冲序列数据进行脉冲和幅度调制，并输出至信号输出模块；
电源模块，用于给上述任意模块供电。
优选的，所述控制模块包括：CPU控制单元、图谱数据存储单元及工频同步单元，其中，所述工频同步单元实时获取工频频率，所述图谱数据存储单元获取并存储PRPS图谱数据，所述CPU控制单元分别与所述工频同步单元和所述图谱数据单元连接，用于获取实时工频频率和PRPS图谱数据；
所述CPU控制单元与人机交互模块连接，用于获取脉宽和载波频率，所述CPU控制单元与所述信号仿真模块连接，用于调制脉冲和幅值。
优选的，人机交互模块包括：温补振荡器、射频数字倍频器及触摸显示器，所述温补振荡器输出本振信号至所述射频数字倍频器，所述射频数字倍频器输出载波信号至所述CPU控制单元，所述触摸显示器用于配置和显示所述温补振荡器和所述射频数字倍频器。
优选的，所述信号仿真模块包括：依次连接的脉冲调制单元和幅度调制单元，其中，所述脉冲调制单元分别与所述CPU控制单元和射频数字倍频器连接，用于获取载波频率并执行脉冲信号的脉冲调制指令，并传输至所述幅度调制单元，所述幅度调制单元与所述CPU控制单元连接，用于获取脉冲信号的幅度调制指令，并传输至所述信号输出模块。
优选的，所述信号输出模块包括：相连的功率放大单元和发射天线；所述功率放大单元与所述幅度调制单元连接，用于获取脉冲信号并进行功率放大，所述发射天线输出模拟信号。
优选的，所述电源模块包括：电源管理单元、锂电池单元及电源适配器，所述电源适配器通过所述电源管理单元对所述锂电池单元进行充电和电量管理，所述锂电池单元用于控制模块、人机交互模块、信号仿真模块和信号输出模块的供电。
优选的，还包括信号输出模块，所述信号输出模块包括：UBS接口及WIFI单元。
优选的，所述载波频率范围为300MHz～1.5GHz。
优选的，所述CPU控制单元设置有16个定时器。
优选的，所述图谱数据存储单元容量为256M，可存储100条图谱数据。
与相关技术相比较，本实用新型提供的一种特高频信号仿真装置具有如下有益效果：
本实用新型通过射频信号发生器原理及结合AWG任意波发生器原理，人机交互模块产生持续的正弦波信号，控制模块读取PRPS图谱数据转化为脉冲信号，信号仿真模块产生受控的幅值和波形的脉冲信号，对正弦波信号进行幅度调制后输出可产生各类局放信号和电磁干扰信号，实现GIS局放特高频信号和变电站电磁干扰信号的真实重现。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型系统连接示意图；
图3为本实用新型原理示意图。
图中：1、控制模块；2、人机交互模块；3、信号仿真模块；4、信号输出模块；5、电源模块；6、CPU控制单元；7、图谱数据存储单元；8、工频同步单元；9、温补振荡器；10、射频数字倍频器；11、触摸显示器；12、脉冲调制单元；13、幅度调制单元；14、功率放大单元；15、发射天线；16、电源管理单元；17、锂电池单元；18、电源适配器；19、UBS接口；20、WIFI单元。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
任意波形发生器(AWG)是一种信号源，它既可以调制合成信号，也可以通过导入采集到的波形数据，复现与导入数据同样参数的信号，AWG是功能最全面的信号场景发生器。通过高速示波器采集局放信号和电磁干扰信号，然后用AWG复现采集到的信号，通过Labview平台控制信号输出方式，能够保证输出的信号不仅具有工频相位特征，而且其时域和频域特征也将得到保留。
实施例一：
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种特高频信号仿真装置，包括：
控制模块1，用于将PRPS图谱数据转化为脉冲序列数据；
人机交互模块2，用于输入并显示载波频率和脉宽；
信号输出模块4，用于放大并输出脉冲信号；
信号仿真模块3，用于对脉冲序列数据进行脉冲和幅度调制，并输出至信号输出模块4；
电源模块5，用于给上述任意模块供电；
所述控制模块1包括：CPU控制单元6、图谱数据存储单元7及工频同步单元8，其中，所述工频同步单元8实时获取工频频率，所述图谱数据存储单元7获取并存储PRPS图谱数据，所述CPU控制单元6分别与所述工频同步单元8和所述图谱数据存储单元7连接，用于获取实时工频频率和PRPS图谱数据；
所述CPU控制单元6与人机交互模块2连接，用于获取脉宽和载波频率，所述CPU控制单元6与所述信号仿真模块3连接，用于调制脉冲和幅值。
针对现有技术无法有效模拟不同局部放电信号的问题，本实用新型可以将现场实际采集到的局部放电信号进行模数转换，复现局放信号并进行双通道反向输出，其中反向输出的信号具备原来采集到的局放信号的PRPD和PRPS特征，且具备300-1500MHz频谱输出的能力。
所述CPU控制单元6设置有16个高分辨率定时器，分辨率可达50ps，两通道之间的延时控制并使延时误差控制到200ps以内，还包含有1个QSPI接口并支持240Mbps高速访问，方便存储和读取图谱数据；
所述CPU控制单元6设置有多路通讯接口，用于与WIFI单元20及触摸显示屏11的数据交互，工作主频可达240MHz，可以快速的响应各种事件。
所述图谱数据存储单元7容量为256M，可存储100条图谱数据。
本实施例进一步的实施方式，人机交互模块2包括：温补振荡器9、射频数字倍频器10及触摸显示器11；所述温补振荡器9输出本振信号至所述射频数字倍频器10，所述射频数字倍频器10输出载波信号至所述CPU控制单元6，所述触摸显示器11用于配置和显示所述温补振荡器9和所述射频数字倍频器10，温补振荡器9和所述射频数字倍频器10的参数均可在触摸显示器11上显示和修改。
本实施例进一步的实施方式，所述信号仿真模块3包括：依次连接的脉冲调制单元12和幅度调制单元13，其中，所述脉冲调制单元12分别与所述CPU控制单元6和射频数字倍频器10连接，用于获取载波频率并执行脉冲信号的脉冲调制指令，并传输至所述幅度调制单元13，所述幅度调制单元13与所述CPU控制单元6连接，用于获取脉冲信号的幅度调制指令，并传输至所述信号输出模块4。
本实施例进一步的实施方式，所述信号输出模块4包括：相连的功率放大单元14和发射天线15；所述功率放大单元14与所述幅度调制单元13连接，用于获取脉冲信号并进行功率放大，所述发射天线15输出模拟信号。
本实施例进一步的实施方式，所述电源模块5包括：电源管理单元16、锂电池单元17及电源适配器18，所述电源管理单元16将电源转换稳压输出各个其他单元所需的电压，如5V\3.3V等各个规格电压，所述电源适配器18通过所述电源管理单元16对所述锂电池单元17进行充电和电量管理，所述锂电池单元17用于控制模块1、人机交互模块2、信号仿真模块3和信号输出模块4的供电。
本实施例进一步的实施方式，还包括信号输出模块4，所述信号输出模块4包括：UBS接口及WIFI单元20，所述WIFI单元20与所述CPU控制单元6采用串行UART接口交互数据。
本实施例进一步的实施方式，所述载波频率范围为300MHz～1.5GHz。
所述温补振荡器9产生一基础本振信号，输出至所述射频数字倍频器10并产生两路载波信号，所述CPU控制单元6读取所述图谱数据存储单元7的PRPS图谱，并从所述工频同步单元8获取实时工频频率，所述CPU控制单元6的高速高分辨定时器定时控制所述脉冲调制单元12形成脉冲调制，脉冲调制后的信号经过所述CPU控制单元6的高速DAC控制，根据图谱幅值产生对应的模拟电压发出调节指令，进行幅度调制输出脉冲信号，最后由功率放大单元14放大输出信号，并通过发射天线15对外发射产生模拟局放信号。
本实用新型输出的信号源可加载特定幅值和间隔的脉冲序列，而脉冲序列可由现场检测到的真实局部放电特高频信号的PRPS图谱转换而来，从而有效模拟不同的放电类型特征信号；电池供电，体积小巧，便于携带，能有效用于特高频局部放电检测装置性能检测、评估和校准。
实施例二：
本实施例提供了一种特高频信号仿真装置工作方法，包括以下步骤：
S101，CPU控制单元6从图谱存储单元读取指定PRPS图谱数据，并从工频同步单元8获取实时工频频率；
S102，CPU控制单元6将PRPS图谱数据转换为幅值和时间间隔的脉冲序列数据。
S103，CPU控制单元6将脉冲序列数据转化为幅度控制数据；
S104，CPU控制单元6控制射频数字倍频器10产生两路同频同相位的载波信号，载波频率可设置为300MHz～1.5GHz之间的一个值；
S105，载波信号进入脉冲调制单元12产生幅值固定的脉冲信号；
S106，脉冲信号经过幅度调制单元13，按照幅度控制数据调整各个脉冲的幅值；
S107，幅度调制后的脉冲信号经功率放大器放大后，由发射天线15循环发射出去。
Claims (10)
1.一种特高频信号仿真装置，其特征在于，包括：
控制模块，用于将PRPS图谱数据转化为脉冲序列数据；
人机交互模块，用于输入并显示载波频率和脉宽；
信号输出模块，用于放大并输出脉冲信号；
信号仿真模块，用于对脉冲序列数据进行脉冲和幅度调制，并输出至信号输出模块；
电源模块，用于给上述任意模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述控制模块包括：CPU控制单元、图谱数据存储单元及工频同步单元，其中，所述工频同步单元实时获取工频频率，所述图谱数据存储单元获取并存储PRPS图谱数据，所述CPU控制单元分别与所述工频同步单元和所述图谱数据单元连接，用于获取实时工频频率和PRPS图谱数据；
所述CPU控制单元与人机交互模块连接，用于获取脉宽和载波频率，所述CPU控制单元与所述信号仿真模块连接，用于调制脉冲和幅值。
3.根据权利要求2所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：人机交互模块包括：温补振荡器、射频数字倍频器及触摸显示器，所述温补振荡器输出本振信号至所述射频数字倍频器，所述射频数字倍频器输出载波信号至CPU控制单元，所述触摸显示器用于配置和显示所述温补振荡器和所述射频数字倍频器。
4.根据权利要求3所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述信号仿真模块包括：依次连接的脉冲调制单元和幅度调制单元，其中，所述脉冲调制单元分别与所述CPU控制单元和射频数字倍频器连接，用于获取载波频率并执行脉冲信号的脉冲调制指令，并传输至所述幅度调制单元，所述幅度调制单元与所述CPU控制单元连接，用于获取脉冲信号的幅度调制指令，并传输至所述信号输出模块。
5.根据权利要求4所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述信号输出模块包括：相连的功率放大单元和发射天线；所述功率放大单元与所述幅度调制单元连接，用于获取脉冲信号并进行功率放大，所述发射天线输出模拟信号。
6.根据权利要求1所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述电源模块包括：电源管理单元、锂电池单元及电源适配器，所述电源适配器通过所述电源管理单元对所述锂电池单元进行充电和电量管理，所述锂电池单元用于控制模块、人机交互模块、信号仿真模块和信号输出模块的供电。
7.根据权利要求1所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：还包括信号输出模块，所述信号输出模块包括：UBS接口及WIFI单元。
8.根据权利要求1所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述载波频率范围为300MHz～1.5GHz。
9.根据权利要求2所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述CPU控制单元设置有16个定时器。
10.根据权利要求2所述的一种特高频信号仿真装置，其特征在于：所述图谱数据存储单元容量为256M，可存储100条图谱数据。
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