專利名稱：現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力載波信號的檢測，具體說是一種現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統。
背景技術：
用電信息采集系統下行通信主要采用的一種方式就是低壓電力線載波，由于低壓電力線載波通信受到產品質量、通信能力、線路環境、用電負載等多種因素的影響，并且容易受到現場的電磁環境的干擾，電力線上的載波信號功率的波動范圍比較大，容易出現不能有效通信的狀態，現場的工作人員需要對現場的電磁環境以及載波的實際發送功率進行準確的測量，幫助現場的工作人員分析載波通訊故障的原因。為了方便現場的工作人員對現場的電磁環境以及電力線上的載波信號的功率進行測量和判斷，需要將電力上的有效信號隔離取樣，并且保留輸入信號的幅度、頻率、和相位信息，對取樣的信號功率進行檢測。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，通過前級的載波信號取樣隔離電路，將被測的載波信號成功的從電力線上提取出來，然后通過功率檢測電路對被測的載波信號進行功率檢測。所述現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:包括隔離取樣模塊、中頻接收機模塊、低通濾波器、可控數字合成器、處理器、顯示模塊，所述隔離取樣模塊直接接入低壓電力線，用于從該低壓電力線上隔離采集載波信號，并將信號衰減到適合功率檢測的程度輸出，隔離取樣模塊的輸出端與所述中頻接收機模塊的射頻輸入端連接，所述可控數字合成器的控制端與處理器的輸出接口連接，用于根據不同的載波頻率由處理器設置相應頻率的本振信號輸出， 所述可控數字合成器的輸出端通過所述低通濾波器與所述中頻接收機模塊的本振信號輸入端連接，中頻接收機模塊的接收信號強度指示輸出端與處理器的AD轉換輸入接口連接；所述隔離取樣模塊包括第一電容、第二電容、隔離變壓器、工頻吸收電感、調整電阻、衰減器，在所述隔離變壓器初級的同名端串接所述第一電容，所述第一電容的另一端作為隔離取樣模塊與低壓電力線火線連接的輸入端，隔離變壓器初級的非同名端作為隔離取樣模塊與低壓電力線零線連接的輸入端，形成閉環；所述隔離變壓器次級的同名端串接所述第二電容，所述第二電容的另一端連接所述衰減器的輸入端，衰減器的輸出端為隔離取樣模塊的取樣信號輸出端，隔離變壓器次級的非同名端為隔離取樣模塊的取樣信號輸出地，在所述衰減器的輸入端和所述取樣信號輸出地之間并聯所述工頻吸收電感和所述調整電阻。作為一種實施例，所述中頻接收機模塊包括混頻器、窄帶中頻濾波器、中頻對數放大器、全波檢測器，所述射頻輸入端與本振信號輸入端輸入所述混頻器后依次經過所述窄帶中頻濾波器、中頻對數放大器到全波檢測器后，由接收信號強度指示輸出端輸出所接收的射頻信號強度信息。作為一種實施例，所述低通濾波器由輸入端起始依次串聯第一電阻、第一電感、第二電感、第三電感，依次形成節點A、B、C、D,其中所述第一電阻與所述第一電感連接形成節點A，在所述節點A、B、C、D分別連接第三電容、第四電容、第五電容、第六電容的一端，所述第三電容、第四電容、第五電容、第六電容的另一端連接為節點E，所述節點E接地，在所述第六電容的兩端并聯第二電阻，所構成低通濾波器的截止頻率為15MHz。作為優化方案，所述第一電容為標稱電容值0.1微法,耐壓值275伏的金屬化漆絕電容，誤差范圍±20%。作為優化方案，所述第二電容為標稱電容值0.1微法，耐壓值275伏的無極性電容，誤差范圍±20%。作為優化方案，所述隔離變壓器變比為1:1，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%，以的隔離變壓器所用磁環的頻率范圍為20KHz IMHz。作為優化方案，所述工頻吸收電感為磁環電感，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%。作為優化方案，所述調整電阻為金屬膜電阻，標稱電阻值50歐姆。作為優化方案，所述衰減器的功率衰減量為30dB。本發明提出了一種快速，高效，準確的測試電力線載波信號電平的方案，提高了測試的安全性和有效性。
圖1是本發明整 體電路結構框圖，圖2是隔離取樣電路實施例示意圖，圖3是中頻接收機模塊電路結構框圖，圖4是低通濾波電路實施例示意圖。圖中:1 一處理器，2—隔離取樣模塊，3—中頻接收機模塊，4 一窄帶中頻濾波器，5—低通濾波器，6—可控數字合成器，7—第一電容，8—第二電容，9—調整電阻，10—工頻吸收電感，11—隔離變壓器，12—顯示模塊，13—射頻輸入端，14 一混頻器，15—本振信號輸入端，16—中頻對數放大器，17—全波檢測器，18—接收信號強度指示輸出端，19 一第一電阻，20一第一電感，21 一第_■電感，22一第二電感，23一第二電容，24一第四電容，25一第五電容，26一第六電容，27一第二電阻，28一裳減器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步說明:如圖1所示，所述現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，包括隔離取樣模塊2、中頻接收機模塊3、低通濾波器5、可控數字合成器6、處理器1、顯示模塊11，所述隔離取樣模塊2直接接入低壓電力線，用于從該低壓電力線上隔離采集載波信號，并將信號衰減到適合功率檢測的程度輸出，隔離取樣模塊2的輸出端與所述中頻接收機模塊3的射頻輸入端13連接，所述可控數字合成器6的控制端與處理器I的輸出接口連接，用于根據不同的載波頻率由處理器I設置相應頻率的本振信號輸出，所述可控數字合成器6的輸出端通過所述低通濾波器5與所述中頻接收機模塊3的本振信號輸入端15連接，中頻接收機模塊3的接收信號強度指示輸出端18與處理器I的AD轉換輸入接口連接。可控數字合成器6所產生的本振信號中包含大量的參考時鐘分量，不能直接使用，必須濾除。所以在可控數字合成器6后面添加了一個截至頻率為15M的低通濾波器，用來濾除本振信號中的時鐘分量。作為一種實施例，如圖4，所述低通濾波器5由輸入端起始依次串聯第一電阻19、第一電感20、第二電感21、第三電感22，依次形成節點A、B、C、D，其中所述第一電阻19與所述第一電感20連接形成節點A，在所述節點A、B、C、D分別連接第三電容23、第四電容24、第五電容25、第六電容26的一端,所述第三電容23、第四電容24、第五電容25、第六電容26的另一端連接為節點E，所述節點E接地，在所述第六電容26的兩端并聯第二電阻27，所構成低通濾波器5的截止頻率為15MHz。本振信號送入中頻接收機模塊3的本振輸入端口。被測信號經過前級采樣、濾波、衰減后送入混頻器射頻(RF)輸入端口，系統根據不同的載波頻率設置相應的本振信號(LO)送入混頻器件LO輸入端口。必須通過合理的系統設計，使得送入混頻器的RF信號要滿足混頻器對信號功率的要求，否則會導致功率檢測誤差、降低檢測動態范圍等問題。根據國網公司的相關標準要求低壓電力線載波最大功率應該小于120dBuV(13dBm)，系統中使用混頻器的IdB壓縮點為-15dBm，需要使用28dB的衰減器才能滿足混頻器RF輸入要求。考慮到采樣電路和前置濾波帶來的信號損失，以及實際的載波信號功率可能超出標準要求，綜合考慮使用了 30dB衰減器。混頻信號送入10.7M窄帶濾波器，濾波后的中頻信號(IF)送對數放大器，對放大后的信號進行功率檢測，功率檢測信號經過整流濾波后送單片機的AD采樣端口進行檢測。作為一種實施例，如圖3，所述中頻接收機模塊3包括混頻器14、窄帶中頻濾波器
4、中頻對數放大器16、全波檢測器17，所述射頻輸入端13與本振信號輸入端15輸入所述混頻器14后依次經過所述窄帶中頻濾波器4、中頻對數放大器16到全波檢測器17后，由接收信號強度指示輸出端18輸出所接收的射頻信號強度信息。由于選用高中頻方案可以降低前級帶通濾波器的設計難度。
如圖2，所述隔離取樣模塊2包括第一電容7、第二電容8、隔離變壓器11、工頻吸收電感10、調整電阻9，在所述隔離變壓器11初級的同名端串接所述第一電容7，所述第一電容7的另一端作為隔離取樣模塊2與低壓電力線火線連接的輸入端，隔離變壓器11初級的非同名端作為隔離取樣模塊2與低壓電力線零線連接的輸入端，形成閉環；所述隔離變壓器11次級的同名端串接所述第二電容8，所述第二電容8的另一端為隔離取樣模塊2的取樣信號輸出端，隔離變壓器11次級的非同名端為隔離取樣模塊2的取樣信號輸出地，在所述取樣信號輸出端和所述取樣信號輸出地之間并聯所述工頻吸收電感10和所述調整電阻9。作為優化方案,所述第一電容7為標稱電容值0.1微法,耐壓值275伏的獨石電容，誤差范圍±20%。所述第二電容8為標稱電容值0.1微法，耐壓值275伏的無極性電容，誤差范圍±20%。所述隔離變壓器11變比為1:1，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%，以20KHz IMHz的高頻磁環繞制。所述工頻吸收電感10為磁環電感，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%。所述調整電阻9為金屬膜電阻，標稱電阻值50歐姆。用以上元件構成的低壓電力線載波信號取樣隔離電路，實現了工頻電氣隔離，并且工頻信號降到微伏量級，而50kHz 500kHz高頻載波信號幾乎沒有衰減。本發明通過電容、變壓器和電感、電阻等元件的組合電路，有效降低了工頻分量，實現了電氣隔離，并將高頻載波信號取樣輸出，滿足了測試的要求。該隔離取樣電路提出了一種實用的電力線載波信號取樣隔離電路，提高了測試的安全性和有效 性。
權利要求
1.一種現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:包括隔離取樣模塊(2)、中頻接收機模塊(3)、低通濾波器(5)、可控數字合成器(6)、處理器(I)、顯示模塊(11)，所述隔離取樣模塊(2)直接接入低壓電力線，用于從該低壓電力線上隔離采集載波信號，并將信號衰減到適合功率檢測的程度輸出，隔離取樣模塊(2)的輸出端與所述中頻接收機模塊(3)的射頻輸入端(13)連接，所述可控數字合成器(6)的控制端與處理器(I)的輸出接口連接，用于根據不同的載波頻率由處理器(I)設置相應頻率的本振信號輸出，所述可控數字合成器(6)的輸出端通過所述低通濾波器(5)與所述中頻接收機模塊(3)的本振信號輸入端(15)連接，中頻接收機模塊(3)的接收信號強度指示輸出端(18)與處理器(I)的AD轉換輸入接口連接； 所述隔離取樣模塊(2)包括第一電容(7)、第二電容(8)、隔離變壓器(11)、工頻吸收電感(10)、調整電阻(9)、衰減器(28)，在所述隔離變壓器(11)初級的同名端串接所述第一電容(7)，所述第一電容(7)的另一端作為隔離取樣模塊(2)與低壓電力線火線連接的輸入端，隔離變壓器(11)初級的非同名端作為隔離取樣模塊(2)與低壓電力線零線連接的輸入端，形成閉環；所述隔離變壓器(11)次級的同名端串接所述第二電容(8)，所述第二電容(8)的另一端連接所述衰減器(28)的輸入端，衰減器(28)的輸出端為隔離取樣模塊(2)的取樣信號輸出端，隔離變壓器(11)次級的非同名端為隔離取樣模塊(2)的取樣信號輸出地，在所述衰減器(28)的輸入端和所述取樣信號輸出地之間并聯所述工頻吸收電感(10)和所述調整電阻(9)。
2.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述中頻接收機模塊(3)包括混頻器(14)、窄帶中頻濾波器(4)、中頻對數放大器(16)、全波檢測器(17)，所述射頻輸入端(13)與本振信號輸入端(15)輸入所述混頻器(14)后依次經過所述窄帶中頻濾波器(4)、中頻對數放大器(16)到全波檢測器(17)后，由接收信號強度指示輸出端(18)輸出所接收的射頻信號強度信息。
3.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述低通濾波器(5)由輸入端起始依次串聯第一電阻(19)、第一電感(20)、第二電感(21)、第三電感(22)，依次形成節點A、B、C、D，其中所述第一電阻(19)與所述第一電感(20)連接形成節點A，在所述節點A、B、C、D分別連接第三電容(23)、第四電容(24)、第五電容(25)、第六電容(26)的一端，所述第三電容(23)、第四電容(24)、第五電容(25)、第六電容(26)的另一端連接為節點E，所述節點E接地，在所述第六電容(26)的兩端并聯第二電阻(27)，所構成低通濾波器(5)的截止頻率為15MHz。
4.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述第一電容(7)為標稱電容值0.1微法，耐壓值275伏的金屬化漆纟侖電容,誤差范圍±20% ο
5.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述第二電容(8)為標稱電容值0.1微法，耐壓值275伏的無極性電容，誤差范圍±20%。
6.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述隔離變壓器(11)變比為1:1，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%，以的隔離變壓器(11)所用磁環的頻率范圍為20KHz IMHz。
7.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述工頻吸收電感(10)為磁環電感，電感量為I毫亨，誤差范圍±20%。
8.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述調整電阻(9)為金屬膜電阻，標稱電阻值50歐姆。
9.根據權利要求1所述的現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，其特征是:所述衰減器(2 8)的功率衰減量為30dB。
全文摘要
一種現場低壓電力線信號采樣隔離與功率檢測系統，將載波信號從電力線上有效的隔離、取樣和檢測，隔離取樣模塊將信號衰減到適合功率檢測的程度輸出，由中頻接收機模塊處理，利用可控數字合成器根據不同的載波頻率由處理器設置相應頻率的本振信號輸出，中頻接收機模塊的接收信號強度指示輸出端給處理器處理。簡單方便高效地消除在電力載波通信系統中,由于載波信號傳輸過程存在衰減等因素，容易受到現場的電磁環境的干擾,導致現場的載波通訊的終端設備無法正確的接收載波信號等問題。本發明可以方便現場的工作人員對現場的電磁環境以及電力線上的載波信號的功率進行測量和判斷,實現對載波信號的功率進行檢測。
文檔編號H04B3/46GK103227664SQ201310142649
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者夏水斌, 李帆, 鄧桂平, 李俊, 丁黎, 李莉, 陸健友, 劉晶晶 申請人:國家電網公司, 湖北省電力公司電力科學研究院