一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统的制作方法
专利名称：一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统的制作方法
技术领域：
本实用新型提出了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，涉及低压电力线载波通信测试领域。
背景技术：
低压电力线载波通信是利用低压电力线作为传输载体的一种通信方式，低压电力线存在各种现场噪声，由于现场噪声的存在影响了载波通信的使用效果。为了消除现场噪声就需要对其进行模拟、测试和分析，且模拟系统还需要满足测试用噪声模拟信号与低压现场噪声信号保真度的特征要求。但现场进行会有许多时间和地点上的条件限制。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，有了这个噪声信号模拟系统，可以在实验室对载波通信的噪声干扰特性进行测试和分析。上述技术问题，本实用新型的解决方案为一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号。如此一来，可通过高频耦合输入单元对现场低压电力线进行工频隔离，在主控单元的控制下对噪声信号进行取样、按照顺序存储，并实现噪声数据回放以模拟输出测试用
噪声信号。本实用新型所述的高频耦合输入单元包括所述的高频耦合输入单元包括第一至第四电容、第一和第二电感，所述的第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。本实用新型所述的A/D采样单元包括运算放大器和数模转换器，所述运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连。本实用新型所述的D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器。本实用新型所述的输出单元为一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。本实用新型所述高频耦合输出单元包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三电感、第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。本实用新型的有益效果提出了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，使得载波通信针对现场复杂、繁琐的数据采集、分析、调试和测试工作可以在后期或实验室中无限次重复进行，帮助使用者更加有效的寻找问题的根源。
图I是本实用新型的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统实施例组成框图；图2-1是原始噪声信号的波形图； 图2_2a是高频耦合去除工频信号后的高频噪声波形图；图2_2b是高频噪声电平调节后、A/D采样前的波形图；图2_3是噪声/[目号米样、存储、读取的时序图；图2-4是经低通滤波后的模拟信号波形图；图2-5是经电平增益调节后输出信号的波形图；图2-6是经高频耦合输出单元叠加测试用工频信号后的模拟测试用噪声波形图；图3是高频I禹合输入单元的一种组成连接图；图4是A/D采样单元的一种组成连接图；图5是D/A转换单元的一种组成连接图；图6是输出单元的一种组成连接图；图7是高频稱合输出单元的一种组成连接图。
具体实施方式
对照图1，本实用新型的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统实施例，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，高频耦合输入单元外接低压电力线，高频耦合输出单元输出测试用噪声信号，A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元以及输出单元都受主控单元控制。如图所示，通过高频耦合输入单元对现场低压电力线进行工频隔离，在主控单元的控制下对噪声信号进行取样、按照顺序存储，并实现噪声数据回放以模拟输出测试用噪
声信号。如图3所示，高频耦合输入单元的输入是低压电力线L和N，如图3，高频耦合输入单元是电容和电感等无源器件组成的高通滤波器，包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感和第二电感，第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。高通滤波器中电容和电感的数值应根据高频IMHz的耦合损耗和工频50Hz的衰减量计算得到。[0029]如图4所示，A/D采样单元主要由运算放大器和模数转换器组成，运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连，用于将耦合后的采样并转换成数字信号。运算放大器构成增益可调的放大器，增益调节量受主控单元控制和记录。A/D采样采用AD9240模数转换器，其转换长度为14bit，最高转换速率为10MSPS，远高于2MSPS采样频率的要求，能够满足采样定律不失真采样的要求。存储单元是采样数字信号存放的存储器电路SSDlGB或SSD2GB等。如图5所示，D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器，D/A转换器的转换速度和带宽大于采样速率和噪声 带宽的2倍。数模转换器采用长度14bit的AD9248，其转换速度达到20MSPS，远大于4MSPS的转换速率要求。低通滤波器采用LC无源滤波器，其LC的数值应按照截止频率低于采样频率设计，这样就可以从采样脉冲串中恢复模拟信号。如图6所示，输出单元一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。幅度调整的方法受主控单元控制，并根据预先的纪录进行反向电平调节，也就是A/D采样前的电平调节增益如果为正，则输出单元的电平调节增益应为负。主控单元是单板电脑LG2703A，控制与之相连的电平调节和A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元和输出单元按照图规定的时序进行工作，可确保高频噪声采样和存储过程在主控单元的作用下步步受控，同时保证在主控单元的作用下从存储器逐步恢复模拟信号，并对幅度进行相应控制得到正确的测试用噪声信号输出。原始信号是高频噪声叠加在工频电压上(图2-1)，经过高频耦合输入单元隔离了工频，仅剩下高频噪声波形(图2-2a)，再经过A/D采样单元的电平调节后波形就是采样前信号(图2-2b )，再送AD9240模数转换器进行采样。A/D采样脉冲、存入脉冲、读取脉冲受主控单元控制，采样、存入、读取噪声信号的过程如图2-3所示，第I个A/D采样脉冲采样的数据，存入脉冲作用下存放存储单元的位置1，第2个A/D采样脉冲采样的数据存放存储单元位置2，第3个A/D采样信号采样的数据存放存储单元位置3，如此继续直到采样的数据存放满规定的存储器容量或存放位置的个数N。当需要恢复信号时，第一个读取脉冲首先是从存储单元位置I读取先前存放的第一个数据，第二个读取脉冲是从存储单元位置2读取先前存放的第二个数据，第三个读取脉冲是从存储单元位置3读取先前存放的第三个数据，依次类推，直到先前存放的N个存储器读空。从存储单元顺序读取的就是前面A/D顺序采样存放的数据序列，该数据序列构成的一串波形数据流，以对应A/D采样前信号(图2-2b)，该数据流串经D/A转换单元的低通滤波器后恢复为模拟信号(图2-4)，因为采样频率高于被采样信号最高频率的2倍以上，所以该模拟信号(图2-4)与A/D采样前信号(图2-2b)保持一致。经过输出电路中用运放构成的增益调理电路后，输出信号(图2-5)与采样前耦合噪声信号(图2-2a)几乎一致，再经高频耦合输出单元叠加测试用工频信号(2-6)，以获得测试用的噪声信号。如图7所示，高频耦合输出单元与高频耦合输入单元的组成结构相同，只是连接方向相反，包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三电感、第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均应当理解为仍属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/d转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号。
2.根据权利要求I所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的高频稱合输入单兀包括第一至第四电容、第一和第二电感，所述的第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。
3.根据权利要求2所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的A/D采样单元包括运算放大器和数模转换器，所述运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器。
5.根据权利要求4所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的输出单元为一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。
6.根据权利要求5所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述高频耦合输出单元包括第五至第八电容、第三和第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。
专利摘要本实用新型公开了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号，本实用新型可以实现模拟低压载波测试用的噪声信号。
文档编号H04B3/54GK202435412SQ20112049152
公开日2012年9月12日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者党三磊, 刘健, 危阜胜, 李健, 肖勇, 陈锐民 申请人:广东电网公司电力科学研究院
技术领域：
本实用新型提出了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，涉及低压电力线载波通信测试领域。
背景技术：
低压电力线载波通信是利用低压电力线作为传输载体的一种通信方式，低压电力线存在各种现场噪声，由于现场噪声的存在影响了载波通信的使用效果。为了消除现场噪声就需要对其进行模拟、测试和分析，且模拟系统还需要满足测试用噪声模拟信号与低压现场噪声信号保真度的特征要求。但现场进行会有许多时间和地点上的条件限制。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，有了这个噪声信号模拟系统，可以在实验室对载波通信的噪声干扰特性进行测试和分析。上述技术问题，本实用新型的解决方案为一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号。如此一来，可通过高频耦合输入单元对现场低压电力线进行工频隔离，在主控单元的控制下对噪声信号进行取样、按照顺序存储，并实现噪声数据回放以模拟输出测试用
噪声信号。本实用新型所述的高频耦合输入单元包括所述的高频耦合输入单元包括第一至第四电容、第一和第二电感，所述的第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。本实用新型所述的A/D采样单元包括运算放大器和数模转换器，所述运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连。本实用新型所述的D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器。本实用新型所述的输出单元为一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。本实用新型所述高频耦合输出单元包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三电感、第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。本实用新型的有益效果提出了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，使得载波通信针对现场复杂、繁琐的数据采集、分析、调试和测试工作可以在后期或实验室中无限次重复进行，帮助使用者更加有效的寻找问题的根源。
图I是本实用新型的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统实施例组成框图；图2-1是原始噪声信号的波形图； 图2_2a是高频耦合去除工频信号后的高频噪声波形图；图2_2b是高频噪声电平调节后、A/D采样前的波形图；图2_3是噪声/[目号米样、存储、读取的时序图；图2-4是经低通滤波后的模拟信号波形图；图2-5是经电平增益调节后输出信号的波形图；图2-6是经高频耦合输出单元叠加测试用工频信号后的模拟测试用噪声波形图；图3是高频I禹合输入单元的一种组成连接图；图4是A/D采样单元的一种组成连接图；图5是D/A转换单元的一种组成连接图；图6是输出单元的一种组成连接图；图7是高频稱合输出单元的一种组成连接图。
具体实施方式
对照图1，本实用新型的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统实施例，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，高频耦合输入单元外接低压电力线，高频耦合输出单元输出测试用噪声信号，A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元以及输出单元都受主控单元控制。如图所示，通过高频耦合输入单元对现场低压电力线进行工频隔离，在主控单元的控制下对噪声信号进行取样、按照顺序存储，并实现噪声数据回放以模拟输出测试用噪
声信号。如图3所示，高频耦合输入单元的输入是低压电力线L和N，如图3，高频耦合输入单元是电容和电感等无源器件组成的高通滤波器，包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感和第二电感，第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。高通滤波器中电容和电感的数值应根据高频IMHz的耦合损耗和工频50Hz的衰减量计算得到。[0029]如图4所示，A/D采样单元主要由运算放大器和模数转换器组成，运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连，用于将耦合后的采样并转换成数字信号。运算放大器构成增益可调的放大器，增益调节量受主控单元控制和记录。A/D采样采用AD9240模数转换器，其转换长度为14bit，最高转换速率为10MSPS，远高于2MSPS采样频率的要求，能够满足采样定律不失真采样的要求。存储单元是采样数字信号存放的存储器电路SSDlGB或SSD2GB等。如图5所示，D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器，D/A转换器的转换速度和带宽大于采样速率和噪声 带宽的2倍。数模转换器采用长度14bit的AD9248，其转换速度达到20MSPS，远大于4MSPS的转换速率要求。低通滤波器采用LC无源滤波器，其LC的数值应按照截止频率低于采样频率设计，这样就可以从采样脉冲串中恢复模拟信号。如图6所示，输出单元一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。幅度调整的方法受主控单元控制，并根据预先的纪录进行反向电平调节，也就是A/D采样前的电平调节增益如果为正，则输出单元的电平调节增益应为负。主控单元是单板电脑LG2703A，控制与之相连的电平调节和A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元和输出单元按照图规定的时序进行工作，可确保高频噪声采样和存储过程在主控单元的作用下步步受控，同时保证在主控单元的作用下从存储器逐步恢复模拟信号，并对幅度进行相应控制得到正确的测试用噪声信号输出。原始信号是高频噪声叠加在工频电压上(图2-1)，经过高频耦合输入单元隔离了工频，仅剩下高频噪声波形(图2-2a)，再经过A/D采样单元的电平调节后波形就是采样前信号(图2-2b )，再送AD9240模数转换器进行采样。A/D采样脉冲、存入脉冲、读取脉冲受主控单元控制，采样、存入、读取噪声信号的过程如图2-3所示，第I个A/D采样脉冲采样的数据，存入脉冲作用下存放存储单元的位置1，第2个A/D采样脉冲采样的数据存放存储单元位置2，第3个A/D采样信号采样的数据存放存储单元位置3，如此继续直到采样的数据存放满规定的存储器容量或存放位置的个数N。当需要恢复信号时，第一个读取脉冲首先是从存储单元位置I读取先前存放的第一个数据，第二个读取脉冲是从存储单元位置2读取先前存放的第二个数据，第三个读取脉冲是从存储单元位置3读取先前存放的第三个数据，依次类推，直到先前存放的N个存储器读空。从存储单元顺序读取的就是前面A/D顺序采样存放的数据序列，该数据序列构成的一串波形数据流，以对应A/D采样前信号(图2-2b)，该数据流串经D/A转换单元的低通滤波器后恢复为模拟信号(图2-4)，因为采样频率高于被采样信号最高频率的2倍以上，所以该模拟信号(图2-4)与A/D采样前信号(图2-2b)保持一致。经过输出电路中用运放构成的增益调理电路后，输出信号(图2-5)与采样前耦合噪声信号(图2-2a)几乎一致，再经高频耦合输出单元叠加测试用工频信号(2-6)，以获得测试用的噪声信号。如图7所示，高频耦合输出单元与高频耦合输入单元的组成结构相同，只是连接方向相反，包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第三电感、第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。本实用新型的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均应当理解为仍属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/d转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号。
2.根据权利要求I所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的高频稱合输入单兀包括第一至第四电容、第一和第二电感，所述的第一电容和第二电容一端串联、第三电容和第四电容一端串联，第一电感的两端分别连接第一电容和第二电容的串联点及第三电容和第四电容的串联点之间，第一电容和第三电容的另一端为输入端，第二电感两端分别连接在所述的第二电容和第四电容的另一输出端上。
3.根据权利要求2所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的A/D采样单元包括运算放大器和数模转换器，所述运算放大器的输出端与数模转换器的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的D/A转换单元包括依次相连的D/A转换器和低通滤波器。
5.根据权利要求4所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述的输出单元为一用于对D/A转换单元恢复的模拟信号进行幅度调整的增益调节电路，该增益调节电路的输入端输入低通滤波器输出的滤波输出信号，由增益调节电路的输出端输出增益调整信号。
6.根据权利要求5所述的低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，其特征是所述高频耦合输出单元包括第五至第八电容、第三和第四电感，所述的第五电容和第六电容一端串联、第七电容和第八电容一端串联，第四电感的两端分别连接第五电容和第六电容的串联点及第七电容和第八电容的串联点之间，第六电容和第八电容的另一端为输出端，第三电感两端分别连接在所述的第五电容和第七电容的另一输入端上。
专利摘要本实用新型公开了一种低压电力线载波测试用噪声信号模拟系统，包括依次电连接的高频耦合输入单元、用于电平调节和A/D转换的A/D采样单元、存储单元、用于D/A转换和滤波的D/A转换单元、输出单元、高频耦合输出单元，另有主控单元与所述的A/D采样单元、存储单元、D/A转换单元、输出单元分别有控制线电连接，所述的高频耦合输入单元外接低压电力线，所述的高频耦合输出单元输出测试用噪声信号，本实用新型可以实现模拟低压载波测试用的噪声信号。
文档编号H04B3/54GK202435412SQ20112049152
公开日2012年9月12日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者党三磊, 刘健, 危阜胜, 李健, 肖勇, 陈锐民 申请人:广东电网公司电力科学研究院
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