一种HPLC电力载波通信信道测量装置的制作方法

一种hplc电力载波通信信道测量装置
技术领域
1.本发明涉及hplc(宽带电力线载波)信道测量技术领域，尤其涉及一种hplc电力载波通信信道测量装置。


背景技术：

2.为了获得高性能的hplc用电信息采集通信系统，实现通信系统的设计、实现、诊断、评估及优化，需要对相应的电力线传输信道环境进行实时测量，以获取通信信道中诸如电力线噪声、电力线阻抗特性，以及在该电力线通信信道环境中的hplc通信性能等，因而电力线通信信道特性及设备性能监测是信道特性分析的基础。
3.针对hplc电力载波通信信道测量，目前尚未有能够实时测量获取电力信道状态信息的方案，若直接使用常规的示波器、频谱仪等设备进行测量，则会存在以下问题：
4.1、示波器、频谱仪等设备仅能够进行信号的离线分析，而无法直接将设备接入电力线进行实时的电力线噪声、阻抗采集，且设备的操作不便，如果操作不当，还会导致直接烧坏设备等故障产生。
5.2、电力线系统中由于通常是使用hplc电力集抄系统，因而在采集噪声时，很大概率会采集到hplc载波信号与噪声信号的叠加信号，而示波器、频谱仪等设备就无法分离出hplc载波信号与噪声信号，这样会造成噪声采集和阻抗测试的不准确性。
6.如专利申请cn03120836.3申请公开一种测量装置和对应方法，该方案包括频谱分析单元(100)，该单元有接收待测量输入信号的输入端，该输入信号包含位于预定频带内的载波信号；频谱分析单元(100)被设置以存储一套包含频带内载波信号位置的参数，并使用这套参数测量与载波信号相关的数值。但是上述方案通过频谱分析设备(频谱分析仪)来实现载波信号的测量，如上述，会存在无法直接设备接入电力线进行实时的电力线噪声、阻抗采集，无法直接分离出载波信号与噪声信号等问题。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、成本低、灵活性强且能够将噪声与载波信号进行有效分离的hplc电力载波通信信道测量装置。
8.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
9.一种hplc电力载波通信信道测量装置，包括依次连接的隔离滤波电路模块、信号处理电路模块以及滤波选择电路模块，所述隔离滤波电路模块接入交流电力线，进行隔离滤波后输出所需频率范围的测量信号，所述信号处理电路模块接入所述测量信号，输出处理后测量信号给滤波选择电路模块，所述滤波选择电路模块通过选择接入所需的滤波器将所述处理后测量信号中的噪声和载波信号进行滤波分离，得到分离后的噪声以及载波测量信号输出。
10.进一步的，所述隔离滤波电路模块包括相互连接的耦合变压单元以及交流电隔离
滤波单元，所述耦合变压单元接入交流电力线，进行耦合变压以实现交流强电和弱电的隔离，由所述交流电隔离滤波单元对指定频率范围的交流电进行隔离滤波后传输测量到的高频信号。
11.进一步的，所述信号处理模块包括依次连接的第一级衰减单元、第二级增益调整单元以及第三级相位调整单元，所述第一级衰减单元用于进行第一级的信号衰减处理，所述第二级增益调整单元用于进行第二级的增益调整处理，所述第三级相位调制单元用于进行第三级的相位调整处理。
12.进一步的，所述第一级衰减单元包括相互连接的衰减值切换单元以及两级以上的衰减网络，由所述衰减值切换单元切换接入不同级的所述衰减网络，以切换输出不同的衰减值。
13.进一步的，所述第二级增益调整单元包括增益切换单元以及用于提供可调增益调整的可调增益调整网络、用于提供固定增益调整的固定增益调整网络，所述增益切换单元分别与所述可调增益调整网络、所述固定增益调整网络连接。
14.进一步的，所述第三级相位调整单元为用于进行相位反向处理的相位反向电路。
15.进一步的，所述第一级衰减处理单元的输出端还设置有电压跟随单元，以用于对所述衰减处理单元输出的信号进行电压跟随。
16.进一步的，所述滤波选择电路模块包括控制开关以及分别与所述控制开关连接的多个滤波器，各所述滤波器对应不同的滤波频段，由所述控制开关控制接通各所述滤波器。
17.进一步的，所述滤波器具体包括一个以上的低频滤波器、一个以上的高通滤波器以及一个以上的全频段滤波器。
18.进一步的，所述滤波选择电路模块的输出端还分别设置有噪声输出通道以及载波信号输出通道，所述噪声输出通道的输入端连接第一滤波器的输出端，所述载波信号输出通道的输入端连接第二滤波器的输出端，所述第一滤波器用于滤波后输出噪声信号，所述第二滤波器用于滤波后输出载波信号。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过隔离滤波电路模块、信号处理电路模块以及滤波选择电路模块构成集成式的测量装置，由隔离滤波电路模块接入交流电力线进行隔离滤波，信号处理电路模块对测量信号进行信号处理，滤波选择电路模块将处理后测量信号中的噪声和载波信号进行滤波分离，最终得到分离后的噪声信号与载波测量信号，整套装置可方便的直接接入电力线系统进行hplc电力线载波通信信道的测量，且能够实现电力线噪声和hplc载波信号的有效分离，进而能够确保噪声采集和阻抗测试的准确性。
附图说明
20.图1是本实施例hplc电力载波通信信道测量装置的结构原理示意图。
21.图2是本实施例中隔离滤波电路模块的具体电路结构示意图。
22.图3是本实施例中第一级衰减单元的具体电路结构示意图。
23.图4是本实施例中电压跟随单元的具体电路结构示意图。
24.图5是本实施例中第二级增益调整单元的具体电路结构示意图。
25.图6是本实施例中第三级相位调整单元的具体电路结构示意图。
26.图7是本实施例中滤波选择电路模块的具体电路结构示意图。
27.图例说明：1、隔离滤波电路模块；11、耦合变压单元；12、交流电隔离滤波单元；2、信号处理电路模块；21、第一级衰减单元；211、衰减值切换单元；212、衰减网络；22、第二级增益调整单元；221、增益切换单元；222、可调增益调整网络；23、第三级相位调整单元；24、电压跟随单元；3、滤波选择电路模块。
具体实施方式
28.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
29.如图1所示，本实施例hplc电力载波通信信道测量装置包括依次连接的隔离滤波电路模块1、信号处理电路模块2以及滤波选择电路模块3，隔离滤波电路模块1接入交流电力线，进行隔离滤波后输出所需频率范围的测量信号，信号处理电路模块2接入测量信号，输出处理后测量信号给滤波选择电路模块3，滤波选择电路模块3通过选择接入所需的滤波器将处理后测量信号中的噪声和载波信号进行滤波分离，得到分离后的噪声信号与载波测量信号输出。
30.本实施例通过隔离滤波电路模块1、信号处理电路模块2以及滤波选择电路模块3构成集成式的测量装置，由隔离滤波电路模块1接入交流电力线进行隔离滤波，信号处理电路模块2对测量信号进行信号处理，滤波选择电路模块3将处理后测量信号中的噪声和载波信号进行滤波分离，最终得到分离后的噪声信号与载波测量信号，整套装置可方便的直接接入电力线系统进行hplc电力线载波通信信道的测量，且能够实现电力线噪声和hplc载波信号的有效分离，进而能够确保噪声采集和阻抗测试的准确性。
31.如图2所示，本实施例中隔离滤波电路模块1包括相互连接的耦合变压单元11以及交流电隔离滤波单元12，耦合变压单元11接入交流电力线，进行耦合变压以实现交流强电和弱电的隔离，由交流电隔离滤波单元12对指定频率范围的交流电进行隔离滤波后传输测量到的高频信号，可以有效实现交流强电和弱电的隔离而只传输指定范围的高频信号。
32.本实施例中耦合变压单元11具体采用耦合变压器t2，交流电隔离滤波单元12采用安规电容(c46、c30)，安规电容c46、c30的一端分别与耦合变压器t2的初级绕组相连以形成高通滤波器，sig_in为信号输入端，只允许通过频率在指定范围以上的高频信号，在该范围以下的低频信号则会被衰减被阻挡在耦合电路以外，实现交流强电和弱电信号的隔离。如具体可通过配置电容c46、c30的参数，使得对于50hz交流电为高阻状态(相当于开路)，对于高频载波信号相当于短路，从而可隔离50hz交流电和传输高频信号；同时通过配置耦合变压器t2以及c46、c30的参数(以形成高通滤波器)，使得只允许通过100khz以上的高频信号，100khz以下的低频信号(包括50hz的220v交流电)会被滤波隔离，实现交流强电和弱电之间的隔离。
33.可以理解的是，除上述结构外，交流电隔离滤波单元12、耦合变压单元11当然也可以采用在上述结构的基础上进行适应性调整、优化后所形成的结构，如增加隔离滤波器以进一步提高滤波效果，当然也可以采用其他的电路结构来实现交流电隔离、耦合变压。
34.本实施例中，信号处理电路模块2包括依次连接的第一级衰减单元21、第二级增益调整单元22以及第三级相位调整单元23，第一级衰减单元21用于进行第一级的信号衰减处
理，第二级增益调整单元22用于进行第二级的增益调整处理，第三级相位调整单元23用于进行第三级的相位调整处理。隔离滤波电路模块1输出的信号，由信号处理电路模块2中上述各单元依次进行衰减、增益调整以及相位调整的三级处理，使得可以得到幅度、增益以及相位等满足要求的信号，以便于后级电路进行处理。
35.如图3所示，本实施例中第一级衰减单元21包括相互连接的衰减值切换单元211以及两级以上的衰减网络212，由衰减值切换单元211切换接入不同级的衰减网络212，以切换输出不同的衰减值，可以通过切换输出不同的衰减值来满足不同输入信号的衰减需求。如果输入信号较大，或者后级电路需要信号处于较小等级，则可切换输出较大的衰减值，反之输出较小的衰减值。
36.参见图3，本实施例具体由分压电阻r6、r25、r32构成2级衰减网络，对输入信号sig_in进行衰减，c13、c29、c35为补偿电容，衰减值切换单元211为继电器k1，由继电器k1进行不同衰减值的切换，当relay1＝0时，衰减值为0.1倍，当relay1＝1时，衰减值为0.5倍，即可以提供0.1倍、0.5倍两种倍数的衰减。
37.可以理解的是，除上述结构外，第一级衰减单元21当然也可以采用在上述结构的基础上进行适应性调整、优化后所形成的结构，当然也可以采用其他的电路结构来实现不同衰减值切换。
38.本实施例中，第一级衰减单元21的输出端还设置有电压跟随单元24，以用于对第一级衰减单元21输出的信号进行电压跟随。电压跟随单元24具体可采用电压跟随器。由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，本实施例通过在第一级衰减单元21的输出端设置一级电压跟随器，使得可以隔离前(第一级衰减单元21)后(第二级增益调整单元22)级电路，消除它们之间的相互影响，且在一定程度上还可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用。
39.如图4所示，本实施例具体由u1的outa通道构成电压跟随器电路，对前级输入信号sig_1进行电压跟随，输出信号为outa_u1，其中r23为电流电阻，vd1为钳位二极管，以为u1提供输入保护。由u1的outa运放的负向输入端接到outa运放的输出端，outa运放的正向输入端与通过钳位二极管vd1与电流电阻r23连接，电流电阻r23的另一端连接输入信号端sig_1。
40.可以理解的是，除上述结构外，电压跟随单元24当然也可以采用在上述结构的基础上进行适应性调整、优化后所形成的结构，当然也可以采用其他的电路结构来实现电压跟随。
41.本实施例中，第二级增益调整单元22包括增益切换单元221以及用于提供可调增益调整的可调增益调整网络222、用于提供固定增益调整的固定增益调整网络，增益切换单元221分别与可调增益调整网络222、固定增益调整网络连接。通过第二级增益调整单元22上述结构，可以灵活根据需求实现可调增益或者固定增益的调整，满足各类场合的不同需求，提高装置的灵活性、适应性。
42.如图5所示，本实施例中可调增益调整网络222具体由u1 outb通道作为增益调整的反比例运放，信号outa_u1输入到运放中，通过由u2 8通道多路开关和负反馈电阻r26、r27、r28、r29、r30、r31、r33、r34的7级增益调整网络，通过s0_en、s1_en、s2_en控制端，实现
不同增益的调整，信号输出端为outb_u1。固定增益调整网络具体为第8级增益调整网络，由u3 outa运放通道构成正比例放大器，另外由反馈电阻r2、增益电阻r5共同组成，可提供10倍增益调整，信号输出端为outa_u3。增益切换单元221具体采用继电器k2，由继电器k2对7级增益调整网络和第8级增益调整网络进行切换，当relay2为低电平时，信号经过第8级增益调整网络后，信号outa_u3由inb_u3端输出；当relay2为高电平时，信号只经过7级增益调整网络后，信号outb_u1由inb_u3端输出，使得最终可以实现信号的0.1倍～10倍的8级增益调整，可以灵活满足各类场景下的增益调整需求。
43.参见图5，具体由u1 outb运放做为增益调整的反比例运放，r7的一端与outb运放的负向输入端连接，r7的另一端与信号端outa_u1相连；负反馈电阻r26、r27、r28、r29、r30、r31、r33、r34的一端分别与u2的第1、第2、第15、第14、第4、第13、第5、第12引脚相连，负反馈电阻r26、r27、r28、r29、r30、r31、r33、r34的另外一端与outb_u1连接；u2的第3引脚与信号端inb
‑
_u1相连。由u3 outa运放通道构成正比例放大器，另外由反馈电阻r2、增益电阻r5共同组成，反馈电阻r2的一端与outa_u3的输出端相连，反馈电阻r2的另外一端与增益电阻r5的一端相连，增益电阻r5的另一端与gnd相连。信号端outa_u3与继电器k2的5引脚连接，信号端inb
‑
_u3与继电器k2的4引脚连接，信号端outb_u3与继电器k2的3引脚连接，二极管vd2的一端与 5v5电源相连，继电器k2的12引脚与控制信号relay2相连。
44.本实施例中，第三级相位调整单元23为用于进行相位反向处理的相位反向电路，以对经过第二级增益调整单元22的信号进行反向处理，得到与sig_in同相位的信号，另外为信号inb_u3提供正向直流偏置电平，使信号inb_u3中心电平处于 5v_add/2处，便于后级电路处理。
45.如图6所示，本实施例中相位调整单元23具体由u3的outb通道做为放大倍数为1的反比例运放，结合增益电阻r8、反馈电阻r3，对信号inb_u3进行相位反向，另外在out_u4端为信号inb_u3提供正向直流偏执电平，信号输出端为outb_u3。
46.可以理解的是，除上述结构外，第三级相位调整单元23当然也可以采用在上述结构的基础上进行适应性调整、优化后所形成的结构，当然也可以采用其他的电路结构来实现相位调制。
47.本实施例中，滤波选择电路模块3具体包括控制开关以及分别与控制开关连接的多个滤波器，各滤波器对应不同的滤波频段，由控制开关控制接入各滤波器，以实现不同频段的滤波，使得对经过各级信号处理电路后的outb_u3的信号进行滤波处理后，有效分离出噪声和载波信号。
48.如图7所示，本实施例中滤波选择电路模块3具体包括低频滤波器(600khz)、高通滤波器(600khz)以及全频段滤波器，通过u5和u6多路开关进行不同频段的选择，其中由滤波电容c38、c42并联，一端与信号端sig_hf相连，另外一端分别与滤波电感l14、滤波电容c45的一端相连，滤波电感l14的另外一端与gnd相连，滤波电容c45的另外一端分别与滤波电感l15和滤波电容c39、c47并联的一端相连，滤波电感l15的另外一端与gnd相连，滤波电容c39、c47并联的另外一端与信号端sig_hf’相连，sig_hf’与u6的第14引脚相连，信号端sig_hf与u5的第14引脚相连。信号端sig_lf分别与u5的第12引脚、滤波电容c54、c55并联的一端、滤波电感l16的一端相连，滤波电容c54、c55并联的另外一端与gnd相连，滤波电感l16的另外一端分别与滤波电容c56、c57并联的一端、滤波电感l17的一端相连，滤波电容c56、
c57并联的另外一端与gnd相连，滤波电感l17的另外一端分别于滤波电容c56、c57并联的一端和信号端sig_lf’相连，滤波电容c56、c57并联的另外一端与gnd相连，信号端sig_lf’与u6的第12引脚相连。
49.本实施例中，滤波选择电路模块3通过u5和u6多路开关进行不同频段的选择，当控制端“sig0＝0,sig1＝0,sig2＝0”时，滤波器选择全频段直连，可通过100khz～12mhz频率范围的噪声和载波信号；当控制端“sig0＝1,sig1＝0,sig2＝0”时，滤波器选择600khz高通滤波器，可通过hplc载波信号，低频噪声被滤除；当控制端“sig0＝1,sig1＝1,sig2＝0”时，滤波器选择600khz低通滤波器，可通过600khz以下的低频噪声，hplc信号被滤除。通过以上信号滤波处理，信号由adc_in输出，然后送入adc采样芯片进行数字化处理。即滤波选择电路模块3通过控制开关选择，可以使得最终只输出噪声信号，也可以只输出载波信号，也可以同时分别输出噪声信号、载波信号，从而可以满足如噪声、电力特性等不同测量的需求。
50.可以理解的是，滤波选择电路模块3中各滤波器的数量、频段具体可以根据实际需求配置。
51.本实施例在，滤波选择电路模块3的输出端还分别设置有噪声输出通道以及载波信号输出通道，噪声输出通道的输入端连接第一滤波器的输出端，载波信号输出通道的输入端连接第二滤波器的输出端，第一滤波器用于滤波后输出噪声信号，第二滤波器用于滤波后输出载波信号。通过上述结构，可以将噪声信号、载波信号独立输出，从而便于后续分别对噪声、载波信号进行独立处理，同时也能够避免噪声信号对载波信号的影响。
52.本实施例通过由强弱电滤波耦合电路实现交流电力线的隔离，只通过频率100khz以上的信号，100khz以下的信号(包括50hz的220v交流电)被滤波，然后信号逐级通过第一级信号处理电路、电压跟随器、第二级信号处理电路、第三级信号处理电路、滤波选择电路，最终分离得到有效信号。
53.上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。