专利名称：一种电力时钟检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置，具体地说是涉及一种电力系统脉冲同步性能检测设备。
背景技术：
电力系统的自动化水平越来越高，作为电力自动化电力系统基础平台的时间同步 得到了越来越广泛的重视和应用。在电力自动化，继电保护等领域需要精确的时间信息。电力时钟同步信号主要有1PPS/1PPM/1PPH信号、IRIG-B码直流和交流信号等。这 些信号作为时间标准接入到需要时间同步的电力装置中。为保证电力系统时间同步网的正 确运行，需要对这些信号进行检测，确保时钟同步设备的工作正确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式的电力时钟检测装置。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，它包括卫星接收单元，接收卫星信号，通过跟踪卫星信号，进行卫星电文处理和时频标合 成，生成基准秒脉冲时钟信号，所述卫星接收单元的输出端与脉冲检测单元相连接；IRIG-B码解调单元，解调电力时钟设备输出的IRIG-B信号，得到B码信号携带的 秒脉冲同步信号，所述IRIG-B码解调单元的输出端与脉冲检测单元相连接；脉冲检测单元，其输入端分别与卫星接收单元和IRIG-B码解调单元相连接，其输 出端与用户交互单元相连接；所述的脉冲检测单元检测待测秒脉冲同步信号与生成的基准 秒脉冲时钟信号的时差值；用户交互单元，其与脉冲检测单元相连接，从脉冲检测单元中获得时差值，进行统 计后，可进行显示和保存；供电单元，其分别与卫星接收单元、IRIG-B码解调单元、脉冲检测单元和用户交互 单元相连接。上述的卫星接收单元为北斗或GPS卫星接收模块。上述的供电单元为具备充电功能的蓄电池。上述的用户交互单元集成数据保存芯片和USB接口设备。采用上述技术方案的本发明，可以为电力系统中电厂、变电站等场合安装的电力 主时钟和扩展装置提供测量功能，满足电力时钟的检测要求，保证电力系统的时间统一，提 高电网运行的质量和可靠性。本发明具有以下优点第一，采用卫星同步技术，测量精度 高；第二，可测量多种脉冲信号，测试功能丰富；第三，提供用户交互功能，方便用户操作； 第四，采用便携式设计，具备体积小、重量轻等特点。综上，本发明填补了市场上电力脉冲同 步检测设备的空白，采用卫星接收单元作基准源、可测量1PPS/1PPM/1PPH电力时钟常用信 号、可测量直流IRIG-B和交流IRIG-B同步性能。
图1为本发明的整体结构原理框图；图2为本发明的整体信号流程图；图3为本发明中交流B码信号转化示意图；图4为本发明中脉冲检测单元的原理框具体实施例方式如图1所示，本发明由卫星接收单元、IRIG-B码解调单元、脉冲检测单元、用户交 互单元和供电单元五部分构成。本发明内置北斗或GPS卫星接收单元，生成高精度时钟标 准；IRIG-B码解调单元采用高速数字电路设计，实现对直流IRIG-B和交流IRIG信号的解 调；脉冲检测单元采用可编程逻辑芯片实现对电力时钟设备性能的检测；用户交互单元采 用液晶显示屏获取必要的数据及信息进行显示；装置采用内置电池供电方式，为各单元提 供直流电源。具体地讲，本发明的原理及信号流程如图2所示卫星接收单元，采用北斗或GPS等卫星接收模块或芯片，这为本领域普通技术人 员所熟知的技术。卫星接收单元的输出端与脉冲检测单元相连接；它可以接收北斗或GPS 等卫星信号，生成本地秒脉冲信号。由于跟踪卫星信号，所以本地秒脉冲信号同步于卫星信 号，可以作为检测电力时钟信号的基准时钟信号使用。电力时钟检测装置也提供外部基准 输入，如采用外部钟源铷钟、铯钟等等作为基准检测电力时钟设备信号。卫星接收模块输出 的工作状态信息，包括跟踪卫星状态和时间信息等，送至用户交互模块。为提高检测装置的 通用性，卫星接收模块也提供外部基准输入，用来代替卫星接收模块产生的同步信号。具备 卫星接收功能的铷钟、铯钟等均可产生基于UTC的基准时标信号。IRIG-B码解调单元，针对电力时钟设备输出的直流和交流IRIG-B信号进行测试。 对于电力时钟设备输出的IRIG-B信号，首先需要解调直流IRIG-B信号和交流IRIG-B信 号，得到B码信号携带的秒脉冲同步信号，根据B码信号定义，B码信号的同步性能可以通 过检测B码秒脉冲的同步性能来实现，如图2所示。IRIG-B码解调单元中采用可编程逻辑 器件直接解调直流IRIG-B信号，恢复出的秒脉冲信息输出到脉冲检测单元，解调得到的时 间信息等提供给用户显示单元显示给用户。对输入的交流IRIG-B信号需要首先接入到模 数转换芯片，转换后的数据信息也输入到可编程逻辑器件进行数据处理，得到秒脉冲和时 间信息等，分别输出到脉冲识别单元和用户显示单元进行处理。具体地说，对输入的交流IRIG-B信号需要首先接入到模数转换芯片，转换后的数 据信息也输入到可编程逻辑器件进行数据处理。可自动识别交流信号的幅度，进行幅度判 决后转化成直流IRIG-B信号，再对转化得到直流信号进行解调得到秒脉冲和时间信息等， 分别输出到脉冲识别单元和用户显示单元进行处理。交流IRIG-B信号需要经过电压比较器，交流IRIG-B模拟信号对零点平进行比较， 如果幅度为正输出逻辑高电平信号，否则输出逻辑低电平信号，这样得到一个周期为IKHz 的方波信号，方波的上升沿为交流B码的信号过零点。对方波信号进行采样，即可确定交流 B码的正向过零点的时刻。如图3所示，根据正向过零点，延迟250us，即在交流B码正弦信号电平最大时，利用AD转换对交流IRIG-B模拟信号采样，和预先设定的参考幅度值比较，相对于预设参考信 号电平值进行比较，预设电平值一般等于交流B码高电平的70%。如果实际信号高于电平 预设值，则输出逻辑高电平信号，如果实际信号低于电平预设值，则输出逻辑低电平信号。 经过处理后产生的方波信号，即为直流IRIG-B信号。直流IRIG-B进行解调时，利用本地时钟对高电平持续时间计数，以判定脉冲宽 度。具体实现时以直流B码信号脉冲的上升沿作为技术器的开门量清零并开始进行计数， 以脉冲信号下降沿作为关门量停止计数，得到的计数值乘以本地时钟周期，计算得到脉冲 宽度。对得到的脉冲宽度进行判断，确定数据信息“1”、“0”和插入时隙，并可以得到参考码 元位置和位置识别标志位息，根据B码数据格式，进一步得到时间信息和控制信息，并可以 根据参考码元得到B码携带的同步信息一秒脉冲信号。直流IRIG-B码解调单元中采用可编程逻辑器件直接解调直流IRIG-B信号，恢 复出的秒脉冲信息输出到脉冲检测单元。直流IRIG-B解调与交流IRIG-B码解调第三阶 段-直流IRIG-B解调方法相同，都是根据脉冲宽度对信号进行解调得到的时间信息等。交 流B码和直流B码解调得到的秒脉冲信号提供给脉冲检测单元进行同步性能检测，时间报 文信息和控制信息等提供给用户显示单元显示给用户。脉冲检测单元，在可变程逻辑器件中实现，主要功能是实现输入被测信号与基 准信号的同步性能的检测，即得到电力时钟设备的同步性能。它的输入端分别与卫星接 收单元和IRIG-B码解调单元相连接，其输出端与用户交互单元相连接。被测信号包括 1PPS/1PPM/1PPH信号，以及解调IRIG-B信号得到秒脉冲信号。被测脉冲信号的同步性能即 与基准信号的同步性能，记录每次检测得到的时间差，测试一定时间后对得到的时间差数 据进行统计，得到同步性能。进行测试的前提条件是保证卫星接收模块输出的IPPS已与卫 星同步，如果基准信号是铯钟或铷钟设备的IPPS信号，也要保证其经过一定时间预热，保 证输出信号的可用性。如图4所示，同步脉冲检测单元以输入的基准秒脉冲作为检测的基准，输入的脉 冲信号均与基准信号进行时差测量，得到被检测脉冲信号的性能。对于被测IPPS秒脉冲信 号，直接与基准IPPS信号进行对比，测量出时间差数据；检测过程中，以基准信号上升沿作 为检测计数器的开门量，计数器清零并开始计数，计数器工作频率为本地时钟输出，被测信 号上升沿作为关门量，停止计数并保存计数结果。如果出现被测信号上升沿早于基准信号 上升沿时，则以被测信号上升沿作为开门量，以基准信号作关门量，不过得到的计数结果应 为负数。计数器范围应设置门县，如果时差超过门限，则认为被测信号失调，不进行测量。计 数器的计数结果乘以本地时钟周期，即可得到被测信号与基准信号的时差值。如果被测信号为1PPM，需要依据卫星接收单元的时间对基准IPPS进行六十倍分 频产生1PPM，在每分钟的零秒时刻对分频计数器清零，并置IPPM信号为高电平得到IPPM 的上升沿，再根据卫星接收模块的时间信息，适时将IPPM信号拉低，即产生基准IPPM信号。 利用生成的基准IPPM检测被测IPPM信号，可以得到被测IPPM的同步性能。对于被测IPPH 信号，需要基准IPPS依据卫星接收单元的时间进行3600倍分频产生基准1PPH，在每小时 的零分零秒准时刻对基准IPPH信号置高电平，得到IPPH的上升沿，利用卫星接收模块的时 间信息，定时使IPPM信号置为低电平，产生基准IPPH信号。利用生成的基准IPPH检测被 测IPPH信号，可以得到被测IPPH的同步性能。对于经过IRIG-B解调产生的IPPS信号，直
5接与基准IPPS信号进行对比检测，即可实现对IRIG-B信号同步性能的检测。检测过程与 IPPS信号检测过程相同，需要注意，因为交流B码解调时引入了 250us的时延，在得到的测 试结果中需要减去250us，得到的结果为真正的交流B码信号的同步精度。用户交互单元，它包括CPU数据处理单元和液晶显示单元，其与脉冲检测单元相 连接，从脉冲检测单元中获得时差值。用户交互单元提供电力同步设备性能结果的显示，供 用户使用。同步性能数据从脉冲检测单元获取。此外可以提供卫星接收单元的时间显示和 卫星跟踪状态指示等功能。用户交互单元采用液晶单元显示各项电力时钟设备的检测结 果，各项检测结果均实时显示，同时也可以显示卫星接收单元输出的卫星时间信息和卫星 跟踪状态。用户交互单元还提供了存储功能和数据读取端口，内置FLASH等存储芯片，用户 可选择将测试结果保存；同时提供USB等接口，方便用户数据读取。需要指出的是，用户交换单元具备工作参数设置功能，可以设置基准秒脉冲选择 类型和输入检测信号类型。在使用设备时，应通过用户交互单元设备选择被测信号类型，脉 冲检测单元根据选择的被测信号，启动不同的检测流程。然后从脉冲检测单元中获得时差 值后，除对时差值实时显示外，也可对时差值进行统计和运算，得到算术均值，最大时差值， 最小时差值和方差值等。用户交互单元提供电力同步设备性能结果的显示，供用户使用。供电单元采用蓄电池方式对装置进行供电，满足装置便携要求。蓄电池输出直流 电源，如+5V，+12V等，电量用尽时可用外部交流220V进行充电，其充电电路为本领域普通 技术人员所熟知的技术。蓄电池与卫星接收单元、IRIG-B码解调单元、脉冲检测单元和用 户交互单元均相连接。
权利要求
一种电力时钟检测装置，其特征在于，它包括卫星接收单元，接收卫星信号，通过跟踪卫星信号，进行卫星电文处理和时频标合成，生成基准秒脉冲时钟信号，所述卫星接收单元的输出端与脉冲检测单元相连接；IRIG-B码解调单元，解调电力时钟设备输出的IRIG-B信号，得到B码信号携带的秒脉冲同步信号，所述IRIG-B码解调单元的输出端与脉冲检测单元相连接；脉冲检测单元，其输入端分别与卫星接收单元和IRIG-B码解调单元相连接，其输出端与用户交互单元相连接；所述的脉冲检测单元检测待测秒脉冲同步信号与生成的基准秒脉冲时钟信号的时差值；用户交互单元，其与脉冲检测单元相连接，从脉冲检测单元中获得时差值，进行统计后，可进行显示和保存；供电单元，其分别与卫星接收单元、IRIG-B码解调单元、脉冲检测单元和用户交互单元相连接。
2.根据权利要求1所述的电力时钟检测装置，其特征在于所述的卫星接收单元为北 斗或GPS卫星接收模块。
3.根据权利要求2所述的电力时钟检测装置，其特征在于所述的供电单元为具备充 电功能的蓄电池。
4.根据权利要求3所述的电力时钟检测装置，其特征在于所述的用户交互单元集成 数据保存芯片和USB接口设备。
全文摘要
本发明公开了一种电力时钟检测装置，它包括卫星接收单元，其输出端与脉冲检测单元相连接；IRIG-B码解调单元，解调电力时钟设备输出的IRIG-B信号，得到B码信号携带的秒脉冲同步信号；脉冲检测单元，检测待测秒脉冲同步信号与生成的基准秒脉冲时钟信号的时差值；用户交互单元，从脉冲检测单元中获得时差值，进行统计后，可进行显示和保存；供电单元，其分别与卫星接收单元、IRIG-B码解调单元、脉冲检测单元和用户交互单元相连接。本发明可以为电力系统中电厂、变电站等场合安装的电力主时钟和扩展装置提供测量功能，满足电力时钟的检测要求，保证电力系统的时间统一，提高电网运行的质量和可靠性。
文档编号G06F1/12GK101871976SQ20091006471
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月24日 优先权日2009年4月24日
发明者吴淑琴, 李军华, 王文瑜, 贾小波 申请人:郑州威科姆科技股份有限公司