可攜式時間同步測試儀的製作方法
2023-04-23 09:31:11
專利名稱：可攜式時間同步測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試設備，特別是一種適用於電力系統的可攜式時間同步測試儀。
背景技術：
時間同步是電力安全監控系統的一個重要的要素，隨著GPS (全球衛星定位系統)授 時技術的應用，電力系統中配備的時間同步裝置已越來越多，對時間同步的性能要求也越 來越高。目前，對電力系統時間同步裝置的性能測試校驗需要藉助時間頻率標準源、示波 器、計數器、IRIG-B碼解碼器等多種儀器相互配合或分別測試，這對於現場檢測十分不便， 不能達到一機化綜合測試、直接顯示測試結果的效果。
加之，目前的測試方式需要有經驗的測試人員組合測試儀器，讀取、比對和處理數據， 以獲得最終測試結果，容易產生人為誤差。此外，對串口規約格式正確性和IRIG-B碼規約 格式正確性的測試尚未有專門的現場測試儀器。
此外，目前用於通信系統同步網的時間頻率測試儀，主要測試頻率穩定度和秒脈衝精 度，無法完成電力系統同步網測試所要求的秒脈衝寬度、秒脈衝上升沿、串口時間數據準 確度、IRIG-B碼格式時間數據準確度、串口規約格式的正確性和IRIG-B碼規約格式的正確 性等性能的測試。
總之，以上現有技術均不能解決對電力系統時間同步裝置實現可攜式一機化現場綜合 測試的需要。
實用新型內容
本實用新型針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種適用於對電力系統以及其他 場合使用的時間同步裝置進行現場檢測的可攜式時間同步測試儀，能夠集時間頻率標準、 串口數據和B碼數據測量計算比對、測試結果顯示保存輸出等功能於一體，並具有接線、 操作簡單，讀數方便準確等方面的特點。
本實用新型的技術方案如下
可攜式時間同步測試儀，其特徵在於包括信號前置處理單元、輸入緩衝單元、B碼 解碼單元、規約接收檢驗單元、主控單元、測量單元、輸出單元和人機界面單元，所述信 號前置處理單元的輸出端分別連接至主控單元和測量單元的輸入端，輸入緩衝單元的輸出端分別連接至測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元的輸入端，所述主控單元、測 量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元均連接到總線上，並通過輸出單元輸出，人機 界面與主控單元交互連接，所述規約接收檢驗單元為接收串口數據並將其進行解碼的單元， 所述B碼解碼單元為接收B碼數據並將其進行解碼的單元，所述測量單元包括數據比對單 元和幀頭辨識測量單元，所述數據比對單元為完成串口數據和/或B碼數據比對的單元，幀 頭辨識測量單元為完成串口數據和/或B碼數據的時間精度測量的單元。
上述測量單元還包括測量計時控制單元、時差測量控制單元、頻差測量控制單元和寬 度測量控制單元。
上述信號前置處理單元包括GPS接收模塊、機內時基和輸出緩衝模塊，所述輸出緩衝 模塊包括信號分頻模塊。
上述機內時基為銣原子振蕩器或高精、高穩晶體振蕩器。 上述信號前置處理單元的輸出端還連接至輸出單元的輸入端。
上述主控單元輸出端和輸出單元的輸入端之間還設置有B碼生成單元，上述B碼生成 單元為生成B碼格式時間信息的單元。
上述主控單元的輸出端還連接至輸出單元的輸入端。 本實用新型的技術效果如下
該測試儀的信號前置處理單元接收標準的時間和位置信息，作為本機UTC時間標準， 並作為頻率振蕩源的矯正信號，輸入緩衝單元輸入本機源信號，規約接收檢驗單元為接收 串口數據並將其進行解碼的單元，B碼解碼單元為接收B碼數據並將其進行解碼的單元， 串口數據輸送至規約接收檢驗單元，B碼數據輸送至B碼解碼單元，在主控單元的控制下， 在測量單元實現時間頻率信號和本機源信號進行比對，測量單元包括數據比對單元和幀頭 辨識測量單元，數據比對單元為完成串口數據和/或B碼數據比對的單元，幀頭辨識測量單 元為完成串口數據和/或B碼數據的時間精度測量的單元，將比對結果存儲、顯示和輸出， 本實用新型能夠集時間頻率標準、串口數據和B碼數據測量計算比對、測試結果顯示保存 輸出等功能於一體，省去現場檢測時需多種儀器相互配合或分別測試帶來的不便以及誤差， 實現一機化綜合測試，並具有接線、操作簡單，讀數方便準確等方面的特點。
測量單元還包括測量計時控制單元、時差測量控制單元、頻差測量控制單元和寬度測 量控制單元，這樣，本實用新型可以完成的測試項目包括頻率信號的準確度(被測頻率 信號與頻率標準之差)；時差(被測秒脈衝上升沿與UTC秒脈衝上升沿之差)；秒脈衝寬度; 秒脈衝上升沿寬度；串口數據時間準確度(串口數據起始符與UTC秒脈衝上升沿之差)；B碼格式時間數據時間準確度(B碼格式時間數據的起始符與UTC秒脈衝上升沿之差)；串 口規約格式的正確性；B碼規約格式的正確性；對於不同規約的串口時間數據採用了自適 應解碼的方式，本實用新型採用一體化測量技術和可攜式結構，可準確測試頻差、時差、 秒脈衝寬度、秒脈衝上升沿寬度、串口時間數據準確度、IRIG-B碼時間數據準確度、串口
規約格式正確性和IRIG-B碼規約格式正確性，並對於不同規約的串口時間數據採用了自適
應解碼測試的方式，從而為電力系統時間同步設備現場測試校驗提供一種便捷、高效、精 確的綜合測試手段。
圖1為本實用新型可攜式時間同步測試儀的內部結構圖； 圖2為本實用新型可攜式時間同步測試儀的測量接線圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行說明。
圖1為本實用新型的可攜式時間同步測試儀的內部結構圖，可攜式時間同步測試儀，
包括信號前置處理單元、輸入緩衝單元、B碼解碼單元、規約接收檢驗單元、主控單元、 測量單元、輸出單元和人機界面單元，所述信號前置處理單元的輸出端分別連接至主控單 元和測量單元，輸入緩衝單元的輸出端分別至連接測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解 碼單元的輸入端，所述主控單元、測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元均連接到 總線上，並通過輸出單元輸出，人機界面與主控單元交互連接。其中，信號前置處理單元 包括GPS接收模塊、機內時基和輸出緩衝模塊，信號前置處理單元接收GPS同步衛星發送 的時刻和時間數據信號，作為頻率振蕩源的矯正信號，和測試儀的UTC時間信號。採用高 精度GPS接收模塊，時間輸出精度優於20ns。 GPS接收模塊的秒脈衝信號送機內時基作為 訓頻信號，串行數據送主控單元，機內時基採用有訓頻銣原子振蕩器或高精、高穩晶體振 蕩器，作為測試儀器的頻率振蕩源，頻率振蕩源受GPS信號的校正，並由單獨的電源供電。 銣原子振蕩器或高精、高穩晶體振蕩器輸出的頻率信號通過輸出緩衝模塊進行隔離放大、 整形以及分頻處理，該輸出緩衝模塊能防止頻率信號相位移動和波形畸變。經過整形電路 形成方波信號，該信號為準確的過零觸發的頻率基準信號，即頻基信號，該信號可直接送 至輸出單元，作為校驗信號供校準單位進行校驗；輸出緩衝模塊包括信號分頻模塊，頻基 信號還可在信號分頻模塊分頻為秒脈衝信號即時基信號，然後分別輸出到主控單元和測量
5單元，另外，該秒脈衝信號從主控單元輸出後可直接送至輸出單元，作為校驗信號供校準 單位進行校驗。
輸入緩衝單元對各種類型的輸入信號進行放大、隔離、驅動處理，輸入信號如頻率信 號、IPPS秒脈衝、RS232\RS485時間信號、IRIG-B (DC) TTL時間信號、IRIG-B (DC) 422時間信號、IRIG-B (AC)時間信號等時間、頻率信號，之後將隔離、驅動處理的信號 根據相應的信號類型分別送至測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元。如，將頻率 信號和IPPS秒脈衝信號直接送至測量單元測量；將RS232\RS485時間信號等串口數據送至 規約接收檢驗單元進行規約轉換，規約接收檢驗單元完成外部輸入的RS232\RS485規約時 間數據的解碼。該單元預設了不同的規約特徵，對於輸入的數據進行判別屬於何種規約， 記錄起始位時刻，結果送測量單元進行幀頭識別測量和數據比對；將IRIG-B (DC) TTL時 間信號、IRIG-B (DC) 422時間信號、IRIG-B (AC)時間信號等外部輸入的B碼數據送至 B碼解碼單元，B碼解碼單元將緩衝處理後的B碼數據接收，解調、解碼成為串行數據， 送測量單元，B碼解碼單元按照IRIG-B 120和020標準解碼。
主控單元是由CPU， CPLD以及常規外圍電路組成，負責對全系統的工作進行控制， 主控單元控制時基信號和輸入信號在測量單元完成數據比對、測量計時控制、時差測量控 制、頻差測量控制、寬度測量控制、幀頭辨識測量。其中，數據比對，完成解碼的RS232\RS485 規約時間數據的比對和B碼解碼後時間數據的比對；幀頭辨識測量比對，完成RS232\RS485 數據幀頭時間精度測量、B碼起始位的識別和時間精度測量；測量計時控制，給頻差測量 控制單元、時差測量控制單元、寬度測量控制單元、幀頭辨識測量比對單元提供開、關門 信號之間的計時、計數；頻差測量控制，完成頻率準確度測量和計算，計算公式 f(i)/m-fo)/fn， f(i)為被測頻率信號第i個秒一秒鐘內的頻率信號過零數，m可以為100, 1000,1000由面板操作選定；時差測量控制，完成秒脈衝時間精度、B碼時間精度、串行數 據時間精度的測量計算，由本機標準信號的上升沿作為開門信號，由被測信號的上升沿作 為關門信號，然後計算開關門之間的時間；寬度測量控制，完成秒脈衝寬度的測量和計算， 由被測信號的上升沿作為開門信號，被測信號的下降沿作為關門信號，計算開關門之間的 時間。另外，主控單元可以對信號前置單元的信號進行修正以及穩定處理，並直接輸出串 口信號和秒脈衝信號至輸出單元，作為校驗信號供校準單位進行校驗。
輸出單元，實現輸出信號驅動、隔離、緩衝，並將測試比對結果數據輸出顯示在測試 儀的控制面板上的實時數據顯示窗口，同時還可以輸出該設備自己生成的並供校驗單位用 的信號；人機界面，即測試儀的控制面板上的測試項目選擇區，由按鍵、LCD顯示器、指示燈和相關電路組成，人機界面與主控單元連接，實現主控單元與按鍵之間的控制。在主 控單元輸出端和輸出單元的輸入端之間還設置有B碼生成單元，B碼生成單元，根據主控 單元提供的時間信息和時刻標誌生成IRIG-B格式的時間信息，並將其從輸出單元輸出。
圖2為本實用新型可攜式時間同步測試儀的測量接線圖。本測試儀從被測時間、頻率 設備同時接入頻率信號、IPPS秒脈衝、RS232\RS485時間信號、IRIG-B (DC) TTL日寸間信 號、IRIG-B (DC) 422時間信號、IRIG-B (AC)時間信號等六種被測時間、頻率信號，一 次完成接線後在測試項目選擇區利用控制面板上的鍵盤實施測量項目的選擇，按同一鍵結 束該項目的測量，測試結果顯示在實時數據顯示窗口，同時存儲於輸出緩存，按數據輸出 鍵將測量結果數據通過串口數據線送入與之相連的計算機。
其中，實時數據顯示窗口在控制面板上選擇液晶屏顯示，測試項目選擇區可以選擇為 脈衝測量、報文精度、報文測量、頻率測量，例如，脈衝測量包括鐘差和脈寬的測量，鍾 差為測量輸入脈衝信號於標準脈衝信號間的時差，脈寬為測量輸入脈衝信號的脈衝寬度； 報文精度為測量RS232數據起始碼時間誤差；報文測量為校核RS232數據的正確性；頻率 測量是測量10MHz輸入頻率的準確度，測量時間為100S、 1000S和1000S。控制面板上還 包括信號輸入、信號輸出、數據輸出和復位等按鍵或窗口。
具體測量方法如下
鐘差和脈寬的測量方法鐘差的測量是以本鍾秒脈衝信號上升沿作為計時的開門信號， 被測信號的秒脈衝上升沿作為計時的關門信號，當開門信號到來時測量單元的計時模塊開 始計時直到關門信號到來，計時長度即鐘差；脈衝寬度是以被測秒脈衝信號的上升沿作為 計時開門信號，被測信號下降沿作為計時的關門信號，計時長度即脈衝寬度。
頻率準確度測量輸入的被測頻率信號以本機的秒脈衝上升沿作為開門信號，由測量 單元的及時、計數功能模塊開始計數計時。在測試規定結束的時刻的秒脈衝上升沿作為計 數關門信號，使用該計數的結果和計時結果由主控單元計算得出實測頻率f(T)，記標稱頻率 f(N)，主控單元計算(f(T)-f(N)) /f(N)=A， A即頻率準確度。
串行數據報文準確度和起始位精度的測量輸入的串行數據進入規約接收檢驗單元， 該單元根據預設的規約比對判別輸入數據的規約形式，並解碼為標準串口規約數據，送測 量單元的數據比對單元與本機標準數據比較，並予以顯示，起始位時刻送測量單元幀頭識 別測量功能模塊，以本鍾秒脈衝信號上升沿作為計時的開門信號，起始位時刻作為計時的 關門信號，當開門信號到來時測量單元的計時模塊開始計時直到關門信號到來，計時長度 即起始位精度。B碼格式時間數據時間準確度和串口規約格式的正確性的測量輸入的B碼格式時間 數據在B碼解碼單元進行解碼，幀頭時刻送測量單元幀頭識別測量功能模塊，以本鍾秒脈 衝信號上升沿作為計時的開門信號，幀頭時刻作為計時的關門信號，當開門信號到來時測 量單元的計時模塊開始計時直到關門信號到來，計時長度即B碼精度，解碼數據送測量單 元的數據比對單元與本機標準數據比較，並予以顯示。
總之，與現有技術相比，本實用新型具有如下突出優點
1、 採用一體化測量技術。儀器集時間頻率標準、數據測量計算比對、測試結果顯示保 存輸出等功能於一體，可以完成的綜合測試項目包括頻率準確度、時間準確度、秒脈衝寬
度、秒脈衝上升沿、串口數據準確度、IRIG-B碼數據準確度、串口規約格式正確性、IRIG-B 碼規約格式正確性。使用本實用新型進行測試，避免了傳統測量方式需多種儀器的連接、 配合及繁瑣操作，為電力系統時間同步裝置的現場測試帶來了很大的方便。
2、 測試範圍包含了串口數據準確度和串口規約格式正確性的檢測，並對於不同規約的 串口時間數據採用了自適應解碼的技術，從而有效地填補了目前對這兩項電力系統時間同 步性能進行現場測試手段的空缺。
3、 測試方式簡捷直接。使用本實用新型進行各種性能測量，僅需將被側信號連接入儀 器背板的信號輸入接口，然後在面板菜單上進行測試項目選擇，儀器將根據選擇自動切換 測試項目，自動實現比對測量計算，並在液晶屏上顯示測試結果，根據需要可輸出測試數 據。整個測試過程不需要人工讀取、比對、計算或處理數據，避免了傳統測試手段需藉助 測試人員的經驗組合多種儀器、並需人工讀取、比對或處理數據的煩瑣過程，減少了因測 試人員經驗不同而可能產生的誤差。
應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面地理解本發明創造， 但不以任何方式限制本發明創造。因此，儘管本說明書參照附圖和實施例對本發明創造已 進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明創造進行修改或 者等同替換，總之， 一切不脫離本發明創造的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵 蓋在本發明創造專利的保護範圍當中。
權利要求1、可攜式時間同步測試儀，其特徵在於包括信號前置處理單元、輸入緩衝單元、B碼解碼單元、規約接收檢驗單元、主控單元、測量單元、輸出單元和人機界面單元，所述信號前置處理單元的輸出端分別連接至主控單元和測量單元的輸入端，輸入緩衝單元的輸出端分別連接至測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元的輸入端，所述主控單元、測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元均連接到總線上，並通過輸出單元輸出，人機界面與主控單元交互連接，所述規約接收檢驗單元為接收串口數據並將其進行解碼的單元，所述B碼解碼單元為接收B碼數據並將其進行解碼的單元，所述測量單元包括數據比對單元和幀頭辨識測量單元，所述數據比對單元為完成串口數據和/或B碼數據比對的單元，幀頭辨識測量單元為完成串口數據和/或B碼數據的時間精度測量的單元。
2、 根據權利要求l所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述測量單元還包括 測量計時控制單元、時差測量控制單元、頻差測量控制單元和寬度測量控制單元。
3、 根據權利要求1或2所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述信號前置處 理單元包括GPS接收模塊、機內時基和輸出緩衝模塊，所述輸出緩衝模塊包括信號分頻模 塊。
4、 根據權利要求3所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述機內時基為洳原 子振蕩器。
5、 根據權利要求4所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述信號前置處理單 元的輸出端還連接至輸出單元的輸入端。
6、 根據權利要求4所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述主控單元輸出端 和輸出單元的輸入端之間還設置有B碼生成單元，所述B碼生成單元為生成B碼格式時 間信息的單元。
7、 根據權利要求4所述的可攜式時間同步測試儀，其特徵在於，所述主控單元的輸出 端還連接至輸出單元的輸入端。
專利摘要本實用新型提供一種可攜式時間同步測試儀，包括信號前置處理單元、輸入緩衝單元、B碼解碼單元、規約接收檢驗單元、主控單元、測量單元、輸出單元和人機界面單元，信號前置處理單元的輸出端連接至主控單元和測量單元的輸入端，輸入緩衝單元的輸出端分別連接至測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元的輸入端，主控單元、測量單元、規約接收檢驗單元和B碼解碼單元均連接到總線上，並通過輸出單元輸出，人機界面與主控單元交互連接。本實用新型採用一體化測量技術和可攜式結構，對於不同規約的串口時間數據採用了自適應解碼測試的方式，從而為電力系統時間同步設備現場測試校驗提供一種便捷、高效、精確的綜合測試手段。
文檔編號G01R31/00GK201247292SQ200820110248
公開日2009年5月27日 申請日期2008年8月28日 優先權日2008年8月28日
發明者東 吳, 汪純子, 王旭蕊, 齊隆宇 申請人:北京威科特電氣技術有限公司