CN201466800U - 改进的时间同步测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种改进的时间同步测试仪，包括信号前置处理单元、输入缓冲单元、主控单元、测量单元、基准信号处理单元、输出单元和人机界面单元，信号前置处理单元的输出端分别连接至主控单元、测量单元和基准信号处理单元的输入端，输入缓冲单元的输出端分别连接至测量单元和基准信号处理单元的输入端，主控单元、测量单元和基准信号处理单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，人机界面与主控单元交互连接。本实用新型采用一体化测量技术和便携式结构，能够集时间频率标准、SOE时间信号测量计算比对、测试结果显示保存输出等功能于一体，从而为电力***时间同步设备现场测试校验提供一种便捷、高效、精确的综合测试手段。

Description

改进的时间同步测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种测试设备，特别是一种适用于电力***的改进的时间同步测试仪。

背景技术

时间同步是电力安全监控***的一个重要的要素，随着GPS(全球卫星定位***)授时技术的应用，电力***中配备的时间同步装置已越来越多，对时间同步的性能要求也越来越高。目前，对电力***时间同步装置的性能测试校验需要借助时间频率标准源、示波器、计数器等多种仪器相互配合或分别测试，这对于现场检测十分不便，不能达到一机化综合测试、直接显示测试结果的效果。

加之，目前的测试方式需要有经验的测试人员组合测试仪器，读取、比对和处理数据，以获得最终测试结果，容易产生人为误差。此外，目前用于通信***同步网的时间频率测试仪，主要测试频率稳定度和秒脉冲精度，无法完成电力***同步网测试所要求的秒脉冲宽度、秒脉冲上升沿、SOE时间信号的正确性等性能的测试。

总之，以上现有技术均不能解决对电力***时间同步装置实现便携式一机化现场综合测试的需要。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种适用于对电力***以及其他场合使用的时间同步装置进行现场检测的时间同步测试仪，能够集时间频率标准、SOE时间信号测量计算比对、测试结果显示保存输出等功能于一体，并具有接线、操作简单，读数方便准确等方面的特点。

本实用新型的技术方案如下：

一种改进的时间同步测试仪，其特征在于：包括信号前置处理单元、输入缓冲单元、主控单元、测量单元、基准信号处理单元、输出单元和人机界面单元，所述信号前置处理单元的输出端分别连接至主控单元、测量单元和基准信号处理单元的输入端，输入缓冲单元的输出端分别连接至测量单元和基准信号处理单元的输入端，所述主控单元、测量单元和基准信号处理单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，人机界面与主控单元交互连接，所述信号前置处理单元包括信号分频模块，所述信号分频模块为将频率基准信号分频为微秒脉冲信号、毫秒脉冲信号和秒脉冲信号的单元，所述基准信号处理单元为在主控单元的控制下以信号前置处理单元输出的微秒脉冲信号或毫秒脉冲信号为基准将SOE时间信号进行时序标定处理的单元。

还包括B码解码单元和规约接收检验单元，所述规约接收检验单元和B码解码单元的输入端分别和输入缓冲单元的输出端相连，所述规约接收检验单元和B码解码单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，所述规约接收检验单元为接收串口数据并将其进行解码的单元，所述B码解码单元为接收B码数据并将其进行解码的单元，所述测量单元包括数据比对单元和帧头辨识测量单元，所述数据比对单元为完成串口数据和/或B码数据比对的单元，帧头辨识测量单元为完成串口数据和/或B码数据的时间精度测量的单元.

上述主控单元包括脉冲自动识别模块，所述脉冲自动识别模块为将输入信号的秒脉冲信号和分脉冲信号进行自动识别并控制测量单元进行测量类型转换的模块。

上述测量单元还包括测量计时控制单元、时差测量控制单元、频差测量控制单元和宽度测量控制单元。

上述信号前置处理单元包括GPS接收模块、机内时基和输出缓冲模块，所述输出缓冲模块包括信号分频模块。

上述机内时基为铷原子振荡器或高精、高稳晶体振荡器。

上述信号前置处理单元的输出端还连接至输出单元的输入端。

上述主控单元输出端和输出单元的输入端之间还设置有B码生成单元，上述B码生成单元为生成B码格式时间信息的单元。

上述主控单元的输出端还连接至输出单元的输入端。

本实用新型的技术效果如下：

该测试仪的信号前置处理单元接收标准的时间和位置信息，作为本机UTC时间标准，并作为频率振荡源的矫正信号，输入缓冲单元输入本机源信号，在主控单元的控制下，在测量单元实现时间频率信号和本机源信号进行比对，并将比对结果存储、显示和输出；当输入信号为SOE时间信号时，输入缓冲单元将SOE时间信号进行放大、隔离等处理后送入基准信号处理单元，信号前置处理单元中的信号分频单元将信号分频为微秒脉冲信号、毫秒脉冲信号和秒脉冲信号，为了精确分辨出各个重要信号的先后，对SOE时间信号的记录必须达到1ms甚至更小的分辨率，所以需要将信号前置处理单元输出的微秒脉冲信号或者毫秒脉冲信号输入基准信号处理单元，基准信号处理单元在主控单元的控制下以微秒脉冲信号或毫秒脉冲信号为基准将SOE时间信号进行时序标定处理，处理后通过输出单元输出分辨率为微秒级或毫秒级的时间信号。本实用新型能够集时间频率标准、SOE时间信号测量计算比对、测试结果显示保存输出等功能于一体，能够检测自动化***中事件发生时刻的记录，省去现场检测时需多种仪器相互配合或分别测试带来的不便以及误差，实现一机化综合测试，并具有接线、操作简单，读数方便准确等方面的特点。

本实用新型的测试仪还包括B码解码单元和规约接收检验单元，规约接收检验单元为接收串口数据并将其进行解码的单元，B码解码单元为接收B码数据并将其进行解码的单元，串口数据输送至规约接收检验单元，B码数据输送至B码解码单元，在主控单元的控制下，在测量单元实现时间频率信号和本机源信号进行比对，测量单元包括数据比对单元和帧头辨识测量单元，数据比对单元为完成串口数据和/或B码数据比对的单元，帧头辨识测量单元为完成串口数据和/或B码数据的时间精度测量的单元，将比对结果存储、显示和输出，这样，本实用新型能够集时间频率标准、SOE时间信号测量计算比对、串口数据和B码数据测量计算比对、测试结果显示保存输出等功能于一体，具有更加强大的一机化综合测试的特点。

测量单元还包括测量计时控制单元、时差测量控制单元、频差测量控制单元和宽度测量控制单元，这样，本实用新型可以完成的测试项目包括：频率信号的准确度(被测频率信号与频率标准之差)；时差(被测秒脉冲上升沿与UTC秒脉冲上升沿之差)；秒脉冲宽度；秒脉冲上升沿宽度；串口数据时间准确度(串口数据起始符与UTC秒脉冲上升沿之差)；B码格式时间数据时间准确度(B码格式时间数据的起始符与UTC秒脉冲上升沿之差)；串口规约格式的正确性；B码规约格式的正确性；对于不同规约的串口时间数据采用了自适应解码的方式，本实用新型采用一体化测量技术和便携式结构，可准确测试频差、时差、秒脉冲宽度、秒脉冲上升沿宽度、串口时间数据准确度、IRIG-B码时间数据准确度、串口规约格式正确性和IRIG-B码规约格式正确性，并对于不同规约的串口时间数据采用了自适应解码测试的方式，从而为电力***时间同步设备现场测试校验提供一种便捷、高效、精确的综合测试手段.

附图说明

图1为本实用新型改进的时间同步测试仪的内部结构图；

图2为本实用新型改进的时间同步测试仪的测量接线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

图1为本实用新型改进的时间同步测试仪的内部结构图，改进的时间同步测试仪，包括信号前置处理单元、输入缓冲单元、基准信号处理单元、B码解码单元、规约接收检验单元、主控单元、测量单元、输出单元和人机界面单元，所述信号前置处理单元的输出端分别连接至主控单元、测量单元和基准信号处理单元的输入端，输入缓冲单元的输出端分别至连接测量单元、基准信号处理单元、规约接收检验单元和B码解码单元的输入端，所述主控单元、测量单元、基准信号处理单元、规约接收检验单元和B码解码单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，人机界面与主控单元交互连接。其中，信号前置处理单元包括GPS接收模块、机内时基和输出缓冲模块，输出缓冲模块包括信号分频模块，信号前置处理单元接收GPS同步卫星发送的时刻和时间数据信号，作为频率振荡源的矫正信号，和测试仪的UTC时间信号。采用高精度GPS接收模块，时间输出精度优于20ns。GPS接收模块的秒脉冲信号送机内时基作为训频信号，串行数据送主控单元，机内时基采用有训频铷原子振荡器或高精、高稳晶体振荡器，作为测试仪器的频率振荡源，频率振荡源受GPS信号的校正，并由单独的电源供电。铷原子振荡器或高精、高稳晶体振荡器输出的频率信号通过输出缓冲模块进行隔离放大、整形以及分频处理，该输出缓冲模块能防止频率信号相位移动和波形畸变。经过整形电路形成方波信号，该信号为准确的过零触发的频率基准信号，即频基信号，该信号可直接送至输出单元，作为校验信号供校准单位进行校验；由于输出缓冲模块包括信号分频模块，频基信号还可在信号分频模块分频为微秒脉冲信号、毫秒脉冲信号和秒脉冲信号，然后将秒脉冲信号分别输出到主控单元和测量单元，将微秒脉冲信号或毫秒脉冲信号输入基准信号处理单元，另外，该秒脉冲信号从主控单元输出后可直接送至输出单元，作为校验信号供校准单位进行校验。

输入缓冲单元对各种类型的输入信号进行放大、隔离、驱动处理，输入信号如频率信号、SOE时间信号、1PPS秒脉冲时间信号、1PPM分脉冲时间信号、RS232\RS485时间信号、IRIG-B(DC)TTL时间信号、IRIG-B(DC)422时间信号、IRIG-B(AC)时间信号等时间、频率信号，之后将隔离、驱动处理的信号根据相应的信号类型分别送至测量单元、规约接收检验单元和B码解码单元.如，将频率信号、1PPS秒脉冲时间信号和1PPM分脉冲时间信号直接送至测量单元测量；将SOE(Sequence of event，事件顺序记录)时间信号，即随机发生的故障、非人为、不能预测的事件信号，送至基准信号处理单元，为了精确分辨出各个重要信号的先后，对SOE时间信号的记录必须达到1ms甚至更小的分辨率，所以需要将微秒脉冲信号或者毫秒脉冲信号输入基准信号处理单元，该基准信号处理单元在主控单元的控制下以微秒脉冲信号或毫秒脉冲信号为基准将SOE时间信号进行信号比对、时差计时等时序标定处理；将RS232\RS485时间信号等串口数据送至规约接收检验单元进行规约转换，规约接收检验单元完成外部输入的RS232\RS485规约时间数据的解码。该单元预设了不同的规约特征，对于输入的数据进行判别属于何种规约，记录起始位时刻，结果送测量单元进行帧头识别测量和数据比对；将IRIG-B(DC)TTL时间信号、IRIG-B(DC)422时间信号、IRIG-B(AC)时间信号等外部输入的B码数据送至B码解码单元，B码解码单元将缓冲处理后的B码数据接收，解调、解码成为串行数据，送测量单元，B码解码单元按照IRIG-B120和020标准解码。

主控单元是由CPU，CPLD以及常规***电路组成，负责对全***的工作进行控制，主控单元控制秒脉冲信号和输入信号在测量单元完成数据比对、测量计时控制、时差测量控制、频差测量控制、宽度测量控制、帧头辨识测量。此外，主控单元还可以包括脉冲自动识别模块，该脉冲自动识别模块将输入信号的秒脉冲信号和分脉冲信号进行自动识别并控制测量单元进行测量类型转换。具体地，主控单元接收信号前置处理单元输出的秒脉冲信号作为标准信号，60个该标准的秒脉冲信号即为标准的分脉冲信号，主控单元通过连续两秒的测量方式进行输入信号的测量：当连续两秒均有脉冲信号时即为PPS秒脉冲信号，在测量单元进行标准秒脉冲信号和输入PPS秒脉冲信号的比对；当第一秒有脉冲信号，第二秒没有信号时即为PPM分脉冲信号，在测量单元进行标准分脉冲信号和输入PPM分脉冲信号的比对，由此完成PPS秒脉冲信号和PPM分脉冲信号的自动识别。其中，数据比对，完成解码的RS232\RS485规约时间数据的比对和B码解码后时间数据的比对；帧头辨识测量比对，完成RS232\RS485数据帧头时间精度测量、B码起始位的识别和时间精度测量；测量计时控制，给频差测量控制单元、时差测量控制单元、宽度测量控制单元、帧头辨识测量比对单元提供开、关门信号之间的计时、计数；频差测量控制，完成频率准确度测量和计算，计算公式：(∑f(i)/m-fn)/fn，f(i)为被测频率信号第i个秒一秒钟内的频率信号过零数，m可以为100，1000，1000由面板操作选定；时差测量控制，完成秒脉冲时间精度、分脉冲时间精度、B码时间精度、串行数据时间精度的测量计算，由本机标准信号的上升沿作为开门信号，由被测信号的上升沿作为关门信号，然后计算开关门之间的时间；宽度测量控制，完成秒脉冲/分脉冲宽度的测量和计算，由被测信号的上升沿作为开门信号，被测信号的下降沿作为关门信号，计算开关门之间的时间。另外，主控单元可以对信号前置单元的信号进行修正以及稳定处理，并直接输出串口信号和秒脉冲信号至输出单元，作为校验信号供校准单位进行校验。

输出单元，实现输出信号驱动、隔离、缓冲，并将测试比对结果数据输出显示在测试仪的控制面板上的实时数据显示窗口，同时还可以输出该设备自己生成的并供校验单位用的信号；如SOE时间信号的测量能够检测自动化***中事件发生时刻的记录，其测量记录显示为：年、月、日、时、分、秒、毫秒、微妙.人机界面，即测试仪的控制面板上的测试项目选择区，由按键、LCD显示器、指示灯和相关电路组成，人机界面与主控单元连接，实现主控单元与按键之间的控制.在主控单元输出端和输出单元的输入端之间还设置有B码生成单元，B码生成单元，根据主控单元提供的时间信息和时刻标志生成IRIG-B格式的时间信息，并将其从输出单元输出.

图2为本实用新型时间同步测试仪的测量接线图。本测试仪从被测时间、频率设备同时接入频率信号、1PPS\1PPM时间信号、RS232\RS485时间信号、IRIG-B(DC)TTL时间信号、IRIG-B(DC)422时间信号、IRIG-B(AC)时间信号、SOE时间信号等被测时间、频率信号，一次完成接线后在测试项目选择区利用控制面板上的键盘实施测量项目的选择，按同一键结束该项目的测量，测试结果显示在实时数据显示窗口，同时存储于输出缓存，按数据输出键将测量结果数据通过串口数据线送入与之相连的计算机。

其中，实时数据显示窗口在控制面板上选择液晶屏显示，测试项目选择区可以选择为脉冲测量、分脉冲测量、事件时刻测量(SOE时间信号测量)、报文精度、报文测量、频率测量，例如，脉冲测量包括钟差和脉宽的测量，钟差为测量输入脉冲信号与标准脉冲信号间的时差，脉宽为测量输入脉冲信号的脉冲宽度；分脉冲测量包括分脉冲钟差，即输入分脉冲信号与标准脉冲信号的时差；事件时刻测量为动作事件发生时的时刻；报文精度为测量RS232数据起始码时间误差；报文测量为校核RS232数据的正确性；频率测量是测量10MHz输入频率的准确度，测量时间为100S、1000S和1000S。控制面板上还包括信号输入、信号输出、数据输出和复位等按键或窗口。

具体测量方法如下：

钟差和脉宽的测量方法：钟差的测量是以本钟秒脉冲信号上升沿作为计时的开门信号，被测信号的秒脉冲上升沿作为计时的关门信号，当开门信号到来时测量单元的计时模块开始计时直到关门信号到来，计时长度即钟差；脉冲宽度是以被测秒脉冲信号的上升沿作为计时开门信号，被测信号下降沿作为计时的关门信号，计时长度即脉冲宽度。

分脉冲的测量方法：分脉冲的测量是以本钟分脉冲信号上升沿作为计时的开门信号，被测信号的分脉冲上升沿作为计时的关门信号，当开门信号来时测量单元的计时模块开始计时直到关门信号到来，计时长度即分脉冲钟差。

事件信号的测量方法：事件信号的测量是以事件信号上升沿作为触发信号，信号触发时即记录时触发信号的发生时刻，测试项目选择区中的按键SOE为启动和关闭按键。

频率准确度测量：输入的被测频率信号以本机的秒脉冲上升沿作为开门信号，由测量单元的及时、计数功能模块开始计数计时。在测试规定结束的时刻的秒脉冲上升沿作为计数关门信号，使用该计数的结果和计时结果由主控单元计算得出实测频率f(T)，记标称频率f(N)，主控单元计算(f(T)-f(N))/f(N)＝A，A即频率准确度。

串行数据报文准确度和起始位精度的测量：输入的串行数据进入规约接收检验单元，该单元根据预设的规约比对判别输入数据的规约形式，并解码为标准串口规约数据，送测量单元的数据比对单元与本机标准数据比较，并予以显示，起始位时刻送测量单元帧头识别测量功能模块，以本钟秒脉冲信号上升沿作为计时的开门信号，起始位时刻作为计时的关门信号，当开门信号到来时测量单元的计时模块开始计时直到关门信号到来，计时长度即起始位精度。

B码格式时间数据时间准确度和串口规约格式的正确性的测量：输入的B码格式时间数据在B码解码单元进行解码，帧头时刻送测量单元帧头识别测量功能模块，以本钟秒脉冲信号上升沿作为计时的开门信号，帧头时刻作为计时的关门信号，当开门信号到来时测量单元的计时模块开始计时直到关门信号到来，计时长度即B码精度，解码数据送测量单元的数据比对单元与本机标准数据比较，并予以显示.

使用本实用新型进行各种性能测量，仅需将被侧信号连接入仪器背板的信号输入接口，然后在面板菜单上进行测试项目选择，仪器将根据选择自动切换测试项目，自动实现比对测量计算，并在液晶屏上显示测试结果，根据需要可输出测试数据。整个测试过程不需要人工读取、比对、计算或处理数据，避免了传统测试手段需借助测试人员的经验组合多种仪器、并需人工读取、比对或处理数据的烦琐过程，减少了因测试人员经验不同而可能产生的误差。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种改进的时间同步测试仪，其特征在于：包括信号前置处理单元、输入缓冲单元、主控单元、测量单元、基准信号处理单元、输出单元和人机界面单元，所述信号前置处理单元的输出端分别连接至主控单元、测量单元和基准信号处理单元的输入端，输入缓冲单元的输出端分别连接至测量单元和基准信号处理单元的输入端，所述主控单元、测量单元和基准信号处理单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，人机界面与主控单元交互连接，所述信号前置处理单元包括信号分频模块，所述信号分频模块为将频率基准信号分频为微秒脉冲信号、毫秒脉冲信号和秒脉冲信号的单元，所述基准信号处理单元为在主控单元的控制下以信号前置处理单元输出的微秒脉冲信号或毫秒脉冲信号为基准将SOE时间信号进行时序标定处理的单元。

2.根据权利要求1所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，还包括B码解码单元和规约接收检验单元，所述规约接收检验单元和B码解码单元的输入端分别和输入缓冲单元的输出端相连，所述规约接收检验单元和B码解码单元均连接到总线上，并通过输出单元输出，所述规约接收检验单元为接收串口数据并将其进行解码的单元，所述B码解码单元为接收B码数据并将其进行解码的单元，所述测量单元包括数据比对单元和帧头辨识测量单元，所述数据比对单元为完成串口数据和/或B码数据比对的单元，帧头辨识测量单元为完成串口数据和/或B码数据的时间精度测量的单元。

3.根据权利要求1所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述主控单元包括脉冲自动识别模块，所述脉冲自动识别模块为将输入信号的秒脉冲信号和分脉冲信号进行自动识别并控制测量单元进行测量类型转换的模块。

4.根据权利要求1所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述测量单元还包括测量计时控制单元、时差测量控制单元、频差测量控制单元和宽度测量控制单元。

5.根据权利要求1至4之一所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述信号前置处理单元包括GPS接收模块、机内时基和输出缓冲模块，所述输出缓冲模块包括信号分频模块。

6.根据权利要求5所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述机内时基为铷原子振荡器。

7.根据权利要求6所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述信号前置处理单元的输出端还连接至输出单元的输入端。

8.根据权利要求2所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述主控单元输出端和输出单元的输入端之间还设置有B码生成单元，所述B码生成单元为生成B码格式时间信息的单元。

9.根据权利要求1或2所述的改进的时间同步测试仪，其特征在于，所述主控单元的输出端还连接至输出单元的输入端。

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