[发明专利]融合电力线载波通信与故障检测定位功能的集成化装置

说明书

本发明公开一种融合电力线载波通信与故障检测定位功能的集成化装置，包括集成化发射端的故障检测载波信号生成与分离子系统、DA模块、AD模块、调理电路、隔离耦合器、无线通信模块、电源管理模块，以及集成化接收端的故障检测载波信号接收与分离子系统、AD模块、调理电路、隔离耦合器、无线通信模块、电源管理模块。集成化发射端通过产生周期性融合扩频码和融合调制码，使得载波信号在传输的同时，具备故障检测能力，并综合考虑故障发生位置，采用电力线载波通信与无线通信两种技术对故障信息进行传输，实现电能输送、数据传输、故障诊断一体化，提升了电能输送和通信系统的可靠性和可维护性，实现检测装置的多功能、小型化、低成本设计。

技术领域

本发明涉及一种融合电力线载波通信与故障检测定位功能的集成化装置及方法，属于载波通信技术领域。

背景技术

在航空航天及车辆系统中，为了保证系统的高可靠工作，需要对整个系统的多个部位进行监控和检测。由于测量参数成百上千，所需的传感器、作动器的数量较多，对应地需要大量的数据传输线；与此同时，对发动机控制、运载管理系统的依赖程度不断增加，对各类客运服务和娱乐系统使用的增加，不可避免地导致航空航天及车辆运载系统中电缆数量多，重量大，分布交叉复杂，降低了运载效率为了解决这一现状，引入电力载波通信技术(Power Line Communication,PLC)，其最大特点是利用电力线路作为传输信息的通道，不需要额外铺设通信线路，可以降低建设成本，减少传统通信电缆的体积和重量，提升运载效率，是一种从根本上减少电力线体积重量的可行有效的方式。该方法将会大大地降低通信成本，避免二次布线的施工困难。因此在汽车，飞机，宇宙飞船等领域得到了广泛地研究与应用。

然而电力载波通信技术的应用会降低运载系统本身的可靠性，这是因为其需要在电力线上接入耦合设备、载波信息发射端和接收端。且航空航天及车辆系统工作环境复杂，电力线受潮湿的空气、化学腐蚀、高温、振动、摩擦、过压过流等因素的影响日益严重，随着使用周期的加长，出现易老化、绝缘性能下降的问题，慢慢地危及电力线的导体层，导致电力线发生断线、接地、短路等故障，为系统正常工作埋下了极大隐患。一旦重要部件所连接的电力线发生故障，不仅会影响正常通信的数据传输，还会导致电力输送中断，对整个电源系统造成连锁反应和致命影响，进而造成严重的生命财产损失，甚至危及生命。另外，由于电力线周围活动空间狭小，造成补救困难，修复时间长，易加剧损失。因此对载波通信和航空航天及车辆系统中的布线可靠性及可维护性需求也越来越高。

在各种关于故障检测和精确定位的方法中，扩展频谱时域反射法(SpreadSpectrum Time Domain Reflectometry,SSTDR)因其定位精度高，抗干扰能力强，能够实现在线检测受到了特别的关注，可以大大提高系统检测率。

在Honeywell公司的专利U.S.Pat NO 7,868,621 B2，Liu et al.中介绍了一种方法，基于电力线载波的飞机配电系统采用PLC技术和SSTDR故障诊断方法来提供关键的维护功能。其主要贡献在于不同于传统的飞机配电系统只能对通电前的馈电导线部分进行检测定位，该发明可以实现实时在线故障检测定位。主要方法是将SSTDR故障检测装置添加至PLC调制解调器，通过PLC抽头点将SSTDR检测信号注入配电系统，以实现飞机配电系统电力线故障的在线检测定位。

但是该专利仍然存在以下几个方面的问题：

(1)将SSTDR故障检测模块添加至PLC系统的同时，增加了配电系统故障检测装置的体积、重量和成本；

(2)SSTDR故障检测系统通过PLC抽头点向电力线注入检测信号，载波通信信号与故障检测信号在信道中并存，两股载波信号存在部分频谱重叠，降低了各自的信噪比，相互干扰，使载波通信功能与故障检测功能同步受到影响；

(3)当PLC发射节点与接收节点之间的电力线出现故障，信息传输介质遭到破坏，将无法通过PLC技术将故障信息传输至监控终端，进行及时的故障分析和处理。

发明内容