监测与测试（共8篇）
监测与测试 篇1
摘要：近年来, 随着我国光缆通信的发展速度不断加快, 光缆工程日益增多, 一旦光缆发生故障, 势必会给正常通信造成影响, 轻则会影响用户的正常使用, 重则会给企业带来巨大的经济损失。为此, 必须采取有效地措施确保光缆线路的安全可靠运行。基于此点, 本文首先阐述了建设光缆自动监测系统的必要性, 并在此基础上提出光缆自动监测系统的设计与测试。
关键词：光缆,自动监测系统,设计,测试
1 建设光缆自动监测系统的必要性
光缆自动监测系统的提出, 主要是针对现阶段光缆应用的不断增长以及各种故障问题的日益突出。该系统能够对光缆线路进行实时、动态的监测、管理和维护, 并通过故障快速定位、缩小故障历时和及时故障隐患排除等, 有效地提高了光缆日常维护及管理工作的效率和可控性, 从而使原本被动的光缆维护转变为主动维护, 进一步降低了企业运行维护成本。
1.1 有助于确保光缆安全、高效、稳定运行
目前, 随着我国光缆通信的发展速度越来越快, 光缆通信工程也随之不断增多, 大量新技术的应用使得传输系统的容量也越来越大。由于光缆本身的通信容量非常大, 而且故障的查找及维修也较为困难, 一旦出现光缆线路故障极有可能导致系统长时间阻断, 这样不仅会影响用户的正常使用, 同时也会给企业带来巨大的损失。而光缆自动监测系统能够及时、准确地对线路中的故障进行定位, 并以最快的速度进行维修, 有效地确保了光缆的安全、高效、稳定运行。
1.2 有利于提高经济效益
光缆自动监测系统最主要的作用是能够有效地预防线路阻断或是全阻故障的发生, 通过实时监测可以发现光缆中可能出现的故障征兆, 并在其未形成严重故障前及时解决处理。系统可对光缆线路中某些缓慢变化的情况进行监测, 如光缆接头盒进水等, 这对于防止尚无防水防潮性能的接头盒发生故障是极其重要的。同时, 系统还可以缩小故障历时, 从而有效降低了经济损失。通过对光缆容易发生阻断的地点进行实时监测, 可以为抢修提供及时准确的信息, 这样不仅使光缆故障历时缩短, 而且还降低了各种难以预防的风险给光缆通信带来的损失。
2 光缆自动监测系统的设计与测试
2.1 光缆自动监测系统的设计
(1) 系统的总体结构框架。本系统是由监测中心、监测站以及通信网络三部分构成。通常情况下, 一个监测中心能够对个多监测站进行管理和控制, 以此来达到分散测量、集中管理的目的。监测中心与监测站之间主要是通过网络连接实现通信。这两个部分既相互关联, 又相对独立, 当通信中断时, 监测站能够按照预先配置的数据独立完成测试。其中每个部分所负责完成的功能均不相同, 各部分的具体功能如下: (1) 监测中心。这部分的主要功能是负责对本管区内的监测站进行管理; (2) 监测站。一般按照管区可将监测站分为市级和县级两类, 具体负责对网络中的光缆进行监测, 并对整个网络的运行状况实施监控, 可将告警及时传给监测中心; (3) 通信网络。即数据传输通道, 其主要作用是将中心与监测站之间进行连接, 借此来实现数据传输。
(2) 各部分的具体设计。 (1) 监测中心。该部分一般采用的是主备用方式, 主要由GIS服务器、控制器、路由器、网络适配器、集线器、显示器、MODEM、打印机以及一些相关软件等构成; (2) 监测站。该部分通常都是安装在传输机房中的机架内, 其具体负责对光缆进行远程自动监测, 主要由网络适配器、滤光器、路由器、程控光开关、MODEM、波分复用器和告警监测、控制、OTDR、电源等模块以及相关软件构成; (3) 通信网络。该部分能够实现中心与各站之间的数据交换, 从而达到远程管理的目的。本系统支持多种类型的通信线路。
(3) 系统软件结构。本系统软件的结构采用的是面向对象的设计, 并按照模块的方式构成, 其中各个模块均以独立的形式存在, 单个模块的升级或变更不会对其它模块造成影响。其具有性能控制、安全管理、备份以及容错等能力。根据软件的具体功能可将其分为以下三层: (1) 监测数据采集层。该层主要负责完成光缆光功率的实时采集和OTDR测试, 处理之后的数据信息通过通信网络回传给监测中心; (2) 数据处理层。主要负责实现各类数据的存储备份、分析处理、通信调度以及系统告警等功能; (3) 应用层。负责为用户提供操作及维护工具, 该层采用的是模块化结构, 其中主要应用了以下技术:GIS故障定位、实时监测、性能统计、曲线分析、对外接口以及告警等等。
(4) 软件特点。本系统采用的软件具有以下特点:便于维护、良好的开放性、模块修改方便简单、易于升级。
2.2 系统测试
(1) 软件测试。目前针对光缆自动检测系统软件的常用测试方法主要有以下两种: (1) 黑盒测试。该测试方法又被称之为数据驱动测试或功能测试。其最大的优点是无论系统采用的是何种软件程序, 它都是从客户的角度出发, 并按照产品所要实现的功能及预先设计好的规格等内容, 来检验产品是否符合用户要求。在具体测试的过程中, 测试者仅需要在软件程序的接口上进行测试即可, 它只检查程序功能是否与使用说明书中的有关规定相符。利用该方法进行测试能够发现如下问题:应具备的功能是否有遗漏或是不正确、各种性能是否与用户的要求相符、人机界面是否美观正确、接受到的输入数据是否正确、产出的输出信息结果是否准确等; (2) 白盒测试。又称逻辑驱动测试或是结构测试。该方法主要是从设计开发者的角度进行测试。具体是指已知产品的内部工作流程, 然后检测其内部动作是否与预定的工作要求相符, 这种方法所关心的是软件程序的使用, 而并不注重软件的功能。
(2) 性能测试。 (1) 点名测试。首先, 由监测中心发出指定的点名测试口令, 然后对数据传输的过程及其分析结果进行观察, 如果测试结果的回传率能够达到100%则表示合格; (2) 周期测试。可将每条光缆的测试周期设定为24h, 并进行10次反复测试, 如果在这一周期内, 测试回传率能够达到100%即为合格; (3) 故障告警测试。可采用人工测试法对故障告警进行测试, 具体做法为在监测系统的范围内, 选择一条备用的光缆, 通过人为弯曲的方式造成其衰耗增加, 如果系统能够及时准确发现故障, 则表示合格。
3 结语
总而言之, 随着光缆的覆盖范围越来越广, 其运行的安全性和可靠性也受到人们越来越多的关注, 为了进一步确保光缆的稳定运行, 光缆自动监测系统的建设已经势在必行。这不仅能够保障用户的正常使用, 而且还能够降低运行维护成本, 从而为企业带来巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]郭平元.光缆自动监测系统在城域网设计中的初探[J].内蒙古科技与经济, 2009 (11) .
[2]李平.基于GIS的光缆自动监测系统探讨[C].中国电机工程学会电力通信专业委员会第七届学术会议论文集, 2008 (11) .
[3]孟嗣仪.电力系统光缆自动监测系统的设计及实现[J].北方交通大学学报, 2010 (2) .
[4]苑金勇.某光缆线路自动监测系统的实现方案[D].天津大学, 2008 (12) .
监测与测试 篇2
严格的小的如措施是控制医院感染的重要手段压力蒸气灭菌器是医院消毒供应中心预防和控制医院感染发生的重要手段，适用于耐高温、高压、高湿的医用器械物品的灭菌，是目前医院用于灭菌方法最广泛、最经济、最实用、灭菌效果最可靠的一种方法，气灭菌质量关系到医院的整个医疗质量。压力蒸气灭菌器消毒的质量如何，通常采用B-D测试监测。我院消毒供应中心自2009年6月开始对脉动真空压力蒸气灭菌器进行B-D测试监测工作，现将实验结果分析如下：
1 方法：
按B-D测试程序进行操作，每天灭菌前第一次使用，将专业的B-D测试纸，置于标准的测试包之间，将测试包水平放置于灭菌器柜室内灭菌车的下层前排气口的上方处，柜内无其他任何物品，關闭封闭门，按所设置的灭菌参数，灭菌器的温度在132°、灭菌时间4分钟后观察测试效果。打开封闭门，取出B-D测试纸观察颜色变化，若B-D测试纸均匀一致由测试前的米黄色变为黑色，表明无冷空气残留，排除效果良好，灭菌器可以使用，反之，则灭菌器时间器有冷空气残留，为不合格，不能进行正常灭菌操作，需分析原因。
2 结果
自2009年报6月至2011年5月对脉动真空压力蒸气灭菌器进行B-D测试共610次，其中合格606次，合格率为99.34%，不合格4次，不合格率为0.64%。B-D试验结果说明不合格是因为灭菌器有冷空气残留。气原因是：1）、压力灭菌器使用时间过久，，致使锅体老化、橡胶圈受损，密闭性能差，冷空气排不尽，不断渗入新的冷空气；2）、B-D试验包要求加热不超过4min（132°），若试验不合格不能使用延长时间来弥补，应找出原因，排除故障，对灭菌器进行彻底检查维修；3）、B-D试验要求布包送进适当，重复试验的测试包必须洁净，布巾使用过于潮湿或者过于干燥，都会影响测试效果。
3 讨论
通过以上测试，我们体会到B-D试验可以迅速准确测定灭菌器的性能，一旦发现不合格，就要及时查找原因，进行维修，操作者要进行岗前培训，定期对仪器门锁加润滑油，每天做到仪器的良好保养，操作要技术规范，严格按消毒灭菌技术规范的操作环节进行操作，做到万无一失，确保为全院的临床科室提供合格的灭菌物品，有效地控制盒预防医院内部的感染。
参考文献：
[1] 消毒技术规范 2003.8.
[2]《护理学》全国卫生技术资格考试教材.
监测与测试 篇3
1光纤传感器在隧道施工过程中监控量测
光纤传感器以其材质和工作原理上的优越性, 具有受环境干扰小, 传输损耗低, 连接方式丰富 ( 可将多个传感器并联输出) , 导线价格低等优点, 可以大大提高隧道监控量测的准确度和工作效率并可以降低工作风险和监测成本。
隧道的监控量测包括必测项目和选测项目, 其中的必测项目主要包括地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉和地表下沉。必测项目中的这四项在隧道的监控量测工作中一般均需要做测试, 这些项目一般通过观察、描述和光学测量仪器如水准仪、全站仪等进行监测, 所以, 隧道监控量测的必测项目一般不采用光纤应变传感器。选测项目中的锚杆内力量测、围岩体内位移量测、支护及衬砌内应力和表面应力量测、围岩压力及两层支护间压力量测、型钢支撑内外力量测可以通过布设在待测点的光纤应变传感器进行量测。光纤应变传感器在这些项目上的应用不但可以高效准确的进行监控量测, 还可以一直将监测工作随着隧道从建设到运营进行长期全寿命实时监测, 这一点具有传统传感器无法比拟的优势。
2光纤传感器在隧道火灾报警系统中的应用
光纤的光栅栅距和折射率会因其周围环境的温度变化而发生变化, 这种变化会对应地引发光纤光栅的反射谱以及透射谱的变化。通过解调仪将光纤光栅的反射谱或透射谱发生的变化检测并读取显示出来, 则得到了光纤光栅周围环境温度的变化数据, 通过程序中设定的温度控制阀值和报警装置就可以对隧道内的温度进行实时监测和火灾报警。 ( 1) 隧道内火灾发生的原因。隧道火灾一般由车辆、货物的着火以及交通事故起火而引发, 而车辆油箱内的燃油和车辆所载易燃货物则为火灾的发生提供了物质条件。隧道内部发生火灾后, 燃油和货物的燃烧会迅速释放出大量的热, 并伴有大量的有毒气体和浓烟雾, 同时隧道内部温度随之而迅速升高。 ( 2) 光纤传感器的系统组成。光纤光栅感温火灾报警系统主要是针对所监测隧道内部温度的异常升高进行实时测量, 显示温度并判断温度是否过高而进行及时报警。主要由光纤光栅感温探测器、解调系统、报警装置、传输光缆和计算机组成。
( 3) 光纤传感器在隧道内的布设和安装。光纤传感器在隧道内部的布设间距应根据隧道的长度来计算确定, 间距太密造成工作量和成本的的浪费, 太疏则会影响火灾探测的灵敏度和准确率。当隧道长度介于500m和10000m之间时, 光纤传感器的纵向间距不能大于7m; 当隧道长度超过10000m时, 光纤传感器的纵向间距不能大于8m。光纤传感器应布置于距离隧道拱顶20cm左右的位置, 并沿隧道纵向呈直线排列。光纤传感器应在隧道拱顶沿纵向用钢绞线进行固定, 以便在不影响隧道内交通的情况下有效监测和预报火灾。
对于长隧道和隧道群, 由于工作人员观察室距离传感器距离较远, 通常需要将光纤传感器测得的温度信号通过光缆远程传输到设备处理器, 所以其布设方法和连接方式应按照隧道内车道数的不同而采取不同的方式方法。对于单车道和双车道的交通隧道, 光纤传感器可在隧道内断面中央进行单排纵向布设; 而当隧道行车道数量多于2时, 光纤传感器在隧道内断面中央应按照双排进行纵向布设。双排布设时, 两排传感器应交错布置, 以便增大光纤传感器的感应机会。
3光纤传感器在隧道健康监测中的应用
隧道健康运营过程中最主要的病害就是隧道的衬砌结构劣化, 其表现为衬砌的开裂、掉块、错台、和渗漏水等方面。隧道病害除了降低隧道的安全性、耐久性及其使用性能等外, 如不及时发现和处治还会诱发其他更为严重的病害, 甚至会缩减隧道的使用寿命。因此对隧道二次衬砌的全寿命监测就显得尤为重要。
隧道二次衬砌病害的传统检测技术主要通过地质雷达、地震波法、 CT等实现, 这些方法可探明某时某刻隧道衬砌的情况和其周围的围岩情况, 但无法对隧道内衬砌和围岩情况的变化进行实时监测和报警, 同时传统监测由于需要组织大量人员设备进入隧道进行监测工作, 不可避免的会影响甚至中段隧道交通。分布式光纤传感技术具有远程、精度高、耐久性、实时性和成本低等特点, 将其布设在二次衬砌之中可对隧道衬砌结构的健康情况进行长期、实时的监测。该技术可自动进行, 不会对交通造成干扰, 并且其实时输出的数据信息可以让隧道工作人员随时掌握隧道的健康状况。
光纤监测网的布设需要对隧道的围岩等级、围岩应力水平及经济性等进行综合考虑。沿隧道横断面布设的光纤传感器应根据围岩等级来确定其布设的环向间距, 即传感器的环向间距应随着隧道围岩等级的增大而相应减小, 并在隧道洞口附近适当加密布设。
布设好光线监测网后, 根据传输需要将传感器按照一定的连接方式组合, 通过光缆将光线应变传感器连接到解调仪上进行监测。
4结论
光纤应变传感器以其相较于传统传感器的诸多优势而被广泛应用于隧道中。在隧道施工过程中, 光纤应变传感器可以准确监测隧道结构的受力和变形情况, 从而为隧道的安全施工保驾护航; 在隧道火灾检测报警方面, 光纤传感器以其自动化和网络化的特点提供良好的服务, 从而预防火灾和减少火灾造成的损失; 在隧道健康监测方面, 光纤传感器可以实时监测隧道衬砌结构并进行长距离传输, 从而使隧道的全寿命健康诊断与评估成为了可能。
摘要：光纤传感技术在隧道测试和监测中有巨大的应用空间和良好的应用前景。光纤传感技术可以高效安全的对隧道施工过程进行监测, 实时反馈隧道结构的受力情况并及时提出预警, 其组合开发成火灾报警系统可极大的提高隧道的运营安全, 光纤传感器应用于隧道健康监测可对隧道衬砌结构进行全寿命的实时监测。光纤测试与监测技术应用于隧道是十分可行和有效的。
监测与测试 篇4
IP传输交换式数字前端播出平台是未来广电网络发展的必由之路, 很多大型运营商已经开始部署以IP技术为核心的城域网。随着高清节目的增多, 未来对带宽的要求越来越过, 未来的广播前端直播视频内容, 点播视频内容, 数据业务等都将在城域网上传输。如何更好的监控各种业务, 真正做到对各种业务带宽的管控, 对整个网络的IP信息实时监控是关键。相对于传统的广电HFC传输方式, IP化的视频传输测试提出了新的挑战, 主要体现为:如何监测多个IP并发码流的传输质量, 通过传输质量状况的分析如何部署多并发IP流的服务器, 网络状况引起的传输质量影响的主观容忍度问题如何解决, 以及终端接受设备配置的合理性等问题。
1 视频IP传输监测与测试的意义与原理
IP视频流传输故障排查和长期质量监测随着VOD和高清电视的日渐普及, IP网络为视频节目的传输提供了比传统传输模式更加灵活和经济的手段。但是, IP网络的视频质量传输保障是部署VOD和高清电视业务的一大挑战。进行视频质量测试的部署迫在眉睫起着故障排查, 视频质量分析等巨大的作用, 对业务系统实现可运营发展保驾护航。
随着IP视频技术的发展, 视频流传输越来越偏向采用IP技术。如IP编码器、IPTV、IPQAM、IPMUX, 各种各样的广电设备已经将IP口作为必选的接口。作为数据传输的技术, IP应用已经非常成熟, 但对于有实时性特点的视频, 尤其是对于同时输出多组IP流时 (如点播系统中同时并发1000个流) , IP网络传输的可靠性就会大大降低。而此时每个IP视频流的传输质量如何, 并且如何直观体现, 是监测的核心。
图1是一个典型的点播系统中IP视频包的路由系统图。由于MPEG-2的包和IP包的格式不同, 在存储系统中存放的MPEG视频内容, 是以188个字节的MPEG存放, 但在传输系统中只能传输IP数据, 因此需要对MPEG-2包进行IP打包。每个IP包约1500个字节, 则每个188个字节包的MPEG-2包, 可以传输7个MPEG-2包。如图1红色标记所示。
在机顶盒端, 需要把IP传输包解成MPEG-2的包后再进行解码, 如图2红色标记所示。
由上述和图表可以看出IP视频传输在系统中稳定性主要有三个难点要确保:
(1) IP打包
依据VOD Server的处理性能和输出能力而定。例如一个1000M输出的服务器理论可输出3.75M MPEG-2点播流的理论最大数为1000/3.75=266个。但实际应用中最大能支持并发流到多少, 每路并发流的节目质量如何?以及和系统能力有什么必然的联系?我们需要专业的科学的测量标准和设备去获知。
(2) 传输
网络的承载的能力, 交换和路由设备的处理能力, 物理链路的质量都是影响IP视频传输的因素。数据传输时丢包后可以重新传输, 可视频内容的传输没有重传机制, 实时性又较强, 怎么保证在一个城域网中所有IP视频流的传输。IP网络是一个动态共享带宽的网络, IP码流在网管上传输时, 尤其当IP网络还传输了其它的数据等, 发生延时, 丢包的几率就大大增多。实时读取整个网络上所有IP视频流的状态, 以及分析传输网络的情况的意义将尤为重要 (如图3所示) 。
(3) 解IP包
每个IP视频码流的接收处理设备都配有Buffer (缓存) , 如图4所示。解码设备接收到IP视频流后, 需要将IP码流转换成MPEG-2包, 并放在Buffer内, 以备解码或码流处理使用。在这个过程中, 解码或码流处理设备的Buffer的大小, 视频的码率, 设备对MPEG-2包的处理能力决定了视频传输的质量。IP视频流在IP网络上传输过程中因为各种原因, 造成了丢包或延时太大时, 设备Buffer内就会无码可供解码。IP视频码流接收处理设备需要多大的Buffer?在设备Buffer一定的情况下能承受IP网络传输多大的延时?如果设备解码或处理能力小于IP网络传输速率时, 就会出现丢包的情况, 在这种情况下我们需要如何调整设备的Buffer大小或调整IP视频流的传输码率, 从而保证视频的接受质量。
以上为IP视频流监测的内容以及难点, 尤其是多并发流端到端测试和监测。需要用标准的质量测试方法、专用的测试设备以及统一的管理系统。
2 IP视频传输质量测试标准
为了准确的测量IP网络上传输的视频码流以及解决监测和测试的问题, IneoQuest和思科公司共同提出MDI (Media Delivery Index) 媒体传输质量标准, 对视频流在IP网络传输质量进行评估的测量指标。作为IP视频流传输质量测试的行业标准, MDI测量指标广泛地应用于IPTV和IP有线数字电视以及网络电视台网络质量评估和监测。MDI视频评定标准目前已经被国内外得到相当广泛的采用。
RFC 4445 MDI标准包括了两个参数:
(1) Delay Factor (延迟因素, 简称DF)
该数值表明被测试视频流的延迟和抖动状况, DF的单位是毫秒 (ms) 。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解码设备缓冲的需求, 被测视频流抖动越大, DF值越大。当网络设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于被测视频流DF读数时, 将不会出现视频播放质量的下降。因为网络节点需要分配不小于DF值的缓冲用于平滑视频流抖动, 所以DF的最大值为视频内容通过该网络节点的最小延迟。
(2) Media Loss Rate (媒体丢包速率, 简称MLR)
MLR的单位是每秒的媒体封包丢失数量。该数值表明被测试视频流的传输丢包速率。由于视频信息的封包丢失将直接影响视频播放质量, 理想的IP视频流传输要求MLR数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传, 在实际测试中MLR的阈值可以相应调整。
3 MDI测量的原理
3.1 DF (延迟因素)
流媒体应用有实时性的特点, 在流媒体通过IP网络传输的同时, 终端解码器在消耗已接收到的媒体流信息, IP网络传输媒体流出现的抖动表现为同一媒体流的IP封包传输的间隔不均匀。
在采样周期中, DF首先计算在测量点每个IP视频封包到达时间变化。然后, 与预期的视频流速度对比得出。采样周期默认为1秒。DF的数值在每次采样周期完成后更新。
具体DF的计算公式如下:
假设在测量点有虚拟缓存大小为X, X=|接收到的字节数-解码所需的字节数|, 接收到的字节数为实际测量得到, 解码所需的字节数通过对媒体流解码分析得到。
那么, DF=[最大值 (X) -最小值 (X) ]/媒体流码率。
媒体流码率单位是字节/秒, 最大值 (X) 和最小值 (X) 是在采样周期内所得数值。
DF的计算将网络抖动换算为对媒体流解码缓冲的需求。当解码器的缓存保存媒体信息不小于DF数值, 解码器不会出现缓存内容耗尽的情形, 因此网络的抖动将不影响视频播放的质量。
DF期望值 (Expected DF) 是在理想状态下得到的MDI:DF数值。这个数值等于媒体流在没有拥挤的线路传输。可以看作设备把一个视频封包转移到下一节点或者视频解码器的同时, 另外一个视频封包立刻到达缓冲区。
DF期望值=IP封包的MPEG内容/媒体流码率。
假设每个IP封包包括了7个MPEG-2TS封包, 每个MPEG-2 TS封包为188字节, 则该IP封包包括了1316字节的视频内容。视频流码率为2Mbps CBR。
则DF期望值为1316×8/2, 000, 000=5.26 ms。
3.2 MLR (媒体丢包速率)
MLR=媒体封包丢失总数/采样周期。
默认采样周期为1秒。媒体封包在MPEG-2 TS封装格式是指有效的MPEG封包 (不包括填充MPEG封包) 。
3.3 MDI与其它测量参数的配合
MDI主要反应了视频流传输的抖动和丢包特性。但是, MDI:MLR不能反应丢包的持续性。实验数据表明, 连续小量的丢包比一次大量的丢包对视频观看质量有更明显的影响。因此, MLT-15 (过去15分钟媒体丢失总数) , MLT-24 (过去24小时媒体丢失总数) 可以帮助使用者看到测试时间内的累积丢包数目。
3.4 建议的MDI阈值
由于网络的复杂性, IneoQuest建议MDI的阈值应该通过实验室测试求取。因为视频压缩标准、视频码率、并发视频流数目、机顶盒缓冲大小都影响MDI的阈值设定。
根据IneoQuest的经验, CBR视频流情况下, MDI:DF的最大值应该避免和平均值偏离超过50%。比如, 平均MDI:DF为100ms。当MDI:DF出现最大值为200ms时候, 这意味着视频流传输抖动出现明显的变化。虽然没有立刻造成视频播放质量问题, 维护人员需要对抖动的变化趋势进行跟踪。
以下是针对实际应用中的建议阈值:
MDI:DF=50毫秒 (延时)
MDI:MLR=8个媒体封包/秒 (每秒丢包率)
MLT-15=128个媒体封包 (15分钟丢包数)
MLT-24=1024个媒体封包 (24小时丢包数)
4 IP网络对视频质量影响的因素
IP网络传输特性往往归纳为三个指标:延迟, 抖动和丢包。
(1) 延迟
在视频传输应用中, 恒定的延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生视频播放效果恶化, 网络节点和视频解码器往往需要对视频流进行缓冲。实验数据表明, 视频播放延迟不影响视频观看的质量。
(2) 抖动
抖动产生有多种原因:视频编码器/服务器性能变化, 网络线路出现拥挤, 网络设备性能变化都可以导致视频流的抖动变化。观测视频流的抖动变化可以帮助运维人员提前发现视频传输质量恶化的趋势。
(3) 丢包
丢包对视频播放质量有直接的影响。试验表明, 无论视频丢包的类型 (I、B、P帧) , 在没有适当的视频解码补偿或者丢包重传机制下, 视频播放质量都会出现不同程度的下降。
5 IP视频流监测系统与测试的部署与功能的实现
IP视频流监测系统与测试在部署方面除了需要满足传统监测的原则外还应考虑一下三方面问题:首先, 支持大量视频流质量与数据实时分析;其次, 快速定位出现问题的节点;再次, 能够对加密的视频流进行实时和离线分析。下面以NGB系统为例进行对监测功能与测试进行阐述。
5.1 监测系统的构成
如图5所示, 此系统为同时分析IP和MPEG层视频质量测试与监测系统。通过质量集中管理系统与分析系统和各类探针可以对10GE、1GE、10/100M以太网、ASI、QAM接口的视频设备进行监测与测试。深入的视频分析功能保障快速发现视频传输问题以及视频承载能力评估的手段。
同时有解决视频网络现场排障、视频解决方案测试、视频故障事件捕捉、视频设备互连互通测试等功能, 通过视频传输质量集中管理系统将视频传输质量状况进行集中管理。
i VMS质量管理系统是将全网的视频传输质量状况进行集中管理的关键。一方面, iVMS实时地收集所有视频探针的数据, 包括ASI、QAM、GE、10GE;另一方面, i VMS将数据实时地转发给不同的客户端。
i VMS支持对传统广播视频流的端到端分析。比如, CCTV-1通过ASI、GE、10GE、QAM界面, i VMS可以同时呈现该频道在不同网络节点的视频传输质量。
同时, i VMS能够对VOD点播视频流进行自动发现和实时分析。发现新的VOD视频流后, 记录视频流的传输质量。
根据探针同时分析的视频流数目不同, 探针与服务器的通信需要有相应的通信带宽。通常, 1GE探针需保证1Mbps的管理通信带宽。为了避免在短暂通信中断产生视频质量信息丢失, 每个视频探针提供10Mbyte的视频质量信息缓存。在服务器与探针恢复通信后, 服务器自动获取未上传的视频质量信息。
除上述功能基本外监测系统还应具有以下功能:
(1) 可同时分析传输的所有IP视频流
允许用户以不同的角度同时分析被测试节点的所有视频流, 包括视频流模式 (Census) 、视频节目模式 (Program Guide) 。视频流模式下, 所有视频流以表格方式列出详细的视频参数和实时测试结果;视频节目方式下, 每路视频流根据告警模版定义以不同色彩指示灯显示视频质量的状态。用户可以点击进入特定视频流, 分析详细视频质量数据, 同时分析1000个并发的IP数据流并且, 实时显示每路视频流的参数和测试结果, 并可以查看器封装内容和PID, 对IP抖动、媒体丢包率、IP和PCR速率、RTP丢包特性、IGMP切换时间等作为重点描述和分析。同时兼顾传统MPEG层分析监测功能TS同步字节错误, 特定PID速率和PCR速率变化支持ETR101-290三级告警。
(2) 可自定义条件进行报警触发和故障记录
多种触发条件组合:丢包, 抖动, PCR速率, 同步字节, PID事件, 数字广告插播。
定义视频事件触发后, 录制视频流前后时间长短, 强大的离线视频分析功能, 同步不同测试点的捕捉并重现捕捉的视频, 进行实验室分析并且提供远程视频内容观看分析, 提供24小时视频质量信息分析概略图。
(3) 同步多个网络节点的触发器捕捉
同步多个网络节点的触发器使用户能够捕捉同一个视频事件在不同网络测试点出现的情况, 多个分析进程可以同步工作, 分布式连续视频流监测。
与传统的广播视频传输不同, 互动点播的视频流将需要更多的网络带宽。尤其在高清视频点播开展后。在国外的经验表明, 点播业务和高清视频服务将导致10GE视频网络的扩张。因此, 视频质量监测系统必须能够支持10GE下的视频监测。
图6这个测试场景适用于传统的单路IP视频输出或针对全媒体的多速率编码输出。首先需要选取合适的视频源, 可选择实验室模拟产生视频源或现网接收的视频源。ASI视频样本模拟为卫星接收机获取, IP视频样本模拟通过IneoQuest IP视频源模拟设备产生。然后, 根据需要设置编码器获得IP视频输出, 这是节目源质量的监测点, 任何视频头端出现的质量问题将是全网的问题。
5.2 视频服务器输出性能分析
高性能和高稳定的视频服务器是NGB或IPTV成功部署的一个关键。除了视频流并发数目外, 每路视频流的稳定性是一个重要考核指标。视频服务器的输出性能可以使用RFC 4445 MDI进行分析。
根据服务器的架构, 视频服务器的性能受到各子系统的约束, 如磁盘阵列性能、CPU性能、总线带宽、内存容量、网卡的性能。从部署观点来看, 服务器的性能可以表述为四个项目:最大并发流数目、最大网络端口输出吞吐量、对大量突发请求的响应特性、每路流的稳定性。
MDI:DF为视频流的抖动特性, 抖动越大, 可支持的并发流数目相应减少, 抖动突变表明服务器性能出现下降。
MDI:MLR为视频流的丢包, 视频服务器不应该输出有丢包的视频流。
在视频点播服务器的实验室测试和性能评测中, 建议至少对以下两个场景进行测试:
(1) N个用户点选N部影片的最大并发量
该测试体现了视频点播服务器的最高性能。服务器的各个子系统的瓶颈都将影响该测试的结果。虽然普遍认为视频点播的客户行为是80/20分布 (80%的用户点选20%的热门影片) , 但是最近的研究成果表明网络客户的行为具有长尾的特性 (Long Tail Theory, 每部影片无论热门与否都有可能被点选) , 因此N个用户点选N部影片是一个合理的测试场景。
(2) 对大量用户突发请求的响应特性
在接受突发大量用户点播请求后, 服务器需要多长时间完成视频流的稳定输出, 以及在接收大量点播请求后, 输出视频流的变化特性。该场景将检查服务器在黄金时段大量视频点播的处理能力。
5.3 网络设备视频流承载性能评估
在NGB部署中, 网络设备的承载视频能力是必须考虑的因素。视频流与传统数据流不同的地方在于承载视频流业务的网络节点会需要更长的时间处于线速处理的状态。因此, 对网络设备的交换/路由能力需要进行实验室的测试, 如图7所示。
RFC 4445 MDI不但可以作为视频流输出质量的测试指标, 还可以作为视频流输入的参数。
通过使用专门的仪器模拟视频流输入可以得到精确的视频承载能力指标。
该测试能得到在特定网络设置下, 被测试网络设备可以同时承受多少路指定速率的视频流, 并且能够忍受多大视频流抖动 (以MDI:DF描述) 而不出现输出丢包。
5.4 机顶盒网络容忍能力分析
监测与测试 篇5
随着坚强智能电网建设的推进,电能质量关注度持续提升,日益复杂的电能质量问题对电能质量测量的准确性提出更高的要求。IEC 61000 - 4 - 30《电磁兼容电能质量测量方法》[1]要求,不同电能质量监测设备在同一时刻测量同一信号时,应得出一致、可重复的测量结果; 与此同时,标准中进一步要求电能质量指标的测量方法,需要在10 min RTC计时点重新同步,且一些参数可根据需要对某一时间间隔( 如150 cycle、10 min、2 hour) 进行测量累积。因此,电能质量监测设备指标测量方法与RTC实时时钟密切相关,RTC实时时钟精度直接影响到电能质量指标测量数据计算的准确性[2]。
IEC 62586《电能质量监测设备产品标准》[3,4]对电能质量监测设备RTC实时时钟精度测试作出了相关规定,目前针对该标准进行RTC实时时钟测试的方法和装置还很少。文献[5 - 6]给出了一些常见电力设备,如电能计量装置、微机保护装置等的RTC实时时钟精度测试方法; 文献[7]提供了我国在电能质量监测设备测试领域中取得的研究成果,主要集中在对电能质量监测设备测量指标的测量精度进行测试,在一定程度上实现了半自动化甚至是自动化测试,但是上述文献在RTC实时时钟精度测试方面,没有提出相应的测试方法,也未见适用的装置。
针对上述情况,本文基于NI( National Instrument) 公司的虚拟仪器工作平台和相关设备,应用虚拟仪器技术,提出并设计研制了一种电能质量监测设备RTC实时时钟精度测试系统,来实现RTC实时时钟精度的测试。
1 测试依据及原理
1. 1 测试依据
根据IEC 62586《电能质量监测装置产品标准》和GB 17626.30 - 2012《电能质量测量方法》[8]的要求,对于A类设备,RTC实时时钟的误差应不超过 ± 20 ms; 当无法通过一个外部信号同步时,RTC实时时钟的容差应满足24 h周期小于 ± 1 s。
1. 2 测试原理
1. 2. 1 系统构成
本测试系统由GPS对时装置、电能质量标准源、虚拟仪器测试平台、被测设备及各类数据总线等组成,如图1。
( 1) GPS对时装置: GPS对时装置用于提供标准的GPS时间信号,该信号可完成测试系统中被测设备和测试平台的时钟同步。被测设备一般采用IRIG-B码实现对时功能,由于IRIG-B信号有多种制式和电压形式,被测设备可以识别的IRIG-B制式各不相同,如: IRIG-B AC与IRIG-B DC信号互相不能识别。在此情况下,需要配置IRIG-B码转换器( 或适配器) 。该转换器可以将GPS时间频率标准装置发生的IRIG-B信号转换为被检设备可以识别的IRIG-B制式。
( 2) 电能质量标准源: 系统采用Fluke 6135A作为标准源,该标准源能够在提供可自定义骤升 /骤降信号的同时发出一个下降沿时间标记: + 5 V TTL逻辑驱动,可用来将外部设备同步到骤升/骤降功能。标准源支持仪器命令为SCPI,采用GPIB通用仪器接口实现远程控制。系统中采用NI公司的GPIB-USB控制卡来实现PC机与Fluke 6135A标准源的数据通信。
( 3) 虚拟仪器测试平台: 以PXIe模块化数据采集分析系统取代传统测量仪器,由数据采集卡、GPS接收装置、定时同步模块、嵌入式控制器等构成。各部分功能分别为: 数据采集卡采用NI公司高精度的数字信号采集卡NI PXI - 6621,对电能质量标准源输出的TTL信号进行数字化采样并传输至控制器; GPS接收机采用NI PXIe - 6683H,通过GPS对时装置接收IRIG-B( AC) 码信号,定时对虚拟仪器测试平台进行校准,测试平台的同步时间精度为30 ns; 定时同步模块结合NI PXIe - 6683H,通过GPS同步信号来来调整测试平台10 MHz时钟; 嵌入式计算机用于控制和协调整个系统的工作,完成数据处理和分析,是测试系统的核心模块。
1. 2. 2 工作原理
测试时,首先将虚拟仪器测试平台和被测仪器同步至GPS时钟。电能质量标准源模拟电能质量事件,被测设备将会记录事件发生时刻; 与此同时,虚拟仪器测试平台捕获电能质量标准源触发下降沿,并计算该下降沿发生的绝对时刻作为标准值。通过比较这两个时刻,可以判断该电能质量监测设备的实时时钟精度,且当失去同步时,测试方法类似,如图2所示。
2 测试系统软件设计
根据上述测试设备和测试原理,本文结合总体设计的技术思想和测试自动化的发展方向,设计开发了RTC实时时钟精度测试系统软件,该测试软件的主要功能如下:
( 1) 可将所有设备集成一体化,能够完成激励信号的发出到测试数据采集的同步闭环控制处理;
( 2) 能够控制激励信号的产生,并自动计算得到待测指标的标准值;
( 3) 具有对采集到的数据及测试过程进行记录、处理、保存、打印等功能,对测试值与标准值比较,得出测试结果;
( 4) 具备开放的体系结构、通用的总线结构,具备良好的可扩展性。
3 测试系统软件实现
测试平台软件用于控制和协调整个系统的工作,自动执行测试任务,完成数据处理和分析,是测试系统的核心模块。
3. 1 总体架构
系统软件模块化是本测试系统软件设计开发的主要思想,系统软件组成结构如图3所示。通过该软件将硬件设备资源和被测仪器无缝接入,利用强大的计算机处理能力和分析能力来实现对整个测试流程的自动化。
按照系统的功能要求,测试软件设计包括上层管理层、中层执行层和底层I/O接口驱动程序层三个层次,采用模块化结构设计,每个模块完成不同的功能。
( 1) 管理层是用户与系统交互的媒介,实现整个测试系统的控制和调度,将接收的用户指令下达到各个功能模块,并从这些模块中返回和显示所需的结果。
( 2) 执行层的主要功能是按照自定义的测试任务执行测试、处理和返回测试结果以及实时监测仪表的工作状态,并生成测试报告。它主要由系统配置模块、测试设置与执行模块和数据管理模块以及报告生成模块组成。
( 3) 驱动层即底层仪器设备驱动,主要功能是将执行层控制模块的命令转化为仪器设备可识别的指令通过总线传递给每台仪器,再将仪器设备的测试结果返回执行层数据分析与处理模块。测试系统将每一个测试项目封装为独立的驱动模块,测试时分别调用。
3. 2 关键技术
3. 2. 1 基于 IEC 61850 被测设备无缝接入
一般来说,通用仪器设备编程接口为GPIB,此类接口使用标准的SCPI语言进行仪器控制功能研发,其仪器驱动相对简单; 对于电能质量监测此类专业设备而言,我国电力行业标准和国家电网公司企业标准均规定,电能质量监测设备需要具备IEC 61850通讯功能,且通过以太网实现数据传输。电能质量监测设备上传电能质量事件信息基于IEC 61850非缓存报告的方式,因此本系统通过创建IEC 61850Client端完成对IEC 61850非缓存报告的解析,实现被测设备和测试系统间的数据通信,达到被测设备“即插即测”的目的。
3. 2. 2 虚拟仪器测试平台标准值计算
电能质量事件标准源发出测试信号即电压事件波形,并在事件发生时刻产生TTL下降沿脉冲,数字信号采集卡带时标采样TTL脉冲,测试平台接收采集装置上传的TTL脉冲采样值,计算标准源给出的电能质量事件发生时刻,此时刻记为标准值; 测试平台比对标准值与被检设备的测量值,根据检测方法要求计算被检设备指标,给出检测结果。
虚拟测试平台作为电能质量监测设备测试的参考标准表使用,与传统的仪器相比,其可扩展性、灵活性更强。
3. 2. 3 标准化全过程测试流程管理
本系统完成的是一个多任务、多过程的实时测试过程,通过运用软件流程控制结构,组织和调用各功能模块,依次进行测试信息录入—测试项目设置—测试执行 - 测试结果—测试报告生成等一系列测试动作,即一个完整的测试流程,规范了电能质量监测设备测试工作的进行。
3. 2. 4 数据库控制测试技术
如果将所有测试参数、指令及数据都内置于测试软件中将会导致系统的可维护性、可扩展性差。本系统将数据库引入,通过数据库实现测试流程控制,把测试任务写入数据库,测试程序读取数据库并执行相应的测试动作。这样当测试任务改变时,只要操作数据库而无需对程序进行更改,便于系统扩展。
4 系统验证
4. 1 测试结果
利用该测试系统对一台已经过IEC 61000 - 4 - 30 A级符合性测试的电能质量监测设备进行实时时钟精度测试,测试结果见表1。
4. 2 系统测量不确定度评定
4. 2. 1 数学模型
测试系统显示的RTC实时时钟误差:
其中A为电能质量监测设备的RTC实时时钟误差,AS为虚拟仪器测试平台的标准RTC实时时钟误差。
( 1) 输入量A的不确定度UA( A) 主要来源是被测电能质量监测设备RTC实时时钟误差值的测量重复性,可通过测量得到测量列,采用A类方法评定。
( 2) 输入量AS的不确定度UB( AS) 主要来源于电能质量标准源TTL延迟误差和测试平台的标准RTC实时时钟误差的不确定度,可根据校准证书给出相应的允许误差来进行评定,由B类方法评定。
( 3) 由于各个标准不确定度分量互不相关,可通过方和根法求得合成标准不确定度:
( 4) 取95% 概率值,包含因子k = 2,则扩展不确定度为U =2Uc( δ) 。
4. 2. 2 系统测量不确定度
由4. 1的测试数据计算得到测量不确定度见表2。
测试过程与结果表明,系统运行稳定可靠,精度高,符合IEC62586标准测试要求。
5 结束语
电缆隧道塌陷监测装置的测试研究 篇6
随着信息时代的来临,通讯线路越来越发达,这些线路一般由地下管道的形式铺设,这样不但节约了地面空间,而且维修的时候也减少了地面拥堵的情况。地下管路隧道在中国虽已发展的比较成熟,但漫长的地下隧道线路极容易受到破坏,如重载汽车的碾压、地震和水土流失等会导致隧道上部出现裂纹,甚至坍塌,对城市的交通、通讯和电力供应造成严重影响。因此,对电缆隧道的结构安全实时监测非常必要。目前,常用的结构安全监测技术大多基于应变传感器,将应变传感器安装在结构上的某些关键位置,根据采集到的应变值评估结构的安全性[1,2]。然而,这些传统的测量应变的方法未必适合地下电缆隧道的典型破坏形式。电缆隧道的坍塌具有明显的特点,隧道发生破坏的时候,顶部碎裂成若干块体,每一块体产生很大的刚体位移,而这些块体内部却只有很小的应变,属于典型的大位移一小应变情况。对于这种情况,如果将传统的应变监测传感器布置在隧道顶部,即使隧道已经塌陷,应变传感器也不能够及时捕捉到信号,有效的方法应该是以位移为监测指标。单就结构位移监测而言,可使用的技术有多种,如人工位移测量法[3]、LVDT等位移计监测法[4]、雷达位移测量法[5]和三维激光扫描法[6]等。这些方法都能够应用在地下电缆隧道坍塌监测中,但有很大的局限性。为此,本研究设计了一种简单机构,将隧道顶部的位移转化为弹性拉杆的应变,结合应变传感器,可实现对地下电缆隧道的实时在线健康监测。
2 监测系统
2.1 原理介绍
本研究提出一种简单可行的监测方法,原理如图1所示。系统装置主要有三个部件,包括竖向距离调节器、横向弹性拉杆和应变传感器。横向弹性拉杆安装在固定的支座上,该支座不因隧道顶部的变形而产生大的位移。系统工作时,调节竖向距离调节器,增加隧道顶部A点和横向弹性拉杆上B点距离,使横向弹性拉杆内部产生初始应力并发生弹性挠度。此时,当隧道上方受到压力作用时,隧道到顶部将产生变形。由于这种变形,A点和B点的距离发生变化,从而使横向弹性拉杆的挠度变大或者变小,进而引起弹性横杆上B点处应变的改变,贴在B点的应变传感器便可记录下改点的应变变化值。当应变的变化量超过事先规定的警戒值时,系统发出报警,从而达到隧道安全监测的目的。
2.2 实验模型
图2是本研究根据图1所示原理制作的实验模型,图中一个拱形钢片和一个水平弹性钢片焊接在一个刚性外框上。拱形钢片用来模拟地下隧道的顶部,水平弹性钢片则用来模拟横向弹性拉杆,上面贴有应变片,和应变测试仪器相连接。共有四个螺旋可变长度的球头螺纹顶杆配置在刚性外框、拱形钢片和水平弹性钢片之间。实验中,首先调长0号顶杆,使水平弹性钢片中出现张紧力,而应变片则把此时弹性钢片中的应变传递到应变仪中进行记录。之后,分别调节1、2和3号顶杆,通过改变它们的长度引起拱形钢片的变形,这种变形导致A、B两点之间的距离增加或者减小,从而使具有初始张紧力的水平弹性钢片上B点处的应变发生改变,并由应变测试仪记录。
3 实验过程与结果
3.1 测量原理
本实验使用BYD-5型应变仪测量水平弹性钢片的应变。该应变仪采用如图3所示的惠斯通电桥测量原理。由图3知,B、D之间的电压UBD电源电压E1分别为:
当R1R3=R2R4时UBD=0,此称为电桥的平衡条件。该条件满足时表明桥压已经调解完毕,可以进行实验。
实测时,随着装置的受力变形R1～R4发生变化,分别为:
将(4)带入(1)得:
略去(5)式右端分子、分母当中的高阶微量,经整理得:
由公式(6)可以看出,单臂电桥中只有应变片的电阻(不失一般性,假定应变片电阻变化量为ΔR1)发生改变,所以ΔUBD∝ΔR1,即ΔUBD∝Δε1。所以,电压UBD的变化反应了应变片应变的变化。需要说明的是,E1和K是已知量,根据应变仪型号确定。本实验中,E1=2v,K=2.00。
3.2 实验过程
(1)取实验装置,调试桥压,旋动0号球头杆,使水平弹性钢片中具有初始应力,待电桥平衡后准备实验。
(2)首先旋动1号球头杆调整其长度,并保证2、3号球头杆和拱形钢片脱离接触。每转动60°时记录一个UBD,直至旋至360°。
(3)类似(b)步骤,分别调整2号球头杆和3号球头杆并保持未被调节的球头杆不接触拱形钢片,记录数据。
(4)整理数据,填表绘图。
3.3 试验结果
由于球头杆是可旋转的伸缩式螺纹杆,故实验中分别记录螺杆旋转角度,换算成球头杆伸长的距离,同时观测记录B点两侧的应变片电压改变量ΔUBD,通过公式(6),即ε=4ΔUBD/E1K换算成B点处的应变。为了减少随机误差,实验进行两次,测量结果列在表1中。
将两次测试结果平均之后,B点应变随各个球头杆增长量变化的趋势可以用表2表示。
从表2中可以看出,1、2、3号球头杆的长度变化对B点处应变的影响非常明显。
4 结论
地下电缆隧道顶部坍塌的特点是塌陷处的大位移小应变,故以隧道顶部位移的变化量作为评判指标是理想的隧道健康监测方案。本监测方法,通过简单的机构,将隧道顶部的位移转化为便于监测的弹性拉杆应变,成本低,技术成熟。模型实验表明,此方法可行性强,施工方便,和应变传感器配合使用,可实现对地下电缆隧道塌陷的实时在线监测。本研究重点是通过模型实验证明监测方案的可行性,因此没有对监测机构进行结构优化设计,这是本研究在将监测机构推广到实际工程应用前应该完成的工作。
参考文献
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[2]王胜涛,杨广庆,薛晓辉.高速公路路基沉降监测技术研究[J].铁道建筑,2008(2):76-78.
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某测试设备故障监测系统的设计 篇7
对于测试设备和某控制系统, 它们之间由电缆相连, 测试设备向控制系统发出控制信号、发送数据及接收控制系统返回的状态信号均通过电缆传输, 因此, 综合测试设备和控制系统在各测试步骤中的工作状态均在这些电缆中有所反映。为此, 本文提出了如图1所示的总体设计方案。
在设备连接关系上, 故障监测诊断系统通过信号转接箱与控制系统以及综合测试设备相连, 当测试设备对控制系统进行综合测试时, 信号转接箱将控制系统及其综合测试设备所产生的各种信号转接后送至信号调理单元, 由信号调理单元完成对信号的滤波、限幅、整形、放大、隔离等处理。同时, PC104计算机通过PC总线向数据采集板发出控制指令, 控制相应的继电器组和模拟开关工作, 接通需要采集的信号通道, 通过A/D接口板和I/O接口板对被测设备的电压量、频率量、开关量和时间量进行采集, 并将采集到的信号进行分析、判断和显示[2,3]。
针对测试设备监测信号具有种类多、数量大的特殊性, 结合基于PC104总线的嵌入式CPU主板和数据采集板的结构特点[4], 系统采用技术成熟的PC104总线CPU模块PCM3350、I/O接口板ONYX MM-XT和A/D接口板DIAMOND-MM-AT作为开发平台, 外加上自行开发的外围信号调理电路和接口模块, 运用模块化设计思想, 实现了故障监测诊断系统所要求的功能。
开关量测量模块的设计
本系统需要采集的开关信号有50路, 其平时状态为低电平 (幅值为0V) , 工作时为高电平。其中有19路信号的高电平状态为15V, 31路信号的高电平状态为5V。
隔离电路的设计
系统的隔离测试和电平转换功能的实现主要是通过光电隔离芯片TLP521-4L来完成的。考虑到引入的数字信号驱动能力有限, 为了减少监测诊断系统对综合测试设备工作的影响, 增强信号的驱动能力, 在对信号进行光电隔离前需将待测开关信号输入到八输入/八输出反相驱动器ULN2803A中, 以保证TLP521-4L能稳定可靠地工作。设计的开关信号光电隔离电路如图2示。
开关信号的采集
对于31路高电平状态为5V的开关量, 在经过图2的电路进行光电隔离后, 分别接入扩展82C55#3板上的A口、B口和C口和ONYX-MM-XT板上82C55#2的C口。
对于19路高电平状态为15V的开关信号, 由于电压较高, 需通过一个1MΩ和一个510kΩ的电阻分压, 经电压跟随器跟随信号和ULN2803A反相驱动后引入到光电隔离芯片TLP521-2L输入端。当监测诊断系统需要采集数据时, PC104计算机通过PC总线分别向3片82C55发出控制指令, 读取相应的数字采集通道, 实现开关信号的采集。设计的开关信号采集电路如图2所示。
电压测量模块的设计
分压电路的设计
经分析总结发现:当测试设备工作时, 通过检测其64路电压信号可全面监测到各功能模块的电压和电阻状态参数, 其中电阻阻值的测量原理上仍然是测量电压。一个标准电压U0先经过一个已知电阻R0, 再串联到被测电阻Rx上, 因此只需测出电阻Rx上的电压Ux, 由欧姆定律可知:
故被测电阻Rx的值为:
其中U0、R0为已知, Ux为被测电压, 故由式 (2) 很容易算出Rx的值。
由于DIAMOND-MM-AT对电压信号输入范围要求为-10V～+10V, 而测试设备电压信号的范围为0～170V, 为保证A/D转换器正常工作, 需将不同幅值的输入电压信号调整到0～10V范围内, 因此需将大于10V的电压信号进行衰减。要实现电压衰减通常要用到电阻分压网络。分压电路的电压衰减量为输出电压Ui′与输入电压Ui之比, 设R2C2的并联阻抗为Z2, R1C1的并联阻抗为Z1, 当衰减器元件参数满足R1C1=R2C2的关系时, 分布电容的影响就可不予考虑, 此时衰减器的分压比为:
输入到A/D转换器的电压值为:
为减小对被测信号的影响, R2和R1通常取值较大, 而A/D的输入阻抗Ri的值并非无穷大, 所以实际输入到A/D转换器的电压为:
其中:
由式 (5) 和式 (6) 可知, 如果A/D的输入阻抗值Ri和R2接近, 将会给测量结果带来较大误差。解决的方法是在分压网络与A/D转换器之间加一个电压跟随器, 由于电压跟随器的输入阻抗很大, Ri近似于无穷, 因此, Ri对测量结果的影响可忽略不计, 改进的分压网络电路如图3所示。
设计中为了减小因电阻分压带来的误差, 电路中的分压电阻统一采用精度为1%的金属膜电阻。跟随器隔离之后, 采样电路对原始信号的影响降低到了最低程度。
电压信号的隔离
考虑到电压信号要求测量其幅值, 因此不能采用隔离开关信号的方式来实现电压信号的隔离, 本系统采用了美国AD公司生产的高速耦合隔离放大器AD215芯片来实现电压信号的线性隔离。设计中AD215主要是用来实现信号隔离, 因此其放大倍数设为1:1。
电压信号的测量
虽然测试设备待测电压路数较多, 但其产生的电压都是顺序执行的信号, 考虑到线形光隔AD215和A/D板DIAMOND-MM-AT的费用较高, 为降低开发成本、简化电路设计和缩小电路板体积, 本监测诊断系统采用了多路复用技术, 这样A/D板使用单个A/D测量通道就可测量多个信号。A/D转换器采集完一个通道后, PCM3350发出指令控制模拟开关动作, 转换到另一个通道并进行采集, 然后再转换到下一个通道, 如此往复。采集原理如图4所示。
时间测量模块的设计
根据测试设备的工作情况, 本监测诊断系统要求的最大计时量应为3s, 而一个带4MHz时钟的16位计时器最长计时时间仅为16.384ms, 所以测量时间时需将二个16位计数器级联成32位来工作, 这样计时器最长计时时间可达1073.742s。在硬件设计上, 系统通过将计数器1和计数器2级联, 即将计数器1的OUT1接至计数器2的CLK2, 门控信号GATE1和GATE2均由ONYX-MM-XT板上82C55#2的B5口来控制, CLK1端接频率为4MHz的标准频率源。通过设定计数器2的初始计数值并在计数结束后读取其计数值, 利用一定的换算关系即可计算出测得的时间, 测量原理如图5所示。
频率测量模块的设计
定时的实现
由于ONYX-MM-XT板上自带的标准输入时钟频率为4MHz, 而系统需要测量的信号频率为3KHz, 因此, 该频率的测量即是一个对8254定时0.01s并对信号进行计数30的测量, 由此可得定时器的计数值为:
(7)
设计上仍是按图8将计数器1、2级联作为定时器, 每到0.01s就触发中断INT7, 其工作方式设置如下:计数器1工作于方式2, 计数器2工作于方式0。设计数器1的计数初值为N1, 计数器2的计数初值为N2, 只要保证N 1×N 2=40000, 然后将各自的计数初值送入相应的寄存器、打开门控信号并启动计数器即可实现定时。
测频的实现
根据系统的设计要求, 结合被测频率信号的特点, 各计数器的工作方式分别设定为:计数器0工作于方式4、计数器1工作于方式2、计数器2工作于方式0。其中, 计数器0的CLK0端接被测频率fx作为事件计数器, 计数器1的CLK1端接4MHz的标准输入时钟频率f0, 计数器1与计数器2形成串联结构作为定时器, GATE0、GATE1和GATE2均受82C55#2的B5口控制。这样, 被测频率fx的值可通过下面的公式来计算:
其中, N0为计数器0的当前计数值, 0xFFFF为计数器0的计数初值。频率信号测量的原理如图5所示。
结论
通过将故障监测诊断系统与测试设备进行了联机通电测试, 并对多次测量结果进行分析, 结果表明系统实际测得的参数值和综合测试设备的标准参数值非常接近, 满足了对测试设备各参数进行监测的需要, 达到了测试设备故障监测诊断系统的设计指标要求。
摘要：以某型测试设备为研究对象, 针对该设备的电路结构和工作特点, 设计了该测试设备故障监测系统。系统的开发基于嵌入式PC104计算机系统及其系列功能模块, 针对被测设备故障信息的特点, 分别设计了开关量、电压量、时间量、频率量信号调理模块;设计中综合运用了光电隔离、多路信号采样复用、高精度定时、测频、计数等技术, 实现了监测诊断系统微负载动态接入和对被测设备全程在线隔离测试。
关键词：故障诊断,在线监测,故障模式,数据采集
参考文献
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监测与测试 篇8
无线电电磁环境的优劣直接影响无线电设备的工作质量, 也会影响无线电监测站接收系统的灵敏度[1,2], 进而影响监测数据的准确性。为保证无线电监测站的监测效果, 定期对监测场地周围的电磁环境进行全面、系统的监测显得十分必要。
福建监测站测向天线场建设于福建省某地, 安装了德国某公司的测向天线阵ADD011和短波测向系统DDF01E。但近年来随着区域经济发展, 测向天线场周边陆续建成或拟建高速公路、铁路等工程项目, 与天线场的距离均不满足国标要求[3,4]。国标GB13614-1992规定各种无线电干扰源和障碍物与短波无线电测向台站之间的保护间距如表1所示。
2 测试方法
2.1 测试方案
传统的电磁环境采集多使用频谱仪作为监测设备, 但因频谱仪存在扫描速度偏慢、频率分辨率较低、互调干扰较大及只有单一峰值检波方式等问题[5], 目前电磁环境采集多采用接收机进行, 并通过远程控制软件自动存储监测数据, 大大提升了自动化程度。其中, R&S EM510全数字式HF接收机, 覆盖9k H z-32 M H z频段, 且不包含混频器和本振, 由天线接收的信号经过高/低通滤波器的预选后直接进入A/D转换器, 具有出色的RF特性、宽动态范围、极高的扫描速度及强大的数字信号处理能力, 非常符合本测试的要求。
2.2 测试系统
本文搭建的电磁环境采集的设备如表2所示, 系统框图如图1所示。信号由电源模块IN600驱动的测试天线R&S HE010 (如图1) 接收并进入EM510接收机进行处理, 最后由笔记本的远控软件采集存储接收机处理后的数据 (如中心频率、电平等) 。
2.3 测试步骤
为保证测试的精度要求, 测量参数的正确设置、测试数据的采集和处理都很重要。根据相关国标及ITU建议书, 对测量参数设置如表3所示。
本文进行的测试主要分六个步骤: (1) 在待测场地选择在天线仰角3°范围内无遮挡的区域为测试点; (2) 在测试点按照测试系统框图连接好测试设备并加电, 设备和控制软件自检正常; (3) 根据对接收机工作参数进行设置; (4) 在测试频段中选择无明显信号特征的频段, 以1MHz的频段间隔读取背景噪声数值; (5) 进行24小时不间断测试, 分别记录不同时段的测试结果; (6) 根据背景噪声计算公式进行计算。
式中, E为电磁环境噪声场强;U为接收机测得的环境电平值;K为天线系数, 这里取HE010天线的天线系数16.7d Buv/m (见图2) 。
3 实验结果
通过24小时连续监测, 我们初步掌握了福建监测站将口测向天线场背景噪声情况。从监测结果上看, 福建监测站测向天线场不同频段的背景噪声差别较大, 其中低频段背景噪声较高, 高频段背景噪声较低。由于不同频段的业务类型不同, 导致背景噪声的场强在不同频段有所差异, 例如广播业务背景噪声相对有规律, 而水上业务频段的电磁环境统计规律性不明显。此外, 通过监测发现, 福建监测站测向天线场在短波频段经常出现各种无线电干扰。
3.1 电磁环境监测结果
福建监测站将口测向天线场背景噪声强度 (d Buv/m) 在固定时段随频率 (MHz) 的变化情况 (如图3上所示) , 随着频率增高, 背景噪声整体上呈下降趋势。此外, 短波低频段的背景噪声电平整体偏高, 势必导致监测工作中监测到的小信号信噪比降低, 给监测工作带来困难, 这与福建监测站2014年对6MHz-7MHz频段的监测情况相符。
考虑到短波监测站的测向天线场选址时应选择电磁环境良好、短波频段背景噪声较低的偏远地区进行建设, 因此, 其他监测站的测试结果也具有参考价值。我们进一步比对了2011年深圳监测站相同时段相同频段的背景噪声监测数据 (如图3下所示, 福建监测站该时刻短波频段的背景噪声 (35d Buv/m) 高于深圳监测站金水湾站区的背景噪声监测结果 (29.9d Buv/m) 。通过从福建监测站监测/测向定位数据库调取2009年与2014年福建监测站利用DDF01E测向设备对国家授时中心10MHz信号的监测情况对比 (如图4所示) , 2 014年该信号附近背景噪声 (-10 d Buv/m) 相较于2009年 (-20d Buv/m) 高出10d B。
本文还对各个频段背景噪声的24小时变化情况进行统计, 以福建监测站2014年重点监测的1516MHz频段的背景噪声变化为例 (如图5上所示) , 该频段背景噪声随时间变化不显著, 这也与深圳监测站测试的情况相符。进一步参考ITU无线电规则可知, 15MHz-16MHz频段主要用于广播业务使用, 该段其他业务用户为了确保自身设备使用效果也有意识地使用其他可用频段, 避开大功率的广播业务频段, 从而导致了相同时间段内福建监测站与深圳监测站背景噪声测量结果接近。
3.2 干扰情况
通过监测发现, 福建监测站测向天线场背景噪声经常出现各种的干扰以短时突发干扰 (如图6所示) 和等间隔脉冲干扰 (如图7所示) 居多。
经过持续监测和统计分析, 天线场短波频段的干扰情况统计表 (如表4所示) , 其中干扰1表示短时突发干扰, 干扰2表示等间隔脉冲干扰的情况。由此可知, 福建监测站测向天线场短波频段的电磁环境恶化显著。
对于地面测向机而言, 二次辐射体对测向准确度的影响是不容忽视的。桅杆、树木、导线、烟囱、各种金属物体、房屋及其他具有一定导电性的建筑物, 都可能成为二次辐射体。它们在被测辐射源电磁场作用下, 在其上产生感应电动势, 从而产生高频电流。这个高频电流就形成了二次辐射电磁场, 它与主电磁场同时作用的结果, 使得到达测向天线处的电磁场波前发生变化, 因而产生测向误差[1]。福建监测站测向天线场周边高速公路、铁路过往车辆等导电体, 造成的电磁辐射往往会引起短时突发干扰, 而国标规定的电气化铁路接触网电压达到27.5 k V, 属于高压电, 则是造成等间隔脉冲干扰的主要原因。参考相关国标在福建监测站测向天线场周围未发现其他干扰源, 由以上测试结果可推断路桥工程对福建监测站测向天线场的影响很大。考虑到福建监测站测向天线场周边大量路桥工程项目与天线场的距离不满足国标要求, 而电气化铁路形成的电磁干扰与机车受电弓的性能、接触网的质量、机车走行速度、牵引电流以及天气好坏等多种因素有关, 因此, 路桥工程项目对测向天线场电磁干扰的定量计算仍有待进一步确定。
4 结束语
短波电磁环境状况良好是确保各短波监测站稳定开展各项监测工作的前提。本文首先介绍了福建监测站测向天线场受干扰现状, 然后利用设计的实验链路对福建监测站短波测向天线场进行了24小时持续监测, 得到天线场周边电磁环境测试数据, 并根据监测结果定性分析了干扰类型及规律。由监测结果可见, 福建监测站测向天线场的电磁环境出现了一定程度的恶化, 与天线场周边路桥工程的建设有较大关系。
摘要：无线电电磁环境的优劣会影响无线电监测站接收系统的灵敏度, 因此, 定期对监测场地周围的电磁环境进行全面、系统的监测显得十分必要。本文针对这个问题搭建了实验链路, 设计了实验步骤完成了监测场地电磁环境采集测试。测试结果显示, 福建监测站测向天线场受周边不符合国标规定的路桥工程影响, 出现短时干扰和等间隔脉冲干扰, 电磁环境出现恶化。
关键词：电磁环境,EM510短波接收机,测向天线场,电磁干扰
参考文献
[1]周鸿顺等.频谱监测手册[M].北京:人民邮电出版社, 2006
[2]鲁道夫·格拉鲍主编.平良子译.无线电测向技术[M].成都:西南电子电信技术研究所, 1993
[3]GB13614-2012短波无线电测向台 (站) 电磁环境要求[S]
[4]GB13617-1992短波无线电收信台 (站) 电磁环境要求[S]