吳振躍，鄧云坤，肖登明，劉奕路

（1. 上海交通大學(xué) 電氣工程系，上海 200240；2. 田納西大學(xué) 電氣工程與計(jì)算機(jī)工程系電力信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)

室，諾克思維爾市）

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，大區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、分布地域更加廣泛、元件種類更加繁多、動(dòng)態(tài)行為（如超低頻振蕩、振蕩傳播、暫態(tài)電壓不穩(wěn)定等）也更加復(fù)雜，電網(wǎng)正面臨越來(lái)越多新的挑戰(zhàn)，運(yùn)行的穩(wěn)定性分析和監(jiān)測(cè)也顯得越來(lái)越重要[1-4]。

20世紀(jì)90年代初，基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS） 的相量測(cè)量單元（Phasor Measurement Units，PMU）的成功研制，標(biāo)志著同步相量技術(shù)的誕生。盡管PMU用途廣泛，但是其高昂的價(jià)格卻極大地限制了其在電力系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用[5]。早前的研究結(jié)果清楚地指出需要一種能夠更廣泛、快速部署且比較經(jīng)濟(jì)的廣域頻率測(cè)量系統(tǒng)[6]。

基于此，本課題組提出了一個(gè)基于Internet的低成本廣域頻率監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)FNET。FNET作為一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的廣域測(cè)量系統(tǒng)，能通過(guò)先進(jìn)的態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)不同區(qū)域位置的電力系統(tǒng)頻率、相角以及電壓等參數(shù)的變化情況，并通過(guò)Internet實(shí)時(shí)不間斷地將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，幫助運(yùn)行人員對(duì)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的監(jiān)控。

其中，作為FNET的核心設(shè)備，F(xiàn)DR不僅要能準(zhǔn)確采集電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)，還需要具備成本低廉、攜帶方便、可快速部署且具有極高動(dòng)態(tài)精度等一系列特點(diǎn)。目前，F(xiàn)DR已實(shí)現(xiàn)在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中（如110/220 V電壓等級(jí)）中的即插即用。同時(shí)，本課題組專門(mén)為FNET開(kāi)發(fā)的算法幾乎可以在50～70 Hz的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)頻率數(shù)據(jù)的零誤差采集。在過(guò)去的幾年里，頻率擾動(dòng)錄波器（FDR）進(jìn)行了幾次重大的改進(jìn)。本文首先回顧三種版本FDR的設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)，然后介紹和展望FNET研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在和將要進(jìn)行的工作。

1 廣域頻率監(jiān)控網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

FNET是一個(gè)廣域的傳感器網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示，包含高精度的頻率擾動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置FDR和信息管理系統(tǒng)（Information Management System，IMS）。通過(guò)在低壓配電網(wǎng)中方便快捷地安裝FDR裝置，可以完成對(duì)系統(tǒng)電壓的采樣，然后采用相量算法計(jì)算系統(tǒng)頻率、相角以及變化速率等參數(shù)。之后由GPS接收器提供的高精度時(shí)鐘信號(hào)將測(cè)量結(jié)果打上時(shí)標(biāo)，繼而遵循共同的接口協(xié)議將帶時(shí)標(biāo)的頻率數(shù)據(jù)打包，并通過(guò)Internet傳送到位于數(shù)據(jù)處理中心的IMS。作為傳感器的FDR執(zhí)行測(cè)量本地頻率數(shù)據(jù)和通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向IMS發(fā)送數(shù)據(jù)的任務(wù)。IMS提供數(shù)據(jù)收集、儲(chǔ)存、交換、運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)則提供了FDR單元與IMS服務(wù)器之間的廣域通信網(wǎng)絡(luò)[1-2]。

圖1 FDR設(shè)備系統(tǒng)原理框圖Fig. 1 FDR system block diagram

圖2 FDR設(shè)備在美國(guó)的部署方位示意圖Fig. 2 FDR placement in the USA

2 第一代FDR裝置的結(jié)構(gòu)

FNET團(tuán)隊(duì)在2003年左右成功研發(fā)了第一代FDR并且目前已經(jīng)在美國(guó)電網(wǎng)部署了超過(guò)40臺(tái)設(shè)備，同時(shí)在歐洲和非洲也部署了少量的50 Hz版本。這些FDR裝置在60 Hz的頻率上實(shí)現(xiàn)了算法上的零誤差且頻率計(jì)算精度優(yōu)于±0.000 5 Hz[4]。

2.1 第一代FDR裝置的結(jié)構(gòu)

第一代FDR裝置如圖3所示，由變壓器、低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、GPS接收器、微處理器以及網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成。變壓器從110 V或者220 V的壁裝電源插座獲得一個(gè)模擬電壓信號(hào)，經(jīng)由低通濾波器除去高頻噪聲以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。微處理器通過(guò)使用FNET團(tuán)隊(duì)研發(fā)的算法可以計(jì)算頻率的大小、變化率、電壓的大小以及相應(yīng)的電壓角度。第一代FDR的實(shí)物圖片如圖4所示。

圖3 第一代FDR設(shè)備機(jī)構(gòu)框圖Fig. 3 Block diagram of the first generation frequency disturbance recorder system

圖4 第一代頻率擾動(dòng)錄波器實(shí)物圖Fig. 4 The first generation frequency disturbance recorder

在FDR設(shè)計(jì)的初始階段，F(xiàn)NET團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)考慮到在研發(fā)過(guò)程中充分利用不同領(lǐng)域的最先進(jìn)的技術(shù)和概念[6]。如圖3所示，裝置的主計(jì)算單元采用由Axionm 公司制造的CME-555型成品板。CME-555上的MPC555主處理器為設(shè)備提供了可以輕松訪問(wèn)大量外設(shè)的能力。特別的MPC555是一個(gè)設(shè)計(jì)用來(lái)應(yīng)對(duì)大量頻率數(shù)據(jù)計(jì)算所必要的矢量算法的先進(jìn)32位的高速中央處理器。

為了保證時(shí)間的同步性與準(zhǔn)確性，F(xiàn)DR使用摩托羅拉公司生產(chǎn)的M12+型GPS接收器來(lái)提供授時(shí)信號(hào)。為了便于集成，M12+模塊被安裝在專門(mén)為其設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)板上，用來(lái)提供參考時(shí)間和參考頻率。處理器的振蕩時(shí)鐘引自一個(gè)1脈沖/秒（1PPS）的信號(hào)[7]。在運(yùn)算期間，來(lái)自接收器的1PPS信號(hào)的上升沿與25ns內(nèi)的第二個(gè)絕對(duì)信號(hào)同步。這個(gè)精度是通過(guò)GPS衛(wèi)星與在美國(guó)海軍天文臺(tái)（USNO）的主時(shí)鐘進(jìn)行同步而獲得的[8]。來(lái)自M12+的參考時(shí)間以協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）時(shí)標(biāo)的形式提供，然后這個(gè)參考時(shí)間通過(guò)串行通信接口（SCI）傳送到MPC555處理器。

模擬輸入子系統(tǒng)核心是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。本裝置使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是來(lái)自Analog Devices公司的AD976A。AD976A為開(kāi)關(guān)電容式ADC，其采樣頻率達(dá)到200 000次/秒。之所以選中這個(gè)特殊的ADC是因?yàn)樗?6位的數(shù)字輸出并且可以被集成到一個(gè)用戶自定義的印刷版（PCB）上。MPC555通過(guò)使用脈沖寬度調(diào)制信號(hào)觸發(fā)ADC從而達(dá)到控制AD976A轉(zhuǎn)換順序的目的，并通過(guò)編譯PWM 波形來(lái)獲得AD976A的理想采樣頻率。MPC555振蕩器里任何不夠準(zhǔn)確的漂移部分都被M12+接收器的1PPS信號(hào)移除了。

由于AD976A的輸入范圍被限制在DC-10 V到+10 V，所以團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)變壓器和低通濾波器來(lái)把電壓降低到合適的水平，并且濾除來(lái)自電網(wǎng)的高頻噪聲。網(wǎng)絡(luò)通信模塊為FDR設(shè)備提供了基于網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)定的路徑。這個(gè)模塊使用CME-555上空余的串行端口將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成TCP格式用以通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。第一代FDR使用的網(wǎng)絡(luò)通信模塊為Moxa 公司的Nport 5110 模塊。

2.2 第一代FDR單元的算法和精度

在過(guò)去的幾十年中很多科學(xué)家提出了許多種頻率估算的方法[9]。過(guò)零檢測(cè)法因?yàn)槭褂昧俗钌俚挠布约坝?jì)算負(fù)荷低被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的方法，然而這種方法中的信號(hào)噪聲嚴(yán)重影響了測(cè)量的準(zhǔn)確度。最小二乘近似法可以通過(guò)調(diào)整偽逆矩陣的系數(shù)來(lái)抑制噪聲的影響，但是對(duì)于一個(gè)比較大的頻率偏差來(lái)說(shuō)其引入的誤差也很大。泄露效應(yīng)法較易實(shí)現(xiàn)但它的準(zhǔn)確性因?yàn)榉腔久嬖p失很多。因?yàn)檫@種技術(shù)只對(duì)正弦波形有效，所以還需要一個(gè)額外的過(guò)零檢測(cè)器，這就增加了裝置的復(fù)雜性?？柭鼮V波技術(shù)因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中對(duì)噪音免疫，因此是一種很理想的技術(shù)，但是我們并不總能獲得概率密度函數(shù)狀態(tài)下的相量而且高方差將引入一個(gè)不必要的響應(yīng)延遲。相量分析法是一個(gè)具有高精度且堅(jiān)強(qiáng)的計(jì)算方法，并且只需要最低要求的硬件就可以實(shí)現(xiàn)，因此它是目前最理想的算法。團(tuán)隊(duì)選擇了相量分析法并且在第一代FDR中實(shí)現(xiàn)了對(duì)它的應(yīng)用[6-7]。

我們?cè)?003年把第一代FDR與來(lái)自4家不同商業(yè)公司的PMU產(chǎn)品進(jìn)行了比較[9]。在這個(gè)測(cè)試中我們使PMU和FDR同時(shí)測(cè)量來(lái)自同一墻上插座的相同相電壓信號(hào)的頻率。通過(guò)比較所有單元的頻率信號(hào)，選取其中結(jié)果最好的2個(gè)PMU單元和FDR比較如圖5—7所示。很明顯與已經(jīng)商業(yè)化的PMU相比FDR具有更高的頻率準(zhǔn)確性。

圖5 取自PMU A設(shè)備的已處理信號(hào)Fig. 5 Filtered data of PMU A

圖6 取自PMU B設(shè)備的已處理信號(hào)Fig. 6 Filtered data of PMU B

盡管當(dāng)前的FDR的精度足夠捕捉到最主要的頻率變化，但隨著本團(tuán)隊(duì)最近在這方面的進(jìn)展，準(zhǔn)確性還會(huì)有更大的提高[9]。這些改進(jìn)是基于當(dāng)系統(tǒng)頻率接近為了建立采樣頻率而假設(shè)的頻率時(shí)，相量角和波形頻率之間的時(shí)間倒數(shù)關(guān)系變得更加準(zhǔn)確而進(jìn)行的。新的算法誤差可以在更廣的頻率范圍內(nèi)接近零，而當(dāng)前的算法只有在60 Hz的時(shí)候才會(huì)在算法上實(shí)現(xiàn)零誤差。

圖7 取自FDR設(shè)備的未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)Fig. 7 Unfiltered（raw）data of the first generation FDR unit

3 第二代FDR裝置的設(shè)計(jì)

新一代FDR在一年前研發(fā)成功并投入商業(yè)運(yùn)行。第二代FDR使用數(shù)字信號(hào)處理器作為運(yùn)算單元而不再使用微處理器。最重要的是所有的硬件都被集成到PCB板上且設(shè)備能夠在110 V和220 V之間自由切換。如圖8、9所示，新一代的FDR設(shè)計(jì)更加便攜和緊湊。此外，裝置通過(guò)改進(jìn)濾波器的設(shè)計(jì)可以兼容60 Hz和50 Hz的輸入信號(hào)，因此可以實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)部署。在這篇論文完成的時(shí)候，已經(jīng)有幾臺(tái)第2代50 Hz版本的FDR布署到了歐洲和非洲。

圖8 第二代頻率擾動(dòng)錄波器實(shí)物圖Fig. 8 The second generation frequency disturbance record

圖9 第二代頻率擾動(dòng)錄波器內(nèi)部圖Fig. 9 The internal of the second generation frequency disturbance record

4 PC版FDR的設(shè)計(jì)

為了在FDR的設(shè)計(jì)中追求更高的準(zhǔn)確性、更好的可移植性以及更佳的國(guó)際化程度，本團(tuán)隊(duì)還在研究以個(gè)人電腦為基礎(chǔ)的頻率監(jiān)控裝置。這種設(shè)計(jì)將使用性能不斷增強(qiáng)的可編程邏輯設(shè)備（PLD）如現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）。因?yàn)榫哂杏矊?shí)時(shí)性和特定性等特性，F(xiàn)PGA提供了出色的授時(shí)子系統(tǒng)[10-12]。此外系統(tǒng)把快速發(fā)展的個(gè)人電腦技術(shù)與先進(jìn)的頻率計(jì)算融合起來(lái)，因此新系統(tǒng)將會(huì)在不斷增加FDR計(jì)算能力的同時(shí)確保經(jīng)濟(jì)性。此外團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理能力的同時(shí)支持50 Hz和60 Hz頻率的輸入信號(hào)。

4.1 硬件架構(gòu)

PC版的FDR由一個(gè)與第一代相似的ADC、GPS接收器、FPGA、微處理器、變壓器以及低通濾波器組成。圖10顯示了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。16位微處理器負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)所有的接口以及硬軟實(shí)時(shí)任務(wù)。這些任務(wù)包括采集所有來(lái)自ADC的采樣數(shù)據(jù)以及來(lái)自GPS授時(shí)接收器的GPS串行數(shù)據(jù)流。考慮到基于英特爾x86架構(gòu)產(chǎn)品的低成本和豐富優(yōu)質(zhì)的硬件品質(zhì)，新系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了這些硬件優(yōu)勢(shì)。此外，PC版的FDR將能夠提供外部接口用于以太網(wǎng)和USB通信。FPGA通過(guò)監(jiān)測(cè)GPS授時(shí)接收器輸入的1PPS信號(hào)來(lái)觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

4.2 授時(shí)模塊架構(gòu)

對(duì)于PC版的FDR來(lái)說(shuō)最大的變化在于授時(shí)子系統(tǒng)。如圖11所示，PC版的FDR的授時(shí)子系統(tǒng)是由GPS授時(shí)接收器和授時(shí)FPGA兩個(gè)主要部分組成，除此之外還有接收時(shí)間和頻率數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)微處理器兩部分。這個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是增加了授時(shí)子系統(tǒng)的靈活性以及微處理器分擔(dān)授時(shí)和同步功能的能力。這種新設(shè)計(jì)可以使用FPGA里可配置邏輯而不是讓授時(shí)子系統(tǒng)被微處理器的處理能力限制。為了處理所需的采樣頻率，F(xiàn)PGA允許授時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行更新，目前這個(gè)新的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的4個(gè)采樣頻率為1 200 Hz、1 440 Hz、12 000 Hz和14 400 Hz。為了在所有的頻率里都獲得準(zhǔn)確的采樣時(shí)間，授時(shí)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖11所示。

圖10 PC版頻率擾動(dòng)錄波器的結(jié)構(gòu)框圖Fig. 10 Structure Diagram of the PC-version frequency disturbance recorder

圖11 PC版授時(shí)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig. 11 Structure diagram of the PC-version timing subsystem

GPS授時(shí)接收器是授時(shí)子系統(tǒng)的核心。GPS提供的1PPS信號(hào)表明每一個(gè)新的信號(hào)都是以寬度為1.0 ms的正脈沖開(kāi)始的。這個(gè)1PPS信號(hào)被分給授時(shí)FPGA，然后通過(guò)設(shè)備的可配置屬性，F(xiàn)PGA使用第二個(gè)信號(hào)的周期來(lái)計(jì)算準(zhǔn)確分割所需要的采樣觸發(fā)脈沖數(shù)來(lái)觸發(fā)ADC。當(dāng)ADC被觸發(fā)之后，轉(zhuǎn)換開(kāi)始并且在轉(zhuǎn)換完成之后ADC會(huì)發(fā)送一個(gè)表示模擬樣本數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)到微處理器。微處理器的任務(wù)是維持計(jì)數(shù)器來(lái)給所有的采樣數(shù)字信息加載上時(shí)間信息。該計(jì)數(shù)器是基于來(lái)自授時(shí)FPGA的1PPS信號(hào)上升沿復(fù)位的。

總地來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)準(zhǔn)確且可靠的時(shí)間源，這個(gè)新的授時(shí)模塊成本只有700元人民幣。此外還可以通過(guò)以上原理設(shè)計(jì)構(gòu)造一個(gè)獨(dú)立的時(shí)間模塊，可以用于所有的需要精確授時(shí)場(chǎng)合。該模塊由FPGA、相關(guān)的記憶回路、時(shí)鐘以及GPS接收器組成。目前程序代碼在模擬環(huán)境中可以正常工作，但是仍然需要對(duì)硬件進(jìn)行持續(xù)的驗(yàn)證，課題組將會(huì)特征化這個(gè)授時(shí)源來(lái)驗(yàn)證它的準(zhǔn)確度與精密度。

5 替代設(shè)計(jì)與未來(lái)的發(fā)展

自從第一代FDR完成研發(fā)以來(lái)，F(xiàn)NET研發(fā)小組提出了很多不同的設(shè)計(jì)思路。這些思路中包括使用互聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)同步授時(shí)機(jī)制、使用室內(nèi)GPS以及選擇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊取?/p>

網(wǎng)絡(luò)同步授時(shí)技術(shù)是通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)授時(shí)協(xié)議（NTP）實(shí)現(xiàn)的，并且可以作為一個(gè)額外的功能集成到PC版的FDR上或者另外一個(gè)基于數(shù)據(jù)采集板（DAQ）的設(shè)計(jì)上。網(wǎng)絡(luò)授時(shí)協(xié)議（NTP）的基本概念是通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)的信息同步傳輸計(jì)算機(jī)時(shí)鐘，因此達(dá)到提高處理器時(shí)鐘準(zhǔn)確性的目的。一般來(lái)說(shuō)處理器的時(shí)鐘精度可能優(yōu)于100 ms，但是往往不如通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步授時(shí)的精度10 ms。如圖12所示，設(shè)計(jì)中使用了一個(gè)DAQ板用于高速測(cè)量。與第一代的FDR類似，這個(gè)DAQ板擁有一個(gè)16位功能的ADC并且采樣速率高達(dá)200 kHz。此外這個(gè)DAQ板可以把輸入電壓的幅值控制在-10 V到+10 V之間，這樣就簡(jiǎn)化了集成硬件的整體設(shè)計(jì)。

圖12 基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步機(jī)制的頻率擾動(dòng)錄波器的設(shè)計(jì)Fig. 12 Frequency disturbance recorder conceptual design by Internet timing synchronization

通過(guò)應(yīng)用輔助GPS、結(jié)合平行關(guān)聯(lián)可以使GPS模塊具有室內(nèi)使用功能以及更高的靈敏度。標(biāo)準(zhǔn)的GPS接收器在使用前需要1～2 min進(jìn)行衛(wèi)星搜索。但此時(shí)如果信號(hào)因?yàn)檎趽跷锏南拗贫p，它們就不能搜尋到導(dǎo)航衛(wèi)星。輔助GPS是通過(guò)給接收器一個(gè)關(guān)于頻率搜索的提示而降低信號(hào)搜索的時(shí)間。平行關(guān)聯(lián)是一個(gè)用來(lái)尋找所有可能平行延誤代碼的方法[12]。一旦尋找到平行延誤代碼，接收器就可以探測(cè)到由于某些環(huán)境例如由于金屬的墻壁或屋頂?shù)馁?gòu)物中心和高大建筑而衰減的信號(hào)。目前已有一些室內(nèi)GPS接收器與現(xiàn)有的M12+接收機(jī)兼容，我們?nèi)栽趯ふ医?jīng)濟(jì)性和兼容性最佳的GPS解決方案。

FNET團(tuán)隊(duì)正在考慮利用高速發(fā)展的無(wú)線技術(shù)增加無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信功能到現(xiàn)有的FDR網(wǎng)絡(luò)通信模塊上。這個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)可以使FDR在更多的地方部署且允許有更高的可移植性。因?yàn)镸oxa公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了兼容的無(wú)線設(shè)備，因此很容易升級(jí)第一代FDR設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信模塊。然而在應(yīng)用之前還有關(guān)于無(wú)線信號(hào)降解性的問(wèn)題需要解決。一般來(lái)說(shuō)如果使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的話會(huì)有更多的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在傳輸?shù)倪^(guò)程中丟失，因此導(dǎo)致傳輸過(guò)程中丟失數(shù)據(jù)點(diǎn)。課題組還需要更多的研究來(lái)驗(yàn)證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸在FDR系統(tǒng)里應(yīng)用的可靠性。

6 結(jié)論

通過(guò)集成GPS授時(shí)模塊，F(xiàn)DR單元可以同步測(cè)量不同地點(diǎn)的系統(tǒng)頻率。經(jīng)過(guò)FNET團(tuán)隊(duì)在這個(gè)項(xiàng)目上的努力，F(xiàn)DR單元已經(jīng)被部署在全球超過(guò)40個(gè)地點(diǎn)。

現(xiàn)有的測(cè)試結(jié)果表明第一代的FDR具有很高的頻率信息采集精度且可靠性很高。然而設(shè)備的改進(jìn)是沒(méi)有止境的，團(tuán)隊(duì)不斷地提出新的FDR設(shè)計(jì)思路并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了其中的一部分。第二代FDR在一年前完成研發(fā)，它的一出現(xiàn)就展現(xiàn)了強(qiáng)大的兼容性和緊湊性。PC版的FDR充分利用了FPGA與PC集成后計(jì)算能力更高且能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)算法的優(yōu)勢(shì)，且它的算法能在很廣的頻率范圍實(shí)現(xiàn)零誤差。最重要的是PC版在采樣頻率的選擇上具有很高的靈活性并且還可以提供多種通信接口。PC版設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要特征是易于軟件集成，如果使用現(xiàn)有的計(jì)算軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)處理的時(shí)間會(huì)顯著降低。網(wǎng)絡(luò)同步授時(shí)技術(shù)也可以集成到PC版上用來(lái)增加時(shí)鐘準(zhǔn)確性或者作為一個(gè)獨(dú)立DAQ板的設(shè)計(jì)依據(jù)。不過(guò)PC版的FDR作為一個(gè)精確度高并且經(jīng)濟(jì)性好的設(shè)計(jì)，在實(shí)際部署之前還需要完成更多的測(cè)試工作。

本文總結(jié)了一些FDR的設(shè)計(jì)思路以及它們的特點(diǎn)。多年以來(lái)，更加便攜、兼容、經(jīng)濟(jì)以及高精度的FDR裝置的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為FNET團(tuán)隊(duì)努力的主要方向，F(xiàn)NET團(tuán)隊(duì)目前的研究主要集中在怎樣把許多不同的最新技術(shù)集成到FDR上面。FDR設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)止境的，我們堅(jiān)信下一代的FDR必將會(huì)開(kāi)拓頻率檢測(cè)設(shè)備的新時(shí)代。

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