一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是關(guān)于一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電線電纜具有供電安全、可靠、方便等特點(diǎn)，在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。主要應(yīng)用于電源線，電源線雖然小，但是責(zé)任重大，不僅直接關(guān)系到家用電器的使用效果和壽命，更關(guān)乎用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全，因此消費(fèi)者在選購時(shí)千萬不能掉以輕心。然而市場(chǎng)上的電源線產(chǎn)品種類繁多，每個(gè)電器又都有其特點(diǎn)，普通消費(fèi)者如果不得其法，很容易挑花眼。常用電線電纜主要有絕緣型、交聯(lián)聚乙烯絕緣型及橡膠絕緣型等。電線電纜在生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)條件、運(yùn)行環(huán)境、生產(chǎn)負(fù)荷不均勻性等綜合外界因素，致使電線電纜容易發(fā)生故障，影響供電安全、可靠。電線電纜故障有很多，正確分析電線電纜故障產(chǎn)生的原因，確切判斷出電纜故障性質(zhì)，快速、準(zhǔn)確地判定電線電纜出故障點(diǎn)，能夠大大提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少停電損失。
[0003]國內(nèi)外現(xiàn)有的電力電纜故障定位(也稱故障測(cè)距)方法主要可劃分為兩大類:利用故障發(fā)生時(shí)的電量信號(hào)(電壓和電流)進(jìn)行故障測(cè)距，利用外加信號(hào)(音頻)進(jìn)行故障測(cè)距。第一類主要分為行波法和阻抗法，并依據(jù)數(shù)據(jù)來源角度的不同，又都包括單端法和雙端法；第二類主要分為聲測(cè)法和音頻感應(yīng)法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)距精度較高、應(yīng)用效果良好的線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括高頻窄脈沖發(fā)生單元，脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元、微處理器以及數(shù)碼顯示管，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元、脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元和數(shù)碼顯示管均與微處理器電性連接，所述微處理器設(shè)有第一輸入引腳、輸出引腳和第二輸入引腳，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)依次沿第一輸入引腳、輸出引腳、脈沖發(fā)射單元、一線纜、脈沖接收單元和第二輸入引腳傳輸，所述微處理器用于計(jì)算脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)與脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔，所述數(shù)碼顯示管用于顯示微處理器的計(jì)算結(jié)果。
[0007]優(yōu)選地，所述數(shù)碼顯示管為八段數(shù)碼顯示管。
[0008]—種應(yīng)用于線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)的方法，
[0009]S1:微處理器的第一輸入引腳接收到高頻窄脈沖發(fā)生單元發(fā)送的第一上升沿信號(hào)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，所述第一上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)；
[0010]S2:微處理器的第二輸入引腳接收到脈沖接收單元發(fā)送的第二上升沿信號(hào)時(shí)，停止計(jì)時(shí)，所述第二上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)；
[0011]S3:微處理器獲取從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔T;
[0012]S4:微處理器根據(jù)公式:L = VXT/2，計(jì)算出線纜中斷點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，其中V為脈沖波在電纜中的傳播速度，L為電纜中的斷點(diǎn)與脈沖波送入端的距離，T為從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔；
[0013]S5:微處理器將計(jì)算結(jié)果送至數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。
[0014]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:在線完成線纜檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)裝置采用的都是常見的電子器件，容易形成產(chǎn)品，且價(jià)格便宜;設(shè)計(jì)采用的方法原理簡(jiǎn)單易行，自動(dòng)化、智能化的工作過程可大大減少人的工作量，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)度高，對(duì)溫度、程度等環(huán)境指標(biāo)要求不高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，該裝置系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，可有效解決電纜斷點(diǎn)測(cè)定的難題，將有力推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和高速信號(hào)采集技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有更先進(jìn)的方法應(yīng)用于電纜測(cè)距和電纜故障定位中，有利于迅速發(fā)現(xiàn)和排除電纜。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明電纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面，結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
[0019]如圖1所示，一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括高頻窄脈沖發(fā)生單元，脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元、微處理器以及數(shù)碼顯示管，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元、脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元和數(shù)碼顯示管均與微處理器電性連接，所述微處理器設(shè)有第一輸入引腳、輸出引腳和第二輸入引腳，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)依次沿第一輸入引腳、輸出引腳、脈沖發(fā)射單元、一線纜、脈沖接收單元和第二輸入引腳傳輸，所述微處理器用于計(jì)算脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)與脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔，所述數(shù)碼顯示管用于顯示微處理器的計(jì)算結(jié)果。所述數(shù)碼顯示管為八段數(shù)碼顯示管。
[0020]本發(fā)明的工作原理:
[0021]本發(fā)明方案主要采用FPGA技術(shù)來控制產(chǎn)生高頻窄脈沖信號(hào)，在發(fā)射端經(jīng)光電耦合電路將FPGA芯片與外部傳輸電路實(shí)現(xiàn)電隔離，并提高高頻窄脈沖信號(hào)的抗干擾能力，之后接一個(gè)射級(jí)跟隨器，利用高頻三極管開關(guān)電路將脈沖波幅度提高，以提高其負(fù)載能力，使得脈沖波在電纜中傳輸?shù)母h(yuǎn)，避免由脈沖在電纜傳輸中極快的衰減而帶來反射波幅值極小的問題。當(dāng)脈沖信號(hào)傳輸?shù)诫娎|斷點(diǎn)處時(shí)，因在斷點(diǎn)處其阻抗出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致呈高阻狀態(tài)，脈沖能量會(huì)有很大的衰減，同時(shí)部分信號(hào)能量向傳輸方向相反的方向返回，即回波反射。
[0022]在被測(cè)電纜接收端處，由于脈沖發(fā)射和接收端均在同一測(cè)試點(diǎn)，通過示波器觀察這一測(cè)試點(diǎn)的波形圖形，可以觀察到在同一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)相距很近的窄脈沖波形，通過理論分析可知道，第一個(gè)幅值較大的正是窄脈沖經(jīng)過放大處理的發(fā)射信號(hào)，另一個(gè)幅值較小且不完美的脈沖信號(hào)正是為在斷點(diǎn)處經(jīng)反射而有很大的衰減的回波信號(hào)。
[0023]由于反射的脈沖信號(hào)極其微弱，再加上信號(hào)返回途中經(jīng)電纜線的衰減和其它噪聲信號(hào)的干擾，使得回波信號(hào)沒有足夠的能力來驅(qū)動(dòng)端口來輸入一個(gè)高電平信號(hào)，波形也不是很理想。另外，發(fā)射的窄脈沖是經(jīng)過放大處理的，幅值可能提高到1V以上，因此也不可以直接送到FPGA的引腳上。在此之間可通過連接一個(gè)輸入鉗位保護(hù)和輸出鉗位單限比較器，將兩個(gè)不符合要求的高低脈沖模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為幅值為3V左右的高電平數(shù)字信號(hào)，這樣才可以直接送到FPGA的輸入引腳上作為控制信號(hào)。
[0024]如圖2所示，一種應(yīng)用于線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)的方法:
[0025]S1:微處理器的第一輸入引腳接收到高頻窄脈沖發(fā)生單元發(fā)送的第一上升沿信號(hào)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，所述第一上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)；
[0026]S2:微處理器的第二輸入引腳接收到脈沖接收單元發(fā)送的第二上升沿信號(hào)時(shí)，停止計(jì)時(shí)，所述第二上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)；
[0027]S3:微處理器獲取從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔T;
[0028]S4:微處理器根據(jù)公式:L = VXT/2，計(jì)算出線纜中斷點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，其中V為脈沖波在電纜中的傳播速度，L為電纜中的斷點(diǎn)與脈沖波送入端的距離，T為從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔；
[0029]S5:微處理器將計(jì)算結(jié)果送至數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。
[0030]經(jīng)測(cè)距系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算之后，將得到的結(jié)果顯示在數(shù)碼管上即可。選擇脈沖波在電纜中的傳輸速度值，該參數(shù)與電纜的材料結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)稱電纜V = 220mAis，中同軸電纜V =287m/ys，小同軸電纜V=280m/ys，為方便單片機(jī)計(jì)算，在后面的主程序中設(shè)定傳輸速度V=250mAis，對(duì)不同電纜的材料結(jié)構(gòu)用按鍵調(diào)整傳輸速度來進(jìn)行運(yùn)算。
[0031]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括高頻窄脈沖發(fā)生單元，脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元、微處理器以及數(shù)碼顯示管，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元、脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元和數(shù)碼顯示管均與微處理器電性連接，所述微處理器設(shè)有第一輸入引腳、輸出引腳和第二輸入引腳，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述脈沖信號(hào)依次沿第一輸入引腳、輸出引腳、脈沖發(fā)射單元、一線纜、脈沖接收單元和第二輸入引腳傳輸，所述微處理器用于計(jì)算脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)與脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔，所述數(shù)碼顯示管用于顯示微處理器的計(jì)算結(jié)果。2.如權(quán)利要求1所述的一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)碼顯示管為八段數(shù)碼顯示管。3.—種應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)的方法，其特征在于， S1:微處理器的第一輸入引腳接收到高頻窄脈沖發(fā)生單元發(fā)送的第一上升沿信號(hào)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，所述第一上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第一輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)； S2:微處理器的第二輸入引腳接收到脈沖接收單元發(fā)送的第二上升沿信號(hào)時(shí)，停止計(jì)時(shí)，所述第二上升沿信號(hào)為脈沖信號(hào)通過第二輸入引腳時(shí)的上升沿信號(hào)； S3:微處理器獲取從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔T; S4:微處理器根據(jù)公式:L = VXT/2，計(jì)算出線纜中斷點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，其中V為脈沖波在電纜中的傳播速度，L為電纜中的斷點(diǎn)與脈沖波送入端的距離，T為從第一上升沿信號(hào)到第二上升沿信號(hào)之間的時(shí)間間隔； S5:微處理器將計(jì)算結(jié)果送至數(shù)碼顯示管進(jìn)行顯示。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種線纜斷點(diǎn)無損在線檢測(cè)系統(tǒng)及方法，包括高頻窄脈沖發(fā)生單元，脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元、微處理器以及數(shù)碼顯示管，所述高頻窄脈沖發(fā)生單元、脈沖發(fā)射單元、脈沖接收單元和數(shù)碼顯示管均與微處理器電性連接。本發(fā)明能在線完成線纜檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)裝置采用的都是常見的電子器件，容易形成產(chǎn)品，且價(jià)格便宜；設(shè)計(jì)采用的方法原理簡(jiǎn)單易行，自動(dòng)化、智能化的工作過程可大大減少人的工作量，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)度高，對(duì)溫度、程度等環(huán)境指標(biāo)要求不高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，該裝置系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，可有效解決電纜斷點(diǎn)測(cè)定的難題，將有力推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展。
【IPC分類】G01R31/11
【公開號(hào)】CN105589014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610093458
【發(fā)明人】廉捷, 崔旭明, 余宇航
【申請(qǐng)人】廣州啟光智造技術(shù)服務(wù)股份有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2016年2月20日