一種電纜檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種電纜檢測系統(tǒng)，包括：中央處理器，發(fā)射電路模塊，反射信號(hào)捕獲電路模塊和隔離電路模塊；其中，發(fā)射電路模塊，與中央處理器連接，用于接收中央處理器的控制指令，對電纜產(chǎn)生并發(fā)射不同幅度和時(shí)長的脈沖信號(hào)，用以進(jìn)行電纜檢測；反射信號(hào)捕獲電路模塊，與中央處理器連接，用于對電纜故障端反射信號(hào)的識(shí)別與捕獲，并將反射信號(hào)發(fā)送至中央處理器；隔離電路模塊，分別與所述發(fā)射電路模塊和所述反射信號(hào)捕獲電路模塊連接，用于隔離所述發(fā)射信號(hào)和所述反射信號(hào)。
【專利說明】—種電纜檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電纜測試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種電纜的故障檢測和定位的系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002]電纜是一種重要的通信媒介，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、電力、通信等重要領(lǐng)域，因此電纜的線路特性狀況對于人們的生產(chǎn)和生活有著重要的影響。電纜線路常見的故障有機(jī)械損傷、絕緣損傷、絕緣受潮、絕緣老化變質(zhì)、過電壓、電纜過熱故障等。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)切斷故障電纜的電源，尋找故障點(diǎn)，對故障進(jìn)行檢查和分析，然后進(jìn)行修理和試驗(yàn)，待故障消除后，方可恢復(fù)供電。
[0003]對于暴露于室外的電纜的質(zhì)量，容易受氣候環(huán)境、外力影響、鼠害以及腐蝕、老化等因素影響；而對于室內(nèi)的電纜的質(zhì)量，則會(huì)受到例如外力拖動(dòng)、擠壓以及老化等人為因素影響。上述兩種情況均會(huì)導(dǎo)致電纜線路出現(xiàn)斷線、混線和接地等故障，當(dāng)電纜線路發(fā)生故障，會(huì)使電纜連接的設(shè)備和系統(tǒng)之間無法正常連接和通信，不僅會(huì)影響人們正常生活，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)遭受重大經(jīng)濟(jì)損失。
[0004]鑒于上述情況，如何用最短的時(shí)間、最低的成本排除電纜故障是當(dāng)前面臨的重要課題。其中，如何實(shí)現(xiàn)測量儀器的小型化和便攜化，并且對各種電纜實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確和高精度的測量成為技術(shù)研究的要點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對以上不足，本實(shí)用新型提供一種電纜檢測系統(tǒng)，用以解決當(dāng)前電纜檢測裝置檢測精度較低和不易攜帶的問題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:提供一種電纜檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)包括:
[0007]中央處理器，發(fā)射電路模塊，反射信號(hào)捕獲電路模塊和隔離電路模塊；其中，
[0008]發(fā)射電路模塊，與中央處理器連接，用于接收中央處理器的控制指令，對電纜產(chǎn)生并發(fā)射不同幅度和時(shí)長的脈沖信號(hào)，用以進(jìn)行電纜檢測；
[0009]反射信號(hào)捕獲電路模塊，與中央處理器連接，用于對電纜故障端反射信號(hào)的識(shí)別與捕獲，并將反射信號(hào)發(fā)送至中央處理器；
[0010]隔離電路模塊，分別與發(fā)射電路模塊和反射信號(hào)捕獲電路模塊連接，用于隔離發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)。
[0011]在一實(shí)施例中，隔離電路模塊是高速模擬開關(guān)。
[0012]在一實(shí)施例中，該檢測系統(tǒng)還包括:人機(jī)交互模塊，與中央處理器連接，用于對發(fā)射脈沖的幅度、時(shí)長參數(shù)以及電纜波速的設(shè)定。
[0013]在一實(shí)施例中，該檢測系統(tǒng)還包括:電源模塊，與所有模塊連接，用于為檢測系統(tǒng)提供能源。
[0014]通過本實(shí)用新型提供的電纜檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多種電纜的短路和斷路故障的檢測和故障點(diǎn)距測試點(diǎn)的距離定位，測試精度高、測量盲區(qū)小、體積小便攜性好、連續(xù)測量時(shí)間長，操作方便簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3A為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)中的高速模擬開關(guān)的電路示意圖；
[0018]圖3B為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)中的高速模擬開關(guān)控制信號(hào)時(shí)序圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的檢測流程圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的操作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。為此，本實(shí)用新型的實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，但并不作為對本實(shí)用新型的限定。
[0022]本實(shí)用新型是利用低壓脈沖反射法檢測電纜故障，其主要原理如下是:向電纜發(fā)送一個(gè)電壓脈沖，當(dāng)發(fā)射脈沖在傳輸線上遇到故障(短路或斷路)時(shí)，由于故障點(diǎn)阻抗不匹配，產(chǎn)生反向脈沖，通過計(jì)算二者的時(shí)間差T，并分析反射脈沖的特性來進(jìn)行故障的定性和定位。該方法適用于斷線或短路故障的測試。故障點(diǎn)距離LSL = V*T/2，其中，V是脈沖在電纜中的傳播速度。根據(jù)脈沖的初始相位判斷故障性質(zhì):0度代表斷路，180度代表短路。
[0023]如圖1所示，圖1為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖，該電纜檢測系統(tǒng)包括:
[0024]中央處理器101，發(fā)射電路模塊102，反射信號(hào)捕獲電路模塊103和隔離電路模塊104 ;其中，
[0025]發(fā)射電路模塊102，與中央處理器101連接，用于接收中央處理器101的控制指令，對電纜產(chǎn)生并發(fā)射不同幅度和時(shí)長的脈沖信號(hào)，用以進(jìn)行電纜檢測；
[0026]反射信號(hào)捕獲電路模塊103，與中央處理器101連接，用于對電纜故障端反射信號(hào)的識(shí)別與捕獲，并將反射信號(hào)發(fā)送至中央處理器101 ；
[0027]隔離電路模塊104，分別與發(fā)射電路模塊102和反射信號(hào)捕獲電路模塊103連接，用于隔離發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)。
[0028]在一實(shí)施例中，隔離電路模塊103是高速模擬開關(guān)。
[0029]在一實(shí)施例中，該檢測系統(tǒng)還包括:人機(jī)交互模塊105，與中央處理器101連接，由鍵盤和IXD組成，其中鍵盤用于設(shè)定發(fā)射脈沖的幅度、時(shí)長參數(shù)和對電纜波速的數(shù)值，IXD用于顯示各項(xiàng)設(shè)定的參數(shù)和數(shù)值。
[0030]在一實(shí)施例中，該檢測系統(tǒng)還包括:電源模塊(圖中未標(biāo)示)，與所有模塊連接用于為整個(gè)電纜檢測系統(tǒng)提供能源，具體來說，該電源是由12V輸出的大容量充電電池和電源管理電路組成，充分保證電纜檢測系統(tǒng)的滿足不同需求的電源供應(yīng)。
[0031]通過本實(shí)用新型提供的電纜檢測系統(tǒng)，利用脈沖在長導(dǎo)體中傳輸?shù)臅r(shí)域反射測量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電纜的無損、快捷、準(zhǔn)確地定位電纜中阻抗不連續(xù)點(diǎn)的位置，同時(shí)為作業(yè)人員提供良好安全的操作界面。
[0032]圖2為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
[0033]如圖2所示，本實(shí)用新型中的處理器201采用具有片上可編程系統(tǒng)(以下簡稱 SOPC, System-on-a-Programmable-Chip)能力的現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA, FieldProgramming Gate Array),控制外部電路和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理,系統(tǒng)集成度高、功耗低。其中，SOPC系統(tǒng)中的N1s II處理器是一種基于流水線的精簡指令集通用微處理器，時(shí)鐘頻率可達(dá)到133MHz。反射信號(hào)處理模塊的時(shí)鐘頻率為200MHz，通過4次90度相移時(shí)鐘的交叉采樣，可使其處理頻率等價(jià)為800MHz，因而其數(shù)據(jù)處理速度快，時(shí)間分辨率高。對中央處理器的外部電路的控制全由HDL硬件描述語言設(shè)計(jì)和可編程邏輯陣列實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定可靠。
[0034]發(fā)射電路模塊202可以根據(jù)SOPC系統(tǒng)對發(fā)射信號(hào)控制模塊206發(fā)出的指令產(chǎn)生20nS-2uS時(shí)長和5V或12V的短時(shí)脈沖信號(hào)。
[0035]反射信號(hào)捕獲電路模塊203由運(yùn)算放大器和整形電路組成，將反射信號(hào)進(jìn)行放大和整形，得到可編程邏輯整列可識(shí)別的矩形脈沖信號(hào)并且通過反射信號(hào)處理模塊207將脈沖信號(hào)輸入到SOPC系統(tǒng)中。
[0036]隔離電路模塊204，由高速模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)，通過隔離控制模塊205對高速模擬開關(guān)發(fā)出控制指令，用于完成發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)的隔離和切換。
[0037]本實(shí)用新型的檢測系統(tǒng)還包括:鍵盤208、液晶顯示器209 (IXD)和存儲(chǔ)器210，其中，鍵盤208用于設(shè)定發(fā)射脈沖的幅度和時(shí)長參數(shù)和對電纜波速的數(shù)值，液晶顯示器209 (LCD)用于顯示各項(xiàng)設(shè)定的參數(shù)和數(shù)值，存儲(chǔ)器210用于存儲(chǔ)SOPC系統(tǒng)中的各種控制指令和數(shù)據(jù)。
[0038]如圖3A所示，圖3A是高速模擬開關(guān)的電路示意圖，其中，INl為連接FPGA控制信號(hào)發(fā)射端(發(fā)射為12V)，IN2為連接FPGA控制發(fā)射信號(hào)的捕獲端，D2為連接到電纜的端，S2為連接反射信號(hào)捕獲電路端，Ctr_12和Ctr_f分別是S1、Dl和S2、D2兩路開關(guān)的，當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，模擬開關(guān)閉合即SI = Dl, S2 = D2。請結(jié)合圖3B，圖3B為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)中的高速模擬開關(guān)控制信號(hào)時(shí)序圖，其中中央處理器(F PGA)對控制信號(hào)Ctr_12和Ctr_f的原理如下:
[0039](I)當(dāng)Ctr_12為低電平時(shí)，SI = Dl = D2，即發(fā)射幅度為12V，時(shí)長與Ctr_n低電平等長的脈沖信號(hào)到電纜中，這時(shí)Ctr_p為高電平，S2和D2是斷路，無信號(hào)送入到反射捕獲電路；
[0040](2)當(dāng)Ctr_f為低電平時(shí)，S2 = D2 = Dl,即電纜與S2端相連，先前發(fā)射的脈沖信號(hào)在電纜故障處的反射信號(hào)通過S2端進(jìn)入捕獲電路中，這時(shí)Ctr_n為高電平，SI和Dl是斷路，沒有與發(fā)射信號(hào)相連，實(shí)現(xiàn)發(fā)射與反射信號(hào)的隔離
[0041]以上是發(fā)射信號(hào)幅度為12V的控制原理，發(fā)射信號(hào)為Ctr_5 (發(fā)射幅度為5V)的控制原理是一致的，只是Ctr_12和Ctr_5只能有一個(gè)信號(hào)有效，另一個(gè)信號(hào)全為高電平。
[0042]圖4為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的檢測流程圖。請結(jié)合圖1，具體步驟如下:
[0043]步驟4-1:通過人機(jī)交互模塊104對中央處理器101設(shè)定測量參數(shù)。
[0044]具體來說，設(shè)定脈沖時(shí)間長度范圍為:20nS — 2uS的短時(shí)脈沖，脈沖幅度為5V (伏特)或12V ;
[0045]步驟4-2:發(fā)射信號(hào)電路模塊102根據(jù)測量參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射已設(shè)定幅度和時(shí)長的脈沖信號(hào)進(jìn)行電纜檢測；
[0046]步驟4-3:脈沖信號(hào)經(jīng)隔離電路模塊104發(fā)射入被測電纜；
[0047]步驟4-4:發(fā)射的脈沖信號(hào)經(jīng)故障點(diǎn)反射形成反射信號(hào)，反射信號(hào)經(jīng)隔離電路模塊104進(jìn)入反射信號(hào)捕獲模塊103，得到反射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間和初始相位；
[0048]步驟4-5:中央處理器101根據(jù)反射信號(hào)的初始相位和發(fā)射短時(shí)脈沖的初始時(shí)間和反射脈沖的到達(dá)時(shí)間差，即可判斷故障類型以及故障點(diǎn)距測試端的距離。
[0049]與現(xiàn)有的電纜故障測試儀相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為:
[0050]1、由于參數(shù)設(shè)定靈活，因此可以測量電纜種類更多。
[0051]2、相位和時(shí)間測量均由FPGA實(shí)現(xiàn)，并且發(fā)射短時(shí)脈沖的初始時(shí)間和反射脈沖的到達(dá)時(shí)間差T，由800MHz時(shí)鐘提供測量時(shí)鐘，測量精確度高，在電纜傳輸速度為3*108米/秒條件下，測量精度小于37.5厘米，測量盲區(qū)小于1.5米，因此測量準(zhǔn)確度更高。
[0052]3、整個(gè)電纜測試儀集成度高、體積小、操作方便靈活，整個(gè)系統(tǒng)由鋰電池供電，可連續(xù)工作4小時(shí)以上，移動(dòng)性能好。
[0053]圖5為本實(shí)用新型電纜檢測系統(tǒng)的操作流程圖，按以下操作步驟實(shí)現(xiàn)了電纜故障類型的檢測和故障點(diǎn)位置的確定。
[0054]步驟501:啟動(dòng)電纜檢測檢測系統(tǒng)，完成初始化后進(jìn)入初始化界面，將測試電纜連接到測試端口；
[0055]步驟502:按鍵選擇初始化界面中的“參數(shù)設(shè)定”、“電纜檢測”；
[0056]步驟503:進(jìn)入“參數(shù)設(shè)定”界面，由鍵盤設(shè)定“電纜傳輸速率”、“脈沖時(shí)長”和選擇“脈沖幅度”，“電纜傳輸速率”的單位為104m/s(米每秒)，“脈沖時(shí)長”的單位為ns(納秒)，“脈沖幅度”只有5V(伏特)和12V兩種選擇，待參數(shù)設(shè)定完成，電纜檢測系統(tǒng)將自動(dòng)保存，并且返回到初始化界面；
[0057]步驟504A:由初始化界面直接進(jìn)入“電纜檢測”界面，電纜檢測系統(tǒng)按照初始化參數(shù)來控制后端反射信號(hào)電路、隔離電路和反射捕獲電路的工作，初始化參數(shù)為:“電纜傳輸速率”為19800*104m/s (米每秒)，“脈沖時(shí)長” 200ns (納秒)，“脈沖幅度”有5V ；
[0058]步驟504B:由“參數(shù)設(shè)定”后進(jìn)入“電纜檢測”界面，電纜檢測系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)來控制后端反射信號(hào)電路、隔離電路和反射捕獲電路的工作；
[0059]步驟505:電纜檢測系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)設(shè)定參數(shù)和脈沖反射原理完成對電纜的檢測，并將電纜的故障類型:短路或斷路，故障點(diǎn)距測試點(diǎn)的距離:X米，顯示在LCD屏上；
[0060]步驟506:連接下一根相同類型的電纜，返回到“電纜檢測”界面，進(jìn)行下一次測量;
[0061]步驟507:連接下一根不同類型的電纜，返回到“參數(shù)設(shè)定”界面，設(shè)定參數(shù)后，再按步驟504B執(zhí)行；
[0062]步驟508:完成測量，關(guān)閉電源。
[0063]通過本實(shí)用新型提供的電纜檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多種電纜的短路和斷路故障的檢測和故障點(diǎn)距測試點(diǎn)的距離定位，測試精度高、測量盲區(qū)小、體積小便攜性好、連續(xù)測量時(shí)間長，操作方便簡單。
[0064]對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電纜檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述電纜檢測系統(tǒng)包括: 中央處理器，發(fā)射電路模塊，反射信號(hào)捕獲電路模塊和隔離電路模塊；其中， 發(fā)射電路模塊，與所述中央處理器連接，用于接收所述中央處理器的控制指令，對電纜產(chǎn)生并發(fā)射不同幅度和時(shí)長的脈沖信號(hào)，以進(jìn)行電纜故障檢測； 反射信號(hào)捕獲電路模塊，與所述中央處理器連接，用于對電纜故障端反射信號(hào)的識(shí)別與捕獲，并將反射信號(hào)發(fā)送至中央處理器； 隔離電路模塊，分別與所述發(fā)射電路模塊和所述反射信號(hào)捕獲電路模塊連接，用于隔離所述發(fā)射信號(hào)和所述反射信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的電纜檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離電路模塊是高速模擬開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的電纜檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 人機(jī)交互模塊，與所述中央處理器連接，用于對發(fā)射脈沖的幅度、時(shí)長參數(shù)以及電纜波速的設(shè)定。
4.如權(quán)利要求1所述的電纜檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 電源模塊，與所有模塊連接，用于為所述檢測系統(tǒng)提供能源。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK204044280SQ201420478516
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】鄭恭明, 沈媛媛, 陳永軍 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司