CN101639513B - 一种提高电缆故障定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高电缆故障定位精度的方法，基于时域脉冲反射法，在电缆故障测试仪与待测故障电缆之间设置延迟传输线，延迟传输线的两端分别与电缆故障测试仪和待测故障电缆连接；将该延迟传输线沿长度分段，每段的长度按测试精度要求的设定值递增，后一段长度是前一段长度的2倍，构成与不同分段长度对应的不同权值的延迟线；设置开关控制电路对设定的不同权值进行切换、组合，使得连接于电缆故障测试仪与待测故障电缆之间的延迟传输线长度相应改变；通过读取的电缆故障测试仪读数减去权值延迟线的长度就可以得到故障电缆的故障点位置。该方法能够消除电缆故障定位盲区，同时还可实现在宽频率范围内实现高精度的故障定位。

Description

一种提高电缆故障定位精度的方法

技术领域

本发明涉及传输电缆的故障测试定位，尤其是一种提高电缆故障定位精度的方法，属于测试技术领域。

背景技术

电与网络给人们带来了便利，其已普及到人们生活的方方面面，很大程度上改变了人们的生活方式。而目前各种电力和网络中数字信号的传输必须通过有线电缆实现，电缆的各种故障会给人们带来了巨大的经济损失。因此，有线电缆故障点的定位具有重大意义。现有技术在电缆故障定位方法上多采用时域脉冲反射法，电桥法，放音法，电阻电容法，频域反射法等，目前市场上已经有很多根据这些方法原理设计制造出来的电缆故障测试仪器。其中，基于时域脉冲反射法电缆故障测试仪的原理是从仪器向故障电缆发射一个脉冲，再由故障电缆的断路或者短路处反射回一个脉冲，当电缆有断路故障时，反射回的脉冲电平与发射脉冲电平的极性相同，当电缆有短路故障时，反射脉冲与发射脉冲极性相反，通过测量反射脉冲与发射脉冲的时间差以及极性就可测出电缆的故障点。由于发射脉冲宽度不可能无限短，故障电缆太短的话会使发射脉冲叠加，仪器分不清收到的脉冲究竟是发射脉冲还是反射脉冲，由此产生故障电缆的测试盲区。基于时域脉冲反射法的故障测试仪在脉冲频率最高可以达到250MHz时，但定位精度只能达到0.4m左右。要想获得更高的定位精度，只有通过提高发射脉冲的频率即减小脉冲的宽度来实现高精度的定位，但提高发射脉冲的频率会大大提高仪器的功耗，这就限制了测试仪精度的提高。而科学技术的进步对电缆故障定位的精度有了更高的要求，现有技术精度不能满足要求。因此需要有更好的方法来提高有线电缆故障点的定位精度。

发明内容

针对目前基于时域脉冲反射法的电缆测试仪器除了通过提高发射脉冲的频率外缺少其它提高定位精度方法的现状，本发明提出一种提高电缆故障定位精度的方法，该方法通过在时域脉冲电缆故障测试仪的基础上增加可程控权值延迟传输线及其控制电路，可减小仪器的测试盲区，提高电缆故障测试仪的定位精度。

本发明方法采取的技术方案是：一种提高电缆故障定位精度的方法，基于时域脉冲反射法，由电缆故障测试仪向故障电缆发射一个脉冲，根据故障电缆反射回的脉冲电平与发射脉冲电平之间的极性差异和时间差，测出电缆的故障点及故障类型，其特征在于：在电缆故障测试仪与待测故障电缆之间设置延迟传输线，延迟传输线的两端分别与电缆故障测试仪和待测故障电缆连接；将该延迟传输线沿长度分段，每段的长度按测试精度要求的设定值递增，后一段长度是前一段长度的2倍，构成与不同分段长度对应的不同权值的延迟线；设置开关控制电路对设定的不同权值进行切换、组合，使得连接于电缆故障测试仪与待测故障电缆之间的延迟传输线长度相应改变；通过读取的电缆故障测试仪读数减去权值延迟线的长度就可以得到故障电缆的故障点位置，若反射脉冲的极性与发射脉冲电平的极性相同，则为电缆有断路故障，反之为短路故障。

所说权值延迟线对应不同长度分段的不同权值设定为0.1m、0.2m、0.4m、0.8m、1.6m，后一段长度是前一段长度的2倍，将不同的权值任意两个或者多个组合起来，就可以实现不少于3.1m分辨率为0.1m的任意延迟线数值。

所说延迟传输线可采用单芯导线或公知的多芯网线，采用多芯网线时，网线的芯线数量≥待测故障电缆芯线数量，延迟传输线每根芯线均按照同样的设定权值分段，网线前端连接在电缆故障测试仪的测试端口上，后端通过继电器和接口实现与故障电缆内的各条线相应切换对接。

本发明的优点及显着效果：

1、本发明对电缆可能会产生的开路、短路等故障能进行精确定位，定位精度可达0.1m，具有盲区小、宽频率、定位精度高、功耗少、成本低等特点。

2、通过在测试信号传输线路中增加可控延迟传输线，时延参数可以通过权值进行控制，通过可控延迟传输线来消除电缆故障定位盲区，可根据测试驱动频率的不同来设定时延参数消除相应的定位盲区。

附图说明

图1是本发明方法的系统框图；

图2是本发明方法的系统详图；；

图3是本发明方法中的延迟传输线及其控制原理图；

图4是未加入延迟传输线盲区长度内的反射脉冲；

图5是加入延迟传输线后盲区长度内的反射脉冲；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

现有技术时域脉冲反射法测试电缆故障，是将电缆故障测试仪与待测故障电缆直接对接，由于发射脉冲宽度不可能无限短，故障电缆太短的话会使发射脉冲叠加，仪器分不清收到的脉冲究竟是发射脉冲还是反射脉冲，由此产生故障电缆的测试盲区。本发明在电缆故障测试仪与待测故障电缆之间增设延迟传输线，这样发射脉冲和反射脉冲均经过延迟传输线(不同权值的延迟线)，因此实际上加在故障电缆前端的延迟线为0.05m、0.1m、0.2m、0.4m、0.8m，为方便计算，在使用过程中可以认为加入了0.1m、0.2m、0.4m、0.8m、1.6m延迟线。通过公知的开关控制电路对不同长度的权值进行切换、组合，开关闭合就会使该段长度短路从而与测试电路分离，使得连接于电缆故障测试仪与待测故障电缆之间的延迟传输线长度相应改变；通过读取的电缆故障测试仪读数减去权值延迟线的长度就可以得到故障电缆的故障点位置。分以下几种情况：

(1)小于盲区长度的故障电缆测试

当待测故障电缆长度小于2m，假设为1.5m，测试盲区是2m，电缆故障测试仪不能测出准确距离(1.5m)。在加入权值延迟传输线后，当手动或者程控在故障电缆前加入了0.5m的权值线后，电缆测试仪就能测出电缆的故障点在2m处，此时我们加入了0.5m的时延线，这样就可以得出原先的电缆故障点在2-0.5＝1.5m处。未加权值延迟传输线时发射脉冲和反射脉冲会混叠在一起，加上权值延迟传输线后就能把发射脉冲和反射脉冲区分出来(见图4、图5)。

(2)大于盲区长度的故障电缆测试

假设待测故障电缆长度是3m，因为该测试仪当脉冲频率在50MHz时盲区是2m，因此该仪器只能检测到故障电缆的故障在2m的地方，而剩下的1m因为测试盲区的存在它检测不出，加上权值延迟传输线后，每次以信号在0.1m电缆中传播的时间进行权值延迟传输线的手动添加，这样把剩下的1m通过延迟线加到2m后又达到了测试仪2m的定位精度，此时测试仪测出的故障电缆长度为4m，而我们给电缆的脉冲信号共延迟了1m，因为这个值是可控的，这样最后电缆故障点就在4-1＝3m。这样就测出了原来电缆的的故障点位置。由于权值延迟传输线的最小权值是0.1m，即加到3.9m后原先的测试仪依然不能测出具体的故障点位置，一直加到4m才可以测出。因此，用该测试方法测得的故障点位置的精度可高达0.1m。

权值延迟传输线可采用市场上最普通的网线，网线中有八芯可以用来测量少于或者等于八芯的电缆。网线中不同长度的线芯构成了各延迟传输线，各不同长度的线芯段串联在一起，每段线芯由一个开关控制是否接入延迟传输线中(如图3)，开关闭合就会使该段线芯短路从而与测试电路分离，同时为防止短路后该段网线还会对电路造成影响，在网线后面另加了一个控制开关，当要短路掉该段网线时，该断网线紧跟着的开关断开。例如0.1长的线芯开关1，开关2控制，开关1、开关2不能同时断开或同时闭合，当我们所取的权值需要0.1时，开关1断开，开关2闭合，这样0.1的线就连入了测量电路中，可以起到延时的作用。如选取0.1、0.4、0.8的线芯长度串联接入时，开关1，开关5、开关7断开，开关2，开关6，开关8闭合，由于不选取0.2，1.6长度的线芯，因此开关3、开关9闭合，开关4、开关10断开。控制电路功能相当于一个开关电路，整体电路由一个微控制器控制，可以在不同权值之间进行切换.测试开始的时候开关均闭合此时延迟传输线的权值大小为0。控制电路主要分为微控制芯片，远程控制模块，按键电路，接口电路，开关电路，显示模块等常规电路。微控制芯片可以采用单片机，FPGA，CPLD，ARM，DSP芯片等，但为了降低成本，推荐使用单片机来控制整个控制电路。新增加的可程控权值延迟传输线与前端测试仪的连接方式如图1所示，图1中前端将可程控权值延迟传输线接在测试仪的测试端口上，后端使用继电器与普通的口(测试电线时使用)或者RJ45接口(即网口，测试网线时使用)实现可程控权值延迟线与故障电缆的对接。图2对表明了系统详细结构，其中微控制器、发射驱动电路、信号采集电路、信号调理电路都属于原先的电缆测试仪，控制器、开关电路、权值延迟传输线、继电器接口都属于新加的部分。权值延迟线新增加的控制电路与故障电缆采用继电器来连接，断电器的前端接微控制芯片，后端通过RJ45接口与故障电缆进行连接。这样可以在故障电缆的各条线之间进行快速地切换。在基于时域脉冲反射法的电缆故障测试仪的基础上，加入可程控权值延迟传输线电路。假设电缆故障测试仪的定位精度1m(即盲区为1m)，该仪器原先使用的脉冲频率为100MHz，当把脉冲频率降到50MHz时，较小的脉冲频率可以降低仪器的整体功耗，但相应的也会降低仪器的定位精度，使盲区达到2m左右。本发明所提出的新方法在故障电缆前加入可程控权值，即使把脉冲频率降低到50MHz，也可以达到比原先100MHz脉冲频率测试仪器更高的定位精度，可以达到0.1m。

本发明方法可按以下测试步骤进行：

1)在电缆故障测试仪的测试接口接上延迟传输线控制电路；

2)在延迟传输线控制电路的测试接口上接好故障测试电缆；

3)延迟传输线控制电路测试接口选好测试线路后，测试仪开始工作，此时延迟传输线控制电路初始化，接入线路的权值延迟线长度为0；

4)由电缆故障测试仪测出故障电缆的故障点距离；

5)延迟传输线控制电路开始工作，延迟传输线中开关开始切换，从0.1m开始以0.1m为步进，此时看测试仪的读数，当测试仪的读数是2(盲区长度)的整数倍时停止开关的切换，记下此时的延迟传输线延迟线的长度；

6)由测试仪的读数减去权值延迟线的长度就可以得到故障电缆的故障点位置，由反射脉冲的极性就可以判断出是断路故障还是短路故障

延迟传输线采用0.1m、0.2m、0.4m、0.8m、1.6m这几个权值，任意两个或者多个组合起来就可以实现0～3.1m之间分辨率为0.1m的任意延迟线数值，由微控制器来控制发出控制信号来控制延迟传输线的组合。

权值大小的控制：

由微控制芯片接出的I/0口开关电路的开合，当测试仪器开始工作后，接好故障电缆，显示模块显示出当前延迟传输线的权值大小。当选择近端手动操作时提供两个按键，分别对延迟传输线进行权值的增加操作和减小操作，此时微控制器根据用户的操作选择开关电路中各个开关的开与合来控制权值的大小。当选择程控方式时候可以通过远程控制模块对延迟传输线大小进行控制，当前的延迟传输线的延迟大小可以在显示模块中予以显示。以下详细阐述新方法下断路或者短路故障电缆的测试过程。

对于多条线的电缆，例如网络双绞线电缆有4对八条线，本方法采用了多路继电器在多路间进行切换。由微控制器来切换各故障检测线路。

测量实例

1)被测故障电缆长度1.5m且在1.5m处断路

把故障电缆加到测试电路中，由于1.5m的长度还在盲区范围里，加上故障电缆后延迟传输线进行切换，当延迟传输线延迟线加到0.5m时，这时测试仪的读数为2m，停止延迟传输线延迟线的切换，得到的故障电缆故障点的位置为2-0.5＝1.5m。。

2)被测故障电缆长度3.0m且在3.0m处断路

把故障刚开始测试时，测试仪给出的数据是2m，权值控制电路开始开关切换，当延迟传输线延迟线达到

1m时测试仪的示数会达到4m，此时停止权值控制电路的开关切换。则故障电缆的故障点位置在4-1＝3m处，完成了电缆故障的测试。

Claims (3)

1.一种提高电缆故障定位精度的方法，基于时域脉冲反射法，由电缆故障测试仪向故障电缆发射一个脉冲，根据故障电缆反射回的脉冲电平与发射脉冲电平之间的极性差异和时间差，测出电缆的故障点及故障类型，其特征在于：在电缆故障测试仪与待测故障电缆之间设置延迟传输线，延迟传输线的两端分别与电缆故障测试仪和待测故障电缆连接；将该延迟传输线沿长度分段，每段的长度按测试精度要求的设定值递增，后一段长度是前一段长度的2倍，构成与不同分段长度对应的不同权值的延迟线；设置开关控制电路对设定的不同权值进行切换、组合，使得连接于电缆故障测试仪与待测故障电缆之间的延迟传输线长度相应改变；通过读取的电缆故障测试仪读数减去权值延迟线的长度就可以得到故障电缆的故障点位置，若反射脉冲的极性与发射脉冲电平的极性相同，则为电缆有断路故障，反之为短路故障。

2.根据权利要求1所述提高电缆故障定位精度的方法，其特征在于：权值延迟线对应不同长度分段的不同权值设定为0.1m、0.2m、0.4m、0.8m、1.6m，将不同的权值任意两个或者多个组合起来，就可以实现0～3.1m之间分辨率为0.1m的任意延迟线数值。

3.根据权利要求1或2所述提高电缆故障定位精度的方法，其特征在于：延迟传输线采用公知的多芯网线，网线的芯线数量≥待测故障电缆芯线数量，延迟传输线每根芯线均按照同样的设定权值分段，网线前端连接在电缆故障测试仪的测试端口上，后端通过继电器和接口实现与故障电缆内的各条线相应切换对接。

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