CN101762770B - 双绞线电缆检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双绞线电缆检测。本发明提供用于电缆检查的方法和系统，原理为在包括多根导线的电缆和磁场之间产生相对运动。检测响应所述磁场而在所述导线中感应的电信号。感测因所述相对运动而在所述电信号中产生的变化。响应所述变化，检测所述电缆中的缺陷。

Description

双绞线电缆检测

技术领域

本发明整体涉及电缆检查，具体地讲，涉及双绞线电缆的检查。

背景技术

线材制造商一般生产长而连续的电线。通常将线材绕在线轴上，再出售给线材供应商或客户。在线材的制造过程中，线材断裂的情况时有发生。当出现这种情况时，制造商通常将线材重新拼接在一起，再继续生产。当绝缘电线发生断裂时，制造商通常会削掉两断裂面上的绝缘材料，然后将导线的两端焊接在一起。在给定的生产运行期间，发生多次断裂的情况也屡见不鲜，因此在某卷线材上可能存在多处拼接，尤其是几千英尺长的线材。线材拼接还可能出现在包覆绝缘材料时，并可因挤出或带材缠绕而产生。

双绞线布线是配线的形式之一，其中两根导线或单回路的两半缠绕在一起以抵御来自外界的电磁干扰。绞线减小干扰的原因在于两线之间的回路面积(决定磁耦合对信号的影响)有所减小。在平衡线对工作中，两条导线通常携带强度相等方向相反的信号，它们在目的地结合。导线的电磁辐射互相干扰，并因180度的相位差而被抵消。

发明内容

在本发明所公开的实施例中，提供一种用于电缆检查的方法，其包括在具有多根导线的电缆和磁场之间产生相对运动。当导线和线圈之间发生相对运动时，对响应磁场在导线中感应的电信号进行感应和测量。检测电信号的变化，其中这些变化对应于电缆中的缺陷。

根据本发明的实施例，还提供一种用于电缆检查的装置，其包括：

用于产生磁场的磁场发生器；以及

耦接到包括多根导线的电缆的监测仪，该监测仪被配置成检测响应磁场和电缆之间的相对运动而产生的电信号的变化，其中这些变化对应于电缆中的缺陷。

根据本发明的实施方案，还提供一种用于电缆检查的装置，其包括：

用于产生磁场的磁场发生器；

用于在包括多根导线的电缆和磁场之间产生相对运动的输送机；以及

耦接到电缆的监测仪，该监测仪被配置成检测响应相对运动而产生的电信号的变化，其中这些变化对应于电缆中的缺陷。

附图说明

为了更好地理解本发明，以举例的方式提供本发明的详细说明。要结合以下附图来阅读详细说明，附图中相同的元件用相同的旁注数字表示，并且其中：

图1为根据本发明的实施例示意性地示出用于检测双绞线电缆的系统的方框图；以及

图2为根据本发明的实施例示意性地示出用于检测双绞线电缆的方法的流程图。

具体实施方式

下文描述的本发明的实施例提供了用于检查双绞线电缆的改进方法、产品和系统。在过去，对双绞线电缆进行评估通常都采取破坏性的方式，方法为将电缆从其护套中剥开，将电缆内的各绞线对分开，然后计算扭绞数，在某些情况下，还会使用显微镜。从以往的情况来看，具有针孔阳极的x光机已被用于成像电缆内的双绞线，然而其通常无法显示清晰的导线图像，原因在于护套和多对双绞线的存在遮蔽了导线。

在本发明的实施例中，磁场发生器产生集中磁场。例如，具有缺口的铁磁圆环可被励磁线圈驱动，从而在缺口中产生集中磁场。发电机提供交流电通过励磁线圈，以在圆环中形成磁场焦点。可将圆环靠近缺口的边缘削尖，以提高磁通线的集中度。作为另外一种选择，也可采用其他类型的磁场发生器用于此目的。

沿着通过磁场焦点的路径输送包括多根导线的双绞线电缆，例如通过圆环中的缺口。也就是说，在电缆和磁场之间产生相对运动。可 采用自动化输送机输送电缆，或者可以手动拉动电缆通过缺口，从而让电缆处于磁场的影响下。在电缆的末端，通常将电缆中的导线跨接到差分放大器，以此放大因磁场的作用而在导线之间产生的差分信号。

监测仪(例如示波器)被连接到放大器并用于测量电信号，例如在电缆的成对导线之间感应的净电压。本文所公开的特定仪器并非关键性的，许多已知的监测仪都适用于连续测量导线之间的电信号。导线的各成对半扭绞相当于环形天线，当置于磁场中时一条导线产生的电压相位与另一条的相位相反。也就是说，在均匀磁场中，成对导线各自的电压通常相互抵消，而不会在两条导线间产生净电压。然而，随着电缆被拉动通过上述试验装置的高度聚焦磁场时，监测仪可感测由运动引起的电信号中的变化，该信号与励磁电流同相。

标准双绞线电缆通常具有均匀的间距，因此监测仪检测到的电压信号应具有均匀的振幅和相位。然而，如果在电缆的某些位置上电缆中的扭绞以非均匀的方式不正确地延伸，那么当电缆穿过磁场时电信号会较某一基准发生变化。监测仪检测该变化，这一变化于是被视为双绞线电缆的缺陷。可将数据采集装置连接到监测仪，以自动报告电信号和缺陷的检测情况。

当扭绞在包封护套的过程中被解开时，可能导致双绞线电缆产生缺陷。另一个导致缺陷的原因在于：双绞线电缆的制造商通常在扭绞成对导线束时，其方向与各个导线对的扭绞方向相反。以这种方式进行扭绞会解开个别的导线对，从而导致每英寸的有效扭绞数减少。

现在参见图1，其为根据本发明示意性地示出用于检查双绞线电缆的系统20的方框图。系统20包括双绞线电缆22、铁磁圆环24、差分放大器32和电压监测仪34。双绞线电缆22包括数对导电电缆，它们沿着电缆的长度方向扭绞在一起并包有护套36。只要护套36不具铁磁性，则系统20的本实施例即可有效地工作。(在护套被磁硬化的情况下，如果首先除去护套，则系统20通常会更加有效)。双绞线电缆22通常通过底盘38接地。

通过由发电机28供电的励磁线圈30，磁场集中在圆环24的缺口中，从而产生磁场焦点26。可将圆环24的边缘削尖以提高磁通线的集中度。也就是说，磁场集中于一处，本文称为磁场焦点26，其与磁场发生器相关。运行磁场发生器进而产生磁场。

包括多根导线60、62的双绞线电缆22具有前端56和后端58。前端56和后端58为双绞线电缆22的标号，它们被任意分配以表示电缆的相对两端。“缩短”双绞线电缆22的后端58，即，剥去护套36并将导线60和导线62连接在一起。将双绞线电缆22的前端56连接到放大器32，从而形成完整的电路以通过监测仪34监测磁场。

合适的输送装置(示意性地示为输送机)在抗磁肩状物27的引导下移动双绞线电缆22穿过磁场焦点26。抗磁肩状物27通常由塑料制成，并引导双绞线电缆22精确地穿过磁场焦点26。在采用输送装置移动双绞线电缆22的替代实施例中，可手动输送电缆穿过磁场焦点26，例如通过人而非机器。然而，应当理解的是，本发明实施例的操作并不限于在双绞线电缆22和磁场焦点26之间产生相对运动的特定方法，也可以采用任何其他能够实现双绞线电缆22相对于磁场焦点26运动的合适方法。例如，可移动的圆环可沿着电缆进行输送，以实现相对运动。箭头40示出了双绞线电缆22的移动方向。虽然双绞线电缆22示为沿着箭头40所示的方向移动，但是本发明的实施例并不限于沿着该方向移动。

监测仪34测量在双绞线电缆22的导线中响应双绞线电缆22和磁场焦点26的相对运动所感应的电信号及其任何信号变化。可将数据采集装置52连接到监测仪34。数据采集装置52使瞬间电信号与电缆22中的位置相关联，并将所监测信号中的某些信号变化视为双绞线电缆22中特定位置的缺陷。例如，对信号变化的检测可找出双绞线电缆22的导线的特定扭绞中存在的缺陷。数据采集装置52可报告该缺陷，还可以存储描述双绞线电缆22缺陷部分的位置的数据。作为另外一种选择，也可以采用本领域已知的任何合适方法来检测信号变化并报告缺陷。在本专利申请的上下文中以及在权利要求书中，术语“信号变化”是指所监测信号的振幅的变化(通常为增大)，或者是指在所监测的信号中相位交替之间时长的变化。

现在参见图2，其为根据本发明的实施例示意性地示出用于检查双绞线电缆的方法的流程图。在系统准备步骤44中，在双绞线电缆22的后端58缩短双绞线导线60和62。(在包括多对双绞线的电缆 中，可通过本文所述的方式缩短每对导线并进行检测。)如上文所述，将双绞线电缆22的前端56连接到放大器32。例如，在本实施例中，双绞线电缆22包括直径为40μm并且每英寸具有15个完整扭绞的多根导线。护套36包括呈螺旋状的10股平行镀银铜，其直径为20μm并覆盖双绞线电缆22表面的90％以上，并包覆有包含聚氨酯的抛光外皮。然而，应当理解的是，本发明实施例的操作并不限于特定类型的双绞线电缆，而是可对任何其他合适的双绞线电缆进行测试，并且所有此类电缆都被视为包括在本发明的实施例范围之内。

系统准备步骤44还包括：通过发电机28的激活，在磁场焦点26中产生磁场，以产生如上所述的磁场焦点26。为了更灵敏地检测电缆中的缺陷，位于圆环24的缺口中的磁场焦点26应小于双绞线电缆22各半扭绞的有效面积。双绞线电缆22各半扭绞的有效面积可通过下式近似得出：

$E_A=\frac{L*D}{4}---\left(1\right)$

其中E_A为有效面积，L为一个完整扭绞的长度，D为双绞线电缆22单股(包括其绝缘层)的直径。可取的是，磁场焦点的大小与该面积近似。作为另外一种选择，也可采用欠聚焦的磁场乃至均匀磁场对电缆进行检测。

放大器32通常结合由双绞线电缆22计算的拾取电压进行设计，该电压由电缆尺寸和圆环24缺口中的磁通密度和频率决定。在本实施例中，其中磁通密度在励磁线圈30中的励磁电流频率为5KHz下为50mA，放大器32具体体现为具有大约2000增益的低噪音仪表放大器。

在其中监测仪34包括用于监测放大器32的示波器的实施例中，系统准备步骤44还可包括使示波器与磁场发生器30同步。同步后，随着双绞线电缆22通过磁场焦点26，示波器应显示相位值在-180°和-180°之间变化的正弦波。在本实例中，由于每英寸电缆由15个完整扭绞构成，因此每英寸双绞线电缆22大约有30个相位交替，并且在电缆的每个完整扭绞中应有两个完整的相变。

在运动形成步骤46中，双绞线电缆22和磁场焦点26之间产生相对运动。如上所述，可通过输送装置相对于磁场焦点26移动双绞线电缆22，或者也可以手动移动双绞线电缆22。

在电信号测量步骤48中进行测量。在本发明中，对示波器进行监测以确定在双绞线电缆22的导线之间感应的电信号。如果监测仪34在信号变化确定步骤50中感测到电信号的变化，则在缺陷检测步骤52中对缺陷进行检测。如果电信号发生变化，根据特定应用的标准，随着电缆通过磁场，监测仪34检测此变化，其于是被视为双绞线电缆22的缺陷。如果电信号保持稳定，则检测不到信号变化(如上文所定义)，而双绞线电缆22则在重新开始的运动形成步骤46中继续移动，并通过磁场焦点26。

在其中将数据采集装置52连接到监测仪34的一些实施例中，数据采集装置52可与双绞线电缆22的输送机同步，而输送机可自动运行。适用于本系统的自动输送机例如在美国专利No.5,050,093和美国专利No.3,763,426中有所公开，两者以引用方式并入本文。

在可供选择的实施例中，系统20的原理可用于测定封入介电材料(例如塑料壳)的小型电磁线圈的准确位置。也可将此类系统用于定位电缆或其他电路中隐藏的导线回路，以找到并移除电干扰源。

本领域的技术人员会认识到，本发明并不限于在上文中具体示出和描述的内容。而是本发明的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合，以及本领域技术人员在阅读上述说明后可想到的不在现有技术范围内的变形形式和修改形式。

Claims (18)

1.一种双绞线电缆检查方法，包括：

在包括多根导线的电缆和磁场之间产生相对运动，并且所述电缆的不同部分在所述相对运动期间连续地穿过所述磁场；

连续地测量响应所述磁场在所述导线中感应的电信号；

感测由于所述相对运动引起的所述电信号的振幅和相位的变化；以及

响应所述变化检测所述电缆中的缺陷。

2.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述相对运动包括操作磁场发生器以产生磁场，所述磁场集中于与所述磁场发生器相关的位置，并且其中检测所述缺陷包括基于当所述电缆的缺陷部分位于所述位置时所感测到的所述变化来确定所述缺陷部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中检测所述缺陷包括通过连接到监测仪的数据采集装置自动确定所述电缆的所述缺陷部分。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述磁场发生器包括其中具有缺口的圆环，并且其中所述磁场集中于所述缺口。

5.根据权利要求4所述的方法，其中产生所述相对运动包括移动所述磁场发生器和所述电缆中的至少一者，以使得所述位置沿着所述电缆纵向位移。

6.根据权利要求5所述的方法，其中移动所述磁场发生器和所述电缆中的至少一者包括输送所述电缆通过所述缺口。

7.根据权利要求6所述的方法，其中输送所述电缆是手动执行的。

8.一种双绞线电缆检查方法，包括：

在包括多根导线的电缆和磁场之间产生相对运动，并且所述电缆的不同部分在所述相对运动期间连续地穿过所述磁场；

检测响应所述相对运动而连续地产生的电信号的振幅和相位的变化，其中所述变化对应于所述电缆中的缺陷，

其中所产生的电信号是响应所述磁场在所述导线中感应的。

9.一种用于双绞线电缆检查的装置，包括：

用于产生磁场的磁场发生器；以及

耦接到包括多根导线的电缆的监测仪，所述监测仪被配置成检测响应所述磁场和所述电缆之间的相对运动而连续地产生的电信号的振幅和相位的变化，并且所述电缆的不同部分在所述相对运动期间连续地穿过所述磁场，

其中所述变化对应于所述电缆中的缺陷。

10.根据权利要求9所述的装置，其中通过手动拖拉所述电缆穿过所述磁场产生所述相对运动。

11.根据权利要求9所述的装置，其中所述磁场发生器被配置成使所述磁场集中于与所述磁场发生器相关的位置。

12.根据权利要求9所述的装置，还包括数据采集装置，其连接到被配置成自动确定所述电缆的缺陷部分的所述监测仪。

13.一种用于双绞线电缆检查的装置，包括：

用于产生磁场的磁场发生器；

用于在包括多根导线的电缆和所述磁场之间产生相对运动的输送机，并且所述电缆的不同部分在所述相对运动期间连续地穿过所述磁场；以及

耦接到所述电缆的监测仪，所述监测仪被配置成检测响应所述相对运动而连续地产生的电信号的振幅和相位的变化，其中所述变化对应于所述电缆中的缺陷。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述磁场发生器被配置成使所述磁场集中于与所述磁场发生器相关的位置。

15.根据权利要求13所述的装置，还包括数据采集装置，其连接到被配置成自动确定所述电缆的缺陷部分的所述监测仪。

16.根据权利要求13所述的装置，其中所述磁场发生器包括其中具有缺口的圆环，并且其中所述磁场集中于所述缺口。

17.根据权利要求14所述的装置，其中所述输送机被配置成通过移动所述磁场发生器和所述电缆中的至少一者以产生所述相对运动，使得所述位置沿着所述电缆纵向位移。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述磁场发生器包括其中具有缺口的圆环，其中布置所述输送机以输送所述电缆通过所述缺口。