CN1022450C

CN1022450C - 线路故障检测仪

Info

Publication number: CN1022450C
Application number: CN90103745A
Authority: CN
Inventors: 乔燕燕; 肖文礼; 王盾; 高品忱
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 1990-05-20
Filing date: 1990-05-20
Publication date: 1993-10-13
Anticipated expiration: 2005-05-20
Also published as: CN1056784A

Abstract

本发明属于电子通讯技术领域中的一种测试设备，特别是关于通讯线路中开路、短路、接地不良、混线等故障的检测仪器的改进。利用脉冲在导线中传输的反射原理，采用微处理机检测通讯线路中的故障，较好地解决了高速反射回波与慢速计算机之间的时间匹配问题，更准确更简单地获取回波的计时值，更逼真更完整地获得回波的全部波形，从而更有效地运用计算机诊断技术与数据处理功能，更精确地计算出故障点的距离及故障的性质。

Description

本发明属于电子通讯技术领域中的一种测试设备，特别是关于通讯线路中开路、短路、接地不良、混线等故障的线路故障检测仪。

利用脉冲在导线传输中的反射原理，采用微机检测通讯线路中的故障是近年来一项热门技术。一九八七年五月长春第二届发明与革新展览会展出的《线路故障电脑脉冲遥测仪》（发明人：中国人民解放军81852部队郏志强）即是把脉冲反射原理与微机控制技术相结合，通过计算机编程向线路发射各种频率脉冲，利用线路反射脉冲自动关闭计时电路闸门，采集线路回波峰值的办法，通过计算机读取、处理，找出实际线路故障的距离。该遥测仪的构思框图如图1所示，由定时单元一、信号接收放大采样及转换单元二、脉冲单元三、中央处理单元四和阻抗匹配单元五组成。其中定时单元一、信号接收放大采样及转换单元二是整个仪器的核心部分，是检测线路故障点精度的根本所在。

图2是定时单元一的电路框图，由64MHZ晶振电路、JK触发器、八位计数器、Z80-CTC、Z80-PIO及单稳延时电路构成。通过计算机控制Z80-PIO向线路发射测试脉冲，同时控制Z80-PIOA口的PA1、PA2，经JK触发器使计数器开始计数，若要接收线路中第一个回波时，先将CTC“0”通道、“2”通道初始化为计数状态，且时间常数设置为1。当计数机控制PI0发出脉冲的同时，PA2使CTC的“0”通道有计满为“0”的输出信号，并使单稳输出一个正脉冲脉冲宽度（根据被测线路长短而定）。当线路中有一回波返回时，JK触发器的Q＝“1”，计数器停止计数，JK触发器的Q＝“0”，CTC通道“2”输出一正脉冲，经反相后使单稳延时电路清“0”，此时JK触发器为一锁定状态，整个计时过程结束。

上述电路由于采用CTC接口芯片，并专门设置了记忆回波序数的CTC通道，同时又采用了控制复杂的JK触发器来实现对计时值的控制，使得仪器控制逻辑复杂、时序关系混乱，造价昂贵。

信号接收放大采样及转换单元二中的高峰值保持电路如图3所示，通过从线路上返回的回波使计算机控制K2断开，K1接通，并开始采集返回的回波模似值，通过放大器向电容C充电，完成回波峰值的采集。

由于该电路的整个工作过程是微秒级，不能与回波反射频率相匹配。在电容C上得到的峰值也不能真实反映实际回波的峰值，所以不能做为评价回波性质的量参与分析、运算。

本发明的目的是克服上述缺点与不足，并基于脉冲反射原理，抓住问题的关键，寻找解决高速反射回波与慢速计算机之间的时间匹配问题的途径，采取准确简单的手段获取回波的计时值，逼真完整地采集回波的全部波形，有效地运用计算机诊断技术与数据处理能力，设计一种电路逻辑关系简单、时序清晰、精度高、性能稳、造价低廉的实用线路测试设备。

本发明由计算机及接口单元、定时计数单元、回波采集单元、回波信号接收放大单元和探测脉冲发射单元构成。

计算机及接口单元是由对检测的计时值的读写，回波波形的采样控制及模数控制的微型计算机和其接口电路构成。

定时计数单元是本发明的特征之一，如图4所示，由接口电路2及计数器3、计数控制门4、晶振电路5、D触发器6、与门7和反向器8构成，其中计数器3的计数时钟端是由控制门4的输出端提供，控制门4的一端由晶振电路5的输出供给，另一端由D触发器6的 Q端输出状态提供，D触发器6的 Q端由接口电路2的输出端口PA1或PA2设定，亦可由计数器3最高位输出经反相器8与线路回收信号相与后输出给D触发器6的C端设定，使得计数器3中预置的时间常数减到“0”时，与门7的计数3一端为“1”待线路上有回波出现，D触发器6为“0”，使计数器3停止计数，其值为线路故障回波的时间值。

其工作程序是，计算机通过接口电路向计数器3中设置一个计时值的补码，又通过接口芯片电路2向线路发射探测脉冲，并在发射探测脉冲的同时计算机控制接口电路2的PA2，打开计数控制门4，计数器3进行减数操作，当计数器3的预置数减到“0”时，计数器3最高位输出一减到“0”信号打开与门7，允许线路回波进入。此后，计数器3开始进行加数操作当有回波从线路上返回时，回波信号经过与门7及触发器6，关闭计数控制门4，计数器3停止计数。此时该回波的计时值为：

T预+T计＝T

其中T预为某一时间域的计时值。

T计为从某一时间域之后到回波返回的计时值。

T为当前回波的计时值。

回波采集电路是本发明的特征之二，如图5所示，是由整形电路12，光电隔离11，采样保持电路10及A/D转换电路9构成，其中计数器3的最高位输出端接采样保持器10的控制端，采样保持器10的输入端接光电隔离电路12的输出，采样保持后的输出端接A/D转换电路9的模拟输入端，经模拟/数字变换后的数据由A/D转换电路9的数据输出端送CPU1使得计数器3的最高位输出为“0”时，启动采样保持器10工作，将线路上的回波模拟量保持，转换为数字量，以评价线路回波的性质。

其工作程序为：将似采集的回波的时间值的补码，置入计时计数器3，并向线路发射探测脉冲，使计数器开始减数。当回波的时间值减到“0”时，计时电路输出一个信号至采样保持器控制端。线路回波经整形电路12，光电隔离11，由计数器3减到“0”信号控制采样保持器10对回波电路接收来的线路回波进行采集，并将其保持，送到A/D电路9的模拟信号输入端。计算机控制A/D进行转换后输入计算机进行处理。此后，计算机反复修改这一回波的时间值，使其±△，即改变了采样控制时间。反复进行这一过程，便得到线路回波的离散波形。计算机可依赖这些数据对回波进行定性分析，以确认真正故障反射波。

回波信号接收放大单元是通过两级放大器、衰减、增益调节及采样、采时开关、开路、短路双联开关电路构成;

探测脉冲发射单元由探测脉冲形成电路、放大发射电路、阻抗匹配电路构成。

说明书附图1至附图3是已有技术线路故障电脑脉冲遥测仪的电路图，其中图1是构思框图，图2是定时单元的电路框图，图3是信号接收放大采样及转换单元中的高峰值保持电路，附图4是本发明定时计数单元电路框图，图中2为计算机接口电路，3为计数器，4为计数控制门，5为晶振电路，6为触发器，7为与门，8为反向器。附图5是本发明回波采集电路框图，图中1为计算机，9为A/D转换电路，10为采样保持电路，11为光电隔离电路，12为整形电路。附图6是本发明最佳实施例的电路框图，图中Ⅰ为计算机及接口单元，Ⅱ为定时计数单元，Ⅲ为回波采样单元，Ⅳ为回波信号接收放大单元，Ⅴ为探测脉冲发射单元，1为Z-80计算机，2为接口电路，3为计数器，4为控制门，5为晶振电路;9为模数转换芯片，10采样保持器，13为采时整形电路，14为衰减电路，15为增益反向放大器，16为反向放大器，17为探测脉冲形成电路，18为功率发射电路，19为阻抗匹配电路。

本发明的最佳实施例如图6所示，由计算机及接口单元Ⅰ、定时计数单元Ⅱ、回波采样单元Ⅲ、回波信号接收放大单元Ⅳ和探测脉冲发射单元Ⅴ构成。

计算机及接口单元Ⅰ是由Z80-CPU及对应的接口电路2组成。主要进行计数器的读写，回波波形的采样控制及模数转换控制工作，同时完成输出各类探测脉冲，开路、短路开关及采时，采样测试开关的程序控制等工作。

定时计数单元Ⅱ是由计数器3、晶振电路5、计数控制门4及采时整形电路13组成。它可由程序控制启动/停止计时电路计数，也可由线路反射的回波控制停止计时计数。其中采时整形电路13是将接收放大单元Ⅳ送来的信号经由此电路整形后送入控制计数门电路4，从而提高了对线路干扰信号的抑制能力。

回波采集单元Ⅲ是以采样及模数转换为主要电路组成的。在此选用了高速的采样保持器10及较高速的八位A/D转换芯片9。这套电路是利用对回波时间值不断修改，完成对反射波的逐点采集，同时得到故障回波数据，以此进一步判断故障点及不匹配点的程度。

回波信号接收放大单元Ⅳ，主要是通过两级放大器15，16、衰减14，增益调节及采样采时开关K，开路、短路双联开关K₁，K₁′电路构成。当线路有反射波返回时（开路为同相脉冲，短路为反相脉冲），首先进入接收环节，经由衰减14、增益放大环节15、再根据反射脉冲的极性或经反相放大器16或直接进入整形采时环节，而在采样时则进入采样接收电路。

探测脉冲发射单元Ⅴ，主要由探测脉冲形成电路17、功放发射电路18、阻抗匹配电路19组成。当对线路进行故障探测时，随着测量距离的加长，探测脉冲的宽度要随之变换，以提高测试效果。探测脉冲形成电路17则是形成0.1μS-16μS不等的矩形探测脉冲，再由功放电路18将上述脉冲进行功率放大，然后发往线路进行探测。为了消除在探测时由于阻抗不匹配所造成的不应有的反射影响，设置了50Ω-600Ω之间六档手动可调匹配固定电阻及0～3.3K可调匹配电阻。这样就可根据不同波阻抗的线质进行适当选择。

工作程序如下：

当仪器的测试端接到被测线路上后，启动计算机开始工作，操作者根据被测线路的距离，线质向计算机输入放大器的增益代码及探测脉宽代码，然后计算机1控制接口电路2发出探测脉冲，探测脉冲经过探测脉冲形成电路17，功放发射电路18及阻抗匹配电路19发往线路;与此同时，计算机1开启计数器3，对事先预置的计时值进行减数操作，当这一计时值减到“0”时，计时单元Ⅱ等待线路回波返回，计数器3同时开始计数。此时如有回波返回，则可通过接收放大单元Ⅳ，采时整形电路13，关闭计数器控制门4，计数器3停止计数。之后计算机1读取此计数值，并与事先预置的计时值进行求和运算，得到实际探测回波的时间计数值。再将这一回波的计时值补码置入计数器3并控制将开关K设置到采样通路，向线路发射与采时相同的脉冲，等待计数器减数为“0”，一旦计数器减到“0”，就由计数器输出采样控制信号，采样保持电路10，开始进入保持阶段之后，由程序控制模数转换9并得到对应此计时值的回波波形数值，为获得整个波形及峰值，要不断地修改此回波的计时值使之±△，再重复上述采样过程，直至采集完整个回波波形。到此，计算机已获取全部回波的数据，计算机依靠这些数据计算出故障点的距离及性质。

本发明构思简单、逻辑关系清楚，特别是较好地解决了电路中高速反射回波与慢速计算机之间的时间匹配问题，更准确、更简单地获取回波的计时值，更逼真、更完整地获得回波的全部波形，从而更有效地利用计算机的诊断技术与数据处理能力，更精确地计算出故障点的距离及故障性质，较好地完成线路故障检测的目的。

Claims

1、用于检测通讯线路故障的线路故障检测仪，基于脉冲反射原理，由计算机及接口单元Ⅰ、定时单元Ⅱ、回波采集单元Ⅲ、回波信号接收放大单元Ⅳ和探测脉冲发射单元Ⅴ构成，其特征在于回波记时电路由接口电路2及定时单元Ⅱ的计数器3、计数控制门4、晶振电路5、D触发器6、与门7和反向器8构成，其中计数器3的计数时钟端是由控制门4的输出提供，控制门4的一端由晶振电路5的输出供给，另一端由D触发器6的Q端输出状态提供，D触发器6的Q端由接口电路2的输出端口PA1或PA2设定，亦可由计数器3最高位输出经反相器8与线回波信号相与后输出给D触发器6的C端设定。

2、根据权利要求1所述的线路故障检测仪，其特征在于回波采集电路由整形电路12，光电隔离电路11，采样保持电路10及A/D转换电路9构成，其中计数器3的最高位输出端接采样保持器10的控制端，采样保持器10的输入端接光电隔离电路11的输出端，采样保持后的输出端接A/D转换电9的模拟输入端，经模拟/数字变换后的数据由A/D转换电路9的数据输出端送CPU1。