CN102879703B - 一种接地性能监测系统及通信电缆屏蔽层动态监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接地性能监测系统，能够实现通信电缆屏蔽层动态监测，包括监控平台，监控主机和接地性能监测终端，监控平台与至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个接地性能监测终端连接。本发明还公开了一种通信电缆屏蔽层动态监测的方法，通过测量通信电缆屏蔽层对线芯的电容来实现对电缆屏蔽层完整性的动态监测。本发明能够较好的反映屏蔽层的完整性，特别是对于屏蔽层开路故障，能够辅助判断故障性质，并能根据电容值推算电缆屏蔽层故障点的位置。同时，通过对电缆屏蔽层的动态监测，可以确保电缆内传输信息的安全性，通信的可靠性以及通信设备的安全性，对本方法针对性强，可靠性高。

Description

一种接地性能监测系统及通信电缆屏蔽层动态监测的方法

技术领域

本发明涉及一种通信电缆屏蔽层的监测系统及方法，尤其涉及一种接地性能监测系统及通信电缆屏蔽层动态监测的方法。

背景技术

在专网通信网络中，对电缆屏蔽层有效的监测有重大的意义。其一，有线通信中电缆屏蔽层用以有效的防止内部线芯向周围环境发射干扰电磁波，完整无损的屏蔽层是前提。其二，完整的通信电缆屏蔽层可以阻止来自外部的电磁干扰对语音通信造成影响，可以确保通信的可靠性。其三，在发生雷电时，完整的和接地性能良好的屏蔽层能够有效地将雷电形成的散流导入大地，从而最大限度地减轻雷电对人身和通信设备的危害。

传统的屏蔽层性能监测的主要手段，是测量屏蔽层接地电阻。接地电阻测量的方法有很多，但这些方法依据的基本原理均是欧姆定律。

传统的方法有：1）地桩法：主要用来测量单个接地体的接地电阻，测量时需要断开接地体与设备之间的接地引下线。2）钳形表法：主要用于测量多个接地体的环路电阻，本方法适用的前提是接地体之间有地上的连接线，在通信电缆屏蔽层接地系统中，电缆屏蔽层即为局端接地体与用户端接地体的地上连接线。3）电桥法：这是实验室测量电阻的常用方法，常见的有开尔文电桥、惠斯通电桥，电桥法的优势是测量精度高，不足是测量范围窄、操作复杂、实现困难，故不适于在线使用。

仪表法监测接地电阻共同存在的问题：1）无法实现实时在线监测；2）测量精度易受人为因素影响；3）测量所带来的交通、人力成本高。

发明内容

为了克服现有测量电缆屏蔽层接地电阻的各种不足,本发明提供一种接地性能监测系统及通信电缆屏蔽层动态监测的方法，通过测量屏蔽层对线芯电容，动态监视有线通信电缆屏蔽层的完整性，以保障通信信息的安全性，通信质量的可靠性。本发明具有定位准确，实用性强，可靠性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种接地性能监测系统，能够实现通信电缆屏蔽层动态监测，所述接地性能监测系统包括监控平台，监控主机和接地性能监测终端，监控平台与至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个接地性能监测终端连接。

所述监控平台为Real-time实时监控平台。Real-time实时监控平台支持多种常用设备的接入，能够快速对所监控的设备进行控制与数据响应，且拥有开放式的架构，便于扩展功能及第三方平台的接入。该平台能够根据用户的需求进行模块的增减，满足用户不同层次的需求。

所述监控平台包括应用服务器、资源管理服务器、前端采集服务器、监控管理服务器、语音处理服务器、短信处理服务器和数据分析服务器；应用服务器分别与资源管理服务器、前端采集服务器、监控管理服务器、语音处理服务器、短信处理服务器和数据分析服务器连接。

所述前端控制服务器至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个接地性能监测终端连接。

所述应用服务器能够接受多个模块的注册申请，然后为这些模块提供采集数据、上报数据、数据分析、数据整合等多种功能。

所述监控管理服务器是展现给用户的显示平台，能采用B/S或C/S两种形式，通过使用浏览器与客户端软件的形式为用户提供直观的数据、图表、仿真GIS地图展示界面，并响应用户对于监控设备的控制操作。

所述监控主机采用热插拔式积木结构设计，采用标准6U机箱封装，7U机架式安装在设备机柜上，方便标准机柜内安装和维护。

所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，所述电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板连接。

所述监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。

所述监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示，方便查看运行状况和故障排除等。

所述监控主机最多支持插接数据采集及通信插板8块，每块插板具备8个通信端口，最大具备64通信端口。每个通信端口挂载1～16个接地性能监测终端。监控主机和接地性能监测终端之间的通信距离是0KM～10KM。

所述接地性能监测终端，采用高集成度及超低功耗设计，由C-T变换电路、量程选择控制电路、测量校准电路、测量脉宽电路、单片机以及通信电路和电源管理模块组成。C-T变换电路分别与量程选择控制电路、测量校准电路和测量脉宽电路连接，单片机分别与量程选择控制电路、测量校准电路和测量脉宽电路连接，通信和电源管理模块完成供电、实现数据和命令的传输。

一种通信电缆屏蔽层动态监测的方法，通过测量通信电缆屏蔽层对线芯的电容来实现对电缆屏蔽层完整性的动态监测。此方法不增加辅助接地极，不注入可能对通信产生影响的测量信号，不要求断开局端的接地引线。

通信电缆屏蔽层对线芯的电容等效于一个平板电容器，计算公式为：

$C=\mathrm{\ϵ}\frac{S}{d}$

式中，C—平板电容器电容量，法拉

      ε—真空电容率常数

      S—平板面积，平方米

      d—平板间距离，米

对于特定的通信电缆而言，ε和d都是确定的，只有S会依电缆的长度变化，S正比于电缆长度，因此电容C正比于电缆长度。

如果电缆的屏蔽层在某处断开，将直接从屏蔽层对线芯的电容得到反映，电容变小。

接地性能监测终端采用C-T变换法来实现对电缆屏蔽层与线芯之间的电容的监测。然后通过单稳态电路把电容C的测量值转换成脉冲的宽度T，通过单片机对T进行测量，可以计算出待测电容C值，计算公式：T=k*C*R，式中：

T—脉冲宽度，秒

C—待测电容容量，法拉

R—电阻（已知），欧姆

k—常数

本发明的有益效果是，通过测量屏蔽层与线芯间电容，实现了对电缆屏蔽层的动态监测，能够较好的反映屏蔽层的完整性，特别是对于屏蔽层开路故障，能够辅助判断故障性质，并能根据电容值推算电缆屏蔽层故障点的位置。同时，通过对电缆屏蔽层的动态监测，可以确保电缆内传输信息的安全性，通信的可靠性以及通信设备的安全性，对本方法针对性强，可靠性高。

附图说明

图1为接地性能监测系统组成示意图。

图2为Real-time实时监控平台示意图。

图3为监控主机组成结构示意图。

图4为接地性能监测终端组成图。

其中：1.监控平台，2.监控主机，3.接地性能监测终端，4.应用服务器，5.资源管理服务器，6.前端控制服务器，7.监控管理服务器，8.语音处理服务器，9.短信处理服务器，10.数据分析服务器，11.底板，12.电源转换及通信脉冲产生插板，13.数据采集及通信插板，14.串口通信插板，15.C-T变换单元，16.量程选择控制单元，17.测量校准电路，18.测量脉宽电路，19.嵌入式处理单元，20.通信和电源管理模块，21.通讯电缆屏蔽层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，接地性能监测系统组成示意图，它包含监控平台1，监控平台1为Real-time监控平台，还包括与Real-time监控平台依次连接的监控主机2和接地性能监测终端3。

如图2，Real-time实时监控平台，它包括应用服务器4，应用服务器4分别与资源管理服务器5、前端控制服务器6、监控管理服务器7、语音处理服务器8、短信处理服务器9和数据分析服务器10连接；前端控制服务器6至少与一台监控主机2连接，监控主机2与一个接地性能监测终端3连接。

其中应用服务器4为全部装置提供网络连接、通信及数据库操作。资源管理服务器5是数据配置管理模块，配置其他装置与应用服务器4连接，通信，其他各装置只有在资源管理服务器5配置了相应的数据后，才能成为有效工作装置。前端控制服务器6将数据传递给应用服务器4，同时将接收的应用服务器4及监控管理服务器7发送过来的控制指令转发给监控主机2，让监控主机2被动工作。监控管理服务器7是直接面向用户的装置，它为用户提供人机界面，实时进行设备的运行转台，告警处理，地理定位，遥测遥控，维护人员管理。语音处理服务器8是语音处理模块，它为系统提供电话语音告警服务。短信处理服务器9是短信处理模块，它为系统提供手机短信的收发服务。数据分析服务器10是系统的基础数据及历史数据统计，查询装置，根据用户需求将数据生成excel报表。

Real-time实时监控平台的核心模块为应用服务器，应用服务器能够接受多个模块的注册申请，然后为这些模块提供采集数据、上报数据、数据分析、数据整合等多种功能。针对监控系统中设备的不同，根据接收数据类型的不同，系统支持多套前端机模块，可以接收数据、语音、短信、视频等多种数据格式，并实现监控设备控制、校准等功能。语音控制模块提供电话的语音形式主动报警、电话认证、电话控制监控设备的功能。短信模块提供短信形式的主动报警、短信控制监控设备的功能。告警中心模块与语音、短信模块相互联动，提供告警的消息来源。联动控制模块根据用户配置的联动信息，对监控设备出现的状态变化进行分析，达到设定的条件之后，联动控制多个设备，实现了系统的警报状态的自动处理，极大节省了工作人员的工作量。这些模块通过资源管理模块进行集中管理与配置。

监控管理服务器是展现给用户的显示平台，分为B/S、C/S两种形式，通过使用浏览器与客户端软件的形式为用户提供直观的数据、图表、仿真GIS地图展示界面，并响应用户对于监控设备的控制操作。监控管理模块是前台模块，通过组态设备的概念来组织逻辑上关联的设备，通过表格列表、组态卡片图、仿真Gis地图等形式来表示数据。报警产生的时候，能够实时地显示报警发生的设备，根据报警级别的不同显示为不同颜色，允许用户查看告警的详细信息，并进行告警确认。根据数据类型的不同，监控管理服务器还能以曲线的形式显示历史数据，便于进行统计分析。对应于每一个组态设备，模块通过图形、动画、仪表盘、标尺等直观形式显示设备当前的状态。这些直观性的展现方式，提高了用户体验，能在展示、维护系统的时候给人留下很深的印象监控管理服务器。

如图3，监控主机2包括电源转换及通信脉冲产生插板12、数据采集及通信插板13、串口通信插板14和底板11。所述电源转换及通信脉冲产生插板12、数据采集及通信插板13、串口通信插板14与底板11连接。

电源转换及通信脉冲产生插板12完成电源转换和通信脉冲信号产生；数据采集及通信插板13完成数据传输和串口通信插板14的通信；串口通信插板14完成数据采集及通信插板13与监控平台1间的通信，数据采集及通信插板13与串口通信插板14间为串口通信，通过串口通信插板14转化成网口与监控平台1连接；串口通信插板14为标准的多串口服务器，并将串口转换成网口，与实时监控平台1连接；底板11完成与电源转换及通信脉冲产生插板12、串口通信插板14和数据采集及通信插板13间的数据交互和电源供电。

监控主机采用6U机架式模块化设计，相邻的数据采集及通信插板13采用冗余备份，实现智换切换，保证可靠性；监控主机2最多支持插接8块数据采集及通信插板13，每块插板具备8个通信端口，每个通信端口可以挂载1～16个接地性能监测终端3，这样主机具备最大64端口。监控主机2和接地性能监测终端3之间的通信距离是0KM～10KM。

监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式，用户可根据实际需求选用，以求达到最佳使用要求和经济成本。当处于半工工作模式时，若主用数据采集及通信插板故障，可切换到备用数据采集及通信插板，增强了工作的稳定性和可靠性，故障时可不断电维护，方便可靠。

如图4，接地性能监测终端，采用高集成度及超低功耗设计，由C-T变换单元15、量程选择控制单元16、测量校准电路17、测量脉宽电路18、嵌入式处理单元19以及通信和电源管理模块20组成。

C-T变换单元15是通过将待测量电容（通信电缆屏蔽层21对线芯的电容）接入一个单稳态电路，把对电容量的测量转化为对脉冲宽度的测量。单稳态电路由ICM7555芯片及外围阻容元件构成。

量程选择控制单元16是为了让脉冲宽度测量电路具备较宽的量程范围，需要设置多个不同阻值的精密电阻，由嵌入式处理单元19控制这些电阻的接入和断开，从而实现不同的量程。

测量校准电路17是为了确知测量电路准确可靠，在电路中设置一个标准的精密电容，终端每次初始化时，都先对该电容进行测量，并根据测量结果对终端进行校准。

测量脉宽电路18，前述C-T变换单元15已经将电容的测量转化为脉冲宽度的测量，将单稳态电路的脉冲输出脚与嵌入式处理单元19的具备中断功能的输入脚相连，这样待测脉冲的起始沿和终止沿都会触发嵌入式处理单元19中断，再次中断的时间间隔，即是待测脉冲的宽度。

嵌入式处理单元19选择TI的MSP430F247，负责测量机构的控制、对上层平台的通信、对电源模块的管理控制等。

通信和电源管理模块20采用通信与电源共线传输的技术，来完成故障录波装置的供电，同时完成故障录波装置与监控主机之间的数据和命令的传输。此电源载波通信通信速率为300-9600bps。本模块负责从供电和通信电缆上取电，经过相应的电源转换芯片转换成各部分电路模块所需要的供电电压。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种接地性能监测系统，能够实现通信电缆屏蔽层动态监测，其特征是，包括监控平台，监控主机和接地性能监测终端，监控平台与至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个接地性能监测终端连接； 

接地性能监测终端由C-T变换单元、量程选择控制单元、测量校准电路、测量脉宽电路、嵌入式处理单元以及通信和电源管理模块组成； 

C-T变换单元是通过将待测量电容即通信电缆屏蔽层对线芯的电容接入一个单稳态电路，把对电容量的测量转化为对脉冲宽度的测量； 

量程选择控制单元是为了让测量脉宽电路具备较宽的量程范围，设置多个不同阻值的精密电阻，由嵌入式处理单元控制这些电阻的接入和断开，从而实现不同的量程； 

测量校准电路是为了确知测量电路准确可靠，在电路中设置一个标准的精密电容，接地性能监测终端每次初始化时，都先对该电容进行测量，并根据测量结果对接地性能监测终端进行校准； 

测量脉宽电路，C-T变换单元已经将电容的测量转化为脉冲宽度的测量，将单稳态电路的脉冲输出脚与嵌入式处理单元的具备中断功能的输入脚相连，这样待测脉冲的起始沿和终止沿都会触发嵌入式处理单元中断，两次中断的时间间隔，即是待测脉冲的宽度； 

嵌入式处理单元负责测量机构的控制、对上层平台的通信、对电源模块的管理控制； 

通信和电源管理模块采用通信与电源共线传输的技术，来完成故障录波装置的供电，同时完成故障录波装置与监控主机之间的数据和命令的传输，本模块负责从供电和通信电缆上取电，经过相应的电源转换芯片转换成各部分电路模块所需要的供电电压；

C-T变换单元和嵌入式处理单元均分别与量程选择控制单元、测量校准电路、测量脉宽电路连接；

所述监控平台为Real-time实时监控平台，支持多种常用设备的接入，能够快速对所监控的设备进行控制与数据响应，且拥有开放式的架构，所述监控平台包括应用服务器、资源管理服务器、前端采集服务器、监控管理服务器、语音处理服务器、短信处理服务器和数据分析服务器；应用服务器分别与资源管理服务器、前端采集服务器、监控管理服务器、语音处理服务器、短信处理服务器和数据分析服务器连接；所述前端采集服务器至少与一台监控主机连接，监控主机至少与一个接地性能监测终端连接。

2.如权利要求1所述的接地性能监测系统，其特征是，所述应用服务器能够接受多个模块的注册申请，然后为这些模块提供采集数据、上报数据、数据分析、数据整合的功能。 

3.如权利要求1所述的接地性能监测系统，其特征是，所述监控主机包括电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板和底板，所述电源转换及通信脉冲产生插板、数据采集及通信插板、串口通信插板与底板连接。 

4.如权利要求1所述的接地性能监测系统，其特征是，所述监控主机具备全工模式和半工模式两种工作模式。 

5.如权利要求1所述的接地性能监测系统，其特征是，所述监控主机采用白发蓝LED对其功能、运行及故障进行明确指示。 

6.如权利要求1所述的接地性能监测系统，其特征是，所述监控主机最多支持插接数据采集及通信插板8块，每块插板具备8个通信端口，最大具备64通信端口；每个通信端口挂载1～16个接地性能监测终端；监控主机和接地性能监测终端之间的通信距离是0KM～10KM。 

7.一种应用如权利要求1所述的接地性能监测系统的通信电缆屏蔽层动态监测的方法，其特征是，通过测量通信电缆屏蔽层对线芯的电容来实现对电缆屏蔽层完整性的动态监测，包括将通信电缆屏蔽层对线芯的电容等效于一个平板电容器；如果电缆的屏蔽层在某处断开，通信电缆屏蔽层对线芯的电容变小；接地性能监测终端通过单稳态电路把电容的测量值转换成脉冲的宽度，通过单片机对其进行测量，计算出待测电容值，实现通信电缆屏蔽层对线芯的电容的监测。