CN103278856A - 地下电缆综合检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下电缆综合检测系统，其主要技术特点是：包括由大功率信号发射装置、加载线圈、信号接收装置和显示记录装置，大功率信号发射装置的输出端与加载线圈相连接，该加载线圈套装在待检测电缆上并在大功率信号发射装置的控制下产生射频信号，信号接收装置接收射频信号后进行电压显示并将电压输出到显示记录装置上，显示记录装置对接收的电压进行计算后输出检测结果。本发明设计合理，其使用直接数字频率合成技术并结合大功率射频功率发射技术，使频率的控制精度更高，频率更加稳定，同时使用双接收天线配合接收电路，并在显示记录装置进行显示，使检测难度降低并提高检测的准确性，减轻了检测人员的劳动强度。

Description

地下电缆综合检测系统

技术领域

本发明属于电缆检测技术领域，尤其是一种地下电缆综合检测系统。

背景技术

在电力传输系统中，很多电力电缆被埋在地下，这些电缆有可能经过复杂的地形或者跨洋过海等情况。在对地下电缆进行维护时，需要对地下电缆进行精确定位、追踪、识别和测深，虽然在施工过程中，绘制有线路图和一定数量的标记，但是难免有一些模糊不清、走向不明以及不准确的地方，在挖掘过程中，不仅造成大量的人力及物力的浪费，效率低下，而且还会出现挖错造成重大损失。现有的地下电缆检测装置普遍存在检测范围小、精度低以及操作使用不便等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、检测精度高、范围广且使用方便的地下电缆综合检测系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种地下电缆综合检测系统，包括由大功率信号发射装置、加载线圈、信号接收装置和显示记录装置，大功率信号发射装置的输出端与加载线圈相连接，该加载线圈套装在待检测电缆上并在大功率信号发射装置的控制下产生射频信号，信号接收装置接收射频信号后进行电压显示并将电压输出到显示记录装置上，显示记录装置对接收的电压进行计算后输出检测结果。

而且，所述的大功率信号发射装置包括单片机、直接数字频率合成器、射频功率发射模块、键盘和显示屏，单片机分别与直接数字频率合成器、键盘和显示屏相连接，该直接数字频率合成器与射频功率发射模块相连接，该射频功率发射模块的输出端子使用射频连接线连接到加载线圈。

而且，所述的直接数字频率合成器由AD9850直接数字频率合成芯片及其外围电路构成；所述的射频功率发射模块使用带宽为20Hz-30kHz、最大输出功率80W的射频模块。

而且，所述的加载线圈包括三个线圈及两个磁环，第一线圈和第二线圈分别绕装在第一磁环和第二磁环上，绕装有线圈的第一磁环和第二磁环并排固定并将第三线圈绕在第一磁环和第二磁环上，第一线圈、第二线圈和第三线圈分别与大功率信号发射装置的输出端子相连接。

而且，所述的信号接收装置包括机架和信号接收处理电路，机架包括控制盒、手柄、支撑杆、第一天线盒和第二天线盒，手柄安装在控制盒的侧面，支撑杆固装在控制盒的底部，两个天线盒固装在支撑杆上，在每个天线盒内均安装一个天线，在控制盒上安装有电压表和控制开关，在控制盒的侧面设有电压输出端口；所述的信号接收处理电路安装在控制盒内，该信号接收电路包括两个前级滤波电路、两个前置放大电路、两个后级滤波电路、信号处理电路、电压表及直流电压输出端口，安装在天线盒内的两个天线分别与前级滤波电路相连接，每个前级滤波电路与前置放大电路、后级滤波电路依次相连接，两个后级滤波电路均连接到信号处理电路的输入端上，信号处理电路输出信号连接到电压表和直流电压输出端口上。

而且，所述天线盒内的天线由磁棒与两个线圈构成，两个线圈分别绕装在磁棒上并相互隔离，两个天线按一定角度与距离安装在天线盒内用于接收由电缆辐射出的射频信号并传送给信号接收电路。

而且，所述的显示记录装置包括电源电路、嵌入式处理器、信号放大电路、模数转换电路、存储器、GPS模块、LCD显示屏和键盘电路，所述电源电路与其他模块相连接实现供电功能，信号放大电路对信号接收装置输出的直流电压进行放大并输出至模数转换电路，模数转换电路将模拟信号转换为数字信号输出到嵌入式处理器，该嵌入式处理器与LCD显示屏、键盘电路、存储器、GPS模块相连接。

而且，所述的嵌入式处理器还连接一与上位机相连接的数据通讯模块。

本发明的优点和积极效果是：

1、本检测系统的发射装置使用直接数字频率合成技术并结合大功率射频功率发射技术，实现一定频率范围内连续可调的大功率射频信号发射，使频率的控制精度更高，频率更加稳定，检测深度可达9米以上。

2、本检测系统的加载线圈使用双铁芯线圈，解决了传统单铁芯线圈的漏磁问题，并提高加载线圈的发射效率。

3、本检测系统的信号接收装置使用双接收天线配合接收电路，在检测时无需手动调零，使检测难度降低并提高检测的准确性。

4、本检测系统的信号接收装置结构紧凑并配有电压表以及耳机，可以直观地显示检测状态，减轻了检测人员的劳动强度。

5、本检测系统的显示记录装置对信号接收装置输出的信号进行计算，得到电缆所埋深度并记录走路径并显示在LCD显示屏上，同时在电子地图上显示出路径，实现了带电检测出电缆所埋入的深度并将路径标记在电子地图上等功能，让操作人员很直观的看到结果，减少了人工检测的复杂度与难度，并使检测数据更加准确，同时电缆所走路径显示在LCD显示屏的电子地图上，方便维修人员查找。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图；

图2是大功率信号发射装置的电路方框图；

图3是加载线圈的结构示意图；

图4是图3的侧视图；

图5是信号接收装置的机架结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是信号接收装置的电路方框图；

图8是天线盒内的天线结构示意图；

图9是显示记录装置的电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种地下电缆综合检测系统，如图1所示，包括由大功率信号发射装置、加载线圈、信号接收装置和显示记录装置，大功率信号发射装置的输出端与加载线圈相连接，该加载线圈套装在待检测电缆上并在大功率信号发射装置的控制下产生射频信号，信号接收装置接收射频信号后通过电压表进行电压显示并将电压输出到显示记录装置上，显示记录装置对接收的电压进行计算后输出到LCD显示屏上显示电缆所埋深度，同时还可以将路径标记在电子地图上，得到电缆的轨迹图。下面对系统中的各个部分分别进行说明：

如图2所示，大功率信号发射装置包括单片机、直接数字频率合成器、射频功率发射模块、键盘和显示屏，单片机分别与直接数字频率合成器、键盘和显示屏相连接，该直接数字频率合成器与射频功率发射模块相连接，该射频功率发射模块的输出端子使用射频连接线连接到加载线圈。在本实施例中，直接数字频率合成器使用AD9850直接数字频率合成芯片及电阻、电容、晶振等外围电路组成，是整个系统的核心部件，提供正弦信号生成。单片机用于接收键盘输入的设置参数，对AD9850进行设置，并将参数显示在LCD显示屏上。射频功率发射模块可以使用带宽为20Hz-30kHz、最大输出功率80W的射频模块进行射频信号发射。键盘用来设置参数进行，LCD显示屏用于显示当前的发射频率、发射功率及发射时间间隔等参数。在使用时，将射频功率发射模块的输出端子与加载线圈相连接，并使用键盘设置发射频率、发射功率及发射时间间隔等参数后并按启动键开始工作。

如图3及图4所示，加载线圈包括三个线圈及两个磁环，第一线圈（线圈1）和第二线圈（线圈2）分别绕装在第一磁环（磁环1）和第二磁环（磁环2）上，绕装有线圈的第一磁环和第二磁环并排固定并将第三线圈绕在第一磁环和第二磁环上，第一线圈、第二线圈和第三线圈分别与大功率信号发射装置的输出端子相连接。本加载线圈在使用时，套装在电缆上并在大功率信号发射装置的控制下工作。

如图5及图6所示，信号接收装置包括机架和信号接收处理电路，机架包括控制1盒、手柄4、支撑杆3、第一天线盒5和第二天线盒6，手柄安装在控制盒的侧面，支撑杆固装在控制盒的底部，两个天线盒固装在支撑杆上，在每个天线盒内均安装一个天线。在控制盒上表面设有用于显示电压值及深度值的电压表9和控制开关10，在控制盒的侧面设有音量调节旋钮2、耳机7和电压输出端口8，音量调节旋钮用于调节耳机输出的音量。

信号接收处理电路安装在控制盒内，如图7所示，信号接收处理电路与两个天线盒内的天线相连接，该信号接收电路包括两个前级滤波电路、两个前置放大电路、两个后级滤波电路、信号处理电路、电压表及直流电压输出端口。两个天线分别与前级滤波电路相连接，每个前级滤波电路与前置放大电路、后级滤波电路依次相连接，两个后级滤波电路均连接到信号处理电路的输入端上，由信号处理电路对输入的信号进行处理，信号处理电路的输出端连接到电压表和直流电压输出端口上。如图8所示两个天线均由磁棒与两个线圈构成，两个线圈分别绕装在磁棒上并相互隔离，两个天线按一定角度与距离安装在天线盒内，接收由电缆辐射出的射频信号，并传送给信号接收电路。信号接收电路中的前级滤波电路及后级滤波电路均由运放电路及电阻、电容等电子元件组成的带通滤波电路并过滤掉干扰信号，前置放大电路由运放及电阻、电容等电子元件组成的放大电路，将天线接收的信号放大后送入后级电路。信号处理电路由集成运放电路、二极管、电阻、电容等电子元件组成，将前级电路输入的射频信号转换为直流电压信号输出到电压表及直流电压输出端口。电压表用于显示深度信号的直流电压值，以便根据此电压值计算出当前检测电缆所埋深度。

信号接收装置在使用时，将信号接收装置的直流电压输出端口通过连接线连接到显示记录装置的信号输入端子上。然后从电缆埋入大地的起始端开始检测电缆。从信号接收装置的电压表上读出电压值计算电缆所埋深度，也可从显示记录装置的LCD显示屏上直接读取电缆所埋深度。

如图9所示，显示记录装置包括电源电路、嵌入式处理器、信号放大电路、模数转换电路、RAM存储器、ROM存储器、GPS模块、LCD显示屏和键盘电路。所述电源电路的输入端连接电池，经由稳压芯片输出+12V、-12V、+5V、+3.3V、+1.8V，提供给其他电路使用。所述的信号放大电路由OP07运放芯片及电阻等元件组成，形成一个放大倍数为10倍的直流信号放大电路，信号放大电路对信号接收装置输出的直流电压进行放大并输出至模数转换电路。所述的模数转换电路使用一片16bit的数模转换芯片，将经过信号放大电路处理后的模拟信号转换为数字信号，并通过SPI总线发送到嵌入式处理器。所述的嵌入式处理器使用一片altera公司的ep3c40FPGA芯片，内部生成NIOSII软核嵌入式处理器，其对模数转换电路输出的数字信号进行计算，得到相应的电缆所埋深度值，该嵌入式处理器还与LCD显示屏、键盘电路、RAM存储器、ROM存储器、GPS模块相连接，LCD显示屏分辨率为800*640彩色显示屏，可显示电子地图、操作菜单等内容，使用并行总线与嵌入式处理器连接。键盘电路采用4*4键盘，提供16个按键对显示内容进行查询等操作。RAM存储器使用8MByte的SDRAM芯片，设备上电启动后，程序加载到RAM运行，RAM还为程序运行时使用的变量提供空间。ROM存储器用于存储嵌入式处理器配置文件及程序。GPS模块用于接收全球卫星定位信号并将信号发送到嵌入式处理器，嵌入式处理器对定位信号进行分析处理后，将路径标记在电子地图上，得到电缆的轨迹图。嵌入式处理器还可以连接一数据通讯模块，例如RS232通讯模块或USB通讯模块将保存在存储器中的数据传送给上位机，由上位机做进一步的处理。

显示记录装置的工作流程为：嵌入式处理器通过SPI总线不断的读取AD转换器的数据，并根据ROM存储器中的对应列表，查询出当前电压值对应的深度值，并在LCD显示屏上显示出来。根据接收到的GPS信息，将当前位置坐标显示在电子地图之上。通过键盘可以实现以下功能：

（1）当按下保存按键时：将当前测出的深度值保存进ROM中，并生成一个顺序编号，同时将位置坐标同时保存。

（2）当按下查询键时：进入查询状态，此时显示ROM存储的深度记录，并在每个记录前面显示出保存时的顺序编号。

（3）在查询状态下，按下上或下键时：高亮显示选择LCD显示屏上显示的某一条深度记录及顺序编号。

（4）在查询状态下，按删除键：将会删除之前选择的某一条深度记录。

（5）当从数据通讯模块接收到数据查询指令时：将会通过数据通讯模块将保存在ROM的深度数据一次性的发送出去。

本系统的检测过程为：

1、将加载线圈安装在被测电缆一端，使用射频线将加载线圈与大功率信号发射装置的输出端子相连。

2、在大功率信号发射装置的控制面板上，设置好要使用的发射频率，发射功率，发射时间间隔等参数，点击启动。

3、将信号接收装置的接收频率设置为和发射系统同样的频率，从电缆的入地端开始检测电缆。

4、测出的电缆所埋深度及当前的GPS位置同时显示在显示记录装置的LCD显示屏上的电子地图中，此时点击存储按键，可将当前信息保存。

5、检测完成后，可将显示记录装置连接至上位机，将保存的数据读出，生成数据表格或图形文档。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种地下电缆综合检测系统，其特征在于：包括由大功率信号发射装置、加载线圈、信号接收装置和显示记录装置，大功率信号发射装置的输出端与加载线圈相连接，该加载线圈套装在待检测电缆上并在大功率信号发射装置的控制下产生射频信号，信号接收装置接收射频信号后进行电压显示并将电压输出到显示记录装置上，显示记录装置对接收的电压进行计算后输出检测结果。

2.根据权利要求1所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的大功率信号发射装置包括单片机、直接数字频率合成器、射频功率发射模块、键盘和显示屏，单片机分别与直接数字频率合成器、键盘和显示屏相连接，该直接数字频率合成器与射频功率发射模块相连接，该射频功率发射模块的输出端子使用射频连接线连接到加载线圈。

3.根据权利要求2所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的直接数字频率合成器由AD9850直接数字频率合成芯片及其外围电路构成；所述的射频功率发射模块使用带宽为20Hz-30kHz、最大输出功率80W的射频模块。

4.根据权利要求1所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的加载线圈包括三个线圈及两个磁环，第一线圈和第二线圈分别绕装在第一磁环和第二磁环上，绕装有线圈的第一磁环和第二磁环并排固定并将第三线圈绕在第一磁环和第二磁环上，第一线圈、第二线圈和第三线圈分别与大功率信号发射装置的输出端子相连接。

5.根据权利要求1所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的信号接收装置包括机架和信号接收处理电路，机架包括控制盒、手柄、支撑杆、第一天线盒和第二天线盒，手柄安装在控制盒的侧面，支撑杆固装在控制盒的底部，两个天线盒固装在支撑杆上，在每个天线盒内均安装一个天线，在控制盒上安装有电压表和控制开关，在控制盒的侧面设有电压输出端口；所述的信号接收处理电路安装在控制盒内，该信号接收电路包括两个前级滤波电路、两个前置放大电路、两个后级滤波电路、信号处理电路、电压表及直流电压输出端口，安装在天线盒内的两个天线分别与前级滤波电路相连接，每个前级滤波电路与前置放大电路、后级滤波电路依次相连接，两个后级滤波电路均连接到信号处理电路的输入端上，信号处理电路输出信号连接到电压表和直流电压输出端口上。

6.根据权利要求5所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述天线盒内的天线由磁棒与两个线圈构成，两个线圈分别绕装在磁棒上并相互隔离，两个天线按一定角度与距离安装在天线盒内用于接收由电缆辐射出的射频信号并传送给信号接收电路。

7.根据权利要求1所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的显示记录装置包括电源电路、嵌入式处理器、信号放大电路、模数转换电路、存储器、GPS模块、LCD显示屏和键盘电路，所述电源电路与其他模块相连接实现供电功能，信号放大电路对信号接收装置输出的直流电压进行放大并输出至模数转换电路，模数转换电路将模拟信号转换为数字信号输出到嵌入式处理器，该嵌入式处理器与LCD显示屏、键盘电路、存储器、GPS模块相连接。

8.根据权利要求7所述的地下电缆综合检测系统，其特征在于：所述的嵌入式处理器还连接一与上位机相连接的数据通讯模块。

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