CN103716098A - 一种漏缆检测设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及漏缆检测设备及利用该设备组成的漏缆检测系统，该漏缆检测设备包括以下电路模块：电源模块、双定向耦合器、正向功率检测电路、反向功率电测电路、收发信机和控制模块，由正向功率检测电路、反向功率电测电路分别检测射频信号的功率值，发送至控制模块进行处理，从而得到驻波比以及短路、开路的信息；而漏缆检测系统根据连接方式的不同，可以构成串接检测系统、并接检测系统以及挂接检测系统。与现有技术相比，本发明利用近端机与远端机光纤链路和直放站网管系统，对铁路沿线的漏缆进行实时监测，能及时发现漏缆故障，大幅降低工程维护费用。

Description

一种漏缆检测设备及系统

技术领域

本发明涉及一种GSM-R网络的漏缆检测技术，尤其是涉及一种用于GSM-R网络的漏缆检测设备，以及采用该漏缆检测设备的检测系统。

背景技术

随着铁路GSM-R网络运行开通，由于设备质量问题、工程安装问题、部分漏缆所连接的接头、跳线、天线将开始进入故障多发期。但实际维护的比较困难，例如长距离隧道、窗口时间、被动式巡检方式等因素的限制，有些故障很难被及时发现。因此对泄漏电缆及天馈线系统的实时监测是完全必要的。

泄漏电缆及天馈线系统的性能对铁路GSM-R移动通信网络的安全运行有很重要的影响。本设备利用耦合器，合路器将所获得的信号，实时计算漏缆的驻波比、损耗等信息，并采用通用的485接口把信息传输给外部设备。

发明内容

物发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种漏缆检测设备，该漏缆检测设备上设置有射频输入口、射频输出口、远端机连接口和数据输出口，所述漏缆检测设备还包括以下电路模块：

电源模块，为漏缆检测设备提供电源；

双定向耦合器，连接在射频输入口和射频输出口之间，获取漏缆的射频信号；

正向功率检测电路，连接双定向耦合器，获取正向信号的功率值；

反向功率电测电路，通过功分器连接双定向耦合器，获取反向信号的功率值；

收发信机，通过所述功分器连接双定向耦合器，用于接收和发送数据包；

控制模块，分别与正向功率检测电路、反向功率电测电路、收发信机、远端机连接口和数据输出口连接，获取测得的功率值，并根据功率值计算驻波比，同时控制收发信机收发数据。

该漏缆检测设备还包括短路保护模块，所述电源模块通过所述短路保护模块连接控制模块和双定向耦合器，进行供电，所述短路保护模块包括自恢复保险丝和短路取样控制单元，若短路取样控制单元检测到电路短路，自恢复保险丝阻抗迅速增加，避免短路。

所述的控制模块包括MCU以及与MCU连接的显示屏、按键单元、拨子开关、看门狗电路、编程口、正向功率检测接口和反向功率检测接口，所述的显示屏和按键单元分别用于显示处理信息和输入操作指令，所述拨子开关用于设置补偿的衰减值，所述的正向功率检测接口和反向功率检测接口分别用于接收正向功率检测电路和反向功率电测电路测得的功率值。

所述的电源模块包括电源单元和滤波稳压电路，该滤波稳压电路用于对电源单元的输出电压进行滤波稳压。

所述正向功率检测电路通过衰减器连接双定向耦合器。

所述的收发信机通过滤波器连接功分器，所述滤波器为915MHz的滤波器。

一种采用上述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，所述的漏缆检测系统为串接检测系统，包括通过漏缆连接的主漏缆检测设备和从漏缆检测设备，所述主漏缆检测设备通过漏缆连接远端机，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线或负载，所述主漏缆检测设备与远端站之间以及从漏缆检测设备和负载之间漏缆上设有隔直器，所述远端机通过另一路未设置隔直器的漏缆为主漏缆检测设备供电，而从漏缆检测设备由主漏缆检测设备供电。

一种采用上述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，所述的漏缆检测系统为并接检测系统，包括通过漏缆连接的两个漏缆检测设备，该两个漏缆检测设备分别通过漏缆连接两个远端机，所述的两个漏缆检测设备之间以及漏缆检测设备与远端机之间的漏缆上均设有隔直器，所述远端机还通过另一路未设置隔直器的漏缆分别为与其连接的漏缆检测设备供电。

一种采用上述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，所述的漏缆检测系统为挂接检测系统，包括两个主漏缆检测设备和两个从漏缆检测设备，每个主漏缆检测设备均通过漏缆连接从漏缆检测设备，所述远端机通过一功分器分别与两个主漏缆检测设备通过漏缆连接，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线或负载，所述主漏缆检测设备与远端站之间以及从漏缆检测设备和负载之间漏缆上设有隔直器，所述远端机通过另一路未设置隔直器的漏缆为一个两个主漏缆检测设备供电。

与现有技术相比，本发明能够应用在光纤直放站与泄露电缆配套使用的铁路线路上，通过在光纤直放站远端机处连接漏缆检测设备，利用近端机与远端机光纤链路和直放站网管系统，对铁路沿线的漏缆进行实时监测，能及时发现漏缆故障，大幅降低工程维护费用，具有以下优点：

1、利用双定向耦合器，合路器漏缆中传输主信号，而不会影响主信号的传输。

2、可通过直放站网管系统进行控制与查询，使用方便。

3、安装在光纤直放站远端站外，配置灵活，由直放站供电，工程投资省等特点。

4、相对与市面上其他的漏缆检测设备功能比较单一，本设备可以细测漏缆1.0～3.0的驻波比，粗测3.0～10.0的驻波比；测试漏缆的损耗；同时增加短路保护和开路报警等功能。为方便生产调试，增加了数码管和按键功能；并满足多种安装连接方式。

5、选用的元器件较少，并且在市场上容易获得，且具有结构简单、性能稳定以及价格低廉的特点，具有较高的使用价值；采用的元器件数目和种类均较少，避免因元件特性问题导致系统的性能不稳定。

附图说明

图1为本发明中漏缆检测设备的系统框图；

图2为漏缆检测设备中控制模块的原理图；

图3为本发明中漏缆检测系统的整体框图；

图4为采用串接方式的漏缆检测系统图；

图5为采用并接方式的漏缆检测系统图；

图6为采用挂接方式的漏缆检测系统图。

图7为功率检测单元的原理图；

图8为485通信接口原理图；

图9为收发信机接口原理图；

图10为正、反向功率检测接口原理图；

图11为12V、5V、3.3V供电原理图；

图12为看门狗原理图；

图13为按键和拨子开关原理图；

图14为数码管显示原理图；

图15为MCU的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种漏缆检测设备，该漏缆检测设备的结构如图1所示，其上设置有射频输入口IN1、射频输出口OUT1、远端机连接口IN2和数据输出口OUT2，射频信号从漏缆检测设备的射频输入口IN1输入，另一端射频输出口OUT1输出。该漏缆检测设备还包括以下电路模块：电源模块1、双定向耦合器2、正向功率检测电路3、反向功率电测电路4、收发信机5、控制模块6、短路保护模块7、衰减器8和功分器9。

其中，电源模块1包括电源单元和滤波稳压电路，通过滤波稳压电路用于对电源单元的输出电压进行滤波稳压，为漏缆检测设备提供电源。短路保护模块7包括自恢复保险丝和短路取样控制单元，若短路取样控制单元检测到电路短路，自恢复保险丝阻抗迅速增加，避免短路。

双定向耦合器2连接在射频输入口和射频输出口之间，获取漏缆的射频信号；正向功率检测电路3连接双定向耦合器，获取正向信号的功率值；反向功率电测电路4通过功分器连接双定向耦合器，获取反向信号的功率值。设备在通过双定向耦合器2获取正向功率和反向功率时，现场射频信号+25dBm左右，双定向耦合器衰减25dBm，双定向耦合器2正向耦合得到获得信号0dBm。而正向功率检测电路3检测范围-75dBm～+10dBm，为防止正向信号过大，所以串入一个30dB的衰减器8，确保不超出功率检测范围。

双定向耦合器2还通过一个功分器9引出两路输出，一路连接至反向功率检测电路4，另一路连接至收发信机5。由于收发信机5采用915MHz的频点通信，设置一个915MHz的滤波器10，可以减少漏缆检测设备其它频点的干扰。

收发信机的数据包括：业务命令，自身的RSSI值，正向功率，漏缆损耗值，设备地址；一个数据包为10个字节，发送前通过软件转义；同样，数据包接收后，通过软件解析后再进行处理。为了进一步减少收发信机数据冲撞的概率，设备设为“主从”。“主”设备每隔约2500毫秒，向“从”设备发1包请求数据。从设备收到请求后，发送每隔500毫秒发送一包应答数据，共5包。“主，，设备接每次收完数据后，都读取“RSSI”值并保存。去掉最大和最小值，最后取“RSSI，，平均值。主从设备发送数据前，都要检查串口是否有数据接收或发送，如果有，将等待发送，避免数据冲撞。

设备的控制模块6分别与正向功率检测电路3、反向功率电测电路4、收发信机5、远端机连接口IN2和数据输出口OUT2连接，获取测得的功率值，并根据功率值计算驻波比，同时控制收发信机收发数据等。控制模块6的整体结构如图2所示，各个单元电路的原理图分别如图7-图15所示，主要包括MCU61以及与MCU61连接的显示屏62、按键单元63、拨子开关64、看门狗电路65、编程口66、正向功率检测接口67和反向功率检测接口68。其中，显示屏62和按键单元63分别用于显示处理信息和输入操作指令，以方便生产或现场人员的调试操作，所述拨子开关64用于设置补偿的衰减值、主从控制以及并接或串接和地址的选择，所述的正向功率检测接口67和反向功率检测接口68分别用于接收正向功率检测电路和反向功率电测电路测得的功率值。

MCU61选用C8051F020芯片，MCU的UART0通过485芯片MAX485EESA把RS232转换成RS485，与远端机通信；收发信机通信为RS232，TTL电平，可以直接接于UART1口；选用其中2个通道12位AD0，分别检测正向功率，反向功率，短路保护的取样值。2个AD通道分别读取正反向功率的AD值，用于驻波比，串接损耗等计算。

图3示出了采用上述采用上述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机47、近端机42、基站43以及网管控制系统44组成的GSM-R网络。该系统内一共包含3中检测方式，左侧远端机41左边的2个漏缆检测设备47以及右侧远端机47右边的两个漏缆检测为串接方式，如图4所示，两个远端机与远端机中间的漏缆检测设备为如图5所示的并接方式，两个远端机两侧的4个漏缆检测设备则为如图6所示的挂接方式。

在串接方式的检测系统中，包括通过漏缆连接的主漏缆检测设备471和从漏缆检测设备472，主漏缆检测设备通过漏缆连接远端机41，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线46或负载45，所述主漏缆检测设备471与远端站41之间以及从漏缆检测设备472和负载45之间漏缆上设有隔直器48，所述远端机41通过另一路未设置隔直器的漏缆为主漏缆检测设备供电，而从漏缆检测设备由主漏缆检测设备供电。

在并接方式的检测系统中，包括通过漏缆连接的两个漏缆检测设备47，该两个漏缆检测设备分别通过漏缆连接两个远端机41，所述的两个漏缆检测设备之间以及漏缆检测设备与远端机之间的漏缆上均设有隔直器48，所述远端机还通过另一路未设置隔直器的漏缆分别为与其连接的漏缆检测设备供电。

在挂接方式的漏缆检测系统中，包括两个主漏缆检测设备471和两个从漏缆检测设备472，每个主漏缆检测设备471均通过漏缆连接从漏缆检测设备472，所述远端机通过一功分器分别与两个主漏缆检测设备通过漏缆连接，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线或负载，所述主漏缆检测设备与远端站之间以及从漏缆检测设备和负载之间漏缆上设有隔直器48，所述远端机通过另一路未设置隔直器的漏缆为一个两个主漏缆检测设备供电。

漏缆检测设备检测GSM-R网络中远端机发出来的射频信号，通过双定向耦合器获得的正向功率和漏缆、跳线等反射回来的反向功率，计算出驻波比。同时检测漏缆的开路、短路情况；控制单元有序发射查询信号，另一端的检测设备收到查询信号后应答接收信号的强度，并以此来计算泄漏电缆的传输损耗，并将该计算结果通过远端机、近端机、网管系统上传至网管中心供运维人员查询。

其中，驻波比计算采用如下方式：正向功率检测检测正向功率射频信号的大小，反向功率检测反向功率，在正向和反向功率检测电路设计时，根据实际需求选用功率检测芯片LT5538，工作频率范围40MHz-3.8GHz，并能检测-75dBm至+10dBm的信号。该芯片提供与其输入功率以对数线性成正比的直流输出电压。利用LT5538的这个特性，分别检测正向功率和反向功率得到相应的电压值，再通过AD转换。控制单元每隔1秒读取1次AD值，分别读取5次；去掉一次最高值，去掉一次最低值，取平均值，这样确保得到的正向功率和反向功率的dBm值相对准确。

由于现场射频信号的较强，防止检测正向功率端超出检测范围，正向功率检测端接衰减器。根据不同的衰减器值，控制单元的可以通过拨子开关拨动相应的位置补偿相应的衰减值，满足不同场合的需求。

计算驻波比采用查表法，由于射频输出端接上驻波比不同的负载，正向功率和反向功率的差值相应不同，见表1。当驻波比超出3.0时，漏缆肯定需要检查，所以漏缆驻波比测试范围在1.0-3.0之间。

表1

序号	驻波比	正反向功率差理论值(dBm)
			1	1.0	300
2	1.1	264
			3	1.2	208
4	1.3	177
			5	1.4	156
6	1.5	140
			7	1.6	127
8	1.7	117
			9	1.8	109
10	1.9	102
			11	2.0	95
12	2.1	90
			13	2.2	85
14	2.3	81
			15	2.4	77
16	2.5	74
			17	2.6	70
18	2.7	68
			19	2.8	65
20	2.9	62
			21	3.0	60

当没有射频信号时，漏缆检测设备将不能准确检测到的驻波比。软件通过检测到的正向功率和反向功率，判别射频输入口是否有射频信号，如果没有，驻波比值将输出一个特定、无效值：“250”，超出驻波比门限告警。

由于硬件上的差异性，正向功率和反向功率肯定存在差异，所以在生产调试时对正向功率和反向功率做软件补偿，确保设备能保持一致。

由于漏缆检测设备的射频输入口和射频输出口不仅有射频信号，还有12V直流电压；通过漏缆，前级设备的12V直流电源是给后级设备提供工作电源。在天线，或馈线等安装调试时，容易造成RF IN，RF OUT接口短路，所以增加短路保护是很有必要的，保证后级漏缆短路时，不会影响前级远端机的正常工作。在串接时，后级开路后，从漏缆检测设备没有电源，不能正常工作，收发信机模块不能正常通信，串接损耗为特殊值“99”，超出损耗门限告警；驻波比就会偏高，超出门限告警。

本发明的设备及利用该设备的方法适用于通信领域，应用在光纤直放站与泄露电缆配套使用的铁路线路上，通过在光纤直放站远端机处连接漏缆检测设备，利用近端机与远端机光纤链路和直放站网管系统，对铁路沿线的漏缆进行实时监测，能及时发现漏缆故障，大幅降低工程维护费用。

Claims (9)

1.一种漏缆检测设备，其特征在于，该漏缆检测设备上设置有射频输入口、射频输出口、远端机连接口和数据输出口，所述漏缆检测设备还包括以下电路模块：

电源模块，为漏缆检测设备提供电源；

双定向耦合器，连接在射频输入口和射频输出口之间，获取漏缆的射频信号；

正向功率检测电路，连接双定向耦合器，获取正向信号的功率值；

反向功率电测电路，通过功分器连接双定向耦合器，获取反向信号的功率值；

收发信机，通过所述功分器连接双定向耦合器，用于接收和发送数据包；

控制模块，分别与正向功率检测电路、反向功率电测电路、收发信机、远端机连接口和数据输出口连接，获取测得的功率值，并根据功率值计算驻波比，同时控制收发信机收发数据。

2.根据权利要求1所述的一种漏缆检测设备，其特征在于，该漏缆检测设备还包括短路保护模块，所述电源模块通过所述短路保护模块连接控制模块和双定向耦合器，进行供电，所述短路保护模块包括自恢复保险丝和短路取样控制单元，若短路取样控制单元检测到电路短路，自恢复保险丝阻抗迅速增加，避免短路。

3.根据权利要求1所述的一种漏缆检测设备，其特征在于，所述的控制模块包括MCU以及与MCU连接的显示屏、按键单元、拨子开关、看门狗电路、编程口、正向功率检测接口和反向功率检测接口，所述的显示屏和按键单元分别用于显示处理信息和输入操作指令，所述拨子开关用于设置补偿的衰减值，所述的正向功率检测接口和反向功率检测接口分别用于接收正向功率检测电路和反向功率电测电路测得的功率值。

4.根据权利要求1所述的一种漏缆检测设备，其特征在于，所述的电源模块包括电源单元和滤波稳压电路，该滤波稳压电路用于对电源单元的输出电压进行滤波稳压。

5.根据权利要求1所述的一种漏缆检测设备，其特征在于，所述正向功率检测电路通过衰减器连接双定向耦合器。

6.根据权利要求1所述的一种漏缆检测设备，其特征在于，所述的收发信机通过滤波器连接功分器，所述滤波器为915MHz的滤波器。

7.一种采用如权利要求1-5任意一项所述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，其特征在于，所述的漏缆检测系统为串接检测系统，包括通过漏缆连接的主漏缆检测设备和从漏缆检测设备，所述主漏缆检测设备通过漏缆连接远端机，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线或负载，所述主漏缆检测设备与远端站之间以及从漏缆检测设备和负载之间漏缆上设有隔直器，所述远端机通过另一路未设置隔直器的漏缆为主漏缆检测设备供电，而从漏缆检测设备由主漏缆检测设备供电。

8.一种采用如权利要求1-5任意一项所述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，其特征在于，所述的漏缆检测系统为并接检测系统，包括通过漏缆连接的两个漏缆检测设备，该两个漏缆检测设备分别通过漏缆连接两个远端机，所述的两个漏缆检测设备之间以及漏缆检测设备与远端机之间的漏缆上均设有隔直器，所述远端机还通过另一路未设置隔直器的漏缆分别为与其连接的漏缆检测设备供电。

9.一种采用如权利要求1-5任意一项所述漏缆检测设备的漏缆检测系统，用于检测由远端机、近端机、基站以及网管控制系统组成的GSM-R网络，其特征在于，所述的漏缆检测系统为挂接检测系统，包括两个主漏缆检测设备和两个从漏缆检测设备，每个主漏缆检测设备均通过漏缆连接从漏缆检测设备，所述远端机通过一功分器分别与两个主漏缆检测设备通过漏缆连接，所述从漏缆检测设备通过漏缆连接天线或负载，所述主漏缆检测设备与远端站之间以及从漏缆检测设备和负载之间漏缆上设有隔直器，所述远端机通过另一路未设置隔直器的漏缆为一个两个主漏缆检测设备供电。

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