CN103809081B - 一种馈线驻波故障定位方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种馈线驻波故障定位方法及其检测装置，装置包括扫频式功率检测器和处理单元，扫频式功率检测器包括接口装置、第一功率检测模块、扫频源模块、二功分模块、第二功率检测模块、合路器；其中：第一功率检测模块检测二功分模块的发送功率信号R(x)；合路器对二功分模块的另一个端口输出的控制入射信号矢量和与其连接的被测馈线故障点反射的信号矢量进行叠加后传输至第二功率检测模块；处理单元对R(x)值与第二功率检测模块检测的功率信号值B(x)的比值B(x)/R(x)进行傅立叶变换滤波；以扫频源模块的扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/R(x)为纵轴进行曲线绘制；对曲线采用算术平均滤波法去除干扰的频谱值，得到准确周期值n；利用周期值计算出故障位置。

Description

一种馈线驻波故障定位方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及一种故障定位方法及其检测装置，特别是涉及一种电缆驻波故障定位方法及其检测装置，本发明属于通信领域。

背景技术

国内外故障定位的研究经过长期的发展，目前从原理上分时域反射测试技术(TDRTime Domain Reflectometry)与频域反射测试技术(FDR Frequency domainreflectometry)。TDR是向馈线发送高速信号，信号遇到故障点后会产生反射，通过确定入射信号与反射信号时间差和行波波速来确定故障点距离。然而，对接近光速的高频行波的提取，对硬件有很高的要求，整个装置成本较高。同时因为故障行波发生的不确定性、故障行波发射波的难以识别以及参数的频变和波速的影响因素也使得行波法的定位精度容易受到影响。

FDR频域反射技术是通过发送特定频带的扫频测试信号，在故障点处会产生和发射信号同样频率但不同时段的反射信号，通过傅立叶转换方式分析这些信号，并且通过测量反射信号峰值的频率换算出到线路障碍点的距离。和TDR比较，FDR技术主要有两点优势：

1、电路相对简单，设备成本不高；

2、FDR在线路承载业务相匹配的频带内进行测试，更适合宽带线路测试。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的技术缺陷，本发明提出一种电缆驻波故障定位检测方法及其装置，采用本发明方法和装置可以以便准确、快捷的实现馈线的驻波故障点定位。

本发明所采用的技术方案是：

一种馈线驻波故障定位方法，所述方法包括下述步骤：对扫频源发送射频信号包括带宽、扫描间隔时间、步进参数进行设定；对射频信号进行分路处理，将一路信号的发送功率值R(x)检测并发送至处理单元，直至扫频源输出频率达到终止频率；另一路输出的控制入射信号到达被测馈线，将被测馈线反射回来的射频信号矢量与入射信号矢量叠加而成的功率信号值B(x)检测并传递至处理单元，直至扫频源输出频率达到终止频率；处理单元将接收到的功率信号值B(x)、发送功率值R(x)的比值B(x)/ R(x)进行快速傅立叶变换滤波；按照扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/ R(x)为纵轴进行曲线绘制；对曲线采用算术平均滤波法进行周期分析消除干扰的频谱值，获得周期值；由周期值计算故障点位置。

所述扫频源发送射频信号参数选值范围为：起始频率与终止频率的范围为100～1000 MHz，起始频率小于终止频率，扫描时间间隔范围为0.1～1s，步进范围为0.001～1MHz。

在对扫频源发送射频信号参数进行设定之前，需对故障点大致范围进行预判断。

所述控制入射信号矢量与被测馈线故障点反射的信号矢量的叠加采用能实现反射与发射信号进行叠加的器件或模块。

一种馈线驻波故障定位检测装置，所述装置包括计算机、转接装置、扫频式功率检测器，计算机设置有处理单元，所述扫频式功率检测器包括接口装置、第一功率检测模块、扫频源模块、二功分模块、第二功率检测模块、合路器；其中：扫频源模块，用于发送宽带射频信号；所述处理单元，通过连接转接器装置及接口模块对扫频源模块发送射频信号包括带宽、扫描间隔时间、步进参数进行设定；二功分模块将扫频源模块发射的射频信号进行功率分配；

第一功率检测模块检测二功分模块的一个端口的发送功率信号；合路器对二功分模块的另一个端口输出的控制入射信号矢量和与其连接的被测馈线故障点反射的信号矢量进行叠加后传输至第二功率检测模块； 处理单元对第一功率检测模块检测的发送功率值R(x)与第二功率检测模块检测的功率信号值B(x)进行接收，将比值B(x)/ R(x)进行傅立叶变换滤波；以扫频源模块的扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/ R(x)为纵轴进行曲线绘制；对曲线采用算术平均滤波法去除干扰的频谱值，得到准确周期值n；利用其设置公式L=150×k×n/f（米）计算故障点的位置，其中：L为故障点距离(米)，k为光速电磁波在电缆中传播速度与光速的比值，n为周期，f为扫描步进。

所述转接装置采用RS232/485转接器 ，所述接口装置采用RS485接口模块。

所述扫频源模块输出100MHz～4000MHz的宽带信号，最小频率步进为1KHz 。

所述合路器采用电阻合路器或者环行器。

本发明具有如下优点：

1、本发明方法采用FDR原理方法，通过宽带扫频，检测反射与入射信号叠加形成的波形周期，折算成距离信息，本发明方法是一种快速、准确、可靠的线路故障定位方法，满足馈线故障定位迫切要求；同传统的技术方案相比，本发明装置结构简单，不需要混频器、运放等器件，成本也比较低，通过大量的数字仿真和动模实验证明，本发明方法具有很好的定位精度和很稳定的运行性能，有广泛的应用前景。

2、本发明装置结构简单、操作灵活，可应用于多种制式频段的馈线系统中解决故障点定位问题，检测距离范围为可以达到1000m 。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

其中：

1、计算机； 2、RS232/485转接器；

3、RS485接口模块； 4、第一功率检测模块；

5、扫频源模块； 6、二功分模块；

7、第二功率检则模块； 8、电阻合路器；

9、扫频式功率检测器；

10、馈线接口；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下将结合具体实例及附图对发明的实施方式进行详细的说明。

第一实施例

本发明装置结构如图1所示，包括计算机1、RS232/485转接器2、扫频式功率检测器9，扫频式功率检测器9包括RS485接口模块3、第一功率检测模块4、扫频源模块5、二功分模块6、第二功率检测模块 7、电阻合路器 8，扫频源模块5射频输出端连接二功分模块6输入端；二功分模块6射频输出端连接第一功率检测模块4及电阻合路器8输入端；电阻合路器8一个输出端通过馈线接口10连接被测馈线，电阻合路器8一个输出端连接第二功率检测模块7输入端；RS485接口模块3与第一功率检测模块4、第二功率检测模块7、扫频源模块5及RS232/485转接器2连接。计算机1内设置有定位检测处理单元。扫频式功率检测器9其内置的RS485接口模块通过RS232/485转接器2实现同计算机中处理单元的数据连接。

扫频源模块5，用于发送宽带射频信号，能够输出100MHz～4000MHz的宽带信号，最小频率步进为1KHz；RS232/485转接器2可以实现RS232信号到RS485信号的无缝转换；第一功率检测模块4，用于检测发送功率信号；第二功率检测模块7，用于检测反馈功率信号；二功分模块6，用于等分功率信号；RS485接口模块3用于与计算机通信；电阻合路器8用于控制入射信号矢量与被测馈线故障点反射的信号矢量的叠加，一般能实现反射与发射信号进行叠加的器件或模块均可以采用，根据实际需求也可以使用环行器。

本实施例结构中硬件设计决定了数据接口采用RS232/485转接器进行数据传输连接，同计算机连接的转换装置以及扫频式功率检测器9中的接口模块其选择匹配设置，其作用是连接数据传输的物理层。

第二实施例：

本发明本实施例结构中硬件设计的数据转换装置可以不限定第一种实施例选定。根据实际需求可以采用USB接口或RS232接口通过USB数据线或串口线实现数据的传输。关于合路器的选择，一般能实现反射与发射信号进行叠加的器件或模块均可以采用，根据实际需求也可以使用环行器用于控制入射信号矢量与被测馈线故障点反射的信号矢量的叠加，其产生作用同电阻合路器是一样。

本发明第一实施例装置其功能实现过程具体如下：

1、利用计算机1安装的定位检测处理单元通过数据链路，经RS232/485转接器2及RS485接口模块3，对扫频源模块5的发送射频信号包括带宽、扫描间隔时间、步进等参数进行设定，一般起始频率与终止频率的设置范围为100～1000 MHz，起始频率要小于终止频率，带宽为终止频率减去起始频率的值，扫描时间间隔设置范围为0.1～1s，步进设置范围为0.001～1MHz。

参数推荐值见如下附表；

附表：

上表中的典型值栏是参数选取的三种优选方案。本参数设定步骤执行前可以对故障点大致范围进行预判断,根据预估的距离设置参数，一般距离越远，步进越小，带宽越窄。一般选择参数不适当，测试结果就不太准确，通过正确预估故障发生的大致再进行扫频源模块的参数设置，可以一次性得到正确结果。

2、扫频源模块5射频输出宽带扫频射频信号到二功分模块6；

3、宽带扫频射频信号经过二功分模块6，一路到第一功率检测模块4，一路到电阻合路器8，这两路信号功率是相等的；

4、宽带扫频射频信号通过电阻合路器8后到达被测馈线，从被测馈线反射回来的射频信号与入射信号矢量叠加经过电阻合路器8后到达第二功率检测模块7；

5、第一功率检测模块4检测到的发送功率值R(x)与第二功率检测模块7检测到的故障馈线反射信号与入射信号矢量叠加的功率信号值B(x)通过数据链路，由RS485接口模块3经过RS232/RS485转接器2传送给计算机1的处理单元；

6、重复步骤2到步骤5，直到扫频源模块5的输出频率达到终止频率，结束扫频；

扫描间隔时间是计算机1设置给扫频源模块5的，由扫频源模块5执行，扫频源模块5依据计算机设定的频率范围值，从起始值起按照扫描间隔时间递增输出频率，递增值为设定的“步进参数”。

7、扫频结束后，计算机1安装的定位检测处理单元利用这些数据计算出故障距离信息，其步骤为：

第一步：将接收到的功率信号值B(x)、发送功率值R(x)值的比值B(x)/ R(x)进行快速傅立叶变换FFT滤波；

第二步：按照扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/ R(x)为纵轴进行曲线绘制；

第三步：绘制出的曲线一般是由多个波峰波谷构成的周期性的曲线，理论上该曲线周期是唯一的，但实际上可以计算出多个周期参数，这时对曲线采用算术平均滤波法进行周期分析，消除干扰的频谱值，得到准确周期值；

第四步：利用公式L=150×k×n/f（米）得到计算故障点的位置，其中： L为故障点距离(米)，k为光速电磁波在电缆中传播速度与光速的比值，n为周期，f为扫描步进 (MHz)。

本发明采用计算机中安装的定位检测处理单元，该定位检测处理单元可以对检测数据进行分析、FFT及优化算法处理，计算出故障点位置，并通过显示屏显示出结果信息。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种馈线驻波故障定位方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：

对扫频源发送的射频信号包括带宽、扫描间隔时间、步进参数进行设定；

对射频信号进行分路处理，将一路信号的发送功率值R(x)检测并发送至处理单元，直至扫频源输出频率达到终止频率；

另一路输出的控制入射信号到达被测馈线，将被测馈线反射回来的射频信号矢量与入射信号矢量叠加而成的功率信号值B(x)检测并传递至处理单元，直至扫频源输出频率达到终止频率；

处理单元将接收到的功率信号值B(x)、发送功率值R(x)的比值B(x)/R(x)进行快速傅立叶变换滤波；按照扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/R(x)为纵轴进行曲线绘制；对曲线采用算术平均滤波法进行周期分析消除干扰的频谱值，获得周期值；由周期值计算故障点位置。

2.根据权利要求1所述的一种馈线驻波故障定位方法，其特征在于：所述扫频源发送的射频信号参数选值范围为：起始频率与终止频率的范围为100～1000MHz，起始频率小于终止频率，扫描时间间隔范围为0.1～1s，步进范围为0.001～1MHz。

3.根据权利要求1或2所述一种馈线驻波故障定位方法，其特征在于：在对扫频源发送的射频信号参数进行设定之前，需对故障点大致范围进行预判断。

4.根据权利要求1或2所述一种馈线驻波故障定位方法，其特征在于：所述控制入射信号矢量与被测馈线故障点反射的信号矢量的叠加采用能实现反射与发射信号进行叠加的器件或模块。

5.一种使用如权利要求1所述馈线驻波故障定位方法的检测装置，其特征在于：包括计算机、转接装置、扫频式功率检测器，计算机设置有处理单元，所述扫频式功率检测器包括接口装置、第一功率检测模块、扫频源模块、二功分模块、第二功率检测模块、合路器；其中：

扫频源模块，用于发送宽带射频信号；

二功分模块，将扫频源模块发送的射频信号进行功率分配；

第一功率检测模块，检测二功分模块的一个端口的发送功率信号；

合路器，对二功分模块的另一个端口输出的控制入射信号矢量和与其连接的被测馈线故障点反射的信号矢量进行叠加后传输至第二功率检测模块；

处理单元，通过连接转接装置及接口装置对扫频源模块发送射频信号包括带宽、扫描间隔时间、步进参数进行设定；处理单元对第一功率检测模块检测的发送功率值R(x)与第二功率检测模块检测的功率信号值B(x)进行接收，将比值B(x)/R(x)进行傅立叶变换滤波；以扫频源模块的扫描间隔时间为横轴，滤波后的B(x)/R(x)为纵轴进行曲线绘制；对曲线采用算术平均滤波法去除干扰的频谱值，得到准确周期值n；利用其设置公式L＝150×k×n/f计算故障点的位置，其中：L为故障点距离，k为光速电磁波在电缆中传播速度与光速的比值，n为周期，f为扫描步进。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述转接装置采用RS232/485转接器，所述接口装置采用RS485接口模块。

7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述扫频源模块输出100MHz～4000MHz的宽带信号，最小频率步进为1KHz。

8.根据权利要求5或6或7所述的检测装置，其特征在于：所述合路器采用电阻合路器或者环行器。