CN105589014B - 一种线缆断点无损在线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线缆断点无损在线检测系统及方法，包括高频窄脉冲发生单元，脉冲发射单元、脉冲接收单元、微处理器以及数码显示管，所述高频窄脉冲发生单元、脉冲发射单元、脉冲接收单元和数码显示管均与微处理器电性连接。本发明能在线完成线缆检测，结构简单，整个装置采用的都是常见的电子器件，容易形成产品，且价格便宜；设计采用的方法原理简单易行，自动化、智能化的工作过程可大大减少人的工作量，测量结果准度高，对温度、程度等环境指标要求不高，环境适应性强，该装置系统应用于生产实践中，可有效解决电缆断点测定的难题，将有力推动相关行业的快速发展。

Description

一种线缆断点无损在线检测系统及方法

技术领域

本发明属于电气测量技术领域，尤其是关于一种线缆断点无损在线检测的系统及方法。

背景技术

电线电缆具有供电安全、可靠、方便等特点，在日常生活和工农业生产中得到了广泛应用。主要应用于电源线，电源线虽然小，但是责任重大，不仅直接关系到家用电器的使用效果和寿命，更关乎用户的人身财产安全，因此消费者在选购时千万不能掉以轻心。然而市场上的电源线产品种类繁多，每个电器又都有其特点，普通消费者如果不得其法，很容易挑花眼。常用电线电缆主要有绝缘型、交联聚乙烯绝缘型及橡胶绝缘型等。电线电缆在生产过程中由于生产条件、运行环境、生产负荷不均匀性等综合外界因素,致使电线电缆容易发生故障,影响供电安全、可靠。电线电缆故障有很多，正确分析电线电缆故障产生的原因,确切判断出电缆故障性质,快速、准确地判定电线电缆出故障点,能够大大提高供电系统的稳定性和可靠性,减少停电损失。

国内外现有的电力电缆故障定位(也称故障测距)方法主要可划分为两大类:利用故障发生时的电量信号(电压和电流)进行故障测距，利用外加信号(音频)进行故障测距。第一类主要分为行波法和阻抗法，并依据数据来源角度的不同，又都包括单端法和双端法；第二类主要分为声测法和音频感应法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、操作简便、测距精度较高、应用效果良好的线缆断点无损在线检测系统。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种线缆断点无损在线检测系统，包括高频窄脉冲发生单元，脉冲发射单元、脉冲接收单元、微处理器以及数码显示管，所述高频窄脉冲发生单元、脉冲发射单元、脉冲接收单元和数码显示管均与微处理器电性连接，所述微处理器设有第一输入引脚、输出引脚和第二输入引脚，所述高频窄脉冲发生单元用于产生脉冲信号，所述脉冲信号依次沿第一输入引脚、输出引脚、脉冲发射单元、一线缆、脉冲接收单元和第二输入引脚传输，所述微处理器用于计算脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号与脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号之间的时间间隔，所述数码显示管用于显示微处理器的计算结果。

优选地，所述数码显示管为八段数码显示管。

一种应用于线缆断点无损在线检测系统的方法，

S1：微处理器的第一输入引脚接收到高频窄脉冲发生单元发送的第一上升沿信号时，开始计时，所述第一上升沿信号为脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号；

S2：微处理器的第二输入引脚接收到脉冲接收单元发送的第二上升沿信号时，停止计时，所述第二上升沿信号为脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号；

S3：微处理器获取从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔T；

S4：微处理器根据公式：L＝V×T/2，计算出线缆中断点的准确位置，其中V为脉冲波在电缆中的传播速度，L为电缆中的断点与脉冲波送入端的距离，T为从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔；

S5：微处理器将计算结果送至数码显示管进行显示。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的优点主要体现在：在线完成线缆检测，结构简单，整个装置采用的都是常见的电子器件，容易形成产品，且价格便宜；设计采用的方法原理简单易行，自动化、智能化的工作过程可大大减少人的工作量，测量结果准度高，对温度、程度等环境指标要求不高，环境适应性强，该装置系统应用于生产实践中，可有效解决电缆断点测定的难题，将有力推动相关行业的快速发展。随着科技的进步、数字信号处理技术和高速信号采集技术的发展，会有更先进的方法应用于电缆测距和电缆故障定位中，有利于迅速发现和排除电缆。

附图说明

图1为本发明电缆断点无损在线检测系统的结构框图；

图2为本发明线缆断点无损在线检测方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种线缆断点无损在线检测系统，其特征在于，包括高频窄脉冲发生单元，脉冲发射单元、脉冲接收单元、微处理器以及数码显示管，所述高频窄脉冲发生单元、脉冲发射单元、脉冲接收单元和数码显示管均与微处理器电性连接，所述微处理器设有第一输入引脚、输出引脚和第二输入引脚，所述高频窄脉冲发生单元用于产生脉冲信号，所述脉冲信号依次沿第一输入引脚、输出引脚、脉冲发射单元、一线缆、脉冲接收单元和第二输入引脚传输，所述微处理器用于计算脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号与脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号之间的时间间隔，所述数码显示管用于显示微处理器的计算结果。所述数码显示管为八段数码显示管。

本发明的工作原理：

本发明方案主要采用FPGA技术来控制产生高频窄脉冲信号，在发射端经光电耦合电路将FPGA芯片与外部传输电路实现电隔离，并提高高频窄脉冲信号的抗干扰能力，之后接一个射级跟随器，利用高频三极管开关电路将脉冲波幅度提高，以提高其负载能力，使得脉冲波在电缆中传输的更远，避免由脉冲在电缆传输中极快的衰减而带来反射波幅值极小的问题。当脉冲信号传输到电缆断点处时，因在断点处其阻抗出现畸变现象，导致呈高阻状态，脉冲能量会有很大的衰减，同时部分信号能量向传输方向相反的方向返回，即回波反射。

在被测电缆接收端处，由于脉冲发射和接收端均在同一测试点，通过示波器观察这一测试点的波形图形，可以观察到在同一个周期时间内出现两个相距很近的窄脉冲波形，通过理论分析可知道，第一个幅值较大的正是窄脉冲经过放大处理的发射信号，另一个幅值较小且不完美的脉冲信号正是为在断点处经反射而有很大的衰减的回波信号。

由于反射的脉冲信号极其微弱，再加上信号返回途中经电缆线的衰减和其它噪声信号的干扰，使得回波信号没有足够的能力来驱动端口来输入一个高电平信号，波形也不是很理想。另外，发射的窄脉冲是经过放大处理的，幅值可能提高到10V以上，因此也不可以直接送到FPGA的引脚上。在此之间可通过连接一个输入钳位保护和输出钳位单限比较器，将两个不符合要求的高低脉冲模拟信号转换为幅值为3V左右的高电平数字信号，这样才可以直接送到FPGA的输入引脚上作为控制信号。

如图2所示，一种应用于线缆断点无损在线检测系统的方法：

S1：微处理器的第一输入引脚接收到高频窄脉冲发生单元发送的第一上升沿信号时，开始计时，所述第一上升沿信号为脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号；

S2：微处理器的第二输入引脚接收到脉冲接收单元发送的第二上升沿信号时，停止计时，所述第二上升沿信号为脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号；

S3：微处理器获取从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔T；

S4：微处理器根据公式：L＝V×T/2，计算出线缆中断点的准确位置，其中V为脉冲波在电缆中的传播速度，L为电缆中的断点与脉冲波送入端的距离，T为从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔；

S5：微处理器将计算结果送至数码显示管进行显示。

经测距系统自动计算之后，将得到的结果显示在数码管上即可。选择脉冲波在电缆中的传输速度值，该参数与电缆的材料结构有关，对称电缆V＝220m/μs，中同轴电缆V＝287m/μs，小同轴电缆V＝280m/μs，为方便单片机计算，在后面的主程序中设定传输速度V＝250m/μs，对不同电缆的材料结构用按键调整传输速度来进行运算。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种应用于线缆断点无损在线检测系统的方法，其特征在于，线缆断点无损在线检测系统，包括高频窄脉冲发生单元，脉冲发射单元、脉冲接收单元、微处理器以及数码显示管，所述高频窄脉冲发生单元、脉冲发射单元、脉冲接收单元和数码显示管均与微处理器电性连接，所述微处理器设有第一输入引脚、输出引脚和第二输入引脚，所述高频窄脉冲发生单元用于产生脉冲信号，所述脉冲信号依次沿第一输入引脚、输出引脚、脉冲发射单元、一线缆、脉冲接收单元和第二输入引脚传输，所述微处理器用于计算脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号与脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号之间的时间间隔，所述数码显示管用于显示微处理器的计算结果；所述微处理器用于执行如下步骤：

S1：微处理器的第一输入引脚接收到高频窄脉冲发生单元发送的第一上升沿信号时，开始计时，所述第一上升沿信号为脉冲信号通过第一输入引脚时的上升沿信号；

S2：微处理器的第二输入引脚接收到脉冲接收单元发送的第二上升沿信号时，停止计时，所述第二上升沿信号为脉冲信号通过第二输入引脚时的上升沿信号；

S3：微处理器获取从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔T；

S4：微处理器根据公式：L＝V×T/2，计算出线缆中断点的准确位置，其中V为脉冲波在电缆中的传播速度，L为电缆中的断点与脉冲波送入端的距离，T为从第一上升沿信号到第二上升沿信号之间的时间间隔；

S5：微处理器将计算结果送至数码显示管进行显示。