CN105699857A - 电缆故障检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆故障检测设备，包括MCU主控单元、FPGA模块、电容电阻测量模块、高速AD采样模块、液晶显示及键盘模块和供电电源电路，FPGA模块向待测电缆发送高频脉冲，并控制高速AD采样模块采集返回的波形，MCU主控单元向FPGA模块发送脉冲宽度和指令，同时从FPGA模块读回故障检测数据，电容电阻测量模块直接连接至MCU主控模块的引脚，产生精确定时脉冲，MCU主控单元连接液晶显示及键盘输入模块，读取外接键盘的输入，控制液晶显示对测量结果和操作界面显示。本发明设备具有携带方便，精度高等优点。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆技术领域，具体涉及一种电缆故障检测设备。
背景技术
各种类型的电缆不仅在电力、通信领域应用广泛，同样大量应用于煤矿、冶金、化工以及交通运输等国民经济发展的各个领域。广泛的应用同样需要较好的检测、维护技术作为保障。由于电缆通常是悬挂于高空中或掩埋在地下或水下，故电缆故障点隐蔽性较强，查找和维护相对困难。电缆故障点的以上特点给电缆故障检测仪器提出了很高的技术要求，如何准确、迅速、经济的查寻电缆故障点成为重要的技术问题。
因为电缆的长度很长，只要确定故障发生在某一距离段内，就可以考虑将一整段替换掉。电缆在安装前都必须经过严格的质量检测，而检出有质量瑕疵的一整段电缆或一整批电缆都会被弃用，而且电缆安装或维护的工作环境通常在野外，因此，电缆故障检测仪对检测效率和方便携带等方面要求比较高。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种电缆故障检测设备，设计一种基于低压脉冲反射法与阻容法相结合的电缆故障检测仪，具有携带方便的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电缆故障检测设备，包括MCU主控单元、FPGA模块、电容电阻测量模块、高速AD采样模块、液晶显示及键盘模块和供电电源电路，FPGA模块向待测电缆发送高频脉冲，并控制高速AD采样模块采集返回的波形，MCU主控单元向FPGA模块发送脉冲宽度和指令，同时从FPGA模块读回故障检测数据，电容电阻测量模块直接连接至MCU主控模块的引脚，产生精确定时脉冲，MCU主控单元连接液晶显示及键盘输入模块，读取外接键盘的输入，控制液晶显示对测量结果和操作界面显示。所述高速AD采样模块采用两个低速的ADC并联采样同一信号，采样时间上第一ADC单元滞后第二ADC单元半个周期。所述ADC选用ADS831，ADS831采用单端5V电源供应。所述电容电阻测量模块采用555高稳度控制器，555高稳度控制器与MCU主控模块引脚连接，555高稳度控制器连接两个外接电阻和一个外接电容。所述检测设备还包括前置放大模块，回波信号通过前置放大模块后连接至高速AD采样模块。所述前置放大模块采用三极管放大网络。所述供电电源电路采用12V可充电锂电池供电，并采用DC-DC模块将+12V电源转换成+5V电源，给高速AD采样模块供电。
本发明有益效果是:本发明检测设备具有准确高效便携的优点。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的设备的结构框图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示，为本发明的电缆故障检测设备的系统结构框图，系统硬件设计主要包括高速AD采样模块、电容电阻测量模块、MCU主控单元、数据存储电路、FPGA模块、供电电源电路、液晶显示及键盘输入九个模块。MCU主控单元采用MSP430系列单片机，是本发明检测设备的核心控制模块，MCU主控单元引脚连接液晶显示及键盘输入模块，读取外接键盘的输入，控制液晶显示对测量结果和操作界面显示以及和FPGA进行通讯。
FPGA模块主要负责产生高频脉冲，控制AD数据采集，存储采样数据，和MCU主控单元通讯。FPGA产生高频脉冲，在启动发送脉冲的同时需要启动AD采样，采集返回的波形。FPGA和MCU主控单元通讯主要有两个任务：一是MCU主控单元把脉冲宽度和指令传给FPGA模块，二是MCU主控单元从FPGA读回存储在FIFO中的数据。单片机向FPGA发送指令是单向的，用导线把MCU主控单元的I/O口和对应的FPGA引脚连接起来便可，MCU主控单元和FPGA模块之间的数据传输是双向的。
电缆故障检测设备对高频脉冲产生及发送有特定的要求，必须是方波，方波的上升沿和下降沿足够短，经过放大后波形对称性及稳定性良好，脉冲宽度可键盘设置，因此设计用FPGA产生高频脉冲。FPGA系统主时钟50MHz，理论上脉冲宽度最小值20ns。FPGA产生的脉冲信号电压幅度只有3.3V，电流小于10mA，驱动能力满足不了系统的发送要求，需要经过功率放大才能发送给被测电缆。本发明采用三极管网络进行功率放大，然后输出到电缆上。
高频脉冲发送待测电缆，遇到故障点返回的波形可以用示波器在检测端观察到，由于电缆的阻抗作用，导致脉冲在传播过程中功率衰减，波形畸变，返回波的幅度和波形可能不能满足检测精度的要求，所以在高速AD采样模块前加前置放大模块。另外，前置放大模块具有信号隔离的作用，接收电路不会干扰发射电路发射脉冲的发射功率，因为发射电路和接收电路共用同一检测点。
高速AD采样模块用于对发射波形和返回波形进行高速采样，采样数据存储于FPGA内嵌FIFO中。由于脉冲回波法检测电缆故障主要检测的是发射波和返回波之间的时间差，故ADC的采样速率主要决定系统的检测精度。在波速确定的情况下，ADC的采样速率越高，系统对故障点的定位越精确。高速AD采样模块采用两个低速的ADC并联采样同一信号，但是采样时间上第一ADC单元滞后第二ADC单元半个周期，这样采样率是单独使用某一个ADC的2倍。ADC选用ADS831，ADS831采用单端5V电源供应。
电容电阻测量模块采用555高稳度控制器，555高稳度控制器直接与MCU主控模块引脚连接，MCU通过555产生精确定时脉冲，其输出驱动电流可达200mA。在多谐振荡器工作方式时，由两个外接电阻和一个外接电容确定输出的脉冲占空比。工作电压范围较宽:一般为+3V～+18V。
供电电源采用12V可充电锂电池供电，并采用DC-DC模块HDW5-12S05将+12V电源转换成+5V电源，给高速AD采样模块等供电。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种电缆故障检测设备，其特征在于,包括MCU主控单元、FPGA模块、电容电阻测量模块、高速AD采样模块、液晶显示及键盘模块和供电电源电路，FPGA模块向待测电缆发送高频脉冲，并控制高速AD采样模块采集返回的波形，MCU主控单元向FPGA模块发送脉冲宽度和指令，同时从FPGA模块读回故障检测数据，电容电阻测量模块直接连接至MCU主控模块的引脚，产生精确定时脉冲，MCU主控单元连接液晶显示及键盘输入模块，读取外接键盘的输入，控制液晶显示对测量结果和操作界面显示。
2.根据权利要求1所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述高速AD采样模块采用两个低速的ADC并联采样同一信号，采样时间上第一ADC单元滞后第二ADC单元半个周期。
3.根据权利要求2所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述ADC选用ADS831，ADS831采用单端5V电源供应。
4.根据权利要求1所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述电容电阻测量模块采用555高稳度控制器，555高稳度控制器与MCU主控模块引脚连接，555高稳度控制器连接两个外接电阻和一个外接电容。
5.根据权利要求1所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括前置放大模块，回波信号通过前置放大模块后连接至高速AD采样模块。
6.根据权利要求5所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述前置放大模块采用三极管放大网络。
7.根据权利要求1所述电缆故障检测设备，其特征在于，所述供电电源电路采用12V可充电锂电池供电，并采用DC-DC模块将+12V电源转换成+5V电源，给高速AD采样模块供电。
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