CN1058269A

CN1058269A - 充气电缆查漏气全自动监测方法及装置

Info

Publication number: CN1058269A
Application number: CN 90103484
Authority: CN
Inventors: 王振兴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1992-01-29

Abstract

一种用于充气电缆线路漏气点自动查找的充气电缆查漏气全自动监测方法及装置，为解决查漏难、效率低及危害大的问题，采用计算机根据以变速度理论为依据推导的公式，对漏气信号进行计算处理，定量精确地计算出漏气点的方位和距离，本仪器监测容量大，可实现全日，全范围、全自动的监测。

Description

本发明是一种充气电缆查漏气全自动监测方法及装置，它应用于充气电缆线路的漏气点自动查找。

目前国内广泛使用的几种查漏仪有：卤素、乙醚、氢气及气压曲线法等几种。前三种用一种方法，根据所选被测气体的不同性质，选用相应的气敏元件，其原理大同小异，都需在被测电缆内充入该装置相应的气体之后要掌握一定的时机，由维修人员手持该装置沿电缆敷设路径查找，当遇有相应的气体时，该装置发出显示信号，维修人员需对所发现的信号进行反复核实，排除其它原因而造成的干扰信号。所以应用范围、应用率、有效率都基本相近，同时都具有以下缺点：（1）对架空电缆不适宜，因为架空电缆处于空间、被测气体自电缆内漏向空间，扩散快而且上升，所以仪器必须在电缆上方而且尽量接近电缆，所以使用操作极其困难。（2）对人及设备环境均有不同程度的毒害及危险性，乙醚毒品，氢气易爆品，氟利昂对大气环境有破坏，乙醚腐蚀电缆加感头的绝缘塑料，对人的健康影响更是严重，氟利昂在操作过程中必须格外小心，一但喷在人的皮肤上就会造成冻伤，氢气在使用过程中，必须严格执行排放气规定否则将会造成难以相象的后果。（3）查找效率及利用率极低，由于操作复杂，运用时又存在相当的危险性，再加上某些电缆所处的环境及自身条件的限制，所以利用率极低，在整个操作查找过程中属于盲目的或是靠一些不太可靠的经验进行查找，所以劳动强度大，收效甚微。由于匀采用嗅敏形式，所以必须持该仪器现到场检测，因电缆线路距离长，敷设环境复杂，所以既便运用了较敏感的嗅敏器件也很难在这样的条件下找到漏气点，尤其对目前生产的外塑套防护电缆的护套皮串漏气，更是无法检测，所以在目前是一种很不理想但又应用很广的一类设备，气压曲线法，这类查漏因使用图解法，所以精度不高，而且问题极多，在两端监测区属于盲区，无法求解，使用很少。

目前国外比较先进的设备有意大利Teletra公司生产的气压监测测量仪，只能发现监测器之间的一个区段内有漏气，不能得到漏点的确切位置，每一个区段的距离一般在500米至2000米左右。所以仍然不好找到漏气点。

本发明的目的，是根据一种新理论，利用一整套自动监测结构，就能及时准确地确定漏气点的确切位置，完全解决充气电缆漏气故障难以查找的问题，为气压维修达到有关规定指标，提供充分必要的有利条件，彻底根除因漏气造成的不良因素，改善维修人员劳动条件，提高工作效率及信号传输质量。

本发明的目的是这样实现的，在被测电缆上，即一个气闭段内（气闭段的长度可达15-20Km），沿电缆轴向距离从始至未均匀的布置不少于3个信号检测发送器，其形式可根据环境及用户要求设置在护套内或护套外，在室内按装一台主机（一台主机可监测不少于16个气闭段），其组成有：信号传输接收电路，逻辑电路，处理单元，打印机和主电源，其中处理单元包括接口电路，微处理器，控制单元，定时器，键盘、寄存器1，寄存器2，显示器。微处理器在控制单元控制下，从寄存器1中取出被测电缆的排列序号，经接口电路输出扫控信号，当所说电缆发生漏气时，各信号检测发送器将检测漏气发生的过程并发出漏气信号，漏气信号经信号传输接收电路处理后，在由微处理器接收，微处理器在根据每个信号检测发送器的发送过程，做第一、第二、第三、第四的逻辑状态处理并存于寄存器1，定时器根据寄存器1的第一、第二、第三、第四的状态作相应的第一、第二、第三的计数处理，计数于寄存器1的单元中。微处理器在控制单元的控制下，根据寄存器1的第四状态处理内容，且从寄存器1及寄存器2中分别取出相应的计数数据和信号检测发生器间的距离数据，依照匀变速原理公式进行计算，以实现对被测充气电缆的漏气点进行全部自动检测运算处理，定量精确地计算出漏气点的方位和距离。

计算漏气点距离的基本理论是根据流体力学，运动力学原理，推导出电缆内气体排放过程中的能量转变过程是以匀变速运动形式进行的。根据匀变速运动这一理论依据，以图1为例，推导出计算漏气点距离的方法。

由图1可见（为了说明的方便以四个信号检测送发器为例），在一条长为L的电缆上设4个信号检测发送器，分别由A、B、C、D代表，设点l为任意方位、任意大小的漏气孔，b点是以l相对应于B的点，a是以l相对于A的点，这些对应点的意义是因为势能的决定因素有二个，一是某一体系的气体分子系的相互作用力与另一体系的气体分子系的相互作用力之差，二是在同等条件下若干体系的连接形成的系统能带组成的相对于最低体系的势能点的系统能带传波距离。l点在这里就是最低势能点，所以A与a、B与b的势能是相等的。当由l点发生能量转变时，即漏气时，这个能量转变将以l为对称点向A、D方向发展，动能区将逐渐扩大，势能区将逐渐减少，气体分子系的能量转变过程以匀变速的形式发展，当时间经过t秒后，区域扩大到B-b之间，当时间由t加至t₄时区域扩大到A-a之间，当时间为t+t₄+t₂时，区域扩大到A-C之间，当时间为t+t₄+t₂+t₃时全程都发生了能量转化，从这四个测量点先后测量的现象是B先降压、A次、C其次、D最后，如果用三套计数器计时，当B点降压时，开始第一计时称为t₁，A点降压时开始第二计时称为t₂;C点降压时关闭第一、第二计时，开始第三计时，称为t₃，D点降压时所有计时停止。这样便可运用匀变速运动公式求出点l至B的距离，在上述中A点到B点距离，B点到C点的距离，C点到D点的距离均是已知的，各距离数存于寄存器2中，如图1所示，单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂;t₃→S₃;A、B之间的距离为S₄，通过这些已知条件，运用匀变速原理公式：

S＝V₀t+1/2at²

a= (V_t- V_o)/(t)

S-某事件在时间t内所通过的路程。

V₀-某事件发生在某点时，以该为起始时的初始速度

V_t-某事件发生在某点时，以该点为末点时的末速度。

t-某事件发生在某一段路程内所用的时间

a-某事件发展过程中的变化率。

便可导出漏点的距离求解公式，仍以图1为例，当信号检测发送器为4个时，漏气点位于A-B信号检测发送器之间的中点至B信号检测发送之间一段范围内的时，其漏点距离求解公式为：

Sl = 1/2 〔S₄- (t₁-t₂)/(t₁+ t₃) (S₁(t₁+t₂+t₃)/(t₁) -S₃( t₂)/(t₃) )〕

单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂;t₃→S₃;A、B之间的距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间的距离。

当信号检测发送器均为4个，漏气点分别处于A-B中点至A段;B-C中点至B段;B-C中点至C段;C-D中点至C段;C-D中点至D段时，其漏点距离求解公式分别为：

Sl = 1/2 〔S₄- (t₁)/(t₂+ t₃) (S₂(t₁+2t₂+t₃)/(t₂) -S₃( t₁+t₂)/(t₃) )〕

Sl = 1/2 〔S₄- 1/(t₁+ t₃-2t₂) (S₁(t₁(t₁+t₃-2t₂) -t₂t₃)/(t₁) -S₃(t₂(t₁- t₂))/(t₃) )〕

Sl = 1/2 〔S₄- 1/(t₁+ t₃-2t₂) (S₁(t₁(t₁+t₃-2t₂)- t₂t₃)/(t₁) -S₃(t₂(t₁- t₂))/(t3) )〕

Sl = 1/2 〔S₄- (t₁)/(t₁+ t₃) (S₂(t₁+2t₂+t₃)/(t₂) -S₃(t₁+ t₂)/(t₃) )〕

式中单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂;t₃→S₃;S₄为漏气点所在的两个信号检测发送器之间的距离，Sl为漏气点距离信号检测发送器之间的距离。

图1是实际电缆监测示意图。图中L表示一条电缆的长度，A、B、C、D四点分别表示一组信号检测发送器，l表示为任意大小，任意方位的漏气孔，b是以l相对应于B的幻想点，a是以l相对应于A的幻想点，t、t₁、t₂、t₃分别表示为通过该段距离的降压时间。

图2是本仪器连接结构总方框图，图中共有7个主要组成单元。

1：是信号检测发送器;该单元中的信号检测发送器以组的形式组成，每组不少于3个信号检测发送器;该单元共有16-256个组组成。

2：是室内主机：内容包括信号传输接收电路，逻辑电路，处理单元，打印机和主电源。

3：是信号传输接收电路：

4：是逻辑电路。

5：是处理单元。处理单元其中包括8个主要内容：8;是接口电路，9;是微处理器，10;是控制单元，11;是定时器，12;是键盘，13;是寄存器1，14;是寄存器2，15;是显示器。

6：是打印机。

7：是主电源。

图3是控制单元流程图：全部监测控制过程如图所示。

本发明因为是在被测电缆上按装不少于3个信号检测发送器，（这里以4个为例）各信号检测发送器的分布，在一个气闭段内，始末两点各设一个，中间两个设置在将气闭段平均分成三段的分点上。一各气闭段可以是独立的一条电缆，也可以是一条电缆上的其中一段，在这一条或一段电缆内，是一个独立的气压密闭。每个气闭段可长达15-20Km。对信号检测发送器（可以是压力传感器或者是气压信号检测发送器）所发的信号进行处理得到漏气点的确切方位的距离数，所以可对被测电缆实行全日、全天侯的自动监测及时发现漏气故障点。以图1、图2、图3为例，简述监测查找漏气点距离过程概况。电缆内的气压值按规定值闭气保压，各信号检测发送器按图1所示装在被测电缆的指定方位A、B、C、D四点上，对各点气压进行检测，由图1所示当l点发生漏气后经过t时间后，B点开始降压，B信号检测发送器发出信号，（信号传输方式可根据需要分为有线或无线传输两种）此时由信号传输接收电路收到此信号将其处理后，再由处理单元通过逻辑电路后，将信号选取，进行第一状态处理，所说的第一状态处理是微处理器在控制单元的控制下根据被测电缆的排列序号将信号传输接收电路接收的第一信号存入相应的寄存器1的单元中，定时器根据第一状态寄存器的内容做相应的第一计数处理，计数单元同属于寄存器1，开通第一计数器做t₁计时，经过t₄时间后，随着降压区域的继续扩大，A点也开始降压，A信号检测发送器发出信号，信号传输过程与B相同，进行第二状态处理，所说的第二状态处理是微处理器在控制单元控制下，根据被测电缆的排列序号将信号传输接收电路接收的第二信号存入相应的寄存器1的单元中。定时器根据第二状态寄存器的新内容，将开通第二计数器，做t₂计时，再经过t₂时间后，C也开始降压，C信号检测发送器发出信号，信号传输过程与B相同，进行第三状态处理，所说的第三状态处理是微处理器在控制单元控制下，根据被测电缆的排列序号将信号传输接收电路接收的第三信号存入相应的寄存器1的单元中。定时器根据第三状态寄存器的内容做停止第一、第二，开始第三计数器的计数的内容，再经过t₃时间后，D也开始降压，D信号检测发送器发出信号，信号传输过程与B相同，进行第四状态处理所说的第四状态处理，是微处理器在控制单元控制下，根据被测电缆的排列序号，将信号传输接收电路接收的第四信号存入相应的寄存器1的单元中。设置停止计数的内容，定时器第四根据状态寄存器的内容，停止全部计数器的计数，进入数据处理阶段，微处理器在控制单元控制下，根据状态寄存器的内容，并从寄存器1和寄存器2中分别取出相应的计数数据和信号检测发送器间的距离数据，进行计算，结果由打印机打印出该电缆的排列序号、方位、距离数，以上就是漏气点距离的求解过程。由于方法主动，定点精确问题发现及时，所以可绝对排除因漏气而造成的通讯中断，因不使用特殊气体，绝对的保护了人员及设备安全。

本发明的具体电路由以下的实施例及其附图给出：

下面结合图2详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作状况。各部分电路具体功能及连接结构。

处理单元选用TP801单板机（北京工业大学）或MCS48、49、51单片机（美国Intel公司）几种，其中包括：接口电路，微处理器，控制单元，定时器，键盘，寄存器1，寄存器2，显示器，8个主要部分，微处理器在控制单元的控制下，将依次对接口电路、键盘、显示器、寄存器1，寄存器2发出或接收相应的信号，通过接口电路与外电路连接，向信号传输接收电路发出扫描信号，接收信号传输接收电路发出的漏气信号。通过键盘接收人工所需的操作，与打印机连接，向打印机发出打印信号，并提供所需打印的内容。

打印机：主要是对处理单元处理完的数据做硬拷贝及对寄存器1中的内容打印。

逻辑电路：与处理单元接口电路I/O连接。将接口电路输出的信号进行逻辑选择。输出给信号传输接收电路，做扫描控制信号。

信号传输接收电路：与逻辑电路连接，受其控制信号控制，将音频信号做译码输出，在控制信号控制下向处理单元的I/O接口发出信号。与信号检测发送器相连，其连接方式有两种：一种是无线传输，一种是有线传输，接收信号检测发送器发出的漏气信号，根据传输方式做相应的处理后，将音频信号通过音频译码电路输出。

信号检测发送器：与信号传输接收器相连，连接方法可根据需要以有线或无线两种方式连接，将压力变化转变成电信号，经选择后发出。

主电源：供处理单元，打印机，逻辑电路，信号传输接收电路及有线传输方式连接的信号检测发送器提供所需的电源。

本仪器是一种高效能、全自动智能仪器，除去了以前所有查漏方法及各类仪器的弊端，实行全日、全范围、全自动监测，对所有充气电缆均可使用，极大的提高了工作效率，完全可以取代过去具有毒害及危险性的仪器，而且成本低，所以是一种极其实用，而又安全可靠的仪器。另外本仪器还具有监测容量大，还可对特殊用户进行特殊组合，加大监测数量。由于本仪器采用全日监测，对故障发现及时，所以可使气压维修工作具有主动性。由此可提高信号传输质量，延长电缆使用寿命，在使用方面一次投资便可长期使用，而且安装调试后，使用操作极为简便。

Claims

1、一种充气电缆查漏气全自动监测方法，沿所说充气电缆轴向在一个气闭段内从始至末均匀的布置不少于三个信号检测发送器，其特征在于：

A、微处理器在控制单元控制下从寄存器1中取出被测电缆的排列数据，经接口电路输出扫控信号。

B、当所说电缆发生漏气时，各信号检测发送器将检测漏气发生过程并发出漏气信号。

C、漏气信号经信号传输接收电路处理后，再由微处理器接收，微处理器再根据每个信号检测发送器的发送信号过程做第一、第二、第三、第四的逻辑状态处理并存入寄存器1，定时器根据寄存器1的第一、第二、第三、第四状态内容作相应的第一、第二、第三的计数处理，计数于寄存器1的单元中。

D、微处理器在控制单元控制下，根据寄存器1第四状态处理内容，且从寄存器1及寄存器2中分别取出相应的计数数据和信号检测发送器间的距离数据依照均变速原理公式进行计算：所用公式为：

S=V₀t+1/2at²；a= (V_t- V_o)/(t) ；

S-某事件在时间t内所通过的路程，

V₀-某事件发生在某点时，以该点为起始点时的初始速度，

V_t-某事件发生在某点时，以该点为末点时的末速度，

t-某事件发生在某一段路程内所用的时间

a-某事件发展过程中的变化率。

E、由打印机打印被测电缆的排列序号，方位及漏气点距离数。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于A-B信号检测发送器之间的中点，至A信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂，t₃→S₃;A、B之间距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间距离。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于A-B信号检测发送器之间的中点，至B信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂，t₃→S₃;A、B之间距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间的距离。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于B-C信号检测发送器之间的中点，至B信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

Sl = 1/2 〔S₄- 1/(t₁+ t₃-2t₂) (S₁(t₁(t₁+t₃-2t₂)- t₂t₃)/(t₁) -S₃(t₂(t₁- t₂))/(t₃) )〕

单位时间内所通过的路为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂，t₃→S₃;B、C之间距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间的距离。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于B-C信号检测发送器之间的中点，至C信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂，t₃→S₃;B、C之间距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间的距离。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于C-D信号检测发送器之间的中点，至C信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

单位时间内所通过的路程为同名段即：t₁→S₁;t₂→S₂，t₃→S₃;C、D之间距离为S₄，Sl为漏气点距信号检测发送器之间的距离。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所用信号检测发送器为四个时，漏气点位于C-D信号检测发送器之间的中点，至D信号检测发送器之间一段距离内的位置时，其计算公式为：

8、一种采用权利要求1所述的方法对充气电缆漏气进行全自动监测的查漏仪，其特征在于该仪器包括信号检测发送器，信号传输接收电路，逻辑电路，处理单元，打印机和主电源。当电缆发生漏气时，信号检测发送器检测并发送信号，所述该信号传送给信号传输接收电路，在逻辑电路控制下输入处理单元进行第一状态处理，第二状态处理，第三状态处理，第四状态处理，再经运算处理，计算出漏气点的确切位置。

9、根据权利要求8所述的查漏仪，其特征在于所述的信号检测发送器在一个气闭段内或在一个较长的连通的干线电缆上，仅用不少于3个信号检测发送器便可得到确切的漏气点，所述气闭段距离可长达15-20Km。

10、根据权利要求8所述的查漏仪其特征在于所述信号检测发送器可根据需要以有线的或无线的方式传输信号，所述的信号是以定频方式传播的频率信号。