CN106249104B - 一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，包括被配置为通过DDS技术产生可调频的正弦扫频信号作为发射信号的正弦波扫频信号发生模块；被配置为根据实际情况需求调整正弦波扫频信号发生模块的发射功率大小的可变衰减器模块，被配置为对通信电缆线本身的负载进行阻抗匹配，使得信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗达到匹配状态的阻抗匹配模块；被配置为接收反射响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差的反射信号接收模块。本发明能够检测出故障点的具体位置，定位更精准、测量故障点距离更远，保障了通信电缆的安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置及方法。
背景技术
通信电缆是指用于近距离音频通信和远距离高频载波数字通信及信号传输的电缆，广泛应用于通信线路传输、仪器仪表、电力等重要领域。由于多种因素可引起通信电缆发生短路、开路等故障。
为实现通信电缆网络在线管理与故障自动诊断，提高通信电缆的工作可靠性,减少电缆故障的人工排查工作量,提高通信电缆的自动化程度，本发明基于一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，实现对通信电缆的实时在线监测。
专利号为102879703A的专利“一种接地性能监测系统及通信电缆屏蔽层动态监测的方法”提供了一种通过测量屏蔽层对线芯电容，动态监视有线通信电缆屏蔽层的完整性方法。但是由于信号源内阻抗传输线路输入阻抗不匹配，所以测量精度低，误差大。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置及方法，本发明增加了阻抗匹配，建立了新的测量模型，提高了电缆屏蔽层状态监测的测量误差和测量精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，包括正弦波扫频信号发生模块、可变衰减器模块、阻抗匹配模块和反射信号接收模块，其中：
所述正弦波扫频信号发生模块，被配置为通过DDS技术产生可调频的正弦扫频信号作为发射信号；
所述可变衰减器模块，被配置为根据实际情况需求调整正弦波扫频信号发生模块的发射功率大小；
所述阻抗匹配模块，被配置为采用变换器对通信电缆线本身的负载进行阻抗匹配，使得信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗达到匹配状态；
所述反射信号接收模块，被配置为接收反射响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差。
所述正弦波扫频信号发生模块，利用DDS技术产生的是600KHZ至10MHZ可调频的正弦扫频信号，作为向通信电缆发送的测试信号。
一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，包括以下步骤：
(1)将通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置与所监测通信电缆连接；
(2)通过DDS技术产生可调频的正弦扫频信号作为发射信号，向通信电缆发送测试信号；
(3)接收反射信号，通过自适应调整与阻抗匹配，使检测装置工作于设定状态；
(4)计算响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差，通过傅里叶逆变换和小波变换最优熵去噪计算得到时域反射波形，判断电缆是否发生故障，确认故障点。
所述步骤(2)中，发送测试信号，是指屏蔽效能监测终端通过终端所包含的正弦波扫频信号发生模块将激励电压信号发送到通信电缆的屏蔽层与连接线芯之间。
所述步骤(3)中，发送测试信号以后，通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置初次接收的反射波形幅度值，若没有达到预设的阈值时，进行自适应调整参数。
所述步骤(3)中，具体方法为：
(3-1)调整终端板与不同通信电缆的阻抗达到匹配；
(3-2)当阻抗匹配调整完毕以后，启动可变衰减模块调整终端板的发射功率，达到反射波所能达到的阈值，确定通信电缆良好情况下的理想值。
所述步骤(3-1)中，若不匹配则测量的最远距离与理论计算值相差甚远，无法正常判断出应有的故障位置，根据测量信号进行自适应调整，使电缆负载得到大的输入功率，同时装置能接收到最大的发射信号。
所述步骤(4)中，进入正常工作状态，对通信电缆进行在线监测，接收相应的响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差，进而将信号的幅值比和相位差反馈给上位机，上位机通过傅里叶逆变换和小波变换最优熵去噪计算得到时域反射波形，若电缆发生故障，相应的时域的波形会有下凹，当过接头电缆处的反射波形为凸起，以此来计算电缆屏蔽层有开路或非开路性破损的具体位置，并且区分接头和故障点处。
本发明的工作原理为：
将装置和通信电缆进行连接，通过在终端装置建立测量模型和阻抗匹配模块，装置发送一定的功率信号，通过测量发射功率信号，实现线监测屏蔽层的完整性。测量所得数据上传至平台后，将对监测的数据进行在线分析，检测出故障点的具体位置，定位更精准、测量故障点距离更远，保障了通信电缆的安全可靠运行。
本发明的有益效果为：
(1)通过本发明的实施，可以实现通信电缆中的某一处发生故障时，通过这种故障检测装置采集故障数据，然后进行数据分析不仅可以检测出故障点的具体位置；
(2)本装置通过阻抗匹配，保障了测量信号和反射信号的有效可靠传输，减少了线路衰减，提高了反射信号的测量精度，减少了测量误差，可以使定位更精准，定位故障距离更远，同时为通信电缆的维护提供有效可靠的数据，保障通信电缆传输信息的稳定性同时监测通信电缆通信的安全性。
附图说明
图1装置组成示意图；
图2终端和电缆的搭载方式示意图
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，包括正弦波扫频信号发生模块、可变衰减器模块、阻抗匹配模块、反射信号接收模块。
正弦波扫频信号发生模块，利用DDS技术产生正弦波作为发射信号,其基本结构主要由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器四个部分构成，通过此结构电路，可以产生600KHZ至10MHZ可调频的正弦扫频信号。
可变衰减器模块，调整信号发生模块发射功率，可根据实际情况需求调整发射功率大小。
阻抗匹配模块，采用λ/4变换器对通信电缆线本身的负载进行阻抗匹配。使得信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗达到匹配状态。通过阻抗匹配减少信号在传输线路中的衰减，增强信号源的频率和输出功率的稳定性，使信号源输出最大功率，使负载得到较大的入射功率。提高了反射信号的测量精度，减少了测量误差。标准的同轴电缆阻抗值为50Ω或75Ω，经过现场采集数据分析得出：电力通信电缆不同于同轴电缆，其不具有均匀的阻抗特性，若终端负载与传输阻抗匹配度较低时，会极大的影响到测量电缆的距离，故需要在终端电路板中加入阻抗匹配模块。
反射信号接收模块，接收反射响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差。
如图2所示，屏蔽效能监测终端通过装置的正弦波扫频信号发生模块将激励电压信号发送到屏蔽层与连接线芯之间，同时通过装置和线芯的连接，测量发射信号，从而判断出电缆的良好与否。
一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，通过如下步骤完成：
将通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置与所监测通信电缆连接；
装置给通信电缆发送测试信号
装置测试反射信号，使装置工作于设定状态
测量数据分析，找到故障点
所述步骤2，装置初次工作，发送测试信号，是指屏蔽效能监测终端通过终端所包含的正弦波扫频信号发生模块将激励电压信号发送到通信电缆的屏蔽层与连接线芯之间；
所述步骤3，基于步骤2发送测试信号以后，通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置初次接收的反射波形幅度值，若没有达到预设的阈值时，装置自适应调整如下参数：
启动阻抗匹配操作，阻抗匹配模块用于调整终端板与不同通信电缆的阻抗达到匹配，若不匹配则测量的最远距离与理论计算值相差甚远，无法正常判断出应有的故障位置。装置所包含阻抗匹配模块设计中有几个档位，可以根据测量信号进行自适应调整，使电缆负载得到较大的输入功率，同时装置能接收到最大的发射信号。
当阻抗匹配调整完毕以后，启动可变衰减模块调整终端板的发射功率，达到反射波所能达到的阈值，此调整主要是为了防止在较长电缆中发射功率不足使发射信号无法正常发射回接收端。此时的测量值为通信电缆良好情况下的理想值。
所述步骤4，基于步骤2和3的调整完成以后，装置进入正常工作状态，对通信电缆进行在线监测，装置的反射信号接收模块用于接收相应的响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比(发射信号和发射信号的幅度比值)和相位差，进而将信号的幅值比和相位差反馈给上位机，上位机通过傅里叶逆变换和小波变换最优熵去噪计算得到时域反射波形，若电缆发生故障，相应的时域的波形会有下凹(电容性不连续)，当过接头电缆处的反射波形为凸起(电感性不连续)，已知反射波的传输速度为光速的0.6倍(通过反复测量实验得出，经验证较为准确)，以此来计算电缆屏蔽层有开路或非开路性破损的具体位置，并且可以区分接头和故障点处。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，其特征是：包括正弦波扫频信号发生模块、可变衰减器模块、阻抗匹配模块和反射信号接收模块，其中：
所述正弦波扫频信号发生模块，被配置为通过DDS技术产生可调频的正弦扫频信号作为发射信号，将发射信号发送到通信电缆的屏蔽层与连接线芯之间；
所述反射信号接收模块，被配置为初次接收的反射波形幅度值，若没有达到预设的阈值时，启动阻抗匹配操作；
所述阻抗匹配模块，被配置为根据测量信号进行自适应调整，采用变换器对通信电缆线本身的负载进行阻抗匹配，使得信号源的内阻抗与传输线始端的输入阻抗达到匹配状态；阻抗匹配调整完毕后，启动可变衰减模块调整发射功率；
所述可变衰减器模块，被配置为根据实际情况需求调整正弦波扫频信号发生模块的发射功率大小，达到反射波所能达到的阈值；
阻抗匹配模块和可变衰减模块调整完成后，反射信号接收模块进入正常工作状态，对通信电缆进行在线监测，接收反射响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差。
2.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置，其特征是：所述正弦波扫频信号发生模块，产生的是600KHZ至10MHZ可调频的正弦扫频信号。
3.一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)将通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置与所监测通信电缆连接；
(2)通过DDS技术产生可调频的正弦扫频信号作为发射信号，向通信电缆发送测试信号；
(3)接收反射信号，通过自适应调整与阻抗匹配，使检测装置工作于设定状态；
(4)计算响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差，通过傅里叶逆变换和小波变换最优熵去噪计算得到时域反射波形，判断电缆是否发生故障，确认故障点；
所述步骤(3)中，发送测试信号以后，通信电缆屏蔽层状态监测的检测装置初次接收的反射波形幅度值，若没有达到预设的阈值时，进行自适应调整参数；调整终端板与不同通信电缆的阻抗达到匹配；当阻抗匹配调整完毕以后，启动可变衰减模块调整终端板的发射功率，达到反射波所能达到的阈值，确定通信电缆良好情况下的理想值。
4.如权利要求3所述的一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，其特征是：所述步骤(2)中，发送测试信号，是指屏蔽效能监测终端通过终端所包含的正弦波扫频信号发生模块将激励电压信号发送到通信电缆的屏蔽层与连接线芯之间。
5.如权利要求3所述的一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，其特征是：所述步骤(3)中，若不匹配则测量的最远距离与理论计算值相差甚远，无法正常判断出应有的故障位置，根据测量信号进行自适应调整，使电缆负载得到大的输入功率，同时装置能接收到最大的发射信号。
6.如权利要求3所述的一种通信电缆屏蔽层状态监测的检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，进入正常工作状态，对通信电缆进行在线监测，接收相应的响应电压信号差，测量响应电压信号的幅值比和相位差，进而将信号的幅值比和相位差反馈给上位机，上位机通过傅里叶逆变换和小波变换最优熵去噪计算得到时域反射波形，若电缆发生故障，相应的时域的波形会有下凹，当过接头电缆处的反射波形为凸起，以此来计算电缆屏蔽层有开路或非开路性破损的具体位置，并且区分接头和故障点处。
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Date of cancellation: 20210906 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Bank of Tai'an Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: SHANDONG KANGWEI COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980004657 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A detection device and method for monitoring the state of communication cable shielding layer Effective date of registration: 20210908 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Bank of Tai'an Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: Conway Communication Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000106 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220905 Granted publication date: 20190215 Pledgee: Bank of Tai'an Limited by Share Ltd. Ji'nan branch Pledgor: Conway Communication Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000106 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |