CN1080995A

CN1080995A - 电缆长度测量方法

Info

Publication number: CN1080995A
Application number: CN 93100088
Authority: CN
Inventors: 江志力
Original assignee: Zhenxing Metering Control Tech Dev Co Beijing
Current assignee: Zhenxing Metering Control Tech Dev Co Beijing
Priority date: 1993-01-06
Filing date: 1993-01-06
Publication date: 1994-01-19

Abstract

本发明涉及一种电缆长度测量技术，利用宽脉冲在电缆中的传输特性，并结合一定的数学方法，消除了测量盲区，提高了测量可靠性。

Description

本发明涉及一种传输线测量技术，尤指一种电缆长度的测量方法。

现有技术常用的电缆长度测量方法有：脉冲法，闪络法等。中国专利CN88204787·6公开了一种“电缆智能测长仪”，为脉冲法测长仪，克服了以往的机械测长法精度低的缺点，利用发生器输出的脉冲个数与电缆长度成正比的原理，测定电线电缆长度。苏联专利SU1580570公开了一种测量电线电缆长度测量装置，其特点在于：倍频器与正弦信号发生器相连，并且在测量前信号进行同相转换。现有技术还有利用激光脉冲测量电线电缆的长度等等。共同的不足在于：测量存在盲区，即当电线电缆短到一定程度时，难以准确测量。

本发明的目的在于提供一种新型电缆长度测量方法，消除测量盲区，提高测量精度和可靠性。

本发明目的是这样实现的：

（1）同步器分别产生时序脉冲①和时序脉冲②;

（2）时序脉冲①触发采样锁定器（简称采锁器）产生采锁锯齿波电压信号，时序脉冲②经驱动器，由被测电缆传输后，触发采样锁定器产生回波锯齿波电压信号;

（3）两锯齿波在零位校准时，它们的两个斜边有一个起始相交点设为a，作为数显装置的参考零位;

（4）接人被测电缆后，利用宽脉冲在终端匹配电缆中的传输特性，时序脉冲②经被测电缆产生一个与其长度成正比关系的位移，即产生一个时间差△t，回锯波的起始点亦时移△t;

（5）同时，采锯波和回锯波的斜边相交点时移△t，由a点移到b点，b点所对应的电压值，经采样保持，由数显表盘显示，显示值即为被测电缆的长度值。

利用本发明测量电缆线长度，精度高，没有测量盲区。

图1为本发明原理框图

图2为同步器原理示意图

图3为驱动器原理示意图

图4为采样锁定器原理示意图

图5为自动量程切换器原理示意图

图6为自校准器原理示意图

图7为本发明工作原理波形图

图8为精确度修正器原理示意图

下面对照附图进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例由同步器、采样锁定器、驱动器、自校准器、精确度修正器、自动量程切换器、数显装置及电源电路组成。其中，电源电路有+5V、±18V、±12V及+30V共六种直流稳压电源，作为整个电路的工作电源。同步器由整形器、时序器和单稳态器三部分组成，原理如图2所示。整形器中含有比较器LM319和施密特整形器CD40106;时序器中含有晶体振荡器，二只十进分配器CD4017①和②，一只十四级二进制分频器CD4020，一只反相器CD4069及二只输入与门CD4068①和②。由5兆赫晶体振荡器产生的正弦波信号，输入比较器LM319的反相输入端4，电路的同相端5接地，比较结果，产生9V的近似方波信号，输入施密特整形器CD40106，经二次整形后，产生出5兆赫、12伏的脉冲信号Q_整。由电压表盘输出的复位信号 ST（负窄脉冲，幅度5伏。）加到LM319的反相输入端9与同相输入端10上加的直流参考电压（约4伏）相比较，产生出正窄脉冲输出，加到CD4017①②及CD4020的清零端，控制测长仪内部电路同步工作。

二次整形产生出的Q_整脉冲信号输入第一级十进分配器CD4017①，由它的输出端12输出500千赫、12伏的方波信号Q_C，再输入第二级十进分配器CD4017②，再由它的输出端12输出50千赫、12伏的方波信号Q^′ _c作为时钟脉冲，经分压器分压成5伏，由G端输出到电压表盘的时钟脉冲输入端。

方波信号Q^′ _c，输入CD4020，经分频后，分别由输出端14、15、1、2、3输出Q₁₀、Q₁₁、Q₁₂、Q₁₃、Q₁₄五个方波信号，其中方波信号Q₁₀至Q₁₃，直接输入CD4068①，Q₁₄经反相器CD4069输出变换为

₁₄后，再输入CD4068①，相与结果取出Q₁₀方波信号。

在CD4068②的输入端2、3、4、5上分别加有四个信号，它们是：

a.方波信号Q₁₀

b.脉冲信号Q_整

c.经继电器J₁的触点“Y”输来的脉冲信号Q₈（进入扩展量程时为Q₃）

d.经继电器J₂的触点“S”输来的脉冲信号Q^′ ₁（进入扩展量程时为Q^′ ₂）

设a、b、c、d四个信号相与后得到的信号为Q^′ _整n。现将对应Q₈的Q′_整8作为时序窄脉冲①，经顶部零电平箝位后，用上升沿触发单稳态器CD4538中单稳态电路①，产生时序负脉冲①，通过F端输出加到采锁器输入端，同时，从自校准器中取某一个位置的Q′_整n作为时序窄脉冲②，经顶部零电平箝位，用其上升沿，经同步器D端触发双单稳态器中单稳态电路②，产生出负脉冲Q_负1，再经底部零电平箝位，由同步器E端，输入驱动器。

同步器中设有CD4017①输出端H₀，输出Q₁₁脉冲信号，其中含有Q₀至Q₉十个时间位置的脉冲信号及CD4017②输出端A′_Q输出Q′_n脉冲信号，其中含有Q′₀至Q′₉十个时间位置的脉冲信号，这些信号供自校准器和自动量程切换器选用。

提取的Q′_整8（或与其他时间位Q_n对应的Q′_整n脉冲信号）是间隔为2μs约500个脉冲的脉冲串，存在时间10ms位于Q₁₀时间段，每隔320ms出现一次，在测长仪工作周期约800ms内共出现三次，出现的脉冲串中能起到时序窄脉冲触发功能的是每次出现的脉冲串中的第一个Q′_整8，这是因为同步器中双单稳态器CD4538经第一次Q′_整8触发产生的时序负脉冲①和负脉冲信号Q_负1的持继时间约100ms，而脉冲串在触发后只存在10ms，正处在单稳态器工作时间内，因此脉冲串中第二个Q′_整n直至最后一个Q′_整n均不能再次触发单稳器，起不到时序窄脉冲触发的功能。

脉冲串在测长仪工作周期内共出现三次，就有三个第一个Q′_整n能三次触发单稳态器，产生时序负脉冲①和负脉冲Q_负1，但第二第三个时序负脉冲①和负脉冲Q_负1均出现在直流数字电压表盘取样时间之外，对数字显示毫无影响。

驱动器由可控的脉冲源，电平转换器和一对专用连接端子A、B组成，原理如图3所示。可控源由模拟门电路CD4066，可调稳压块W317等元件组成，产生一个加到被测电缆中去的负宽脉冲信号，其中，可调稳压块的输出端3通过端子A连接被测电缆，调整端1与模拟门输出端连接;电平转换器由比较器LM393和箝位器组成，专用端子A、B连接被测电缆。

同步器输出端E，在负脉冲Q_负1来到之前（约160ms内），可控源输出+6伏直流电压加在专用端子A，经被测电缆传输到达B端，由于B端接有匹配电阻，因此全部被吸收，B端的电压亦为+6伏。当负脉冲Q_负1经E端加到模拟门CD4066的控制端后，模拟门呈现10欧姆的低电阻值，它与电阻R（2.4千欧姆）相并联，使W317的输出电压立即降为1伏，产生5伏的跃降电压;使A端电压跃降+5伏，这一跃降信号，经传输到B端，亦使B端的电压从+6伏跃降5伏，降到+1伏。负脉冲Q_负1持续100ms之后消失，A端电压跃升到+6伏，B端亦随之跃升到+6伏。这样在电缆线上传输着宽度为100ms，幅度为5V的负宽脉冲。

由于在电缆线上传输的是的宽脉冲，因此该宽脉冲在电缆线上的损耗和畸变都很小。

A、B两端子接入被测电缆前（即短接）后，B端的跃变电压的跃降时刻时间差△t及其大小是由被测电缆的长度所引起和决定的。

B端的跃变电压即负宽脉冲加到比较器LM393的同相输入端上，与反相输入端上的+4伏参考电压相比较，在比较器的输出端产生一个宽度为100ms幅度为12V的负脉冲信号Q_负2，完成电平转换，再经顶部零电平箝位后，通过J端，作为时序负脉冲②加到采锁器输入端。负脉冲信号Q_负2又通过L端，经量程开关K中的K₀分开关输入自动量程切换器。

采样锁定器由两个锯齿波电压发生器、保持器和调整器三部分组成，原理如图4所示。其中，两个锯齿波电压发生器采用的是自举电路，根据它们所起作用，一个称为采锁锯齿波电压发生器，另一个称为回波锯齿波电压发生器;保持器由比较器LM393和采样保持放大器AD582KD（简称采保器）组成;调整器由跟随器（1/2LM358构成）和减法器（1/2LM358构成）组成。

来自同步器F端的时序负脉冲①，触发锯齿波发生器①产生采锁锯齿波电压（宽度为100ms），加到采保器AD582KD的输入端，经放大后，输入比较器LM393的反相输入端“6”。

来自驱动器J端的时序负脉冲②触发锯齿波发生器②，产生回波锯齿波电压（宽度为100ms），输入到比较器LM393的同相输入端“5”。

放大后的采锁锯齿波电压和回波锯齿波电压在比较器LM393中进行比较，当两个锯齿波电压的斜边相交于一点的一瞬间，比较器LM393立即输出一个宽度约100ms、幅度为5V的正脉冲信号，去控制采保器A2582KD的“S/H”端，置采保器AD582KD于保持状态，将相交一瞬间对应的电压值保持下来。

保持值加到减法器的同相输入端“3”，由跟随器输出端即LM358第“7”端输出的直流电压加到减法器的反相端“2”，“2”、“3”端上电压相减后，得到的差值V，经精度修正器加到电压表盘的输入端。

在驱动器专用连接端子短接时，两锯齿波电压的斜边相交于a点，调节加在减法器“2”端上的跟随器输出的直流电压使电压表盘数显为零，即零位校准。当驱动器上专用连接端子A、B接上被测电缆后，驱动器J端输出的时序负脉冲②的下降沿时移了△t的时间，那么两锯齿波电压斜边的相交时刻，也跟随着时移了△t的时间，相交点由a点移到了b点，此时，减法器的差值输出V，经精确度修正器，输入电压表盘后的显示值为被测电缆的长度值。

跟随器的同相输入端“5”，经继电器J₂的触点P，连接到精确度修正器的分压网络。根据量程不同，由自动量程切换器控制，使分压网络在不同的量程档，提供不同的直流电压值给跟随器（输入端5），跟随器的输出电压也按量程不同而不同，进而减法器输出的差值也跟着量程不同而变，这样可调节各量程档内的起始数量值。在0～180米基本量程档内，调节分压网络提供的直流电压使数显为零，即零校。同理在180～360米扩展量程档内的起始数显调为180米。

自校准器由一块八输入与门CD4068，一只一位自锁量程开关K和一只七位互锁长度校准开关K_长组成，原理如图6所示。来自同步器H_Q，A′_Q，B和C四个输出端的脉冲信号Q_n（Q₀至Q₉中某一个）、Q′_n（Q^′ ₁至Q^′ ₉中某一个）Q_整及Q₁₀，分别输入与门CD4068的四个输入端。前二个脉冲信号分别经K₃触点和K₅触点后加来，后两个脉冲信号是直接加来，这四个脉冲信号在与门中相与，从Q_整中选出Q′_整n脉冲信号。Q′_整n的位置就是参与相与的Q_n脉冲信号的位置，若用Q₁脉冲信号参与相与，则Q′_整n的位置就出现在Q₁位置上，称Q′_整1，它的形状就是Q_整经与门后的形状。具体取出所需位置的Q′_整n的过程为：

不按下开关K，测长仪处于0～180米的基本量程内，此时K₅触点选中Q^′ ₃，在Q^′ ₃脉宽时间内，出现Q₁至Q₇七个时间位置上的脉冲信号，可用开关K_长选出其中一个，送入与门CD4068即可取出Q^′ ₃时段位置的Q′_整n。

按下开关K，继电器J₁和J₂启动，测长仪处于180～360米扩展程档内。

再按下开关K_长上的1＃至4＃位按扭，Q^′ ₃参与相与，在Q^′ ₃脉宽时间内出现Q₆至Q₉四个脉冲信号，取出位于Q₆至Q₉的Q′_整6至Q′_整9四个脉冲信号，按下K_长上的5＃至7＃按扭，Q^′ ₄参与相与，在Q^′ ₄脉冲宽度时间内，出现Q₀至Q₂三个脉冲信号，取出位于Q₀至Q₂的Q′_整0至Q′_整2三个脉冲信号。产生的各位置上的Q′_整n由与门CD4068输出，经D端触发同步器中的单稳态电路②，产生负脉冲Q_负1。由于在CD4068中相与的四个信号中Q_整最窄，相与后得到的Q′_整n脉冲信号完整无缺（即前沿未被切除），这样提取出的不同位置的Q′_整n脉冲信号间保持着精确（与晶振相等）的时间间隔。

若在基本量程档内校准120米

则先按下开关K_长上的1＃按钮，在Q^′ ₃时间内，在Q₁位置上产生Q′_整1，数显调为零（校零），然后按下5^＃按扭，在Q^′ ₃时间内，在Q₅位置上产生Q′_整5，数显应为120。

若在扩展量程校准300米。

则先按下开关K_长上的1＃按钮，在Q₃时间内，在Q₆位置上产生Q′_整6，数显调为180，然后按下5＃按钮，在Q^′ ₄时间内，Q₀位置上产生Q′_整0。数显应为300。

自动量程切换器由一块三输入与门CD4073、一块单稳态器CD4538、一块驱动器1413和两只继电器J₁、J₂组成。自动量程切换器的功能是在被测电缆长度超过180米时使测长仪的量程从基本量程档（0～180米）自动转换到扩展量程档（180～360米），原理如图5所示。

来自同步器HQ，AQ′和C三个输出端的脉冲信号Q₉，Q^′ ₈，Q₁₀，分别加到与门CD4073①（1/3CD4073）输入端H₀，A′_Q，C上，这三个脉冲信号相与后，取出脉冲信号Q₉，加到与门CD4073②（1/3CD4073）的一个输入端，在CD4073（2）另一个输入端M上，在量程转换开关K未按下时，加有驱动器中比较器经L端输出的负脉冲信号Q_负2

当被测电缆长度超过基本量程（180米）时，与门CD4073②M端上加的负脉冲信号Q_负2的下降沿跃降的时刻进入Q₉脉冲的时间内，相重合部分相与后产生一个触发脉冲Q_触去触发单稳态器CD4538，由4538的输出信号推动驱动器1413，启动继电器J₁和J₂，完成了量程自动切换的功能。

人工转换量程时，只要按下开关K，分开关K₀将与门CD4073②输入端M接地，该与门关闭，自动量程切换电路失效，同时继电器J₁和J₂加电启动，进入扩展量程。

继电器J₁启动后，回锯波起始点则从180米开始。继电器J₂启动后，起始零位值为180米。

在采锁器及电压表盘之间接有精确度修正器原理如图8所示其中，可调电位器SW1、SW2并联。为获得基本量程档的起始值，可调节SW1，将a″点电压经继电器J₂触点u₁和P点输入采锁器中的减法器后，使减法器输出为零，数显成“000，0”，为获得扩展量程档的起始值可调节电位器SW₂，将a′点电压经继电器J₂触点u₂和P点输入采锁器中的减法器后，使减法器输出为1.5V，数显成“150.0”。

使用的数显表盘用7135芯片组装的PZ91型四位半直流数字电压表盘，它向同步的提供复位信号 ST，同时接受同步器提供的时钟信号。

同步器产生一个时序负脉冲信号①经采锁器F输入端，触发采锁器，产生一个采锯齿波电压，经十几纳秒后，同步器又产生一个负脉冲信号，经被测电缆传输，由驱动器输出，再经采锁器J输入端触发采锁器，产生一个回波锯齿波电压，两锯齿波电压相交于一点，采锁器将相交点对应的电压值（已校准为距离值）保持下来，经精确度修正器，输入数字电压表盘显示。各阶段的原理波形如图7所示，其中，W1为时序窄脉冲（1），W2为时序窄脉冲（2），W3为时序负脉冲（1），W4为时序负脉冲（2），W5为采锯波和回锯波，W6为a点对应的保持控制信号，W7为b点对应的保持控制信号，W8为a点对应电压保持值，W9为b点对应电压保持值。

Claims

1、一种电缆长度测量方法，其特征在于：

同步器分别产生时序脉冲①和时序脉冲②；

时序脉冲①触发采样锁定器产生采锁锯齿波电压信号，时序脉冲②经驱动器，由被测电缆传输后触发采样锁定器产生回波锯齿波电压信号；

两锯齿波在零位校准时，它们的两个斜边有一个起始相交点，设为a，作为数显装置的参考零位；

接入被测电缆后，利用宽脉冲在终端匹配电缆中的传输特性，时序脉冲②经被测电缆产生一个与其长度成正比关系的位移，即产生一个时间差△t，回锯波的起始点亦时移△t；

同时，采锯波和回锯波的斜边相交点时移△t，由a点移至b点，b点所对应的电压值，经采样保持，由数显表盘显示，显示值即为被测电缆的长度值。

2、由权利要求1所述的电缆长度测量方法，其特征在于：驱动器中利用可调稳压块将直流信号转换成脉冲信号，可调稳压块输出端连接被测电缆，调整端与模拟门输入输出端相连。