CN108445291A - 一种基于逆散射反演技术的线缆生产质量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于逆散射反演技术的线缆生产质量控制方法，属于线缆制造领域。本发明对生产过程中线缆产品使用逆散射反演技术得到特征阻抗分布，来判断产品的质量是否合格，并根据检测结果进一步优化生产，提高线缆生产质量的方法。本发明包括：步骤一：控制生产设备继续生产线缆产品，生产的线缆产品作为样品；步骤二：测量线缆产品样品的S参数；步骤三：根据测量的S参数，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布；步骤四：将步骤三得到的特征阻抗与所述线缆产品对应的标准进行对比，若在标准范围内，转入步骤五，否则，获取特征阻抗与相应标准的偏差，根据该偏差对生产设备进行相应调整，转入步骤一；步骤五：控制生产设备继续生产线缆产品。

Description

一种基于逆散射反演技术的线缆生产质量控制方法

技术领域

本发明属于线缆制造领域，具体涉及一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，电缆不仅在用量上快速的增长，也广泛的涉猎各个领域，成为基础建设、经济发展必不可少的产品。正由于线缆产品的重要地位，其产品的优劣直接关乎国民经济生产生活的安全与品质，因此线缆产品在生产过程的质量控制至关重要，也是一个技术难题。

目前，在线缆产品的质量检测领域主要分为非电学方法和电学方法。非电学方法主要有基于图像处理的检测装置、超声波探伤设备和X射线无损探伤设备等。其中基于图像处理的检测方法，是利用高速摄影设备结合光路拍摄线缆产品的表面，在与标准线缆表面的图像进行比较，筛选出不一致的图像即为线缆的表面出现了破损；基于超声波的探伤设备是使用超声波的发生器组，对线缆产品进行可视化处理，可分析线缆产品内部和表面的损伤情况；而使用X射线的无损探伤的方法是通过分析X射线与被测线缆产品物质之间的相互作用，进而了解线缆产品内部和表面的受损情况。这三种方法均只能从表象去判断线缆产品的优劣，并不能了解到在使用时所体现的内部情况，并不能解决线缆产品在电性能的缺陷。目前主流的电学方法主要是反射法，包括时域反射法、频域反射法和时频域反射法，具体的做法是在被测线缆的一端加载测试信号，当信号在具有电缺陷的线缆的位置将发生反射与透射现象，通过分析反射的波形判断线缆的健康现象。该方法可以反应线缆的电缺陷，但除了可以准确的探测到电缆的硬故障缺陷，对软故障的缺陷不能准确的描述，不能确切的了解到故障处具体发生了什么。

发明内容

本发明提供了一种根据对生产过程中线缆产品使用逆散射反演技术得到特征阻抗分布的方法，来判断产品的质量是否合格，并根据检测结果进一步优化生产，提高线缆生产质量的方法。

本发明的基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：控制生产设备继续生产线缆产品，生产的线缆产品作为样品；

步骤二：测量线缆产品样品的S参数；

步骤三：根据测量的S参数，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布；

步骤四：将步骤三得到的特征阻抗与所述线缆产品对应的标准进行对比，若在标准范围内，转入步骤五，否则，获取特征阻抗与相应标准的偏差，根据该偏差对生产设备进行相应调整，转入步骤一；

步骤五：控制生产设备继续生产线缆产品。

优选的是，所述步骤三包括：

步骤三一：将测量的S参数从频域变换到时域：

k表示频率，i表示虚数，x表示线缆上各点的位置，y表示时域自变量，即：时间；

s(k)表示测量的S参数；

步骤三二：对转换到时域的S参数进行求解，得到包含线缆特征阻抗分布的数值解：建立关于转换到时域的S参数的广义线性方程：

A₁(x,y)表示特解一，A₂(x,y)表示特解二；

求广义线性方程中A₂(x,x)的解；

所述线缆产品各个位置上的特征阻抗分布的隐函数q(x)与A₂(x,x)有如下关系：

q(x)＝2A₂(x,x)；

进而得到包含线缆特征阻抗分布的数值解；

步骤三三：根据包含线缆特征阻抗分布的数值解，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布：

其中，x_S为线缆产品样品的初始位置，Z(x_S)表示线缆产品样品在初始位置的阻抗。

优选的是，所述步骤五还包括：

达到设定时间时，随机抽取线缆产品，作为新的线缆产品样品，转入步骤二。

优选的是，所述步骤二中，测量线缆产品样品的S参数的方法为：

线缆产品样品的两端分别通过一个连接器接头接矢量网络分析仪的两个接口，利用矢量网络分析仪测量所述线缆产品样品的S参数。

优选的是，所述步骤二中，S参数包括始端反射系数S₁₁、透射系数S₂₁和终端反射系数S₂₂。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明的有益效果在于，本发明对线缆产品的特征阻抗分布进行求解，可以直接用于判断线缆的特征阻抗是否满足规定的标准要求，进一步可作为生产设备调整参数的参考，这是传统的时域反射法和频域反射法仅仅通过分析反射系数来判断线缆产品的缺陷的方法所不能做到的。本发明使用矢量网络分析仪测量线缆产品的S参数的方法相对与单频率条件下测线缆反射系数的时域法，可以充分地体现出如线缆的传输线在各频率的敏感性，对线缆特征阻抗求解具有更高的准确性。本发明只需测量线缆的S参数，所测的参量少在一定程度上可以减少人为因素带来的误差，并且本方法中除了所测参数之外并未使用其它参数值，进一步避免了对所提供参数的准确性的依赖。

附图说明

图1为本发明具体实施例中线缆产品生产过程中的质量控制流程图；

图2为实验设备连接示意图；

图3为特征阻抗分布的隐函数q(x)的值的分布；

图4为所求线缆特征阻抗分布的效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施方式所述的基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，包括如下步骤：

步骤一：控制生产设备继续生产线缆产品，生产的线缆产品作为样品；

步骤二：测量线缆产品样品的S参数；

步骤三：根据测量的S参数，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布；

步骤四：将步骤三得到的特征阻抗与所述线缆产品对应的标准进行对比，若在标准范围内，转入步骤五，否则，获取特征阻抗与相应标准的偏差，根据该偏差对生产设备进行相应调整，转入步骤一；

步骤五：控制生产设备继续生产线缆产品。

本实施方式用可以反应线缆综合性能的特征阻抗来判断线缆产品的品质。本实施方式对线缆产品样品进行检测，获得线缆各个位置特征阻抗分布，与标准进行比较之后获得偏差，再不断调整生产设备的运行参数，直到产品质量符合生产要求为止。

优选实施例中，本实施方式的步骤三包括：

步骤三一：将测量的S参数用傅里叶逆变换从频域变换到时域：

k表示频率，i表示虚数，x表示线缆上各点的位置，y表示时域自变量，即为时间；

s(k)表示测量的S参数；

步骤三二：对转换到时域的S参数进行求解，得到包含线缆特征阻抗分布的数值解：建立关于转换到时域的S参数的广义线性方程：

A₁(x,y)表示特解一，A₂(x,y)表示特解二；

求广义线性方程中A₂(x,x)的解；

所述线缆产品各个位置上的特征阻抗分布的隐函数q(x)与A₂(x,x)有如下关系：

q(x)＝2A₂(x,x) 公式三；

进而得到包含线缆特征阻抗分布的数值解；

步骤三三：根据包含线缆特征阻抗分布的数值解，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布：

其中，x_S为线缆产品样品的初始位置，Z(x_S)表示线缆产品样品在初始位置的阻抗。

本实施方式给出了如何求解线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布的具体方法，本实施方式只需测量线缆的S参数，所测的参量少在一定程度上可以减少人为因素带来的误差，只根据S参数就能求解出准确的线缆各个位置上的特征阻抗的分布，除了所测参数之外并未使用其它参数值，进一步避免了对所提供参数的准确性的依赖。

优选实施例中，步骤五还包括：

达到设定时间时，随机抽取线缆产品，作为新的线缆产品样品，转入步骤二。

本实施方式在生产过程中的定时或不定时的产品抽样，然后检测其缆特征阻抗的分布，判断其是否合格，并根据检测结果进一步优化生产，提高产品生产质量。

优选实施例中，步骤二中，测量线缆产品样品的S参数的方法为：

线缆产品样品的两端分别通过一个连接器接头接矢量网络分析仪的两个接口，利用矢量网络分析仪测量所述线缆产品样品的S参数。

本实施方式使用矢量网络分析仪测量线缆产品的S参数的方法相对与单频率条件下测线缆反射系数的时域法，可以充分地体现出如线缆的传输线在各频率的敏感性，对线缆特征阻抗求解具有更高的准确性。

优选实施例中，步骤二中，S参数包括始端反射系数S₁₁、始端透射系数S₂₁和终端反射系数S₂₂。本实施方式采用迭代的方式求解广义线性方程，迭代求解时的过程中需要始端透射系数S₂₁和终端反射系数S₂₂。

具体实施例：

本实施例对线缆在生产过程在的质量控制分为两个阶段，阶段一为产品生产初对产品打样、检测，再不断调整生产机器设备的运行参数，直到产品质量符合生产要求为止；阶段二是在生产过程中定时或不定时地对产品进行抽样检测，观测线缆产品是否符合质量要求，若不符合停止生产机器设备回到阶段一。

如图1所示，本实施例包括如下步骤：

步骤1：控制生产设备生产线缆产品，生产的线缆产品作为生产调机的样品；

步骤2：将线缆产品样品的两端分别连接一个连接器接头的一端，两个连接器接头的另一端分别与矢量网络分析仪的两个接口连接，利用矢量网络分析仪测量该线缆产品的S参数，即数据一；

步骤3：利用傅里叶变换将步骤三中所得到的数据一从频域变换到时域，获得数据二R_l(y)：

步骤4：利用步骤三一至步骤三三的方法对数据二进行求解，得到包含线缆特征阻抗分布的数值解A₂(x,x)，即数据三；

步骤5：根据q(x)＝2A₂(x,x)，对步骤4中的数据三推导出该线缆产品各个位置上特征阻抗的分布，即数据四。

步骤6：将步骤5中的数据四与该产品所规定的标准做比较，若该线缆产品的特征阻抗在规定的范围内，则转入步骤7，否则停止生产设备，根据特征阻抗相对标准的偏差对生产设备作相应的调整，转入步骤1；

步骤7：控制生产设备继续生产线缆产品，定时或不定时达到设定时间时，随机抽取线缆产品，作为新的线缆产品样品，转入步骤2。

再重复步骤至步骤七，直至线缆产品质量合格再准予继续生产。

上述实施例中测量线缆的S数据的实验设备搭建如图2所示：截取生产中的线缆产品如图2中同轴电缆，制作接头连接器用于与矢量网络分析仪接口相连，如本实施例中的BNC接头。将线缆两端的连接器接入矢量网络分析仪如图2所示，设置矢量网络分析仪的扫描参数，获取线缆的S参数即所述数据一。

结合图3和图4以及上述实施例中数据的处理以及线缆特征阻抗分布的求解。本实施例中线缆的特征阻抗Zc的分布情况，如图4所示。在本实施例中是将长为一百米、特征阻抗为50欧姆的同轴电缆从其中的某一位置截断接入其它不同特征阻抗的电缆以模拟其质量不合格，在本实施例中从结果的效果图图4知本实施例明显能检测到线缆产品各位置的特征阻抗，将这些特征阻抗与标准的特征阻抗对比，即能判断线缆产品是否合格，再依据偏差的大小去调整生产设备就能达到在生产过程中对线缆产品质量控制的要求。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：控制生产设备继续生产线缆产品，生产的线缆产品作为样品；

步骤二：测量线缆产品样品的S参数；

步骤三：根据测量的S参数，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布；

步骤四：将步骤三得到的特征阻抗与所述线缆产品对应的标准进行对比，若在标准范围内，转入步骤五，否则，获取特征阻抗与相应标准的偏差，根据该偏差对生产设备进行相应调整，转入步骤一；

步骤五：控制生产设备继续生产线缆产品。

2.根据权利要求1所述的一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，其特征在于，所述步骤三包括：

步骤三一：将测量的S参数从频域变换到时域：

k表示频率，i表示虚数，x表示线缆上各点的位置，y表示时域自变量，即：时间；

s(k)表示测量的S参数；

步骤三二：对转换到时域的S参数进行求解，得到包含线缆特征阻抗分布的数值解：建立关于转换到时域的S参数的广义线性方程：

A₁(x,y)表示特解一，A₂(x,y)表示特解二；

求广义线性方程中A₂(x,x)的解；

所述线缆产品各个位置上的特征阻抗分布的隐函数q(x)与A₂(x,x)有如下关系：

q(x)＝2A₂(x,x)；

进而得到包含线缆特征阻抗分布的数值解；

步骤三三：根据包含线缆特征阻抗分布的数值解，获得所述线缆产品各个位置上的特征阻抗的分布：

其中，x_S为线缆产品样品的初始位置，Z(x_S)表示线缆产品样品在初始位置的阻抗。

3.根据权利要求1所述的一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，其特征在于，所述步骤五还包括：

达到设定时间时，随机抽取线缆产品，作为新的线缆产品样品，转入步骤二。

4.根据权利要求1所述的一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，其特征在于，所述步骤二中，测量线缆产品样品的S参数的方法为：

线缆产品样品的两端分别通过一个连接器接头接矢量网络分析仪的两个接口，利用矢量网络分析仪测量所述线缆产品样品的S参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于逆散射反演技术的线缆生产过程中的质量控制方法，其特征在于，所述步骤二中，S参数包括始端反射系数S₁₁、透射系数S₂₁和终端反射系数S₂₂。