CN109188428A - 一种城市地下电力电缆路径检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种城市地下电力电缆路径检测装置,包括：高压电源、雷达发射机、发射天线、接受天线、接收机、预处理电路、采样保持、数据处理、LED显示屏，适合电池供电，体积小，抗干扰性能好，响应迅速，精度高，便于升级的一种城市地下电力电缆路径检测装置，使工作人员能够快速、实时确定地下电缆走向及深度位置，其检测具备极高的精确度，有效解决灵敏性低，抗干扰性能差等问题，工作人员更加快捷、实时、方便地检测到地埋电缆的位置、深度等重要信息，从而节约施工成本，加快施工进度，保证施工安全。

Description

一种城市地下电力电缆路径检测装置
技术领域
本发明涉及一种电缆检测装置，特别涉及一种城市地下电力电缆路径检测装置。
背景技术
在城镇化建设的推进过程中，城市基础设施建设步伐加快，由于电网改建、电缆搬迁和故障电缆修复等原因，原有的地貌和地下的电缆都有了很大变化。因为时间久远和管理设施不完整，使得地下电缆资料不完全，原有的图纸已不能正确反映电缆的敷设路径和埋深。对于地下电缆，如果位置信息不够明确，寻找起来十分困难，不仅浪费大量的人力、物力和查找时间，而且会造成难以估量的损失。
现如今的电缆路径检测装置主要是基于电磁感应原理法，通过检测被测电缆在其周围产生的交变磁场信号，根据磁场信号的大小来检测电缆路径，其存在着探测磁场信号时断时续，特别是在郊区野外等空旷区域，由于多种电缆错综排布，无法准确的探测出电缆的路径，使得现有装置无法完全满足工作的需要。
发明内容
本发明针对城市地下电缆位置信息不清等问题，创造性地应用雷达原理，并设计出适合电池供电，体积小，抗干扰性能好，响应迅速，精度高，便于升级的一种城市地下电力电缆路径检测装置，使工作人员能够快速、实时确定地下电缆走向及深度位置。
为实现本发明目的采用的技术方案是，一种城市地下电力电缆路径检测装置,包括：高压电源1、雷达发射机2、发射天线3、接收天线4、接收机5、预处理电路6、采样保持电路7、数据处理电路8、LED显示屏9，其特征是，所述高压电源1与雷达发射机2电连接，所述雷达发射机2与发射天线3电连接，所述接收天线4与接收机5电连接，所述接收机5与预处理电路6电连接，所述预处理电路6与采样保持电路7电连接，所述采样保持电路7与数据处理电路8电连接，所述数据处理电路8与LED显示屏9电连接。
所述雷达发射机2包括：双极性脉冲源10、脉冲调制器11、大功率射频振荡器12、电源13，所述的双极性脉冲源10与脉冲调制器11电连接，所述的脉冲调制器11与大功率射频振荡器12电连接，所述的电源13分别与脉冲调制器11和大功率射频振荡器12电连接。
所述双极性脉冲源10为双极性脉冲源基本原理电路，其包括：电位器14、第一电阻16、第二电阻17、第一电容18、三极管19，所述的三极管19的集电极通过第一电阻17与电源电压Vcc15电连接，所述三极管19的基极与电位器14的一端电连接，电位器14的另一端接地，所述的三极管19的集电极、第一电容18、第二电阻17顺序接地、三极管19的发射极接地。
所述双极性脉冲源10为雪崩晶体管基本脉冲形成电路，其包括：电位器14、第二电容23、第三电容24、第一输入变压器25、第二输入变压器26、第一雪崩三极管27、第二雪崩三极管28、第三电阻29、第四电阻30、第五电阻31、第六电阻32、第四电容33、第五电容34、第七电阻35、第八电阻36，所述第一输入变压器25初级线圈第1连接点与第二电容23、电位器14、第三电容24、第二输入变压器26初级线圈第1连接点依次电连接，所述第一输入变压器25初级线圈第2连接点接地，所述第二输入变压器26初级线圈第2连接点接地，所述第一输入变压器25次级线圈第3连接点与第一雪崩三极管27基极电连接，所述第一输入变压器25次级线圈第4连接点与第一雪崩三极管27的发射极电连接、所述第一输入变压器25次级线圈第4连接点通过第七电阻35接地，所述第一雪崩三极管27的集电极通过第三电阻29与电源电压Vcc15电连接，所述第一雪崩三极管27集电极与第四电容33、第五电阻31、第六电阻32、第五电容34、第二雪崩三极管28发射极依次电连接，所述第二输入变压器26次级线圈第4连接点与第二雪崩三极管28发射极电连接，所述第二雪崩三极管28发射极与第八电阻36电连接，所述第八电阻36接地，所述第二输入变压器26次级线圈第3连接点与第二雪崩三极管28基极电连接，所述第二雪崩三极管28集电极与第四电阻30、第四电容33、第五电阻31接于共同的连接点。
本发明一种城市地下电力电缆路径检测装置的有益效果体现在：
1、一种城市地下电力电缆路径检测装置，采用了雷达原理，雷达发射机向地下发射一定频率的高频脉冲信号，接收机通过接受反射回来的高频脉冲信号来判别被测电缆路径，其检测具备极高的精确度，有效解决灵敏性低，抗干扰性能差等问题；
2、一种城市地下电力电缆路径检测装置的应用，使工作人员快速、实时的确定地下电缆走向及深度位置，相关工作人员更加快捷、实时、方便地检测到地埋电缆的位置、深度等重要信息，从而节约施工成本，加快施工进度，保证施工安全。
附图说明
图1是本发明的雷达原理探测电缆路径图；
图2是本发明的雷达发射机组成框图；
图3是本发明的双极性脉冲源基本原理电路图；
图4是本发明的雪崩晶体管基本脉冲形成电路。
图中：1.高压电源，2.雷达发射机，3.发射天线，4.接受天线，5.接收机，6.预处理电路，7.采样保持，8.数据处理，9.LED显示屏，10.双极性脉冲源，11.脉冲调制器，12.大功率射频振荡器，13.电源，14.电位器，15.电源电压Vcc，16.第一电阻，17.第二电阻，18.第一电容，19.三极管，22.接地端，23.第二电容，24.第三电容，25.第一输入变压器，26.第二输入变压器，27.第一雪崩三极管，28.第二雪崩三极管，29.第三电阻，30.第四电阻，31.第五电阻，32.第六电阻，33.第四电容，34.第五电容。
具体实施方式
以下结合图1-图4和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-图4，一种城市地下电力电缆路径检测装置,包括：高压电源1、雷达发射机2、发射天线3、接收天线4、接收机5、预处理电路6、采样保持电路7、数据处理电路8、LED显示屏9，所述高压电源1与雷达发射机2电连接，所述雷达发射机2与发射天线3电连接，所述接收天线4与接收机5电连接，所述接收机5与预处理电路6电连接，所述预处理电路6与采样保持电路7电连接，所述采样保持电路7与数据处理电路8电连接，所述数据处理电路8与LED显示屏9电连接。
所述雷达发射机2包括：双极性脉冲源10、脉冲调制器11、大功率射频振荡器12、电源13，所述的双极性脉冲源10与脉冲调制器11电连接，所述的脉冲调制器11与大功率射频振荡器12电连接，所述的电源13分别与脉冲调制器11和大功率射频振荡器12电连接。
所述双极性脉冲源10为双极性脉冲源基本原理电路，其包括：电位器14、第一电阻16、第二电阻17、第一电容18、三极管19，所述的三极管19的集电极通过第一电阻17与电源电压Vcc15电连接，所述三极管19的基极与电位器14的一端电连接，电位器14的另一端与接地端22电连接，所述的三极管19的集电极、第一电容18、第二电阻17顺序与接地端22电连接、三极管19的发射极与接地端22电连接。
所述双极性脉冲源10为雪崩晶体管基本脉冲形成电路，其包括：电位器14、第二电容23、第三电容24、第一输入变压器25、第二输入变压器26、第一雪崩三极管27、第二雪崩三极管28、第三电阻29、第四电阻30、第五电阻31、第六电阻32、第四电容33、第五电容34、第七电阻35、第八电阻36，所述第一输入变压器25初级线圈第1连接点与第二电容23、电位器14、第三电容24、第二输入变压器26初级线圈第1连接点依次电连接，所述第一输入变压器25初级线圈第2连接点与接地端22电连接，所述第二输入变压器26初级线圈第2连接点接地，所述第一输入变压器25次级线圈第3连接点与第一雪崩三极管27基极电连接，所述第一输入变压器25次级线圈第4连接点与第一雪崩三极管27的发射极电连接、所述第一输入变压器25次级线圈第4连接点通过第七电阻35与接地端22电连接，所述第一雪崩三极管27的集电极通过第三电阻29与电源电压Vcc15电连接，所述第一雪崩三极管27集电极与第四电容33、第五电阻31、第六电阻32、第五电容34、第二雪崩三极管28发射极依次电连接，所述第二输入变压器26次级线圈第4连接点与第二雪崩三极管28发射极电连接，所述第二雪崩三极管28发射极与第八电阻36电连接，所述第八电阻36接地端22，所述第二输入变压器26次级线圈第3连接点与第二雪崩三极管28基极电连接，所述第二雪崩三极管28集电极与第四电阻30、第四电容33、第五电阻31接于共同的连接点。
本发明的一种城市地下电力电缆路径检测装置的工作过程为：
参照图1，本发明的雷达发射机2采用基于雪崩管改进型纳秒级探地雷达发射机，电缆路径检测装置利用发射天线3将雷达发射机2产生的宽度为纳秒或亚纳秒级的高压脉冲波通过发射天线3耦合到电缆地下介质中，当与地下电缆媒质中的金属屏蔽层相遇时,电磁波在此不均匀处,会产生散射或反射,利用接收天线4接收此散射、反射回波。由于电磁波在电缆介质中传播时,波的传播特性将随所通过介质的介电性质呈几何形状变化。将形成的波信号反馈给接收机5，接收机5将信号送至装置硬件内部预处理电路6进行处理，预处理电路6对电缆中输入的有用信号进行提取，滤除无用的干扰信号，以及对有用信号进行调理使其成为能够满足后续电路处理要求的信号。最后进行采样保持7以及数据处理8。由数据处理8整合由接收机5所输出，根据所接收回波的旅行时间、幅度与相位信息,可推断电缆的结构及性质等。电缆路径的信息由LED显示屏9呈现出来。
参照图2，本发明雷达发射机2内部的定时信号发射出来，经过双极性脉冲源10使得有效的将测试信号从发射天线3发射出去。从双极性脉冲源10发出的触发脉冲进入脉冲调制器11进行调制，脉冲调制器11将陡峭的脉冲波调制平缓，平缓的脉冲波通过一个大功率的射频振荡器12，该振荡器产生大功率的射频信号，并受脉冲调制器11的控制，得到的射频信号经由发射天线3发射出去。
参照图3，本发明雪崩晶体管基本脉冲形成电路的雪崩晶体管为双极性脉冲源10的核心部件。在静态的时候晶体管处于截止状态，第一电容18处于充电状态，电源电压Vcc15通过第一电阻16，第二电阻17充电，三极管集电极20电压按指数规律增加，最后第一电容18上的电压等于U0(U0为临界雪崩电压)且BVceo<U0<BVcbo。使三极管集电结偏置在临界雪崩状态，BVceo、BVcbo分别为三极管基极19开路时，三极管集电极20与三极管发射极21间的雪崩击穿电压。三极管发射极21开路时，三极管集电极20与三极管基极19间的雪崩击穿电压。当触发信号加入后，三极管基极19电流增加使得工作点发生变化，产生雪崩击穿，工作点由击穿前工作于高阻区变成击穿后工作于负阻区，产生骤然增加的雪崩电流,第一电容18所储存的电荷迅速地通过第二电阻17放电，在第二电阻17上形成一个负极性的窄脉冲。由于整个电路的引线电感和三极管内部分布电感的存在，使得雪崩电流逐渐增大，增大的电流形成输出脉冲的前沿。由于在输出脉冲的前沿是雪崩倍增过程构成的，且雪崩过程很快,故脉冲的前沿较小当这个电流增大到某一值后，电容上的电荷越来越少，造成放电电流逐渐减小，此电流形成脉冲的后沿。又由于第一电容18上的电压不能维持不变，脉冲“平顶”不平。事实上，由于寄生参数的影响，波形的各转折点均会加以平滑，此时该“平顶”就会归入到后沿中去,则脉冲就成为前沿较小、后沿较大的尖顶脉冲。这样由电缆介质所产生的脉冲信号形成。
参照图4，双极性脉冲源基本原理电路10的双极性脉冲源10为雷达发射机2的核心元件，在此电路中,触发信号通过电位器14和第二电容23、第三电容24加到第一输入变压器25、第二输入变压器26上,再分别耦合到第一雪崩三极管27、第二雪崩三极管28的基极上。调节电位器14,可使第一输入变压器25、第二输入变压器26的次级上获得两个不同幅度的触发脉冲,从而使触发参数不完全一致的第一雪崩三极管27、第二雪崩三极管28达到同时触发。第一雪崩三极管27、第二雪崩三极管28为两个并联的雪崩三极管。触发脉冲到来前,电源13通过第三电阻29、第四电阻30将雪崩管偏置于合适的静态工作点上。触发脉冲到来后,通过,第一输入变压器25、第二输入变压器26加至两雪崩管的基极上,使雪崩管导通,从而在第五电阻31、第六电阻32上产生一对极性相反的高速脉冲。此脉冲即为电磁波。将此电磁波传输至发射天线3，随后经由图1进行工作过程。
以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种城市地下电力电缆路径检测装置,包括：高压电源(1)、雷达发射机(2)、发射天线(3)、接收天线(4)、接收机(5)、预处理电路(6)、采样保持电路(7)、数据处理电路(8)、LED显示屏(9)，其特征是，所述高压电源(1)与雷达发射机(2)电连接，所述雷达发射机(2)与发射天线(3)电连接，所述接收天线(4)与接收机(5)电连接，所述接收机(5)与预处理电路(6)电连接，所述预处理电路(6)与采样保持电路(7)电连接，所述采样保持电路(7)与数据处理电路(8)电连接，所述数据处理电路(8)与LED显示屏(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种城市地下电力电缆路径检测装置，其特征是，所述雷达发射机(2)包括：双极性脉冲源(10)、脉冲调制器(11)、大功率射频振荡器(12)、电源(13)，所述的双极性脉冲源(10)与脉冲调制器(11)电连接，所述的脉冲调制器(11)与大功率射频振荡器(12)电连接，所述的电源(13)分别与脉冲调制器(11)和大功率射频振荡器(12)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种城市地下电力电缆路径检测装置，其特征是，所述双极性脉冲源(10)为双极性脉冲源基本原理电路，其包括：电位器(14)、第一电阻(16)、第二电阻(17)、第一电容(18)、三极管(19)，所述的三极管(19)的集电极通过第一电阻(17)与电源电压Vcc(15)电连接，所述三极管(19)的基极与电位器(14)的一端电连接，电位器(14)的另一端接地，所述的三极管(19)的集电极、第一电容(18)、第二电阻(17)顺序接地、三极管(19)的发射极接地。
4.根据权利要求2所述的一种城市地下电力电缆路径检测装置，其特征是，所述双极性脉冲源(10)为雪崩晶体管基本脉冲形成电路，其包括：电位器(14)、第二电容(23)、第三电容(24)、第一输入变压器(25)、第二输入变压器(26)、第一雪崩三极管(27)、第二雪崩三极管(28)、第三电阻(29)、第四电阻(30)、第五电阻(31)、第六电阻(32)、第四电容(33)、第五电容(34)、第七电阻(35)、第八电阻(36)，所述第一输入变压器(25)初级线圈第1连接点与第二电容(23)、电位器(14)、第三电容(24)、第二输入变压器(26)初级线圈第1连接点依次电连接，所述第一输入变压器(25)初级线圈第2连接点接地，所述第二输入变压器(26)初级线圈第2连接点接地，所述第一输入变压器(25)次级线圈第3连接点与第一雪崩三极管(27)基极电连接，所述第一输入变压器(25)次级线圈第4连接点与第一雪崩三极管(27)的发射极电连接、所述第一输入变压器(25)次级线圈第4连接点通过第七电阻(35)接地，所述第一雪崩三极管(27)的集电极通过第三电阻(29)与电源电压Vcc(15)电连接，所述第一雪崩三极管(27)集电极与第四电容(33)、第五电阻(31)、第六电阻(32)、第五电容(34)、第二雪崩三极管(28)发射极依次电连接，所述第二输入变压器(26)次级线圈第4连接点与第二雪崩三极管(28)发射极电连接，所述第二雪崩三极管(28)发射极与第八电阻(36)电连接，所述第八电阻(36)接地，所述第二输入变压器(26)次级线圈第3连接点与第二雪崩三极管(28)基极电连接，所述第二雪崩三极管(28)集电极与第四电阻(30)、第四电容(33)、第五电阻(31)接于共同的连接点。
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