CN1095163A - 高智能电缆故障闪测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆故障的测试仪器，特别是 一种高智能电缆故障闪测仪。本发明主要是采用通 用的PC机及其兼容机系统、25MHz高速A/D转 换及贮存技术和相关的硬件电路以及本机的操作系 统、数据处理及专家系统来实现对故障电缆的检测。 本发明将PC机及其兼容机、其它硬件电路、CRT显 示器、微型打印机等集中在一个机箱内，组成一个小 巧的独立电缆故障测试仪。本发明操作简单，使用方 便，可靠性强。

Description

本发明涉及一种电缆故障的测试仪器，特别是一种高智能电缆故障闪测仪。

目前，测试各种电缆故障，特别是电力电缆各种故障的仪器，主要采用低压脉冲测试法和闪络测试法，其基本原理是雷达的脉冲测距原理。大致有三种处理测试信息的办法：其一，将测试信号的两相邻拐点进行处理，形成闸门信号，让标准时基信号在闸门开通期间通过计数器计数，然后通过数码管显示出所需的信息，这即所谓的数字式电缆故障测试仪，如国内的DGC-2数字式电缆故障闪测仪，DCY-微型电缆故障测试仪等。但在实际中的测试信号很复杂，仪器很难形成一致的闸门信号，显示的数字不很稳定，测试不够准确方便;其二，由于闪络测试法是瞬间脉冲信息，可利用贮存示波管进行记录，并显示未经任何处理的原始模拟信号，通过人员分析测试信号并计算标定出故障点的位置。如国内普及使用的DGC-711型电缆故障闪测仪，但由于贮存示波管记录的瞬态模拟信号在屏幕上一般只能显示几秒到几十秒，若要继续显示，必须再重新起动仪器，而每次得到的测试信号不尽完全相同，测试操作比较困难。其三，将测试信号衰减放大后，经高速A/D转换及贮存后，由微处理机对数据进行处理，然后通过CRT（或LCD）显示器显示数字处理后的测试信号，显示的波形比较稳定，通过人工分析测试波形，由双线游标可自动标定出故障点的位置，如国内91年新推出的DGC-智能型电缆故障闪测仪，但就其智能化程度而言，远远没有发挥计算机的智能作用，操作使用还比较复杂，加之个别硬件设计的不合理性及功能的不完善，仪器的可靠性较差，智能化程度较低。为了解决这个问题，通常的办法是在计算机及有关的软硬件上进行改进，但至今尚无更高智能型的电缆故障测试仪器。

本发明的目的是提供一种高智能型的电缆故障测试仪器，在其使用过程中，携带方便，操作简单，可靠性强，自动化程度高。

本发明的目的是这样实现的：采用通用的PC机及其兼容机作为微处理系统，研制了25MHz高速A/D转换及贮存技术和相关的硬件电路，以及其操作系统，数据处理及电缆故障分析专家系统。

本发明主要由PC机及其兼容机，低压脉冲产生器，CRT显示器，程序贮存输入电路高速A/D转换及贮存电路，开关控制电路及测阻放电判别电路，专用键盘及其接口，微型打印机及其接口等组成。

下面参照附图进一步说明本发明的结构及工作原理。

图1是本发明的组成方框图

图2是高速A/D转换存贮器及其它硬件电路图

图3是程序贮存及汉卡电路原理图

图4（a）是低压脉冲信号产生器原理图

图4（b）是继电器开关连接关系

图5是系统软件流程图

图6是为专用键盘示意图

本发明的仪器面板设置有15个功能按键、两个旋钮和1个复位键，通过15个按键、两个旋钮和1个复位键可完成仪器的所有操作。

对照图1，当测阻时，仪器输入端接电缆的一故障相，启动仪器后，经过测阻电路转化为数字信号，经PC机处理后，最后通过CRT显示器显示出电缆故障电阻，并判断出电缆故障性质，揭示出相关的测试线路，测试标准波形及有关注意事项。当测试（或测速、测时）时，仪器可进行电缆故障测试、电缆的传播速度测试等。在本状态下，当工作于“脉冲”位时，本机产生宽度可变的低压脉冲信号加到被测电缆并进入仪器。当工作于“闪络”位时，通过高压使是电缆故障点产生瞬间闪络放电形成反射波信号进入仪器。低压脉冲宽度及工作种类选择通过仪器“工作选择”按键，由开关控制电路控制。当信号进入仪器后，通过输入电路启动高速A/D转换器及贮存电路工作，将模拟信号变化成数字信号并贮存起来，然后经PC机处理并通过CRT显示器显示出电缆测试信号及有关内容。当需要打印电缆的有关测试信息，可通过按“打印”键，启动仪器面板上的微型打印机工作。

程序主要存贮仪器的系统软件及所有数据处理软件。

图2是高速A/D转换器贮存及其它硬件电路，包括输入电路、25MHz高速A/D转换贮存电路、开关控制电路、测阻及放电判别电路、过电压指示电路等。

加电后，系统自动复位，当测试信号通过输入振幅电位W₁后分成四路：一路通过限幅及射随器加到A/D转换器KVS3208的模拟输入端;另一路加到由U₁₈等组成高速窗口电压比较器，当输入电压峰值超过某一特定值（一般为100V_pp～300V_pp）后，此比较器便输出一脉冲信号向PC机发出中断请求信号（中断2），仪器屏幕立即显示“输入电压过高，危险！应减小输入振幅或降低冲击电压”等字样;第三路加到由U₁₇等组成的过零电压比较器。当输入波形信号超过零电平时，便产生中断1信号。第四路加到极性转换电路，输出一脉冲加到U₂₁一端作为同步采样信号，U₂₁的另一端是低压脉冲产生器产生的同步采样信号，当仪器“采样/保持”键处于采样状态时，同步信号通过U₂₃使U₁₉复位，25MHz时钟信号通过U₂₅，A/D转换器及存贮器工作，其中U₁₄为高速静态贮存器，U₁₁、U₁₂、U₁₃组成读写地址转换器，U₈、U₉、U₁₀等组成地址计数器，当地址计数器累计到4096时，由U₇产生一负极性脉冲信号，使U₁₉置位，一次A/D转换及存贮结束，并通过Q₂并反相后向PC机发出中断请求（中断3），将U₁₄中的信息取走进行数据处理，并通过CRT显示器显示一次记录结果。同时U₁₉、Q₁输出高电平使外同步信号封锁U₂₂，以免CPU响应中断3后，外同步信号再次启动A/D转换器工作。一次显示结束后，由PC机通过数据总线，U₂-^＃输出一控制信号通过U₂₃使U₁₉复位，开启外同步信号通道。

若一次测试记录显示的信息比较理想，可再按一次“采样/保持”键，使仪器处于保持状态，可长时间显示测试结果，以便操作人员分析观察。

以上操作过程，通过如图硬件及有关实时控制软件的实施，使得仪器的操作使用更为简单方便，克服了DGC-711型闪测仪记录信号时因不能完全封锁外同步信号带来的显示波形不重合性和显示信息时间暂短的缺点;同时也克服了DGC智能型闪测仪每记录一次信息存在的两个主要缺陷：其一，按一次“采样”键，仪器最多只记录显示一次;其二，仪器是否已接受“采样”信息，操作人员完全不知道，如此可能丢失宝贵的测试信息。

上述原理只是实施连续采样并可随时保持显示的一种可行方案。

由U₄、U₅、U₆等组成了测阻和判断故障点闪络放电电路，其中U₅为通用3 1/2 A/D转换器，如MC14433，ICM7216，7226等，U₄构成三态门U₅与PC机的数据接口。U₆为8选1模拟开关，测阻时由PC机通过U₂使被测电阻（电缆故障电阻）与R₁～R₇进行自动比较测量，最后由CRT显示器显示出被测电阻值，并随后显示出故障性质、测试方法、测试线路，标准测试波形，注意事项等项内容。

测试过程中，通过U₅来比较测量U₁₆信号输入端的直流电平与输入信号电平的相对变化量以及用U₁₇等组成的电压比较器来判断测试信号是否过零的方法判断闪络测量时电缆故障点是否闪络放电，若未放电，仪器屏显示“故障点未放电，应提高冲击电压或加大贮能电容容量”等字样。U₂、U₃、J₂、J₃、J₄等组成开关控制电路，由PC机通过数据总线发出控制信号，通过继电器J₁～J₄组成的开关去执行预定操作。其中J₁通过仪器面板“测量种类”按键控制，J₂、J₃、J₄通过仪器面板“工作选择”按键控制。

图3是程序贮存原理电路，包括存放系统DOS、电缆故障测试专家系统和实时控制及数据处理软件ROM、汉字库，专用操作键盘及其接口，掉电保护贮存器等。ROM盘由U₂～U₇等组成，以PC机的高地址段256KROM区为空间组成ROM盘，由PC机A₁₄～A₁₉通过U₅～U₇形成片选信号，由专用键盘控制调用不同的程序或内容，U₂～U₄为通用64K字节ROM。小汉卡由U₁、U₉～U₁₄等组成，U₁₁、U₁₂为通用16×16点阵1、2级国标汉字及字符芯片，U₉、U₁₀、U₁组成与PC机的接口。

专用键盘由15个按键通过U₁₅直接与PC机相连，U₁₅为专用单片机，内部EPROM存放着键盘的专用处理程序，15个功能按键及一个复位键按排如图6。

掉电保护贮存器由U₅～U₈等组成，其中U₈为8KB字节E²PROM芯片，具有可重复写入读出，不怕掉电等特点，U₅～U₇形成U₈的片选信号，U₈内连续存放两次现场测试信息，每组数据占4KB字节，可通过按“贮存”键来实现贮存。当一次测试较理想，仪器在保持状态下，按该键后，屏显“正在存图…”字样，三秒后又回到“保持状态”，一次贮存结束。

图4是低压脉冲产生器原理图及继电器开关连接线路。低压脉冲产生器由两部分组成：第一部分由一片共有6个反相器的集成电路形成低压脉冲产生器及同步信号，门1、2、C₁、R₁、R₂等组成自由多谐振荡器，振荡周期约20MS左右，经过门3隔离整形后分作两路：一路通过R₂、C₂微分后再经门4反相输出形成低压脉冲，作为测量时的同步信号，另一路通过R₄、C₃积分，经门4输出迟延1～3μs的方波信号，再经C₄、R₅微分，门5整形，最后由三级管BG推动经变压器偶合形成闸流管G的触发信号。另一部分由闸流管G及仿真线T等组成低压脉冲形成电路，输出幅度一定，宽度可调的低压脉冲信号。通过继电器J₃、J₄来控制脉冲宽度。

图5（a）是系统软件流程图，（b）是数据采集流程图，（c）是打印程序流程图。

Claims (6)

1、一种高智能电缆故障闪测仪，是由电子线路(硬件)及与之相配的软件、CRT显示器(或LCD液晶显示器)、面板控制旋钮、专用键盘、面板式微型打印机等组成，硬件电路包括PC机及其兼容机、输入电路、高速A/D转换贮存器、开关控制电路、测阻与放电判别电路、低压脉冲产生电路、程序贮存卡及键盘接口电路，其特征在于仪器的软硬件与PC机及其兼容机通过15个功能键及两个旋钮完成仪器的各种操作，可连续记录采集瞬态或连续高低速测试信号并处理显示，在保持状态下可对测试信息进行分析，由开关控制电路驱动继电器开关实现操作键盘化，自动判断电缆故障性质并显示相应的提示，自动判断电缆故障点是否闪络放电，并给予提示，由一片集成电路完成低压脉冲的同步采样及触发脉冲形成电路，设置小汉卡，可显示操作说明，实现操作提示汉字化，可现场贮存测试数据，不怕掉电，自动判断指示是否输入过电压，与硬件相配合的软件可实现对测试波形的连续压缩、扩展、左右位移、实现6种不同的显示方式(“显示1”“显示2”“比较显示”、“比较标准”、“内存1”、“内存2”)，通过4个移位键实现数字的预置、实现“测试”、“测速”、“测阻”、“测时”及脉冲宽度，脉冲和闪络测试的自动转换。

2、根据权利要求1所述的高智能电缆故障闪测仪，其特征在于连续记录采样并可随机保持瞬间测试信息的关键是应用KUS3208高速A/D芯片，6408、7164高速静态贮存器及相关的控制电路实现了25MHz的高速A/D转换技术，并应用了RS触发器（如各种RS触发器，带RS端的JK，D型触发器等）及相关硬件电路和控制程序。

3、根据权利要求1所述的高智能电缆故障闪测仪，其特征在于自动判断电缆故障性质及故障点闪络放电是通过一个3 1/2 A/D转换器与高速A/D转换器及外电路的特殊连接以及过零电压比较器（如LM339，LM319等）并通过相应的处理软件来实现。

4、根据权利要求1所述的高智能电缆故障闪测仪，其特征在于通过应用窗口电压比较器（如LM319、LM339等）实现过电压指示。

5、根据权利要求1所述的高智能电缆故障闪测仪，其特征在于15个功能键通过8749单片计算机实现与PC机的直接接口，完成仪器的各种操作。

6、根据权利要求1所述的高智能电缆故障闪测仪，其特征在于将PC机及其兼容机与其它硬件电路、CRT显示器、微型打印机集中在一个机箱内，组成一个小巧的独立测试仪器。

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