CN109781836A - 光缆和电缆外皮故障与路由探测仪及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪及其操作方法，包括：发射机箱、接收机箱；所述发射机箱包括：电源模块：为发射机箱提供电源；仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示可供选择的探测模式及可供调整的参数，根据用户选的探测模式及参数，输出工作模式指令；数字平台模块：接收模拟信号，并将模拟信号转化成数字信号，并将数字信号传输至仪器面板模块。本发明克服了现有技术状况的不足，提供一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，在不增加硬件成本的条件下，提高了定位精度，增强了抗干扰能力，实现了外皮故障定位功能。

Description

光缆和电缆外皮故障与路由探测仪及其操作方法

技术领域

本发明涉及电子行业地下探测领域，具体地，涉及光缆和电缆外皮故障与路由探测仪及其操作方法。

背景技术

光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，主要是通过非开挖的方式间接探测地下光缆和电缆的相关信息，如走向、深度以及外皮故障等，因其具有非开挖、建立迅速以及机动灵活等优点，逐渐成为城市光缆和电缆探测最主要的工具。另外随着城市对美好市容的建设要求，越来越多的线路逐渐由地上走向地下，造成地下管线网错综复杂。如何对地下管线的走向、深度以及故障点精确定位(走向、深度探测也称之为路由探测)，成为管线探测仪器未来的发展难题。光缆和电缆外皮故障和路由探测仪存在以下几个突出问题：水平定位误差大，深度定位误差大，抗干扰能力差，外皮故障定位功能欠缺等。研发性能更加优越，抗干扰能力更强的管线仪式是未来的发展趋势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪及其操作方法。

根据本发明提供的一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，包括：

发射机箱、接收机箱；

所述发射机箱包括：

电源模块：为发射机箱提供电源；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示可供选择的探测模式及可供调整的参数，根据用户选的探测模式及参数，输出工作模式指令；

数字平台模块：接收模拟信号，并将模拟信号转化成数字信号，并将数字信号传输至仪器面板模块；

逻辑控制模块：根据接收到的工作模式指令，生成并输出频率合成指令；

信号产生模块：根据接收到的频率合成指令，生成并输出相应频率的探测信号；

功率放大模块：根据接收到的相应频率的探测信号，放大相应频率的探测信号的功率，输出发射信号；

发射线圈：对发射信号进行发射；

所述接收机箱包括：

电源模块：为接收机箱提供电源；

接收线圈：对回波信号进行接收，输出接收到的信号；

信号处理前端：对接收到的信号进行数据前端处理，消除带外信号干扰，实现前后级的阻抗匹配，输出处理后的信号；

测量模式选择模块：根据仪器面板模块输出输出的工作模式指令，选择测量模式，并输出测量模式信息至仪器面板模块；

数字平台：依据选择的测量模式进行测量，对接收线圈输出的信号，经过信号处理前端的进行处理，再进行模数转换，获得缆线的定位信息，将数字信号传输至仪器面板模块进行实时显示；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示输出结果；

探伤支架：对需要进行探伤的场景进行架设支架。

优选地，所述测量模式包括以下任一种或任多种：

直接激励测量模式、间接感应测量模式；

所述直接激励测量模式：

针对易于开挖的线缆，通过导线将发射机箱信号连接至线缆金属外皮上，线缆和接地线形成回路，在线缆上建立和发射机输出信号频率一致的交流信号，通过移动接收机箱，接收机箱上的接收线圈对线缆上的信号进行追踪，确定线缆的走向，探测线缆的深度；

通过将探伤支架接口和接收机直接连接，按照管线的路径，逐渐移动探伤支架，通过观察探伤支架输出的信号值进行故障定位。

所述间接感应测量模式：

将发射机箱置于地表，管线和发射机间无连接，发射机箱通过发射线圈在其周围建立电磁场，该电磁场会激励线缆金属产生涡流效应，在其表面同时建立涡流电磁场，通过移动接收机，可以对线缆追踪，实现确定线缆的走向，探测线缆的深度；

接收线缆中的交流信号，通过移动接收机，接收机上的接收天线对线缆上的交流信号进行追踪，探测线缆频率，探测线缆的深度。

优选地，所述接收线圈包括：

垂直线圈A、垂直线圈C，水平线圈B；

缆线的定位原理包括：水平定位原理、垂直测深原理、故障定位原理；

所述缆线的定位信息包括：水平定位信息，垂直定深信息以及故障定位信息。

优选地，所述水平定位原理包括以下任一项或任多项：

峰值法：取垂直线圈A或垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直接收线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的水平分量最大，输出水平定位信息；

反峰值法：取水平线圈B磁感应强度的垂直分量为判断量，垂直接收线圈B与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的垂直分量最小，输出水平定位信息；

差分值法：取垂直线圈A和垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，垂直线圈A和垂直线圈C水平分量差值最大，输出水平定位信息。

优选地，所述垂直测深原理包括：

当探测仪处于管线正上方时，可以通过线圈A和C得到的磁场强度值进行快速测深，根据毕奥-萨伐尔定律，计算公式如下：

其中，

B表示磁感应强度；

m₀表示真空磁导率

π表示圆周率；

I表示无限长导线中电流强度；

h表示管线水平面到地面的垂直距离；

B_A表示通过线圈A的磁感应强度；

H表示接收线圈A与管线的距离，即管线的深度；

B_C表示通过接收线圈C的磁感强度；

L表示接收线圈A与接收线圈C放置的垂直距离；

根据获得的管线的深度，输出垂直定深信息。

优选地，所述故障定位原理包括：

采用直接激励测量模式，将故障查找专用信号加至线缆上，信号在故障点通过大地向外泄露，电位大小以故障点为中心，球面型向地非线性衰减；将与接收机箱相连的探伤支架插入地面，当线缆存在故障时，信号通过探伤支架经过故障点返回，获得泄露的信号特征，测出故障点所在方向；

通过探伤支架测量两个接触点之间的电势差，当逐渐接触故障点时，接收器信号的读数会越来越高，据此获得故障点所在方向，直到有探针跨过故障点，当故障点位于两针之间时，电势值会减少到接近零值，故障点位于两探针之间，获得故障点的位置，输出故障定位信息。

根据本发明提供的一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪的操作方法，包括：

发射机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

发射信号生成步骤：控制信号产生模块及功率放大模块生成发射信号，并控制发射线圈对发射信号进行发射；

信号监测步骤：监测发射信号的实时功率，并对电池模块的电压进行监测，判断发射信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入发射信号生成步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入发射信号生成步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。

接收机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

信号采集步骤：对回波信号进行接收，再根据测量模式对应的缆线的定位原理，进行测量，并对电池电压进行监测；

信号监测步骤：根据接收到的回波信号，判断接收到的回波信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入信号采集步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入信号采集步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明克服了现有技术状况的不足，提供一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，在不增加硬件成本的条件下，提高了定位精度，增强了抗干扰能力，实现了外皮故障定位功能。

2、本发明确定了电缆和光缆的走向，探测电缆和光缆的深度，定位误差显著减小，抗干扰能力显著增强，实现了探测电力电缆频率，并进行路由与埋深的测量功能，实现了外皮故障定位功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的线圈结构以及测量示意图；

图2为本发明提供的垂直测深测量示意图；

图3为本发明提供的故障定位示意图；

图4为本发明提供的探测仪系统框图示意图；

图5为本发明提供的直接激励测量示意图；

图6为本发明提供的间接感应测量示意图；

图7为本发明提供的信号追踪测量示意图；

图8为本发明提供的探伤定位测量示意图；

图9为本发明提供的发射机软件流程示意图；

图10为本发明提供的接收机软件流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，包括：

发射机箱、接收机箱；

所述发射机箱包括：

电源模块：为发射机箱提供电源；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示可供选择的探测模式及可供调整的参数，根据用户选的探测模式及参数，输出工作模式指令；

数字平台模块：接收模拟信号，并将模拟信号转化成数字信号，并将数字信号传输至仪器面板模块；

逻辑控制模块：根据接收到的工作模式指令，生成并输出频率合成指令；

信号产生模块：根据接收到的频率合成指令，生成并输出相应频率的探测信号；

功率放大模块：根据接收到的相应频率的探测信号，放大相应频率的探测信号的功率，输出发射信号；

发射线圈：对发射信号进行发射；

所述接收机箱包括：

电源模块：为接收机箱提供电源；

接收线圈：对回波信号进行接收，输出接收到的信号；

信号处理前端：对接收到的信号进行数据前端处理，消除带外信号干扰，实现前后级的阻抗匹配，输出处理后的信号；

测量模式选择模块：根据仪器面板模块输出输出的工作模式指令，选择测量模式，并输出测量模式信息至仪器面板模块；

数字平台：依据选择的测量模式进行测量，对接收线圈输出的信号，经过信号处理前端的进行处理，再进行模数转换，获得缆线的定位信息，将数字信号传输至仪器面板模块进行实时显示；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示输出结果；

探伤支架：对需要进行探伤的场景进行架设支架。

具体地，所述测量模式包括以下任一种或任多种：

直接激励测量模式、间接感应测量模式；

所述直接激励测量模式：

针对易于开挖的线缆，通过导线将发射机箱信号连接至线缆金属外皮上，线缆和接地线形成回路，在线缆上建立和发射机输出信号频率一致的交流信号，通过移动接收机箱，接收机箱上的接收线圈对线缆上的信号进行追踪，确定线缆的走向，探测线缆的深度；

通过将探伤支架接口和接收机直接连接，按照管线的路径，逐渐移动探伤支架，通过观察探伤支架输出的信号值进行故障定位。

所述间接感应测量模式：

将发射机箱置于地表，管线和发射机间无连接，发射机箱通过发射线圈在其周围建立电磁场，该电磁场会激励线缆金属产生涡流效应，在其表面同时建立涡流电磁场，通过移动接收机，可以对线缆追踪，实现确定线缆的走向，探测线缆的深度；

接收线缆中的交流信号，通过移动接收机，接收机上的接收天线对线缆上的交流信号进行追踪，探测线缆频率，探测线缆的深度。

具体地，所述接收线圈包括：

垂直线圈A、垂直线圈C，水平线圈B；

缆线的定位原理包括：水平定位原理、垂直测深原理、故障定位原理；

所述缆线的定位信息包括：水平定位信息，垂直定深信息以及故障定位信息。

具体地，所述水平定位原理包括以下任一项或任多项：

峰值法：取垂直线圈A或垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直接收线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的水平分量最大，输出水平定位信息；

反峰值法：取水平线圈B磁感应强度的垂直分量为判断量，垂直接收线圈B与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的垂直分量最小，输出水平定位信息；

差分值法：取垂直线圈A和垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，垂直线圈A和垂直线圈C水平分量差值最大，输出水平定位信息。

具体地，所述垂直测深原理包括：

当探测仪处于管线正上方时，可以通过线圈A和C得到的磁场强度值进行快速测深，根据毕奥-萨伐尔定律，计算公式如下：

其中，

B表示磁感应强度；

m₀表示真空磁导率

π表示圆周率；

I表示无限长导线中电流强度；

h表示管线水平面到地面的垂直距离；

B_A表示通过线圈A的磁感应强度；

H表示接收线圈A与管线的距离，即管线的深度；

B_C表示通过接收线圈C的磁感强度；

L表示接收线圈A与接收线圈C放置的垂直距离；

根据获得的管线的深度，输出垂直定深信息。

具体地，所述故障定位原理包括：

采用直接激励测量模式，将故障查找专用信号加至线缆上，信号在故障点通过大地向外泄露，电位大小以故障点为中心，球面型向地非线性衰减；将与接收机箱相连的探伤支架插入地面，当线缆存在故障时，信号通过探伤支架经过故障点返回，获得泄露的信号特征，测出故障点所在方向；

通过探伤支架测量两个接触点之间的电势差，当逐渐接触故障点时，接收器信号的读数会越来越高，据此获得故障点所在方向，直到有探针跨过故障点，当故障点位于两针之间时，电势值会减少到接近零值，故障点位于两探针之间，获得故障点的位置，输出故障定位信息。

根据本发明提供的一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪的操作方法，包括：

发射机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

发射信号生成步骤：控制信号产生模块及功率放大模块生成发射信号，并控制发射线圈对发射信号进行发射；

信号监测步骤：监测发射信号的实时功率，并对电池模块的电压进行监测，判断发射信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入发射信号生成步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入发射信号生成步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。

接收机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

信号采集步骤：对回波信号进行接收，再根据测量模式对应的缆线的定位原理，进行测量，并对电池电压进行监测；

信号监测步骤：根据接收到的回波信号，判断接收到的回波信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入信号采集步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入信号采集步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

为了便于公众理解，下面对光缆和电缆的定位原理做简要介绍。光缆和电缆的定位信息包含水平定位，垂直定深以及故障定位，对其定位的原理介绍下：

(一)水平定位原理

光缆和电缆外皮故障与路由探测仪接收探头如附图1所示，内部设置3个线圈，2个垂直线圈A与C，一个水平线圈B。在探测过程中，三个接收线圈接收到磁感应强度可以分解为水平分量与垂直分量，对于探头是否处于管线正上方有两种判断方法，峰值法、反峰值法和差分值法。

(1)峰值法

峰值法也称之为极大值法，取垂直线圈A或C磁感应强度的水平分量为判断量。垂直接收线圈A和C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的水平分量最大。峰值法的测量特点是电磁场的幅度大且宽，较易发现管线。

(2)差分值法

差分值法和峰值法相似，取垂直线圈A和C磁感应强度的水平分量为判断量。垂直接收线圈A和C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，上、下两接收线圈水平分量差值最大。

(3)反峰值法

反峰值法也称之为极小值法，取水平线圈B磁感应强度的垂直分量为判断量。垂直接收线圈B与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的垂直分量最小。反峰值法定位精度高，缺点是易受周围管线影响，例如周围存在另一根金属管线，垂直分量最小地方可能出现在两根管线之间。

综上所述，三种测量方式各有利弊，可以通过接收机的人机交互界面合理选择。

(二)垂直测深原理

当探测仪处于管线正上方时，可以通过线圈A和C得到的磁场强度值进行快速测深，如附图2所示，由毕奥-萨伐尔定律，无限长直导线中电流产生的磁场为：

其中，I为无限长导线中电流强度，h是管线水平面到地面的垂直距离，B为磁感应强度。线圈A与线圈C放置的垂直距离为L，线圈A与管线的距离H为未知量。通过线圈A的磁感应强度为：

通过线圈C的磁感强度为：

管线的深度H：

式(4)通过垂直接收线圈A和C的磁感应强度值可以快速的得到管线的深度值。

(三)故障定位原理

直埋于地下的光缆和电缆外层多包有绝缘外套，正常的情况下对地有极高的阻抗，随之时间推移，外皮破损，导线的绝缘性能降低，对地的等效电阻可降为几兆欧、千欧，甚至完全对地短路，进一步恶化可导致光缆断裂。及时查找出光缆的绝缘故障点，是本项目需要解决的技术。

该定位技术解决方法如下：由电磁学知识，发射机与探测光缆需要构成回路，产生交变电流。发射机向导通的光缆发射信号，发射信号沿着线缆传输并产生电磁场，如附图3所示，在线缆外皮故障定位时，须将线缆的外皮在远处接地，便于使发射信号形成回路。

采用探测仪的探伤支架可以迅速及时地检测出光缆和电缆的绝缘故障点，采用直接激励测量法，将故障查找专用信号加至线缆上。信号在故障点通过大地向外泄露，电位大小则以故障点为中心，球面型向地非线性衰减。将与接收机相连的探伤支架插入地面，当存在故障(绝缘破损)时，一部分信号通过探伤支架经过故障点返回。以此获得泄露的信号特征，即可测出故障点所在方向。

相应的信号变化曲线如图3所示，探伤支架可测试两个接触点之间的电势差，当逐渐接触故障点时，接收器信号的读数会越来越高，可以据此推断故障点所在方向，直到有探针跨过故障点，当故障点位于两针之间时，电势值会减少到接近零值。此时，故障点位于两探针之间。

如附图4所示，本发明发射机箱包括电源模块、仪器面板、数字平台、逻辑控制模块、信号产生模块、功率放大模块及发射线圈。

电源模块用于整个发射机箱的电源供应；

仪器面板模块根据环境不同，在显示液晶屏上选取不同的探测模式进行工作；

数字平台模块将模拟信号转化成数字信号送入仪器面板模块，提供数字信号，在仪器面板模块显示不同的探测模式和探测结果及参数选择；

逻辑控制模块用于频率合成的控制；

信号产生模块可以根据仪器面板模块的选择发射多种频率的信号以适应不同的管线探测环境，也可将两种不同频率的信号混频后发射。

对于一般的光缆和电缆应使用低频信号进行探测，低频信号适用于长距离且绝缘良好的输送光缆，原因是低频信号传播距离长而且不易感应到其他管线上。对于高阻的管线通常使用高频信号。但是频率越高，信号越容易感应到其他光缆上，且传播距离较短。由信号产生模块产生所需信号后，经频率放大模块从发射线圈发出；

功率放大模块用于对产生的信号进行功率放大；

发射线圈用于对产生的信号进行发射。

如附图4所示，本发明接收机箱包括电源模块、仪器面板、数字平台、测量模式选择、信号处理前端、接收线圈、探伤支架。

电源模块用于整个接收机箱的电源供应；

仪器面板模块用于显示不同探测模式下的输出结果；

数字平台模块用于接收到目标信号后的模数转换，以及将数字信号发送至仪器面板模块；

测量模式选择用于选择不同的测量模式；

信号处理前端用于对接收的信号进行数据前端处理，包括前置放大电路、偏置调整电路、带通滤波电路等，功能是消除带外信号干扰，实现前后级的阻抗匹配。

ADC采样得到的数字信号经FPGA送入DSP中进行FFT算法处理，得到管线方位和深度。最后通过液晶屏进行显示输出。DSP输出的音频信号经音频功放放大后由扬声器输出实现仪器的音信号输出。

接收线圈用于对回波信号进行接收；

探伤支架用于需要进行探伤的场景进行架设支架。

针对易于开挖的光缆和电缆线，实施直接激励测量，如附图5所示，通过导线将发射机信号接至光缆及电缆金属外皮上，光缆及电缆和接地线形成回路，在缆线上建立和发射机输出信号频率一致的交流信号，通过移动接收机，接收机上的接收线圈对光缆及电缆上的信号进行追踪，实现确定电缆和光缆的走向，探测电缆和光缆的深度。另外如附图8所示，可以通过将探伤支架接口和接收机直接连接，按照管线的路径，逐渐移动探伤支架，通过观察探伤支架输出的信号值进行故障定位。

针对不易于开挖的电缆线，实施间接感应测量，如附图6所示，将发射机置于地表，管线和发射机间无连接，发射机通过发射线圈在其周围建立电磁场(称之为一次磁场)，该电磁场会激励光缆及电缆金属产生涡流效应，在其表面同时建立涡流电磁场(称之为二次磁场)，通过移动接收机，可以对缆线追踪，实现确定电缆和光缆的走向，探测电缆和光缆的深度功能。另外如附图7所示，对电力缆线中的交流信号，如50Hz的电力交流信号或者带有特定频率的有线电视信号电缆线，通过移动接收机，接收机上的接收天线对缆线上的50Hz信号或者特定频率信号进行追踪，实现探测电力电缆频率，并进行路由与埋深的测量功能。

发射机软件流程图如附图9所示，具体步骤如下：

步骤一：

系统开机后，先进行系统初始化，开机状态提示；

步骤二：

进行按键扫描，控制信号产生模块产生发射信号和信号的发射功率，同时通过监测发射信号的实时功率，并对电池电压进行监测；

步骤三：

判断是否有异常信号，如果有，则进入步骤四，如果没有，则进入步骤二；

步骤四：

检测显示器及扬声器报警提示，并检测异常是否解除。异常解除，进入步骤二，异常没有解除，进入步骤四。

接收机软件流程图如附图10所示，具体步骤如下：

步骤一：

系统开机后，先进行系统初始化，开机状态提示；

步骤二：

进行信号采集，和目标测量，并对电池电压进行监测；

步骤三：

判断是否有异常信号，如果有，则进入步骤四，如果没有，则进入步骤二；

步骤四：

检测显示器及扬声器报警提示，并检测异常是否解除。异常解除，进入步骤二，异常没有解除，进入步骤四。

优选例2：

光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，包括发射机箱和接收机箱，发射机箱包括电源模块、仪器面板、数字平台、逻辑控制模块、信号产生模块、功率放大模块及发射线圈。

所述电源模块用于，给各模块供电；

所述仪器面板模块用于，显示和调整各功能、参数；

所述数字平台用于，给仪器面板提供数字信号；

所述逻辑控制模块用于，频率合成的控制；

所述信号产生模块用于，发射信号产生；

所述功率放大模块用于，对产生的信号进行功率放大；

所述发射线圈用于，对产生的信号进行发射；

接收机箱包括电源模块、仪器面板、数字平台。

接收机箱包括电源模块、仪器面板、数字平台、测量模式选择、信号处理前端、接收线圈、探伤支架。

所述电源模块用于，给各模块供电；

所述仪器面板模块用于，显示和调整各功能、参数；

所述数字平台用于，给仪器面板提供数字信号；

所述测量模式选择用于，选择不同的测量模式；

所述信号处理前端用于，对接收的信号进行数据前端处理；

所述接收线圈用于，对回波信号进行接收；

所述探伤支架用于，需要进行探伤的场景进行架设支架。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，包括：

发射机箱、接收机箱；

所述发射机箱包括：

电源模块：为发射机箱提供电源；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示可供选择的探测模式及可供调整的参数，根据用户选的探测模式及参数，输出工作模式指令；

数字平台模块：接收模拟信号，并将模拟信号转化成数字信号，并将数字信号传输至仪器面板模块；

逻辑控制模块：根据接收到的工作模式指令，生成并输出频率合成指令；

信号产生模块：根据接收到的频率合成指令，生成并输出相应频率的探测信号；

功率放大模块：根据接收到的相应频率的探测信号，放大相应频率的探测信号的功率，输出发射信号；

发射线圈：对发射信号进行发射；

所述接收机箱包括：

电源模块：为接收机箱提供电源；

接收线圈：对回波信号进行接收，输出接收到的信号；

信号处理前端：对接收到的信号进行数据前端处理，消除带外信号干扰，实现前后级的阻抗匹配，输出处理后的信号；

测量模式选择模块：根据仪器面板模块输出输出的工作模式指令，选择测量模式，并输出测量模式信息至仪器面板模块；

数字平台：依据选择的测量模式进行测量，对接收线圈输出的信号，经过信号处理前端的进行处理，再进行模数转换，获得缆线的定位信息，将数字信号传输至仪器面板模块进行实时显示；

仪器面板模块：根据接收到的数字信号，显示输出结果；

探伤支架：对需要进行探伤的场景进行架设支架。

2.根据权利要求1所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，所述测量模式包括以下任一种或任多种：

直接激励测量模式、间接感应测量模式；

所述直接激励测量模式：

针对易于开挖的线缆，通过导线将发射机箱信号连接至线缆金属外皮上，线缆和接地线形成回路，在线缆上建立和发射机输出信号频率一致的交流信号，通过移动接收机箱，接收机箱上的接收线圈对线缆上的信号进行追踪，确定线缆的走向，探测线缆的深度；

通过将探伤支架接口和接收机直接连接，按照管线的路径，逐渐移动探伤支架，通过观察探伤支架输出的信号值进行故障定位。

所述间接感应测量模式：

将发射机箱置于地表，管线和发射机间无连接，发射机箱通过发射线圈在其周围建立电磁场，该电磁场会激励线缆金属产生涡流效应，在其表面同时建立涡流电磁场，通过移动接收机，可以对线缆追踪，实现确定线缆的走向，探测线缆的深度；

接收线缆中的交流信号，通过移动接收机，接收机上的接收天线对线缆上的交流信号进行追踪，探测线缆频率，探测线缆的深度。

3.根据权利要求2所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，所述接收线圈包括：

垂直线圈A、垂直线圈C，水平线圈B；

缆线的定位原理包括：水平定位原理、垂直测深原理、故障定位原理；

所述缆线的定位信息包括：水平定位信息，垂直定深信息以及故障定位信息。

4.根据权利要求3所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，所述水平定位原理包括以下任一项或任多项：

峰值法：取垂直线圈A或垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直接收线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的水平分量最大，输出水平定位信息；

反峰值法：取水平线圈B磁感应强度的垂直分量为判断量，垂直接收线圈B与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，接收线圈测得的电磁场的垂直分量最小，输出水平定位信息；

差分值法：取垂直线圈A和垂直线圈C磁感应强度的水平分量为判断量，垂直接收线圈A和垂直线圈C与地面垂直，当线圈在管线最上方位置时，垂直线圈A和垂直线圈C水平分量差值最大，输出水平定位信息。

5.根据权利要求4所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，所述垂直测深原理包括：

当探测仪处于管线正上方时，可以通过线圈A和C得到的磁场强度值进行快速测深，根据毕奥-萨伐尔定律，计算公式如下：

其中，

B表示磁感应强度；

m₀表示真空磁导率

π表示圆周率；

I表示无限长导线中电流强度；

h表示管线水平面到地面的垂直距离；

B_A表示通过线圈A的磁感应强度；

H表示接收线圈A与管线的距离，即管线的深度；

B_C表示通过接收线圈C的磁感强度；

L表示接收线圈A与接收线圈C放置的垂直距离；

根据获得的管线的深度，输出垂直定深信息。

6.根据权利要求5所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪，其特征在于，所述故障定位原理包括：

采用直接激励测量模式，将故障查找专用信号加至线缆上，信号在故障点通过大地向外泄露，电位大小以故障点为中心，球面型向地非线性衰减；将与接收机箱相连的探伤支架插入地面，当线缆存在故障时，信号通过探伤支架经过故障点返回，获得泄露的信号特征，测出故障点所在方向；

通过探伤支架测量两个接触点之间的电势差，当逐渐接触故障点时，接收器信号的读数会越来越高，据此获得故障点所在方向，直到有探针跨过故障点，当故障点位于两针之间时，电势值会减少到接近零值，故障点位于两探针之间，获得故障点的位置，输出故障定位信息。

7.一种权利要求1所述的光缆和电缆外皮故障与路由探测仪的操作方法，其特征在于，包括：

发射机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

发射信号生成步骤：控制信号产生模块及功率放大模块生成发射信号，并控制发射线圈对发射信号进行发射；

信号监测步骤：监测发射信号的实时功率，并对电池模块的电压进行监测，判断发射信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入发射信号生成步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入发射信号生成步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。

接收机箱操作步骤：

系统初始化步骤：系统开机后，进行系统初始化及开机状态提示；

信号采集步骤：对回波信号进行接收，再根据测量模式对应的缆线的定位原理，进行测量，并对电池电压进行监测；

信号监测步骤：根据接收到的回波信号，判断接收到的回波信号是否有异常信号：若有，则进行报警提示，进入警报处理步骤继续执行；若没有，则进入信号采集步骤继续执行；

警报处理步骤：检测异常是否解除：若异常解除，进入信号采集步骤继续执行，若异常没有解除，则继续监测异常是否解除。