CN109932614A - 一种电缆故障排查方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电缆故障排查方法及装置，在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号，第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号，根据所述脉冲反射信号的波形确定所述障碍点的故障类型，根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差以及所述脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定所述故障点与所述源端的距离，利用脉冲时域反射法对故障点的距离进行检测，根据故障波形能够判断出待排查电缆的故障类型，方便装调人员的排除故障工作。

Description

一种电缆故障排查方法及装置

技术领域

本发明涉及电缆故障检测技术领域，特别涉及一种电缆故障排查方法及装置。

背景技术

军用电缆是军工设备中不可缺少的关键组件，起到电气连接设备中各个部件的作用，电缆质量的好坏能够影响整个设备的质量。在实际应用中，由于振动、环境和人为操作等多方面因素的影响，军用电缆可能会出现短路、断路、虚接等多种类型的故障，由于军用电缆的装机环境非常复杂，在如飞机、舰艇和导弹等应用环境中，对装机电缆的检测过程非常的繁琐，往往需要将整个电缆经过的路径全部进行检测，费时费力。这时就需要对待排查电缆的故障位置和故障类型进行定位。

传统的电缆故障定位方法如电桥法、脉冲法等，适应条件单一，定位精度较差，无法准确的判断故障类型，有些测试方法依赖高压脉冲，对电缆本身和所连接的设备容易造成损伤。另外对于复杂电缆如带有转接头的电缆和分叉电缆，传统测试方法会将转接处和分叉处视为故障位置，影响正常排故。因此现有电缆故障测试方法和设备无法满足对军用设备装机电缆的维护需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电缆故障排查方法及装置，根据故障波形能够初步判断出故障电缆的故障类型，方便装调人员的排除故障工作。

第一方面，本发明提供一种电缆故障排查方法，包括：

在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号；

第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号；

根据所述脉冲反射信号的波形确定所述障碍点的故障类型；

根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差以及所述脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定所述故障点与所述源端的距离。

可选地，所述方法还包括：

根据所述脉冲信号的电压幅值和所述脉冲反射信号的电压幅值确定反射系数；

根据源端的输出阻抗值和所述反射系数确定所述故障点处的阻抗值。

可选地，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号之前，所述方法还包括：

获取所述待排查电缆的长度；

根据所述待排查电缆的长度确定所述脉冲信号的脉宽及幅值。

可选地，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号，包括：

对发射脉冲信号进行限幅至安全幅值后在第一时刻由源端向所述待排查电缆发射。

可选地，所述第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号，包括：

第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号并将所述脉冲反射信号限幅至安全幅值。

可选地，所述方法还包括：

将所述故障点的故障类型以及距离源端的距离进行输出。

可选地，所述故障类型包括短路或断路。

第二方面，本发明提供一种电缆故障排查装置，应用在如上述的电缆故障排查方法，所述装置包括：

脉冲产生电路，用于产生排查用的脉冲信号；

数据采集电路，用于接收经过故障点反射的脉冲反射信号；

信号调理电路，用于进行根据待排查电缆的长度进行量程切换并对脉冲反射信号限幅至安全幅值；

触发控制器，与所述脉冲发生电路电连接，用于产生每个重复采样间隔的启动信号并对重复采样间隔进行计数；

核心处理单元，分别与所述信号调理电路、所述数据采集电路以及触发控制器电连接，用于脉冲信号发射的第一时刻、脉冲反射信号接收的第二时刻以及脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定故障点与源端之间的距离，根据脉冲反射信号的波形确定所述故障点的故障类型。

可选地，所述装置还包括：

脉冲变压器，与所述脉冲发生电路电连接，所述脉冲发生器分别连接到所述脉冲变压器原边的两端，其中一束脉冲信号注入所述待排查电缆，另一束在所述脉冲变压器的副边AD采集前抵消注入所述待排查电缆的脉冲信号。

可选地，所述安全幅值为5伏。

本发明提供的电缆故障排查方法及装置，在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号，第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号，根据所述脉冲反射信号的波形确定所述障碍点的故障类型，根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差以及所述脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定所述故障点与所述源端的距离，利用脉冲时域反射法对故障点的距离进行检测，根据故障波形能够判断出待排查电缆的故障类型，方便装调人员的排除故障工作。

附图说明

图1是本发明实施例中电缆故障排查方法的流程图；

图2a是本发明实施例中电缆故障排查方法的断路故障的脉冲反射信号图；

图2b是本发明实施例中电缆故障排查方法的短路故障的脉冲反射信号图；

图3是本发明实施例中电缆故障排查装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中电缆故障排查装置的使用示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种电缆故障排查方法，包括：

S101、在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号。

具体地，这里提到的源端是指发射脉冲信号的一端，对发射脉冲信号进行限幅至安全幅值后在第一时刻由源端向所述待排查电缆发射，需要说明的是，可以根据不同的测试对象产生不同脉宽和幅值的矩形脉冲信号，同时脉冲信号幅值不大于5V，保证测试电缆盒连接设备的安全性。

S102、第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号。

具体地，第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号并将所述脉冲反射信号限幅至安全幅值，由于测量电缆故障位置不同，为防止脉冲反射信号安全幅值大于5V对测试仪器造成损害，首先对脉冲反射信号进行限幅，同时，保证了脉冲反射信号能够在A/D最佳转换区进行采集。

S103、根据所述脉冲反射信号的波形确定所述障碍点的故障类型。

负载情况的不同反应到测试波形上即表现出不同形状的波形，通过判断波形的形状就能够判断处具体的故障类型，在检测多段转接电缆时，由于连接器处与线材之间阻抗不能匹配，在反射波形上也会表示为一个故障波峰，这时可以使待排查电缆的测试波形与正常电缆的测试波形做比对，即可排除电缆转接头的影响。

S104、根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差以及所述脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定所述故障点与所述源端的距离。

通过采集脉冲反射信号和发射脉冲信号的时间差，能够推定阻抗变化位置即电缆故障位置到脉冲发射源的距离，计算公式如公式(3)所示：

其中，v是脉冲信号在电缆中的速度，ε_r是电缆线材的介电常数，c是光速，而t就是脉冲信号与反射信号之间的时间差。

可选地，所述方法还包括：

根据所述脉冲信号的电压幅值和所述脉冲反射信号的电压幅值确定反射系数；

根据源端的输出阻抗值和所述反射系数确定所述故障点处的阻抗值。

本发明采用TDR固态时域反射法，测量原理是：向电缆发送一系列脉宽可调的低压脉冲电压信号，当电缆有故障时，由于故障点阻抗和电缆的特性阻抗不匹配而产生脉冲反射，通过识别反射脉冲的起始位置、形状及幅度，来定位故障点的距离和类型。

对固定终端Z，还可以用传输线特性阻抗Z0和负载阻抗Z表示，传输线特性阻抗公式(1)为：

其中，在测量过程中脉冲源发射的低压脉冲信号Vreflected幅值大小已知，只要通过采集发射信号Vincident，就能够依据公式(1)计算出反射系数ρ。

测试设备的输出阻抗Z₀是已知的，根据反射系数和负载阻抗之间的关系变换，可以得到反射点处的阻抗值Z，阻抗值Z的变换公式如公式(2)所示：

结合图2a和图2b所示，典型电缆故障波形，根据故障测试波形判断电缆故障的位置及类型，在故障产生位置即阻抗不连续处，故障波形会出现波峰，波谷或波浪，图2a以断路故障为例，查看故障反射回的脉冲反射信号的波形，波峰起始处即为断路位置距离电缆故障定位装置的距离，基于脉冲时域反射法测量原理，图2b为短路故障时脉冲反射信号的波形图，故障类型的典型负载情况：断路负载：ρ＝+1，V_reflected＝V_incident，短路负载：ρ＝-1，v_reflected＝-v_incident。

可选地，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号之前，所述方法还包括：

获取所述待排查电缆的长度；

根据所述待排查电缆的长度确定所述脉冲信号的脉宽及幅值。

根据待排查电缆实际长度设定量程，即由信号调理电路2将脉冲反射信号调理到合适的区间

可选地，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号，包括：

对发射脉冲信号进行限幅至安全幅值后在第一时刻由源端向所述待排查电缆发射。

可选地，所述第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号，包括：

第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号并将所述脉冲反射信号限幅至安全幅值。

可选地，所述方法还包括：

将所述故障点的故障类型以及距离源端的距离进行输出，输出的方式可以是打印也可以通过显示器进行展示，对此不做限定。

结合图4所示，本发明提供一种电缆故障排查装置，应用在如上述的电缆故障排查方法，所述装置包括：

脉冲产生电路5，用于产生排查用的脉冲信号，能够根据不同的测试对象产生不同脉宽和幅值的矩形脉冲信号，同时脉冲信号幅值不大于5V，保证测试电缆盒连接设备的安全性，本实施例中，脉冲产生电路可以采用窄脉冲产生电路；

数据采集电路2，用于接收经过故障点反射的脉冲反射信号，采集脉冲反射信号，可以采用高速A/D采集电路，也可以利用低速A/D采集电路多次采用后进行波形重构实现脉冲反射信号的采集；

信号调理电路3，用于进行根据待排查电缆的长度进行量程切换并对脉冲反射信号限幅至安全幅值，用于实现量程切换，由于测量电缆故障位置不同，为防止脉冲反射信号大于5V对测试仪器造成损害，首先对输入信号进行限幅。同时，保证了脉冲反射信号能够在A/D最佳转换区进行采集；

触发控制器4，与所述脉冲发生电路5电连接，用于产生每个重复采样间隔的启动信号并对重复采样间隔进行计数；

核心处理单元1，分别与所述信号调理电路3、所述数据采集电路2以及触发控制器4电连接，用于脉冲信号发射的第一时刻、脉冲反射信号接收的第二时刻以及脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定故障点与源端之间的距离，根据脉冲反射信号的波形确定所述故障点的故障类型，还用于进行高速数据处理，计算电缆故障位置，并通过串口与上位机进行交互。

本发明在实际使用时，如图4所示，首先将电缆故障排查装置的两个测试端其中一端连接到待排查电缆上，而另一端连接至该待排查电缆6的回线线缆7上，所指回路线缆7，是与被测待排查电缆6物理空间上相近的线缆。典型的应用情况如双绞线中，其中一根线为待排查电缆，则与之相绞合的另一根线即可作为回线线缆；屏蔽线缆中，屏蔽皮可以作为内部线缆的回线线缆。对于一般平行敷设的电缆，则可以选择一根与待排查电缆距离较近的平行线缆作为回线线缆。

测试开始后，首先根据待排查电缆实际长度设定量程，即由信号调理电路2将脉冲反射信号调理到合适的区间，然后由窄脉冲产生电路1发射方波脉冲信号进行测试，脉冲信号在电缆故障位置处因阻抗不匹配产生反射，由数据采集电路3接受脉冲反射信号，经由核心处理单元5处理后形成测试波形，波形的时间轴以由核心处理单元根据公式(3)转换为长度。

在检测多段转接电缆时，由于连接器处与线材之间阻抗不能匹配，在反射波形上也会表示为一个故障波峰，这时可以使待排查电缆的测试波形与正常电缆的测试波形做比对，即可排除电缆转接头的影响。

在检测分叉电缆时，在每个分叉端点处都会有断路回波返回，这时可以采用在不测量的分叉处连接一个50Ω匹配电阻的方法来减小分支反射的干扰。

可选地，所述装置还包括脉冲变压器，与所述脉冲发生电路电连接，所述脉冲发生器分别连接到所述脉冲变压器原边的两端，其中一束脉冲信号注入所述待排查电缆，另一束在所述脉冲变压器的副边AD采集前抵消注入所述待排查电缆的脉冲信号，这样AD采集到信号中就只有故障点的反射脉冲，而没有脉冲信号，波形简洁、清楚、易于分析；同时又不影响发射脉冲信号正常注入待排查电缆，信号输入采集使用隔离脉冲变压器，既能采集电缆上的脉冲反射信号，又能抑制干扰，可靠性高。

本发明能够适应多种类型的电缆，仅需要一根与被测线缆平行敷设的线路作为TDR测试回线即可实现高精度的故障位置定位。同时，根据故障波形能够初步判断出待排查电缆的故障类型，方便装调人员的排故工作。对于转接电缆及分叉电缆等复杂电缆也能够准确的测试，能够有效的缩短军用电缆的故障检修时间，降低军用设备的安装和维护成本，提高生产、调试效率。

本发明实施例提供的电缆故障排查方法及装置，利用脉冲时域反射法对故障点的距离进行检测，根据故障波形能够判断出待排查电缆的故障类型，方便装调人员的排故工作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种电缆故障排查方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电缆故障排查方法，其特征在于，包括：

在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号；

第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号；

根据所述脉冲反射信号的波形确定所述障碍点的故障类型；

根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差以及所述脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定所述故障点与所述源端的距离。

2.根据权利要求1所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述脉冲信号的电压幅值和所述脉冲反射信号的电压幅值确定反射系数；

根据源端的输出阻抗值和所述反射系数确定所述故障点处的阻抗值。

3.根据权利要求1所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号之前，所述方法还包括：

获取所述待排查电缆的长度；

根据所述待排查电缆的长度确定所述脉冲信号的脉宽及幅值。

4.根据权利要求1所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述在第一时刻由源端向待排查电缆发射脉冲信号，包括：

对发射脉冲信号进行限幅至安全幅值后在第一时刻由源端向所述待排查电缆发射。

5.根据权利要求4所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号，包括：

第二时刻在源端接收来自故障点的脉冲反射信号并将所述脉冲反射信号限幅至安全幅值。

6.根据权利要求1所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述故障点的故障类型以及距离源端的距离进行输出。

7.根据权利要求1所述的电缆故障排查方法，其特征在于，所述故障类型包括短路或断路。

8.一种电缆故障排查装置，其特征在于，应用在如权利要求1至7中任一项所述的电缆故障排查方法，所述装置包括：

脉冲产生电路，用于产生排查用的脉冲信号；

数据采集电路，用于接收经过故障点反射的脉冲反射信号；

信号调理电路，用于进行根据待排查电缆的长度进行量程切换并对脉冲反射信号限幅至安全幅值；

触发控制器，与所述脉冲发生电路电连接，用于产生每个重复采样间隔的启动信号并对重复采样间隔进行计数；

核心处理单元，分别与所述信号调理电路、所述数据采集电路以及触发控制器电连接，用于脉冲信号发射的第一时刻、脉冲反射信号接收的第二时刻以及脉冲信号在待排查电缆中的传播速度确定故障点与源端之间的距离，根据脉冲反射信号的波形确定所述故障点的故障类型。

9.根据权利要求8所述的电缆故障排查装置，其特征在于，所述装置还包括：

脉冲变压器，与所述脉冲发生电路电连接，所述脉冲发生器分别连接到所述脉冲变压器原边的两端，其中一束脉冲信号注入所述待排查电缆，另一束在所述脉冲变压器的副边AD采集前抵消注入所述待排查电缆的脉冲信号。

10.根据权利要求8所述的电缆故障排查装置，其特征在于，所述安全幅值为5伏。