CN109975659A - 一种多量程全景信号的全频采样方法 - Google Patents

Abstract

一种多量程全景信号的全频采样方法，1)将多量程测试脉冲信号通过灵敏度调节形成不同灵敏度多量程测试脉冲信号；2)步骤1)的不同灵敏度多量程测试脉冲信号由双通道高速A/D转换器全频同步采样，得到两组原始测试数据并实时高速存储；3)将步骤2)的已存储数据通过高速传输输出用于数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节、双通道高速A/D转换、数据存储、高速通信传输，实现不同灵敏度多量程全景高分辨率一次测试。应用于电缆故障定位，可以免量程设置，无测试盲区，波形特征明显，细节清楚，降低了对操作人员的现场经验和技术基础要求，具有定位准确，操作简单，实施方便的优点。

Description

一种多量程全景信号的全频采样方法

技术领域

本发明属于信号采集技术领域，具体涉及一种多量程全景信号的全频采样方法。

背景技术

随着各种电气绝缘材料技术及新能源技术的快速发展，各种输送电力能源的高压电缆亦得到了快速发展，它节省空间、美观、环保、安全。

但是，城市化快速发展中市政建设和市政改造施工，以及高压电缆用量快速增加则引起了电缆故障的增加，危及电网安全运行，如何提高电缆故障的定位效率，缩短电缆故障抢修时间显得愈加重要，传统电缆故障检测仪器中存在较多的依据现场情况对电缆故障检测仪器进行合理设置的操作，较多的依赖运维人员的现场工作经验，对电缆运维人员的技术基础及现场工作经验要求较高。

电缆故障定位仪器，业内一般称为电缆故障测试仪，为了保证测试准确，它的测试范围一般是满量程20km，或者30km，50km，100km，200km，并且将满量程分为2-5个测试量程，这里的20km，30km或50km满量程常常对应了陆地电缆的长度范围，50km，100km或200km满量程常常对应了海底电缆的长度范围，每个量程对应了相应的测试脉宽和不同的测试采样频率，还有信号幅度灵敏度的选择，小量程一般采用窄测试脉冲并采用高采样频率以提高测试分辨率，受制于技术限制，大量程采用宽脉冲并采用较低的采样频率，这样处理相当于降低了大量程的测试分辨率，而且电路设计采用单通道设计，仪器使用时由现场操作人员根据实际情况人工设置合理选择测试量程及灵敏度进行电缆故障测试，限于操作人员的现场经验及技术基础，测试量程及灵敏度的正确设置对电缆故障定位的效率影响很大，特别是遇到长电缆的近端故障和远端故障时，甚至常常造成电缆故障定位失败。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多量程全景信号的全频采样方法，用于电缆故障定位，具体包括将多量程测试脉冲信号接入双通道灵敏度调节单元，其输出的不同灵敏度多量程测试脉冲信号接入双通道高速A/D转换单元全频同步采样，采样数据实时高速存储于数据存储器单元，并通过高速通信接口单元将测试数据输出用于数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节单元、双通道高速A/D转换单元、数据存储单元、高速通信接口单元协调工作，实现不同灵敏度多量程全景高分辨率一次测试。这种方法应用于电缆故障定位，可以免量程设置，无测试盲区，波形特征明显，细节清楚，降低了对操作人员的现场经验要求和技术基础要求，具有克服误判，定位准确，操作简单，实施方便的优点。用于电缆故障定位，具体涉及一种适合城市以及光伏、风力、潮汐发电厂高压电缆运维抢修中新型电缆故障定位多量程全景信号采集处理方法，属于新型电力能源技术领域。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多量程全景信号的全频采集方法，包括以下步骤：

1)将多量程测试脉冲信号通过灵敏度调节形成不同灵敏度多量程测试脉冲信号；

2)步骤1)的不同灵敏度多量程测试脉冲信号由双通道高速A/D转换器全频同步采样，得到两组原始测试数据并实时高速存储；

3)将步骤2)已存储的两组原始测试数据通过高速通信传输输出用于数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节、双通道高速A/D转换、数据存储、高速通信传输协调工作。

所述的灵敏度调节以调节输入测试脉冲信号灵敏度，并按2种灵敏度输出。

所述的全频同步采样，其全频是多量程均以最高采样频率进行A/D转换采样，其同步是对不同灵敏度多量程测试脉冲信号进行双通道A/D同步转换采样。

所述的高速通信采用USB2.0及以上，或者使用并行通讯协议。

本发明的有益效果是：

本发明的实施可以有效降低电缆故障抢修过程中对操作人员的现场经验和技术基础要求，提高电缆故障定位效率，使采用此方法设计的电缆故障定位仪器可以实现免量程设置、无测试盲区、波形显示特征明显、细节清楚，具有操作简单，显著降低对电缆故障定位操作人员现场经验和技术基础依赖的优点。能大大降低对操作人员的现场经验和技术基础要求，提高电缆故障抢修效率，具有较好的推广价值。

附图说明

图1为本发明的多量程全景信号的全频采样方法，应具备的功能单元及信号流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

如图所示，一种多量程全景信号的全频采集方法，包括以下步骤：

1)将多量程测试脉冲信号通过灵敏度调节形成不同灵敏度多量程测试脉冲信号；

2)步骤1)的不同灵敏度多量程测试脉冲信号由双通道高速A/D转换器全频同步采样，得到两组原始测试数据并实时高速存储；

3)将步骤2)已存储的两组原始测试数据通过高速通信传输输出用于数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节、双通道高速A/D转换、数据存储、高速通信传输协调工作；

所述的灵敏度调节以调节输入测试脉冲信号灵敏度，并按2种灵敏度输出。

所述的全频同步采样，其全频是对多量程测试脉冲信号均以最高采样频率进行A/D转换采样，其同步是对不同灵敏度多量程测试脉冲信号进行双通道A/D同步转换采样。

所述的高速通信采用USB2.0及以上，或者使用并行通讯协议。

其中，具体包括将多量程测试脉冲信号接入灵敏度调节单元1，其输出的不同灵敏度多量程测试脉冲信号接入双通道高速A/D转换单元2全频同步采样，采样数据实时高速存储于数据存储器单元3，并通过高速通信接口单元5将测试数据输出进行数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节单元1、双通道高速A/D转换单元2、数据存储单元3、高速通信接口单元5协调工作，单元4是本方法各功能单元的自身控制单元，实现多量程全景高分辨率一次测试。

下面以附图所示的多量程全景信号的全频采样方法示意图为例具体说明：

本方法示例，取灵敏度调节单元为双通道双灵敏度调节功能，将输入的一路多量程测试脉冲信号调节转换为两路不同灵敏度的多量程测试脉冲信号输出，接入双通道高速A/D转换单元全频同步采样，形成不同灵敏度多量程测试数据实时高速存储于数据存储器单元，该测试数据通过高速通信接口单元输出进行数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节单元、双通道高速A/D转换单元、数据存储单元、高速通信接口单元协调工作。

测试脉冲信号在电缆中传输会有衰减，本示例针对传统单通道单量程灵敏度调节一输入一输出的方法，提出采用将输入的一路多量程测试脉冲信号转换调节为两路不同灵敏度的多量程测试脉冲信号输出方法，即一输入二输出方法，降低测试脉冲信号在电缆传输中衰减对测试的影响，为其后面的不同灵敏度多量程测试脉冲信号双通道高速A/D转换全频同步采样打基础，以实现不同灵敏度多量程测试脉冲信号全景高分辨率一次测试。

电缆故障的定位原理是脉冲反射法，将故障电缆等效为一条高频传输线，电缆故障定位时，给故障电缆施加测试脉冲，该脉冲在故障点处会产生反射波，仪器测试发射脉冲与反射脉冲的时间差，并按照公式：

距离

仪器自动将时间差换算为故障点距测试端的距离，即故障距离，其中L是故障距离(m)，v是测试脉冲在电缆中的电波传输速度(对于市场上普遍使用的交联聚乙烯电缆它是一个常数：172m/us)，lt是测试脉冲反射波与发射波的时间差(uS)。

本示例中A/D转换的采样频率取200MHz,并且各量程均采用200MHz采样频率全频高速采样，其对应的时间分辨率是：

高频采样时间分辨率：To＝＝5nS＝0.005uS

将其带入上述距离公式，则相应的测试距离分辨率：

这个分辨率完全满足电缆故障测试的实际需要。

如果降频采样则采样时间分辨率会大大下降，其对应的测试距离分辨率也会大大下降，如下表：

序号	A/D转换采样频率	测试时间分辨率	测试距离分辨率
				1	200MHz	5nS	0.43m
2	100MHz	10nS	0.86m
				3	50MHz	20nS	1.72m
4	25MHz	40nS	3.44m
				5	10MHz	100nS	8.6m
6	5MHz	200nS	17.2m

可见，本示例采用200MHz全频高速采样可以保障各个量程测试距离分辨率均达到最高的0.43m，进而保证各个量程的测试精度。传统测试仪器对大量程的降频采样是以牺牲测试时的距离分辨率为代价的，最终是以牺牲大量程的测试距离精度为代价的。

当然，本方法提出多灵敏度多量程测试脉冲信号采用高速双通道A/D全频同步采样，并实时高速存储，会带来数据量很大、数据处理难度增加的问题，但这对现今的计算机或微处理器的处理能力来说均不是问题。相应地本方法为先进合理的数据处理环节提供了丰富的多灵敏度多量程测试脉冲信号的高分辨率原始测试数据。

由于本方法采用对多灵敏度多量程测试脉冲信号高速双通道A/D全频高速采样，并实时高速存储于数据存储单元，这样得到的数据量相较于传统测试方法来说数据量是巨大的，故本方法的测试数据输出须应用高速数据传输通信接口单元实现，具体是采用USB2.0及以上，或者使用并行通讯协议实现。

本方法的各个功能单元均可通过高速数据传输通信接口接受数据处理环节根据数据处理结果的反馈控制，协调工作。

上述一种多量程全景信号的全频采样方法，均可由计算机或微处理器配合完成。

本方案所述的一种多量程全景信号的全频采样方法，用于电缆故障定位，适合以此方法设计电缆故障定位仪器用于电缆运维工作中使用，具有免量程设置、无测试盲区，波形显示特征明显、细节清楚，具有可显著降低对电缆故障定位操作人员现场经验和技术基础依赖的优点，提高电缆故障抢修效率，保障供电安全。

Claims (4)

1.一种多量程全景信号的全频采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将多量程测试脉冲信号通过灵敏度调节形成不同灵敏度多量程测试脉冲信号；

2)步骤1)的不同灵敏度多量程测试脉冲信号由双通道高速A/D转换器全频同步采样，得到两组原始测试数据并实时高速存储；

3)将步骤2)已存储的两组原始测试数据通过高速通信传输输出用于数据处理，根据处理结果反馈控制灵敏度调节、双通道高速A/D转换、数据存储、高速通信传输协调工作。

2.根据权利要求1所述的一种多量程全景信号的全频采样方法，其特征在于，所述的灵敏度调节以调节输入测试脉冲信号灵敏度，并按2种灵敏度输出。

3.根据权利要求1所述的一种多量程全景信号的全频采样方法，其特征在于，所述的全频同步采样，其全频是对多量程测试脉冲信号均以最高采样频率进行A/D转换采样，其同步是对不同灵敏度多量程测试脉冲信号进行双通道A/D同步转换采样。

4.根据权利要求1所述的一种多量程全景信号的全频采集方法，其特征在于，所述的高速通信采用USB2.0及以上，或者使用并行通讯协议。