CN110658418A - 一种线缆故障检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线缆故障检测方法和装置，方法包括：故障检测设备向待检测线缆发送脉冲信号；所述故障检测设备采集被反射的所述脉冲信号的波形数据；所述故障检测设备根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形；所述故障检测设备根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；所述故障检测设备根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，所述故障点的距离为所述故障点与所述故障检测设备之间的线缆长度。本申请提供的技术方案能够提高检测结果的准确度。

Description

一种线缆故障检测方法和装置

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种线缆故障检测方法和装置。

背景技术

线缆的用途有很多，主要用于控制安装、连接设备、输送电力等多重作用，是日常生活中常见而不可缺少的一种东西。

线缆故障点的判断是以反射波的幅值为判断依据，反射波幅值达到预设值即判断为故障点。

然而上述方法测量出的故障距离误差大，灵敏度低，且在脉冲幅度过大的时候很容易出现“虚报”的现象。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种线缆故障检测方法和装置，能够提高检测结果准确度。

第一方面，本申请实施例提供了一种线缆故障检测方法，包括：

故障检测设备向待检测线缆发送脉冲信号；

所述故障检测设备采集被反射的所述脉冲信号的波形数据；

所述故障检测设备根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形；

所述故障检测设备根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；

所述故障检测设备根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，所述故障点的距离为所述故障点与所述故障检测设备之间的线缆长度。

在一个示例中，所述故障检测设备根据所述波形数据的横坐标，确定第一集合，所述第一集合的元素个数为n，各个所述元素均为含有横坐标和纵坐标的波形数据，且所述横坐标为非负整数，且按照所述横坐标从小到大的顺序排列；

所述故障检测设备检测所述第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述第m个元素的纵坐标的绝对值，所述m的取值范围为1到n；

在所述第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述脉冲幅度阈值，且所述第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述第m个元素的纵坐标绝对值时，所述故障监测设备将所述第m个元素写入第二集合；

重复上述过程，直至所述故障检测设备检测完所述第一集合中的所有元素；

所述故障检测设备将所述第二集合中的各元素分成多个子集合，各所述子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数；

所述故障检测设备根据各所述子集合对应的坐标，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形。

在一个示例中，在所述波形数据的坐标系中，所述故障检测设备根据所述子集合中各元素的坐标，截取相应坐标点之间的波形。

在一个示例中，在所述波形数据的坐标系中，以所述故障波形的极值点为起始点，沿着波形函数的上升段或下降段，确定与所述极值点横坐标差值最小的拐点，所述上升段对应所述待检测线缆断线时的波形，所述下降段对应所述待检测线缆混线时的波形；

根据所述拐点的横坐标的值和所述脉冲信号的传播速度，确定所述故障点的距离。

在一个示例中，所述故障检测设备根据各所述子集合对应的坐标，确定目标子集合和目标波形，所述目标子集合为元素总和最小的集合，所述目标波形为所述目标子集合对应的波形；

所述故障检测设备根据除所述目标子集合以外的各所述子集合对应的坐标，确定除所述目标波形以外的各所述波形的极值点；

所述故障检测设备依次判断各所述波形的极值点的纵坐标的值是否在预设取值范围内；

所述故障检测设备确定所述纵坐标的值在所述预设取值范围内的波形为故障波形。

在一个示例中，所述故障检测设备从预设的距离集合中，确定第一检测距离；

所述故障检测设备根据所述第一检测距离，确定所述脉冲信号的幅值；

所述故障检测设备根据所述确定的幅值，向所述待检测线缆发送脉冲信号。

在一个示例中，所述故障检测设备截取不到波形或确定没有所述故障波形时，判断所述第一检测距离是否为最大检测距离；

所述第一检测距离不是最大检测距离时，所述故障检测设备在所述距离集合中确定第二检测距离，所述第二检测距离为所述距离集合中没有被所述故障检测设备选择过的最小距离；

所述故障设备根据所述第二检测距离，更新所述脉冲信号的幅值；

所述故障检测设备根据所述更新后的幅值，向所述待检测线缆发送脉冲信号。

在一个示例中，所述第一检测距离为最大检测距离时，所述故障检测设备根据预设短距离检测参数，向所述待检测线缆发送短距离脉冲信号，所述短距离参数包括：检测距离和脉冲幅值。

第二方面，本申请实施例提供了一种线缆故障检测装置，包括：发送模块，采集模块和数据处理模块；

所述发送模块用于向待检测线缆发送脉冲信号；

所述采集模块用于采集被反射的所述脉冲信号的波形数据；

所述数据处理模块用于根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形；根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，所述故障点的距离为所述故障点与所述故障检测设备之间的线缆长度。

在一个示例中，所述数据处理模块用于根据所述波形数据的横坐标，确定第一集合，所述第一集合的元素个数为n，各个所述元素均为含有横坐标和纵坐标的波形数据，且所述横坐标为非负整数，且按照所述横坐标从小到大的顺序排列；

所述数据处理模块用于检测所述第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述第m个元素的纵坐标的绝对值，所述m的取值范围为1到n；在所述第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述脉冲幅度阈值，且所述第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述第m个元素的纵坐标绝对值时，所述故障监测设备将所述第m个元素写入第二集合；

重复上述过程，直至所述数据处理模块检测完所述第一集合中的所有元素；

所述数据处理模块用于将所述第二集合中的各元素分成多个子集合，各所述子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数；根据各所述子集合对应的坐标，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形。

本申请实施例提供了一种线缆故障检测方法和装置，从采集到的波形数据中，截取波形数据中幅值的绝对值大于阈值的波形。再利用截取到的波形确定故障点对应的故障波形。最后利用故障波形和故障波形的波形数据确定故障点以及故障点的距离。由此可见，上述方法没有单纯利用幅值去判断故障点，而是紧密的结合采集到波形数据，逐步推进，从幅值大于阈值的波形，到故障波形，最后到故障点，以实现准确确定故障点以及故障点距离的方法。此外，整个过程使用的数据均为采集到的原始数据，不需要对数据进行拟合，进一步提高了检测结果的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种线缆故障检测方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种线缆故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

本申请的实施例公开了一种线缆故障检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101、故障检测设备向待检测线缆发送脉冲信号。

在本申请实施例中，由于待检测线缆的长度很长，因此在检测线缆是否断路时，按照检测距离可以分为两种模式，一种为短距离检测，另一种为长距离检测。两种模式使用的脉冲幅值、型号和数据处理方法均不相同。通常情况下，先对线缆进行长距离检测，检测距离为由小到大，直至最大检测距离。可以理解的是，在长距离检测时，随着检测距离的增加，脉冲信号强度是不断增加的，即脉冲信号的幅值是不断变大的。

具体地，故障检测设备从预设的距离集合中，确定第一检测距离。检测距离通常是预先设置好的，且根据实际情况可以为各个检测距离设置编号，以便于检测设备识别各个距离。故障检测设备根据第一检测距离，确定脉冲信号的幅值。在本申请实施例中，脉冲信号的幅值与检测距离一一对应。故障检测设备根据确定的幅值，向待检测线缆发送脉冲信号。

如果故障检测设备没有检测到相应的检测距离内存在故障时，故障检测设备在距离集合中确定第二检测距离，第二检测距离为距离集合中没有被故障检测设备选择过的最小距离。例如，总共10个检测距离，按照从小到大的顺序，其编号依次为1-10号。如果检测设备已经检测过1-5的检测距离，并确定没有故障时，检测设备会按照从小到大顺序选择6号检测距离，并向线缆发送幅值与6号检测距离匹配的脉冲信号。需要说明是这里的第一检测距离和第二检测距离只是为了便于区分原有的检测距离和新的检测距离，不能理解为对检测距离数量的限定。

当故障检测设备确定检测距离为最大检测距离时，结束当前的长距离检测模式，进入短距离检测模式，即故障检测设备根据预设短距离检测的检测距离和脉冲幅值，向待检测线缆发送短距离脉冲信号。

步骤102、故障检测设备采集被反射的脉冲信号的波形数据。

在本申请实施例中，当线缆上出现故障时，经过故障处的脉冲信号会反射会故障检测设备。理想状态下，对于短路，反射回的脉冲信号的幅值与发射时的脉冲信号相同，相位相反；对于断路，射回的脉冲信号的幅值与发射时的脉冲信号相同，相位相同。由此可知，短路对应的波形与断路对应的波形形状，各点数值均相同，但相位和各点数值的符号相反。进一步可知，两种情况的检测方法相同，但参数符号相反，因此在本申请各个实施例中各参数需要以绝对值方式参与计算。为了便于说明，在本申请各个实施例中，以断路为例进行说明。

步骤103、故障检测设备根据预设脉冲幅度阈值，在波形数据中，截取波形数据中幅值的绝对值大于阈值的波形。

在确定断路故障点时，需要上升段的波形数据，为了尽可能地获取上升段的波形数据，在本申请实施例中，在波形数据的坐标系中，利用横坐标逐点获取上升段的波形数据。由于相位相反，短路故障点需要获取下降段数据。

具体地，故障检测设备根据波形数据的横坐标，确定第一集合。第一集合的元素为波形数据的各点坐标，这些元素的横坐标为非负整数。可以理解的是，坐标轴可以无限分割，因此可以利用非负整数对波形数据的各点进行量化。此外，第一集合的元素个数为n，n的取值与波形对应的最大横坐标有关，且各元素按照横坐标从小到大的顺序排列。

故障检测设备检测第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于第m个元素的纵坐标的绝对值，m的取值范围为1到n。

在第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于脉冲幅度阈值，且第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于第m个元素的纵坐标的绝对值时，故障监测设备将第m个元素写入第二集合；重复上述过程，直至故障检测设备检测完第一集合中的所有元素。通过限定各元素的纵坐标的绝对值大于或等于脉冲幅度阈值，保证采集的数据不含杂质。通过限定第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于第m个元素的纵坐标的绝对值保证获取到数据为波形数据的上升段或下降段。

故障检测设备将第二集合中的各元素分成多个子集合，各子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数。按照上述方法得到的集合中包括多组横坐标为连续非负整数的元素，例如(1，m)、(2，n)、(3，s)，(7，w)、(8，p)、(9，q)，…。显而易见的，同一个波形对应的各元素的横坐标是连续的。

故障检测设备根据各子集合对应的坐标，截取波形数据中幅值的绝对值大于阈值的波形。在确定第二集合中各元素的坐标后，根据各元素的坐标，获取各坐标间的波形，以得到截取的波形。

步骤104、故障检测设备根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形。

在本申请实施例中，故障检测设备在发送脉冲信号时，脉冲信号通过信号发送端口时会固定地得到一个反射波形，该波形与电路断开无关，因此检测故障时需要排除该波形的干扰。通常，故障点距离检测设备越远，其对应的横坐标越大。又因为各波形对应的横坐标之间不是连续的，因此在发送端口形成的反射波形的横坐标之和必然是最小的，基于上述原理排除在发送端口形成的反射波形对检测结果的影响。具体方法如下：

故障检测设备根据各子集合对应的坐标，确定目标子集合和目标波形，目标子集合为元素横坐标总和最小的集合，目标波形为目标子集合对应的波形。目标子集合即在发送端口形成的反射波形对应的各个横坐标，目标波形为在发送端口形成的反射波形对应的波形

故障检测设备根据除目标子集合以外的各子集合对应的坐标，确定除目标波形以外的各波形的极值点。

故障检测设备依次判断各极值点的纵坐标的值是否在预设取值范围内，在本申请实施例中，预设取值范围为0.75V到0.95V。

故障检测设备确定纵坐标的值在预设取值范围内的波形为故障波形。

需要说明的是，故障点会对脉冲信号进行多次按反射，因此在数据处理时通常只针对第一次反射的反射波进行检测。

步骤105、故障检测设备根据故障波形和故障波形的波形数据，确定故障点以及故障点的距离。

故障点的距离为故障点与故障检测设备之间的线缆长度。因此，计算故障点需要知道脉冲信号的传播速度和传播时间。在本申请实施例中，波形数据的横坐标为时间，传播速度是预先知道的，因此只要在波形数据的坐标系中确定故障点即可确定故障点的距离。具体方法如下：

在波形数据的坐标系中，以故障波形的极值点为起始点，沿着波形函数的上升段，确定与极值点横坐标差值最小的拐点。根据前文所述，得到的数据均为上升段数据，因此以极值点为起点沿着上升段只能找到波峰左侧波形的拐点。根据拐点的横坐标的值和脉冲信号的传播速度，确定故障点的距离。同理，当短路时，以故障波形的极值点为起始点，沿着波形函数的下降段确定与极值点横坐标差值最小的拐点为故障点。

如图2所示，本申请实施例提供了一种线缆故障检测装置，包括：发送模块201，采集模块202和数据处理模块203；

发送模块201用于向待检测线缆发送脉冲信号；

采集模块202用于采集被反射的脉冲信号的波形数据；

数据处理模块203用于根据预设脉冲幅度阈值，在波形数据中，截取波形数据中幅值的绝对值大于阈值的波形；根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；根据故障波形和故障波形的波形数据，确定故障点以及故障点的距离，故障点的距离为故障点与故障检测设备之间的线缆长度。

在本申请实施例中，数据处理模块203用于根据波形数据的横坐标，确定第一集合，第一集合的元素个数为n，各个元素均为含有横坐标和纵坐标的波形数据，且横坐标为非负整数，且按照横坐标从小到大的顺序排列；

数据处理模块203用于检测第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于第m个元素的纵坐标的绝对值，m的取值范围为1到n；在第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于脉冲幅度阈值，且第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于第m个元素的纵坐标绝对值时，故障监测设备将第m个元素写入第二集合；

重复上述过程，直至数据处理模块203检测完第一集合中的所有元素；

数据处理模块203用于将第二集合中的各元素分成多个子集合，各子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数；根据各子集合对应的坐标，截取波形数据中幅值的绝对值大于阈值的波形。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种线缆故障检测方法，其特征在于，包括：

故障检测设备向待检测线缆发送脉冲信号；

所述故障检测设备采集被反射的所述脉冲信号的波形数据；

所述故障检测设备根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形；

所述故障检测设备根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；

所述故障检测设备根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，所述故障点的距离为所述故障点与所述故障检测设备之间的线缆长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述故障检测设备根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形，包括：

所述故障检测设备根据所述波形数据的横坐标，确定第一集合，所述第一集合的元素个数为n，各个所述元素均为含有横坐标和纵坐标的波形数据，且所述横坐标为非负整数，且按照所述横坐标从小到大的顺序排列；

所述故障检测设备检测所述第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述第m个元素的纵坐标的绝对值，所述m的取值范围为1到n；

在所述第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述脉冲幅度阈值，且所述第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述第m个元素的纵坐标绝对值时，所述故障监测设备将所述第m个元素写入第二集合；

重复上述过程，直至所述故障检测设备检测完所述第一集合中的所有元素；

所述故障检测设备将所述第二集合中的各元素分成多个子集合，各所述子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数；

所述故障检测设备根据各所述子集合对应的坐标，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形，具体包括：

在所述波形数据的坐标系中，所述故障检测设备根据所述子集合中各元素的坐标，截取相应坐标点之间的波形。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障检测设备根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，包括：

在所述波形数据的坐标系中，以所述故障波形的极值点为起始点，沿着波形函数的上升段或下降段，确定与所述极值点横坐标差值最小的拐点，所述上升段对应所述待检测线缆断线时的波形，所述下降段对应所述待检测线缆混线时的波形；

根据所述拐点的横坐标的值和所述脉冲信号的传播速度，确定所述故障点的距离。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障检测设备根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形，包括：

所述故障检测设备根据各所述子集合对应的坐标，确定目标子集合和目标波形，所述目标子集合为元素横坐标总和最小的集合，所述目标波形为所述目标子集合对应的波形；

所述故障检测设备根据除所述目标子集合以外的各所述子集合对应的坐标，确定除所述目标波形以外的各所述波形的极值点；

所述故障检测设备依次判断各所述波形的极值点的纵坐标的值是否在预设取值范围内；

所述故障检测设备确定所述纵坐标的值在所述预设取值范围内的波形为故障波形。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述故障检测设备向待检测线缆发送脉冲信号，包括：

所述故障检测设备从预设的距离集合中，确定第一检测距离；

所述故障检测设备根据所述第一检测距离，确定所述脉冲信号的幅值；

所述故障检测设备根据所述确定的幅值，向所述待检测线缆发送脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述故障检测设备截取不到波形或确定没有所述故障波形时，判断所述第一检测距离是否为最大检测距离；

所述第一检测距离不是最大检测距离时，所述故障检测设备在所述距离集合中确定第二检测距离，所述第二检测距离为所述距离集合中没有被所述故障检测设备选择过的最小距离；

所述故障设备根据所述第二检测距离，更新所述脉冲信号的幅值；

所述故障检测设备根据所述更新后的幅值，向所述待检测线缆发送脉冲信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述第一检测距离为最大检测距离时，所述故障检测设备根据预设短距离检测参数，向所述待检测线缆发送短距离脉冲信号，所述短距离参数包括：检测距离和脉冲幅值。

9.一种线缆故障检测装置，其特征在于，包括：发送模块，采集模块和数据处理模块；

所述发送模块用于向待检测线缆发送脉冲信号；

所述采集模块用于采集被反射的所述脉冲信号的波形数据；

所述数据处理模块用于根据预设脉冲幅度阈值，在所述波形数据中，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形；根据截取到的波形，确定故障点对应的故障波形；根据所述故障波形和所述故障波形的波形数据，确定所述故障点以及所述故障点的距离，所述故障点的距离为所述故障点与所述故障检测设备之间的线缆长度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述数据处理模块用于根据所述波形数据的横坐标，确定第一集合，所述第一集合的元素个数为n，各个所述元素均为含有横坐标和纵坐标的波形数据，且所述横坐标为非负整数，且按照所述横坐标从小到大的顺序排列；

所述数据处理模块用于检测所述第一集合中第m个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述脉冲幅度阈值，以及第m+1个元素的纵坐标的绝对值是否大于或等于所述第m个元素的纵坐标的绝对值，所述m的取值范围为1到n；在所述第m个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述脉冲幅度阈值，且所述第m+1个元素的纵坐标的绝对值大于或等于所述第m个元素的纵坐标绝对值时，所述故障监测设备将所述第m个元素写入第二集合；

重复上述过程，直至所述数据处理模块检测完所述第一集合中的所有元素；

所述数据处理模块用于将所述第二集合中的各元素分成多个子集合，各所述子集合中的元素的横坐标为连续的非负整数；根据各所述子集合对应的坐标，截取所述波形数据中幅值的绝对值大于所述阈值的波形。

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