CN112014685A - 一种智能化电缆检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能化电缆检测装置，其包括数字信号处理控制单元(1)、串口屏显示模块(2)、可编程逻辑电路控制单元(3)、时钟缓冲单元(4)、低压脉冲产生单元(5)、高速模数转换模块(6)、脉冲信号预处理模块(7)；将待测电缆接入脉冲信号预处理模块(7)，操作人员通过串口显示模块(2)输入此次测量相关参数，给设备下达检测指令后，设备通过低压脉冲产生单元(5)产生驱动信号，可编程逻辑电路控制单元(3)开始存储采样数据，该次采样完毕后，数字信号处理控制单元(1)读取采样结果，并将波形显示至串口屏显示模块(2)上，并利用设定阈值给出参考故障点位置。本发明采样电路工作正常，故障波形清晰且易于识别，可以准确地检测出故障点位置及性质。
Description
技术领域
本发明属于检测技术领域，尤其涉及一种智能化电缆检测装置。
背景技术
随着近年来电子技术与计算机科学的发展，电缆故障检测相关理论得到了完善，更精确快捷的故障点检测方法成为可能，电缆故障检测设备也向着微型化智能化发展。折半法早先的电缆诊断技术是折半法，将一整段故障电缆对半平分，分段测量电缆维持电压能力，再将发生故障的半段电缆进行折半平分，依次测量下去，最终获得故障点的位置。这种方式理论上可以检测任何情况下的电缆故障，但相对于现阶段长达数公里的配电网络，其操作性差。电桥法惠斯顿电桥法是将电缆故障点等效的电气集中参数作为惠斯顿电桥中的一个桥臂，通过调节电桥上的电阻参数，保证电桥平衡，由于电缆长度与电缆直流电阻成正相关，利用惠斯顿电桥定理，可以通过计算获得故障点到测量点的距离。但是针对电缆中的高阻故障，由于故障点绝缘阻值过高，需要更高的电压信号及更灵敏的电流检测装置，故一般在使用电桥法测量高阻故障点之前，需使用高电压设备，将高阻故障点烧穿，使该故障转变为低阻故障。高压烧穿过程需要较长时间，而且可能会对电缆造成二次损伤导致额外的故障。电桥法电缆故障检测包括电阻电桥法和电容电桥法，相对于折半法测量电缆故障操作更为方便，但由于对高阻故障测量不友好，限制了该种方法的进一步应用。智能电缆检测仪是用于对电缆接触件间的导通电阻和不接触件间的绝缘电阻进行检测的设备，能对多芯电缆进行自动导通电阻和绝缘电阻检测，并对检测结果进行保存和打印；能实现网络信息化所需的查询、打印、调用等功能。其一般包括上位机、面板、通讯电路板、主控制电路板、电源电路板、继电器控制板、继电器组合模块和检测转接电缆，面板上一般设有2个51芯的检测用转接口。其中，上位机通过通讯电路板上的通讯接口与主控制电路板上的单片机电连接，上位机通过通讯电路板上的通讯接口与继电器控制板上的继电器控制电路电连接。主控制电路板上还设有输出控制模块、恒流源、恒压源、译码器、模数转换电路和采样电路，单片机通过输出控制模块分别与恒流源与恒压源电连接，单片机通过译码器与继电器控制电路电连接，恒流源与恒压源均依次通过继电器控制电路、继电器组合模块与转接口电连接，继电器控制电路依次通过采样电路、模数转换电路与单片机电连接。电源电路板上的电源电路分别与单片机、输出控制模块电连接。现有的智能电缆检测仪，采样电路不稳定，故障波形不够清晰且难以识别。
发明内容
发明针对传统智能化电缆检测装置存在的问题，设计了一款智能化电缆检测装置，具体是通过如下的技术方案实现的：
一种智能化电缆检测装置，其包括：数字信号处理控制单元、串口屏显示模块、可编程逻辑电路控制单元、时钟缓冲单元、低压脉冲产生单元、高速模数转换模块、脉冲信号预处理模块；所述的低压脉冲产生单元具有开关管、剩余电流吸收电路、处理器、电源；所述的剩余电流吸收电路维持开关管漏源电压小于击穿电压，开关管关断后，漏级电压增高，二极管导通，剩余电流吸收电路工作；将待测电缆接入脉冲信号预处理模块，操作人员通过串口显示模块输入此次测量相关参数，给设备下达检测指令后，设备通过低压脉冲产生单元产生驱动信号，可编程逻辑电路控制单元开始存储采样数据，该次采样完毕后，数字信号处理控制单元读取采样结果，并将波形显示至串口屏显示模块上，并利用设定阈值给出参考故障点位置；
更进一步，数字信号处理控制单元由数字信号处理器及外围电路构成，所述的数字信号处理控制单元用于信号的处理及电路逻辑控制；
更进一步，所述的串口屏显示模块为串口触摸屏，所述的串口触摸屏具有人机界面，并且所述的串口触摸屏能够显示相关波形，是设备检测相关参数输入接口，支持触屏输入；
更进一步，所述的可编程逻辑电路控制单元用于采样信号的缓存，为低压脉冲单元提供窄脉冲控制信号，并为时钟缓冲器提供稳定的参考时钟；
更进一步，高速交替采样单元使用时钟驱动，需使用时钟缓冲单元分配稳定时钟；
更进一步，根据检测需求，所述的低压脉冲产生单元输出一定功率一定脉宽的脉冲信号；
更进一步，所述的高速模数转换模块：包括高速模数转换器及信号调理电路，将外部输入信号转换为可编程逻辑电路能够识别的电平信号；
更进一步，针对低压脉冲法存在动态幅值过大的问题，所述的脉冲信号预处理模块在信号进入采样单元前进行信号处理；
更进一步，所述的击穿电压为60V，开关管关断后，漏级电压增高，二极管导通，剩余电流吸收电路工作，电容抑制漏极电压幅值及上升速度，根据开关管关断时漏感能量应等于电容吸收能量；
更进一步，所述的处理器为LM5114芯片，驱动电路通过调节输出串联电阻阻值控制上升沿和下降沿时间；
更进一步，所述的处理器能够接受方波信号，所述的方波信号的波长为0.05-0.08微秒；
更进一步，低压脉冲产生单元5的工作过程为：设备工作时，数字信号处理发送指令至可编程逻辑电路,可编程逻辑电路产生指定脉宽脉冲信号，该信号经过驱动器驱动开关管，开关管导通关闭，则在变压器原边产生一个脉冲信号，通过预处理电路将信号施加在故障电缆上；
更进一步，所述的脉冲信号预处理模块，T1、T2均是1:1:1的射频传输变压器，工作频率为0.1MHz-200MHz。信号通过T1的一个绕组输入处理单元，在T1的另外两个绕组上产生正负相反的脉冲信号，正负脉冲信号分别通过相同特征阻抗的电路传输至T2的同向端，最终在T2的绕组上获得正负脉冲信号差值，产生信号衰减效果。而当信号预处理单元接收到故障返回信号时，该信号会通过T2变压器1：1的传输至采样端。通过该电路，可较为简便的衰减激励信号而不影响故障返回信号幅值，减小了信号动态范围，避免了放大器放大倍数的切换，方便高速采样单元采集数据。
更进一步，所述的时钟缓冲单元4外部有源晶振产生的50MHz时钟信号通过可编程逻辑电路内锁相回路倍频至100MHz，该信号作为可编程逻辑电路内部控制信号的时钟驱动，同时该时钟信号通过74LXC86异或门电路与不同电平逻辑运算获得相位相差180°的两路100MHz时钟信号，存在相位差的时钟信号分别作为两个采样通道时钟驱动。为保证门电路能够正确识别时钟信号逻辑电平，时钟信号采用阻容耦合的方式输入门电路。
有益效果：
(1)所述的智能化电缆检测装置具有剩余电流吸收电路，开关管驱动的变压器为感性负载，快速关断时电流突变会产生一个反向电压，该电压与电源电压叠加，可能会导致开关管被击穿，而剩余电流吸收电路能够有效避免上述现象发生。
(2)由于耦合电容隔直通交的作用，耦合电路两端静态工作点相互独立，可将门电路侧静态电压设置至阈值附近，保证对时钟信号逻辑的敏感。
(3)本发明的电缆故障点检测设备，使用该设备进行现场电缆故障检测，实验结果表明：采样电路工作正常，故障波形清晰且易于识别，可以准确地检测出故障点位置及性质。
附图说明
图1为本发明智能化电缆检测装置的总体结构图；
图2为低压脉冲产生单元的框架图；
图3为脉冲信号预处理模块的框架图。
附图标记：数字信号处理控制单元1、串口屏显示模块2、可编程逻辑电路控制单元3、时钟缓冲单元4、低压脉冲产生单元5、高速模数转换模块6、脉冲信号预处理模块7、开关管8、剩余电流吸收电路9、处理器10、电源11。
具体实施方式
下面将结合本发明试试你总的附图，对本发明中的技术方案进行进出、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。如图1-3所示一种智能化电缆检测装置，其包括：数字信号处理控制单元1、串口屏显示模块2、可编程逻辑电路控制单元3、时钟缓冲单元4、低压脉冲产生单元5、高速模数转换模块6、脉冲信号预处理模块7；所述的低压脉冲产生单元5具有开关管8、剩余电流吸收电路9、处理器10、电源11；所述的剩余电流吸收电路9维持开关管8漏源电压小于击穿电压，开关管8关断后，漏级电压增高，二极管导通，剩余电流吸收电路9工作；
数字信号处理控制单元1由数字信号处理器10及外围电路构成，所述的数字信号处理控制单元1用于信号的处理及电路逻辑控制；
所述的串口屏显示模块2为串口触摸屏，所述的串口触摸屏具有人机界面，并且所述的串口触摸屏能够显示相关波形，是设备检测相关参数输入接口，支持触屏输入；
所述的可编程逻辑电路控制单元3用于采样信号的缓存，为低压脉冲单元提供窄脉冲控制信号，并为时钟缓冲器提供稳定的参考时钟；
高速交替采样单元使用时钟驱动，需使用时钟缓冲单元4分配稳定时钟；
根据检测需求，所述的低压脉冲产生单元5输出一定功率一定脉宽的脉冲信号；
所述的高速模数转换模块6：包括高速模数转换器及信号调理电路，将外部输入信号转换为可编程逻辑电路能够识别的电平信号；
针对低压脉冲法存在动态幅值过大的问题，所述的脉冲信号预处理模块7在信号进入采样单元前进行信号处理；
所述的击穿电压为60V，开关管8关断后，漏级电压增高，二极管导通，剩余电流吸收电路9工作，电容抑制漏极电压幅值及上升速度，根据开关管8关断时漏感能量应等于电容吸收能量；
所述的处理器10为LM5114芯片，驱动电路通过调节输出串联电阻阻值控制上升沿和下降沿时间；
所述的处理器10能够接受方波信号，所述的方波信号的波长为0.05-0.08微秒；
低压脉冲产生单元55的工作过程为：设备工作时，数字信号处理发送指令至可编程逻辑电路,可编程逻辑电路产生指定脉宽脉冲信号，该信号经过驱动器驱动开关管8，开关管8导通关闭，则在变压器原边产生一个脉冲信号，通过预处理电路将信号施加在故障电缆上；
所述的脉冲信号预处理模块7，T1、T2均是1:1:1的射频传输变压器，工作频率为0.1MHz-200MHz。信号通过T1的一个绕组输入处理单元，在T1的另外两个绕组上产生正负相反的脉冲信号，正负脉冲信号分别通过相同特征阻抗的电路传输至T2的同向端，最终在T2的绕组上获得正负脉冲信号差值，产生信号衰减效果。而当信号预处理单元接收到故障返回信号时，该信号会通过T2变压器1：1的传输至采样端。通过该电路，可较为简便的衰减激励信号而不影响故障返回信号幅值，减小了信号动态范围，避免了放大器放大倍数的切换，方便高速采样单元采集数据。
所述的时钟缓冲单元44外部有源晶振产生的50MHz时钟信号通过可编程逻辑电路内锁相回路倍频至100MHz，该信号作为可编程逻辑电路内部控制信号的时钟驱动，同时该时钟信号通过74LXC86异或门电路与不同电平逻辑运算获得相位相差180°的两路100MHz时钟信号，存在相位差的时钟信号分别作为两个采样通道时钟驱动。为保证门电路能够正确识别时钟信号逻辑电平，时钟信号采用阻容耦合的方式输入门电路。由于耦合电容隔直通交的作用，耦合电路两端静态工作点相互独立，可将门电路侧静态电压设置至阈值附近，保证对时钟信号逻辑的敏感。
具体工作过程为：将待测电缆接入脉冲信号预处理模块7，操作人员通过串口显示模块输入此次测量相关参数，给设备下达检测指令后，设备通过低压脉冲产生单元5产生驱动信号，可编程逻辑电路控制单元3开始存储采样数据，该次采样完毕后，数字信号处理控制单元1读取采样结果，并将波形显示至串口屏显示模块2上，并利用设定阈值给出参考故障点位置。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改型和改变。因此，本发明覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (9)
1.一种智能化电缆检测装置，其包括：数字信号处理控制单元(1)、串口屏显示模块(2)、可编程逻辑电路控制单元(3)、时钟缓冲单元(4)、低压脉冲产生单元(5)、高速模数转换模块(6)、脉冲信号预处理模块(7)；所述的低压脉冲产生单元(5)具有开关管(8)、剩余电流吸收电路(9)、处理器(10)、电源(11)；所述的剩余电流吸收电路(9)维持开关管(8)漏源电压小于击穿电压，开关管(8)关断后，漏级电压增高，二极管导通，剩余电流吸收电路(9)工作；其特征在于：将待测电缆接入脉冲信号预处理模块(7)，操作人员通过串口显示模块(2)输入此次测量相关参数，给设备下达检测指令后，设备通过低压脉冲产生单元(5)产生驱动信号，可编程逻辑电路控制单元(3)开始存储采样数据，该次采样完毕后，数字信号处理控制单元(1)读取采样结果，并将波形显示至串口屏显示模块(2)上，并利用设定阈值给出参考故障点位置。
2.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：数字信号处理控制单元(1)由数字信号处理器(10)及外围电路构成，所述的数字信号处理控制单元(1)用于信号的处理及电路逻辑控制。
3.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：所述的串口屏显示模块(2)为串口触摸屏，所述的串口触摸屏具有人机界面，并且所述的串口触摸屏能够显示相关波形，是设备检测相关参数输入接口，支持触屏输入。
4.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：所述的可编程逻辑电路控制单元(3)用于采样信号的缓存，为低压脉冲单元提供窄脉冲控制信号，并为时钟缓冲器提供稳定的参考时钟。
5.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：高速交替采样单元使用时钟驱动，需使用时钟缓冲单元(4)分配稳定时钟。
6.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：根据检测需求，所述的低压脉冲产生单元(5)输出一定功率一定脉宽的脉冲信号。
7.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：所述的高速模数转换模块(6)包括高速数字转换器及信号调理电路，将外部输入信号转换为可编程逻辑电路能够识别的电平信号。
8.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：针对低压脉冲法存在动态幅值过大的问题，所述的脉冲信号预处理模块(7)在信号进入采样单元前进行信号处理。
9.如权利要求1所述的智能化电缆检测装置，其特征在于：所述的击穿电压为60V。
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