CN112362976B - 在线实时电缆参数测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线实时电缆参数测试系统，包括电缆采样模块，该电缆采样模块包括电缆电芯连接头和电缆绝缘层连接头，电缆电芯连接头用于连接电缆电芯，电缆绝缘层连接头用于连接同一根电缆的绝缘层，电缆电芯连接头、电缆绝缘层连接头与同一个电容C19的一端连接，电容C19另一端作为电缆采样模块的采样输出端；电缆采样模块的采样输出端连接有LC谐振模块，LC谐振模块连接有对数放大模块；对数放大模块连接有处理器，处理器的锁相环控制端连接有锁相环模块，锁相环模块与LC谐振模块连接。实现在线实时电缆参数测试；不需要人为参与整个测试过程；不需要断电断负载进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及电力电工电缆测试技术领域，具体的说是一种在线实时电缆参数测试系统。
背景技术
电力电工领域中，电缆的制造加工伴随着重要的角色。在电缆制作检测过程中，需要对电缆的相关参数进行检测，并且作为电缆出厂规格的依据和保证。但是由于电缆制作好后，并且在使用过程中，其电缆芯外部均包覆有一层电缆绝缘层，在检测过程中，检测精度低。
现有技术中，常常采用到测试漏电流、绝缘电阻、目视检测等方法进行判断。但是由于外界环境、人为因素、检测点的不同、被检测电缆长度型号的不同等，需要对检测设备进行改变或者更换，并且由于需要利用高压，在测试时需要断电、断开负载设备，测试速度慢且影响生产生活用电。导致电缆检测极为不便，断电检测对用电用户用电造成影响。且每次检测差异大，最终导致检测误差大，使用时无法准确的传输和使用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种在线实时电缆参数测试系统，采用电缆采样模块和LC谐振模块形成电容电感谐振检测电路，并且利用电缆绝缘层作为电容介质，进行测量。检测过程简单，精度高。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种在线实时电缆参数测试系统，其关键技术在于：包括电缆采样模块，该电缆采样模块包括电缆电芯连接头和电缆绝缘层连接头，所述电缆电芯连接头用于连接电缆电芯，所述电缆绝缘层连接头用于连接同一根电缆的绝缘层，所述电缆电芯连接头、电缆绝缘层连接头与同一个电容C19的一端连接，所述电容C19另一端作为所述电缆采样模块的采样输出端；
所述电缆采样模块的采样输出端连接有LC谐振模块，所述LC谐振模块连接有对数放大模块；所述对数放大模块连接有处理器，所述处理器的锁相环控制端连接有锁相环模块，所述锁相环模块与所述LC谐振模块连接。
通过上述设计，提出一种新型检测方法，利用电缆表面绝缘层来等效形成电容介质，并在电缆采样模块内设计一个检测电容，在检测过程中，由于不同厚度、材质的绝缘材料介电常数的不同，则最终电容检测值也随之变化。而当电容不同时谐振电路的谐振点不同，进而可以检测出绝缘材料的介电常数。不需要断电测试是因为在测试过程中不需要向原电路中发射高压信号，而是低功率的高频微波信号，故不影响原电路中设备的正常工作。上述信息采集后，并经信号放大后发送至对应处理器进行远程传输，高效快捷，对用电用户毫无影响。
再进一步的技术方案是，所述LC谐振模块包括电感L1和电容C14，所述电感L1的一端与所述电缆采样模块的采样输出端连接，所述电感L1的另一端与所述电容C14的一端连接，所述电容C14的另一端用于连接接所述对数放大模块，所述电感L1和电容C14公共端用于连接所述锁相环模块。
采用上述方案，上述LC谐振模块中的电感L1和电容C14，同缆采样模块中的电容C19，形成共同谐振电路，电容C14为定值，而电容C19随着绝缘层介电常数的改变而改变。整个谐振模块检测接入电缆后谐振频点。
再进一步的技术方案是，所述对数放大模块包括放大芯片U2，所述放大芯片U2包括放大处理输入端、放大处理输出端、放大处理电源端、放大处理使能端；所述放大芯片U2放大处理输入端与所述电容C14的另一端连接，所述放大芯片U2的放大处理输出端经电阻R5、电容C16后接地，所述电阻R5、电容C16公共端作为所述对数放大模块的放大输出端；所述放大芯片U2的电源端接5V电源，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2与5V电源连接，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2后分别经电容C12、C11后接地。
采用上述方案，对数放大模块将射频信号的对数放大，转换为低频电压信号，传输到数字信号处理模块。
再进一步的，所述处理器的芯片型号是PIC24FJ32GA002T-I/SS；所述处理器的芯片的第二引脚端连接，所述处理器的芯片的第24引脚端、第23引脚端、第17引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端、第18引脚端作为所述处理器的锁相环控制端，用于连接所述锁相环模块；
所述处理器的芯片的第25引脚端经电阻R34后与PNP三极管Q3的基极连接，所述PNP三极管Q3的发射极接3.3V电源，所述PNP三极管Q3的集电极经电阻R15与发光二极管LD1的阳极连接，所述发光二极管LD1的阴极接地。
采用上述方案，处理器将整个系统内各个单元的控制及对外数据传输控制以及最终的数据运算判断，并通过检测到的数据对锁相环模块发出的控制信号进行实时调节，从而控制锁相环模块产生并输出所需频段射频扫描信号，形成闭环调节。
再进一步的技术方案是，所述锁相环模块包括锁相环芯片U1，该锁相环芯片U1的型号是AD9910BSVZ，所述锁相环芯片U1的第14引脚、第70引脚、第69引脚、第68引脚、第67引脚、第59引脚分别与所述处理器芯片的第18引脚、第24引脚端、第23引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端一一对应连接；
所述锁相环芯片U1的第80引脚为所述锁相环模块锁相环输出端，所述锁相环模块锁相环输出端经电容C13与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端用于与所述LC谐振模块中所述电感L1和所述电容C14的公共端连接；所述电阻R4的一端还经电阻R9接地，所述电阻R4的另一端经电阻R10接地。
上述方案中，锁相环模块根据处理器的控制信号，产生所需频段射频扫描信号，从而改变谐振电路在没有采集电缆时的谐振频点。
本发明的有益效果：通过在电线绝缘层外边增加一个导体电极，测试电缆内芯和新增加导体电极之间的电容，此时电缆绝缘层相当于电容内的介质，由于不同绝缘材料的介电常数不同，故测出的电容值不同。通过形成的这个电容和电路中设计的电感、电容形成一个谐振电路，而当电容不同时谐振电路的谐振点不同，进而可以检测出绝缘材料的介电常数。不需要断电测试是因为在测试过程中不需要向原电路中发射高压信号，而是低功率的高频微波信号，故不影响原电路中设备的正常工作。实现在线实时电缆参数测试；不需要人为参与整个测试过程；不需要断电断负载进行测试；
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明电缆采样模块、LC谐振模块、对数放大模块和锁相环模块的电路图；
图3是本发明处理器电路图；
图4是电源模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
从图1和图2可以看出，一种在线实时电缆参数测试系统，包括电缆采样模块1，该电缆采样模块1包括电缆电芯连接头和电缆绝缘层连接头，所述电缆电芯连接头用于连接电缆电芯，所述电缆绝缘层连接头用于连接同一根电缆的绝缘层，所述电缆电芯连接头、电缆绝缘层连接头与同一个电容C19的一端连接，所述电容C19另一端作为所述电缆采样模块1的采样输出端；所述电缆采样模块1的采样输出端连接有LC谐振模块2，所述LC谐振模块2连接有对数放大模块3；所述对数放大模块3连接有处理器4，所述处理器4的锁相环控制端连接有锁相环模块5，所述锁相环模块5与所述LC谐振模块2连接。
在本实施例中，结合图1可以看出，在处理器4上还连接有数据传输模块6。
在本实施例中，参见图2中，电缆电芯连接头经线缆W2连接电缆电芯。电缆绝缘层连接头经线缆W1接电缆绝缘层。由于绝缘层接地，则采用接地符号表示。
在本实施例中，参见图2中部，所述LC谐振模块2包括电感L1和电容C14，所述电感L1的一端与所述电缆采样模块1的采样输出端连接，所述电感L1的另一端与所述电容C14的一端连接，所述电容C14的另一端用于连接接所述对数放大模块3，所述电感L1和电容C14公共端用于连接所述锁相环模块5。
在本实施例中，参见图2，所述对数放大模块3包括放大芯片U2，所述放大芯片U2包括放大处理输入端、放大处理输出端、放大处理电源端、放大处理使能端；
所述放大芯片U2放大处理输入端与所述电容C14的另一端连接，所述放大芯片U2的放大处理输出端经电阻R5、电容C16后接地，所述电阻R5、电容C16公共端作为所述对数放大模块3的放大输出端；
所述放大芯片U2的电源端接5V电源，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2与5V电源连接，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2后分别经电容C12、C11后接地。
在本实施例中，放大芯片U2的型号是AD8310ARMZ。
其中，参见图2和图3，所述处理器4的芯片型号是PIC24FJ32GA002T-I/SS；所述处理器4的芯片的第二引脚端连接，所述处理器4的芯片的第24引脚端、第23引脚端、第17引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端、第18引脚端作为所述处理器4的锁相环控制端，用于连接所述锁相环模块5；所述处理器4的芯片的第25引脚端经电阻R34后与PNP三极管Q3的基极连接，所述PNP三极管Q3的发射极接3.3V电源，所述PNP三极管Q3的集电极经电阻R15与发光二极管LD1的阳极连接，所述发光二极管LD1的阴极接地。
参见图2和图3可以看出，所述锁相环模块5包括锁相环芯片U1，该锁相环芯片U1的型号是AD9910BSVZ，所述锁相环芯片U1的第14引脚、第70引脚、第69引脚、第68引脚、第67引脚、第59引脚分别与所述处理器4芯片的第18引脚、第24引脚端、第23引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端一一对应连接；所述锁相环芯片U1的第80引脚为所述锁相环模块5锁相环输出端，所述锁相环模块5锁相环输出端经电容C13与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端用于与所述LC谐振模块2中所述电感L1和所述电容C14的公共端连接；所述电阻R4的一端还经电阻R9接地，所述电阻R4的另一端经电阻R10接地。
参见图4，在整个系统还设置有电源模块。该电源模块包括220V-5V电源转换模块、5V-3.3V电源转换模块、3.3V-1.8V电源转换模块。
具体的，结合图4，220-5V电源转换模块包括降压芯片XTQ10B-5-W，其输入端接入220V电源，相当于市电。220V-5V降压输出的高压端输出5V电源，20V-5V降压输出的高压端与低压端之间连接有电容C20和电容C21。该220-5V电源转换模块输出的5V电源向5V-3.3V电源转换模块供电、向对数放大模块3的放大芯片U2供电。
结合图4，5V-3.3V电源转换模块包括压降芯片AMS1117-3.3，其中该芯片输入端输入5V电源，输出端输出3.3V电源。该3.3V电源向处理器4供电、向锁相环模块5供电、向3.3V-1.8V电源转换模块供电。
结合图4，3.3V-1.8V电源转换模块包括压降芯片AMS1117-1.8，其中该芯片输入端输入3.3V电源，输出端输出1.8V电源。该1.8V电源向锁相环模块5芯片供电。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种在线实时电缆参数测试系统，其特征在于：包括电缆采样模块（1），该电缆采样模块（1）包括电缆电芯连接头和电缆绝缘层连接头，所述电缆电芯连接头用于连接电缆电芯，所述电缆绝缘层连接头用于连接同一根电缆的绝缘层，绝缘层接地，所述电缆电芯连接头与电容C19的一端连接，所述电容C19另一端作为所述电缆采样模块（1）的采样输出端；
所述电缆采样模块（1）的采样输出端连接有LC谐振模块（2），所述LC谐振模块（2）连接有对数放大模块（3）；所述对数放大模块（3）连接有处理器（4），所述处理器（4）的锁相环控制端连接有锁相环模块（5），所述锁相环模块（5）与所述LC谐振模块（2）连接，形成闭环回路，所述锁相环模块（5）发送低功率的高频微波信号给所述LC谐振模块（2）；
所述LC谐振模块（2）包括电感L1和电容C14，所述电感L1的一端与所述电缆采样模块（1）的采样输出端连接，所述电感L1的另一端与所述电容C14的一端连接，所述电容C14的另一端用于连接接所述对数放大模块（3），所述电感L1和电容C14公共端用于连接所述锁相环模块（5）；
所述对数放大模块包括放大芯片U2，所述放大芯片U2包括放大处理输入端、放大处理输出端、放大处理电源端、放大处理使能端；所述放大芯片U2放大处理输入端与所述电容C14的另一端连接，所述放大芯片U2的放大处理输出端经电阻R5、电容C16后接地，所述电阻R5、电容C16公共端作为所述对数放大模块的放大输出端；
所述处理器的芯片型号是PIC24FJ32GA002T-I/SS；所述处理器的芯片的第二引脚端连接所述电阻R5、电容C16公共端，所述处理器的芯片的第24引脚端、第23引脚端、第17引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端、第18引脚端作为所述处理器的锁相环控制端，用于连接所述锁相环模块；
所述锁相环模块（5）包括锁相环芯片U1，该锁相环芯片U1的型号是AD9910BSVZ，所述锁相环芯片U1的第14引脚、第70引脚、第69引脚、第68引脚、第67引脚、第59引脚分别与所述处理器（4）芯片的第18引脚、第24引脚端、第23引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端一一对应连接；
所述锁相环芯片U1的第80引脚为所述锁相环模块（5）锁相环输出端，所述锁相环模块（5）锁相环输出端经电容C13与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端用于与所述LC谐振模块（2）中所述电感L1和所述电容C14的公共端连接；所述电阻R4的一端还经电阻R9接地，所述电阻R4的另一端经电阻R10接地。
2.根据权利要求1所述的在线实时电缆参数测试系统，其特征在于：所述对数放大模块（3）包括放大芯片U2，所述放大芯片U2包括放大处理输入端、放大处理输出端、放大处理电源端、放大处理使能端；
所述放大芯片U2放大处理输入端与所述电容C14的另一端连接，所述放大芯片U2的放大处理输出端经电阻R5、电容C16后接地，所述电阻R5、电容C16公共端作为所述对数放大模块（3）的放大输出端；
所述放大芯片U2的电源端接5V电源，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2与5V电源连接，所述放大芯片U2的放大处理使能端经电阻R2后分别经电容C12、C11后接地。
3.根据权利要求2所述的在线实时电缆参数测试系统，其特征在于：所述处理器（4）的芯片型号是PIC24FJ32GA002T-I/SS；所述处理器（4）的芯片的第二引脚端连接，所述处理器（4）的芯片的第24引脚端、第23引脚端、第17引脚端、第6引脚端、第7引脚端、第3引脚端、第18引脚端作为所述处理器（4）的锁相环控制端，用于连接所述锁相环模块（5）；
所述处理器（4）的芯片的第25引脚端经电阻R34后与PNP三极管Q3的基极连接，所述PNP三极管Q3的发射极接3.3V电源，所述PNP三极管Q3的集电极经电阻R15与发光二极管LD1的阳极连接，所述发光二极管LD1的阴极接地。
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