CN113625102A - 电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质。该方法包括：对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。由于峭度可以衡量第一缺陷定位曲线的凸起程度，将峭度视为一个权重，通过峭度曲线对第一缺陷定位曲线进行优化，增强了缺陷位置处的阻抗幅值，削弱了其他正常位置处的阻抗幅值，使得缺陷位置处的阻抗幅值远高于其他位置点，因此通过第二缺陷定位曲线可以准确有效地确定被测电缆存在缺陷的位置。
Description
技术领域
本申请涉及配电网缺陷定位技术领域，特别是涉及一种电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
近年来，城市用电量快速增长，新增配电线路不断增加，配电电缆不仅要应对自身负荷增长的挑战，还要受到包括高温、机械拉力、化学腐蚀等侵袭；在此条件下，电缆的化学成分和物理形态可能发生变化。在长期运行过程中更容易导致配电电缆局部发生缺陷，甚至发生火灾等重大事故，因此，需要对配电电缆的信号传输和反射的电气状态进行检测。
相关技术中，使用时域反射法(Time-Domain Reflectometry，TDR)来检测被测电缆的信号传输和反射的电气状态。具体地，向被测电缆的一端发送一段低压脉冲信号，发送的低压脉冲信号沿着被电缆进行传播，低压脉冲信号在遇到缺陷点时，会产生一个反射脉冲，该反射脉冲沿着被测电缆传回至测量端。
然而，相关技术在检测电缆缺陷的过程中存在缺陷点定位精度低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高被测电缆的缺陷点定位精度的电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
第一方面，提供了一种电缆缺陷定位方法，该方法包括：
对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；
根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；
基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
在其中一个实施例中，根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线，包括：
按照预设步长将被测电缆划分为多个处理段；
从第一缺陷定位曲线中提取各处理段的峭度值，第一缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置；
根据各处理段的峭度值，绘制峭度曲线。
在其中一个实施例中，从第一缺陷定位曲线中提取各处理段的峭度值，包括：
获取第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值和阻抗幅值方差；
根据第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值和阻抗幅值均值，确定各采样位置点的阻抗偏差值；
将各采样位置点的阻抗偏差值和阻抗幅值方差之间的比值，确定为各处理段的峭度值；每个处理段包括一个采样位置点。
在其中一个实施例中，每个处理段包括一个采样位置点，基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线，包括：
基于峭度曲线中各处理段的峭度值，若处理段的峭度值小于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若处理段的峭度值为大于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段的阻抗幅值进行降幅处理；
根据调幅处理后各处理段的阻抗幅值，绘制第二缺陷定位曲线。
在其中一个实施例中，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线，包括：
通过快速傅里叶变换，将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图；
根据扫频信号在被测电缆中的传播速度和第三缺陷定位图，确定被测电缆的第一缺陷定位曲线；扫频信号为对被测电缆进行缺陷检测的信号。
在其中一个实施例中，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理之前，方法还包括：
向被测电缆首端输入扫频信号，基于扫频信号预设的测试频率范围，通过矢量网络分析仪测试被测电缆各采样位置点的阻抗；
根据各采样位置点的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图，阻抗频谱图用于指示被测电缆的阻抗幅值和测试频率之间的对应关系。
在其中一个实施例中，根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置，包括：
根据第二缺陷定位曲线中目标峰值点的横坐标，确定被测电缆存在缺陷的位置；
其中，第二缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置；目标峰值点为第二缺陷定位曲线中去除首端峰值点和末端峰值点后的至少一个峰值点。
第二方面，提供了一种电缆缺陷定位装置，该装置包括：
变换模块，用于对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；
峭度提取模块，用于根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；
调幅模块，用于基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
定位模块，用于根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面中任一项电缆缺陷定位方法的步骤。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项电缆缺陷定位方法的步骤。
上述电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，由于峭度可以衡量第一缺陷定位曲线的凸起程度，并在一定程度上反映易误判点大小，所以，峭度曲线可以忽略第一缺陷定位曲线中的一些凸起，减少易误判点；进一步地，将峭度视为一个权重对第一缺陷定位曲线进行优化处理，增强了缺陷位置处的阻抗幅值，削弱了其他正常位置处的阻抗幅值，使得缺陷位置处的阻抗幅值远高于其他位置点。如此，通过肉眼即可在第二定位曲线中观测到发生缺陷的位置，提升了电缆缺陷的定位效率及定位精度。
附图说明
图1为一个实施例中电缆缺陷定位方法的应用环境图；
图2为一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图3为一个实施例中获取阻抗频谱图的流程示意图；
图4为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图5为一个实施例中第一缺陷定位曲线的示意图；
图6为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图7为一个实施例中峭度曲线的示意图；
图8为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图9为一个实施例中第二缺陷定位曲线的示意图；
图10为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
图11为一个实施例中电缆缺陷定位装置的结构框图；
图12为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
随着国家科技的发展，电能的需求量越来越大，而且人们关于电力供应的要求也不再是仅仅有电可用，而是希望日常用电能够稳定，减少出现停电事故的次数。在电能传输上，配电电缆是应用极为广泛的电能传输工具，其设计寿命较长。然而早期配网电缆安装质量管控不足、运行通道环境恶劣、运检技术手段单一，大部分配电网中电缆缆线路已产生明显绝缘老化及性能劣化，配电电缆故障率和缺陷隐患数量长期居高不下，再加上各种外界不利因素，比如局部过热、局部破损、局部放电等等，电缆的实际使用寿命会大幅缩短，如果不及时排查并更换存在缺陷的电缆段，则可能会造成大面积停电事故。
随着电缆的使用量和使用时间增加，配电网发生的电缆类故障在总故障中所占比例已超过50％，配电电缆故障已成为影响配电网供电可靠性的重要问题之一。配电电缆一旦发生故障，一方面运行单位要投入较多的人力和物力开展维修，增加了电网运行成本；另一方面将影响企业和居民用户供电，造成较大的社会影响，因此保障配电电缆安全运行至关重要。然而，电缆永久性故障的发生往往开始于局部潜伏性缺陷，电缆局部缺陷若得不到及时有效的排除，将对配电网的安全与稳定构成严重的威胁。因此，实现电缆局部潜伏性缺陷的诊断和定位具有重要意义。
因此，为了保证电缆的运行状态稳定，电网公司需要定期派出检修人员对相应电缆段进行故障排查。然而一根电缆可长达数公里，单纯依靠人力检查会浪费大量时间和资金。此外，人力检查电缆只适用于有明显缺陷的故障。然而诸如轻度老化、受潮等潜伏性缺陷，则难以通过人工检修方式发现。于是，各种电缆缺陷检测手段得以运用，有断裂伸长率法、局部放电检测法、时域信号反射法等等。
然而，在实际运用中，断裂伸长率法、局部放电检测法和时域信号反射法都有其固有缺陷。其中，断裂伸长率是一种机械检测方式，即对电缆进行抗张力试验使其断裂，再计算破坏后的伸长部分与原始长度的比值，并以此判断电缆是否失效，很明显这种方法会对电缆造成损伤；局部放电检测法则是根据电缆破损段在运行时会放电的原理来对故障进行定位，然而放电信号一般比较微弱，再加上周围环境的电磁干扰，要准确测量放电信号的位置极为困难；时域信号反射法则是对电缆注入一个阶跃信号或脉冲信号，由于缺陷段特征阻抗与正常段不同，信号在故障处会发生反射，在入射端检测到反射信号后，根据入射信号和反射信号的时间差得到故障位置，但是反射信号存在衰减，该方法需要反射信号幅值较大，适用于开路或短路这种极端故障检测，对潜伏性的故障则不易检测到明显的反射信号。
因为上述三种方法的缺陷，一种对电缆无损伤的信号反射检测方法——频域反射法，得以运用于电缆缺陷定位中。频域信号反射法是对时域信号反射法的一种改进，研究领域从时间域变为频率域，将不易在时间域发现的缺陷信息放大，从而在频域内发现，最后通过算法转化为缺陷定位曲线。
阻抗频谱图是频域反射法的一种，该方法简要原理为：对被测电缆的首端输入一个扫频信号，测量在不同频率下电缆首端的阻抗，形成阻抗频谱图。当电缆中存在缺陷时，缺陷段的传播系数以及特征阻抗发生变化，且受频率影响，所以，在对阻抗频谱图变换处理后，可以得到包含缺陷位置信息的缺陷定位曲线。
进一步地，本申请在应用频域反射法对电缆进行缺陷检测时，考虑到现场应用阻抗频谱图检测电缆的特征阻抗时，由于外界电磁环境的干扰，最终获取的缺陷定位曲线中常常存在引起误判的干扰因素，即误认为正常位置处存在缺陷，这将导致不必要的人力和资金的浪费，因此，需要进行阻抗频谱图定位准确性的改善性研究，减少因外界干扰引起的缺陷误判点，以提升电缆缺陷的定位效率及定位精度。
基于此，本申请实施例提供了一种电缆缺陷定位方法、装置、计算机设备和存储介质，解决了现有电缆缺陷定位方法由于外界环境因素干扰，定位结果准确性较低等技术问题。下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
本申请提供的电缆缺陷定位方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，矢量网络分析仪110与计算机设备120进行通信，通信方式可以为有线通信或者无线通信。
矢量网络分析仪110是一种电磁波能量的测试设备，既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。在本申请实施例中，矢量网络分析仪110用于测量被测电缆的阻抗，对阻抗进行处理后生成阻抗频谱图。
需要说明的是，上述矢量网络分析仪也可以替换为阻抗分析仪，本申请实施例对此不做限制。
计算机设备120用于获取被测电缆的阻抗频谱图，对阻抗频谱图进行变换处理，以得到被测电缆的第一缺陷定位曲线，并根据峭度特征对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线，第二缺陷定位曲线可以准确有效地定位被测电缆存在缺陷的位置。
也即是，本申请提供的电缆缺陷定位方法可以应用于计算机设备120中。该计算机设备包括但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种电缆缺陷定位方法，以该方法应用于图1中的计算机设备120为例进行说明，该方法包括以下步骤：
步骤210：对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线。
其中，阻抗频谱图包括阻抗幅值谱和阻抗相位谱，阻抗幅值谱是阻抗幅值信号随被测电缆首端输入的测试频率变化的曲线图；阻抗相位谱图是阻抗相位信号随被测电缆首端输入的测试频率变化的曲线图。
需要说明的是，本申请的阻抗频谱图为阻抗幅值谱。也即是，本申请是对阻抗幅值谱进行变换处理，得到的缺陷定位曲线。但在具体实施时，也可以对也阻抗相位谱进行变换处理，得到缺陷定位曲线，本申请对此不做限制，只需对阻抗频谱图进行变换处理，得到可以反映被测电缆各位置点阻抗幅值的缺陷定位曲线即可。
在一种可能的实现方式中，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，可以将被测电缆在各测试频率下的阻抗幅值从频域表现形式，转变为空间域表现形式，得到的第一缺陷定位曲线可以反映被测电缆各采样位置点的阻抗幅值。
步骤220：根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线。
其中，峭度是一无量纲参数，反映随机变量分布特性的数值统计量，是归一化4阶中心矩。因为对冲激信号敏感这一特点，峭度已广泛适用于机械表面损伤故障诊断、电力设备局放诊断等。本申请实施例利用峭度的这一特征，将峭度分析运用到频域反射法定位电缆缺陷中。
在一种可能实现方式中，对第一缺陷定位曲线进行峭度分析，根据被测电缆各采样位置点提取的峭度值生成峭度曲线，峭度曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置。
需要说明的是，峭度值表示被测电缆中缺陷形成的大幅值脉冲出现的概率。为了将脉冲响应与背景噪声的差距拉大以提高信噪比，峭度值取脉冲响应幅值的4次方为判断依据。
步骤230：基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线。
由于峭度曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置，第一缺点定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置，因此，在一种可能的实现方式中，可以依据各采样位置点，将峭度曲线和第一缺陷定位曲线进行叠加处理，得到第二缺陷定位曲线。
在另一种可能的实现方式中，步骤230的实现过程还可以为：根据峭度曲线中各采样位置点的峭度值，对第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值进行增幅处理或者降幅处理，得到第二缺陷定位曲线。
步骤240：根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
其中，第二缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置，纵坐标表示经过峭度处理后各采样位置点的阻抗幅值。
需要说明的是，正常配电电缆的特征阻抗是恒定的，大约为50欧姆，若电缆某一位置发生破损等缺陷时，此处的特征阻抗会发生变化，比如，从50欧姆变为47欧姆。
也即是，在存在缺陷的位置处，阻抗幅值远高于正常位置点的阻抗幅值，第二缺陷定位曲线中阻抗幅值“畸变点”对应的采样位置点即为被测电缆存在缺陷的位置。
本实施例中，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，一方面，由于峭度可以衡量第一缺陷定位曲线的凸起程度，并在一定程度上反映易误判点大小，所以，峭度曲线可以忽略第一缺陷定位曲线中的一些凸起，减少易误判点；另一方面，将峭度视为一个权重对第一缺陷定位曲线进行优化处理，增强了缺陷位置处的阻抗幅值，削弱了其他正常位置处的阻抗幅值，使得缺陷位置处的阻抗幅值远高于其他位置点。如此，通过肉眼即可在第二定位曲线中观测到发生缺陷的位置，提升了电缆缺陷的定位效率及定位精度。
在一个实施例中，如图3所示，本申请提供了一种阻抗频谱图的获取方法，以该方法通过上述图1中的矢量网络分析仪110和计算机设备120交互来作为示例进行说明，包括以下步骤：
步骤310：向被测电缆首端输入扫频信号，基于扫频信号预设的测试频率范围，通过矢量网络分析仪测试被测电缆各采样位置点的阻抗。
具体实施时，先将矢量网络分析仪接通电源，将外壳接地，然后将矢量网络分析仪的测量通道通过导线连接到被测电缆的首端，连接完毕之后，打开矢量网络分析仪的电源，并将矢量网络分析仪调试到预设的测试频率之下，此时矢量网络分析仪会通过导线向被测电缆首端注入扫频信号，测试得到该电缆的各采样位置点的特征阻抗。
需要说明的是，在首端输入扫频信号得到的阻抗频谱图可以反映整条被测电缆的阻抗变化情况，然而，输入扫频信号的点也可以为被测电缆上的其他位置点，本申请对此不做限制。
作为一个示例，扫频信号可以为频率在一定范围内周期变化的等幅信号，扫频信号预设的测试频率范围可以为0.1Hz-10GHz，比如，测试频率可以为300MHz、500MHz、800MHz、1GHz等。
其中，向被测电缆输入的扫频信号是施加到电缆绝缘导体与屏蔽层之间或施加到多芯电缆导体之间。被测电缆为空载状态、输出短路状态或带负载状态。
在一种可能的实现方式中，矢量网络分析仪还可以通过局域网络连接在计算机设备上，当测试完成之后，计算机设备会自动读取矢量网络分析仪测试的特征阻抗，并将特征阻抗保存在本地以便干后续进行分析。
计算机设备在读取到被测电缆各采样位置点的特征阻抗之后，可以进行筛选，筛除掉由于接触故障或传输过程中造成数据损失而出现明显错误的特征阻抗，并发出重新测试的指令。矢量网络分析仪接收到重新测试的指令后，对被测电缆再次进行测试，直至得到未出现明显错误的阻抗。
步骤320：根据各采样位置点的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图，阻抗频谱图用于指示被测电缆的阻抗幅值和测试频率之间的对应关系。
在一种可能的实现方式中，矢量网络分析仪或者计算机设备根据被测电缆的阻抗变化情况，确定各采样位置点阻抗幅值；根据扫频信号的测试频率和各位置点的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图。
进一步地，还可以对各位置点的阻抗幅值进行归一化处理，根据归一化处理后的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图。
其中，阻抗频谱图的横坐标表示输入至被测电缆首端的测试频率，纵坐标表示各测试频率下被测电缆首端的阻抗幅值，也即是，阻抗频谱图为被测电缆的阻抗幅值随测试频率而衰减的曲线。
本实施例中，通过矢量网络分析仪向被测电缆首端输入扫频信号，基于扫频信号预设的测试频率范围，获取各测试频率下被测电缆首端的阻抗幅值，以绘制被测电缆的阻抗频谱图。通过矢量网络分析仪可以测试阻抗的同时，自动生成并显示被测电缆的阻抗频谱图。也即是，通过矢量网络分析仪可以快速有效地获得被测电缆的阻抗频谱图。
在一个实施例中，如图4所示，对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线(上述步骤210)的实现过程，包括以下步骤：
步骤410：通过快速傅里叶变换，将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图。
由于阻抗频谱图对于电缆自身特性变化不够敏感，缺陷位置处和正常位置处的阻抗幅值区别并不显著，且阻抗频谱图无法直观反映被测电缆的缺陷位置，因此，需要通过一定数据处理方法将阻抗频谱图从“频率关系”转换为“空间关系”可以对电缆缺陷位置进行有效识别及定位。
在一种可能的实现方式中，计算机设备在获取阻抗频谱图后，可以通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图。
步骤420：根据扫频信号在被测电缆中的传播速度和第三缺陷定位图，确定被测电缆的第一缺陷定位曲线；扫频信号为对被测电缆进行缺陷检测的信号。
需要说明的是，时域的第三缺陷定位图无法直接反映存在缺陷的位置，因此，需要将自变量时间变为被测电缆的采样位置。
作为一个示例，变换公式如下式(1)所示：
上式中，x为被测电缆的采样位置，也即是被测电缆上各采样位置点与被测电缆首端之间的电缆长度，v为扫频信号在被测电缆中的传播速度。
通过上述公式(1)改变第三缺陷定位图的自变量，即可得到自变量为被测电缆长度的第一缺陷定位曲线。
本实施例中，通过快速傅里叶变换将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图，进一步地，将自变量时间变为被测电缆的采样位置，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线。如此，处理后得到的第一缺陷定位曲线可以反映被测电缆各采样位置点的阻抗幅值，第一缺陷定位曲线中去除首端峰值点和末端峰值点后的峰值点即为存在缺陷的位置点。
基于上述任一实施例，在基于傅里叶变换进行的阻抗频谱图分析方法定位缺陷曲线中，未存在缺陷的地方会有“误判点”出现，易混淆对缺陷处的判断。此外，基于被测电缆首端的阻抗频谱图得到的定位曲线两端通常有高于缺陷处幅值的“屏蔽带”出现，会影响对缺陷处的判断。为了减少“误判点”，本申请根据峭度特征对第一缺陷定位曲线进行优化处理，以提高电缆缺陷的定位效率及定位精度。
作为一个示例，参见图5，图5为本申请提供的一种第一缺陷定位曲线的示意图，也即是，未经过峭度处理的第一缺陷定位曲线。
假设被测电缆为一条长度为1444m，缺陷位置在730m处的在运10kV配电电缆。则从图5中可以看出，计算机设备计算得到的第一缺陷定位曲线中定位得到的缺陷位于734.9m处，定位得到的电缆长度为1443.6m，与实际长度几乎一致。
然而，图5中缺陷位置734.9m处峰值较宽且不明显，同时在其他位置也有许多峰值点，其他位置的峰值点极易被定位为缺陷位置，从而造成误判。
因此，基于本申请提供的根据峭度特征对第一缺陷定位曲线进行优化技术构思，接下来，结合附图对确定峭度曲线和第二缺陷曲线的过程进行解释说明。
在一个实施例中，如图6所示，根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线(上述步骤220)的实现过程，包括以下步骤：
步骤610：按照预设步长将第一缺陷定位曲线划分为多个处理段。
需要说明的是，矢量网络分析仪和阻抗分析仪的采样点数是固定的，因此，对被测电缆测试得到的特征阻抗所对应的采样位置点是有限的，在通过对阻抗频谱进行变换处理并绘制第一缺陷定位曲线时，是基于采样位置点和对应的阻抗幅值的对应关系，确定第一缺陷定位曲线中的点，将这些点用平滑的曲线连起来，形成的第一缺陷定位曲线。
作为一个示例，若矢量网络分析仪可以采集1万个点的阻抗值，则不论被测电缆的长度为多少，矢量网络分析仪总是基于设置的1万个点，均匀地在被测电缆上确定1万个采样位置点，获取这些位置点的阻抗，以生成阻抗频谱图。
基于此，在进行峭度特征提取前，需要先对第一缺陷定位曲线进行分段处理，得到n个处理段，n为矢量网络分析仪固定的采样点数。
其中，每个处理段包括一个采样位置点，该采样位置点的阻抗幅值是基于测量结果确定的，而该处理段内的其他采样位置点对应的阻抗幅值是由绘制第一缺陷定位曲线时，连接不同采样位置点的曲线形成的。
在上述步骤610中，预设步长可以为任意正数，本申请对此不做限制。作为一个示例，预设步长是根据被测电缆长度与矢量网络分析仪固定采样点数的比值确定的一个常数。
步骤620：从第一缺陷定位曲线中提取各处理段的峭度值，第一缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置。
其中，峭度是一无量纲参数，反映随机变量分布特性的数值统计量，是归一化4阶中心矩。
在一种可能的实现方式中，步骤620的实现过程可以为：获取第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值和阻抗幅值方差；根据第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值和阻抗幅值均值，确定各采样位置点的阻抗偏差值；将各采样位置点的阻抗偏差值和阻抗幅值方差之间的比值，确定为各处理段的峭度值，每个处理段包括一个采样位置点。
作为一个示例，在一个处理段只包括一个采样位置点的情况下，将第一定位曲线分为n个处理段后，可以通过下述公式(2)确定每一个处理段的峭度值。
在上式中，K表示峭度值，f(K,ni)表示ni段的峭度值，Z(α,ni)表示ni段中的采样位置点所对应的阻抗幅值，μx为第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值，σx为第一缺陷定位曲线的阻抗幅值方差。
此外，还需要说明的是，当被测电缆较短，即矢量网络分析仪的采样点数大于分段数时，一个处理段可能会包括多个采样位置点。
作为另一个示例，在一个处理段包括多个采样位置点的情况下，将第一定位曲线分为n个处理段后，可以通过下述公式(3)确定每一个处理段的峭度值。
在上式中，K表示峭度值，f(K,ni)表示ni段的峭度值，Z(α,ni)表示ni段中的采样位置点所对应的阻抗幅值，M为每个处理段包括的采样位置点数目，μx为第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值，σx为第一缺陷定位曲线的阻抗幅值方差。
步骤630：根据各处理段的峭度值，绘制峭度曲线
作为一个示例，参见图7，图7为本申请提供的一种峭度曲线的示意图。
从图7中可以看出，被测电缆的首端、末端及缺陷位置处的峭度值明显大于被测电缆其他位置的峭度值，这是因为扫频信号在被测电缆的首端、末端及缺陷位置都发生了折反射，反映在第一缺陷定位曲线中即为阻抗幅值“畸变点”。
本实施例中，将第一缺陷定位曲线划分为多个处理段，并对每个处理段提取峭度特征，并根据各处理段的峭度值绘制峭度曲线。由于峭度可以衡量第一缺陷定位曲线的凸起程度，并在一定程度上反映易误判点大小，所以，峭度曲线可以忽略第一缺陷定位曲线中的一些正常位置处的凸起，减少易误判点。且峭度曲线中缺陷位置处的峰值高于正常位置处，与正常位置处的峰值形成明显区别，便于观察。
在一个实施例中，如图8所示，基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线(上述步骤230)的实现过程，包括以下步骤：
步骤810：基于峭度曲线中各处理段的峭度值，若处理段的峭度值小于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若处理段的峭度值大于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段的阻抗幅值进行降幅处理。
若每个处理段只包括一个采样位置点，则在一种可能的实现方式中，步骤810的实现过程可以为：根据峭度曲线中各处理段的峭度值，若某一个处理段的峭度值小于该处理段所包括的采样位置点的阻抗幅值，则将该峭度值与采样位置点处的阻抗幅值相乘，根据相乘结果在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若某一个处理段的峭度值大于该处理段所包括的采样位置点的阻抗幅值，则将该峭度值与采样位置点处的阻抗幅值相乘，根据相乘结果在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行降幅处理，如此，得到各个处理段所包括的采样位置点的阻抗幅值。
若每个处理段包括多个采样位置点，则在一种可能的实现方式中，步骤810的实现过程可以为：基于被测电缆上的采样位置点，将峭度曲线和第一缺陷定位曲线进行相乘，以对各个处理段进行调幅处理。
步骤820：根据调幅处理后各处理段的阻抗幅值，绘制第二缺陷定位曲线。
其中，若每个处理段只包括一个采样位置点，则在第一缺陷定位曲线上对处理段包括的采样点进行调幅处理后，基于调幅处理后各采样位置点的阻抗幅值，用平滑的曲线连接多个(采样位置点，阻抗幅值)点，以绘制第二缺陷定位曲线。若每个处理段包括多个采样位置点，则根据峭度曲线和第一缺陷定位曲线的相乘结果，直接可以得到第二缺陷定位曲线。
作为一个示例，参见图9，图9为本申请提供的一种第二缺陷定位曲线的示意图。图9中(a)表示第二缺陷定位曲线，图(b)是从第二缺陷定位曲线中截取的缺陷位置附近的定位图并放大后的对比图。
从图9中可以看出，第二缺陷定位曲线(经过峭度处理)和第一缺陷定位曲线(未经峭度处理)相比，除缺陷位置外，其他位置的峰值在第二缺陷定位图中几乎无法观察到，大大提升了定位效率，减少了可能的误判点。
本实施例中，通过峭度曲线对第一定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线。也即是，将峭度视为一个权重对第一缺陷定位曲线进行优化处理，增强了缺陷位置处的阻抗幅值，削弱了其他正常位置处的阻抗幅值，使得缺陷位置处的阻抗幅值远高于其他位置点。如此，通过肉眼即可在第二定位曲线中观测到发生缺陷的位置，提升了电缆缺陷的定位效率及定位精度。
基于上述任一实施例，在一个实施例中，根据峭度处理后的第二缺陷定位曲线确定被测电缆缺陷位置的实现过程可以为：根据第二缺陷定位曲线中目标峰值点的横坐标，确定被测电缆存在缺陷的位置，其中，第二缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置；目标峰值点为第二缺陷定位曲线中去除首端峰值点和末端峰值点后的至少一个峰值点。
需要说明的是，第二定位曲线的首端和末端是开口状态，因此会存在阻抗幅值峰值点，但并不一定表示首端和末端存在缺陷，所以，在定位缺陷位置时，需要在去除首端峰值点和末端峰值点后，从其他采样位置点所对应的阻抗幅值中确定存在缺陷的位置。
作为一个示例，参见图9中(a)，在第二缺陷定位曲线中，可以清楚地观测到存在缺陷的位置，即被测电缆距离首端743.9米的位置处存在缺陷。
本实施例中，由于第二缺陷定位曲线是经过峭度处理后的曲线，除被测电缆首端和末端以外，第二缺陷定位曲线中缺陷位置处的阻抗幅值更明显，其他正常位置处的阻抗幅值几乎可以忽略，如此，通过肉眼即可在第二定位曲线中观测到发生缺陷的位置，提升了电缆缺陷的定位效率及定位精度。
基于以上示出的电缆缺陷定位方法的实施例，在一个实施例中，如图10所示，提供了另一种电缆缺陷定位方法，该方法包括以下步骤：
步骤1002：向被测电缆首端输入扫频信号，基于扫频信号预设的测试频率范围，通过矢量网络分析仪测试被测电缆各采样位置点的阻抗；
步骤1004：根据各采样位置点的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图；
步骤1006：通过快速傅里叶变换，将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图；
步骤1008：根据扫频信号在被测电缆中的传播速度和第三缺陷定位图，确定被测电缆的第一缺陷定位曲线；
步骤1110：按照预设步长将第一缺陷定位曲线划分为多个处理段；
步骤1112：获取第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值和阻抗幅值方差；
步骤1114：根据第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值和阻抗幅值均值，确定各采样位置点的阻抗偏差值；
步骤1116：将各采样位置点的阻抗偏差值和阻抗幅值方差之间的比值，确定为各处理段的峭度值；
步骤1118：根据各处理段的峭度值，绘制峭度曲线；
步骤1120：基于峭度曲线中各处理段的峭度值，若处理段的峭度值小于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若处理段的峭度值大于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段的阻抗幅值进行降幅处理；
步骤1122：根据调幅处理后各处理段的阻抗幅值，绘制第二缺陷定位曲线；
步骤1124：根据第二缺陷定位曲线中目标峰值点的横坐标，确定被测电缆存在缺陷的位置。
其中，上述步骤的实现原理、实施过程以及达到的技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图2-10的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-10中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图11所示，提供了一种电缆缺陷定位装置，该装置1100包括：变换模块1110、峭度提取模块1120、调幅模块1130和定位模块1140，其中：
变换模块1110，用于对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；
峭度提取模块1120，用于根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；
调幅模块1130，用于基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
定位模块1140，用于根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
在其中一个实施例中，峭度提取模块1120，包括：
划分子单元，用于按照预设步长将被测电缆划分为多个处理段；
提取子单元，用于从第一缺陷定位曲线中提取各处理段的峭度值，第一缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置；
绘制子单元，用于根据各处理段的峭度值，绘制峭度曲线。
在其中一个实施例中，提取子单元，还用于：
获取第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值和阻抗幅值方差；
根据第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值和阻抗幅值均值，确定各采样位置点的阻抗偏差值；
将各采样位置点的阻抗偏差值和阻抗幅值方差之间的比值，确定为各处理段的峭度值；每个处理段包括一个采样位置点。
在其中一个实施例中，调幅模块1130，还用于：
基于峭度曲线中各处理段的峭度值，若处理段的峭度值小于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若处理段的峭度值大于采样位置点的阻抗幅值，则在第一缺陷定位曲线上对处理段的阻抗幅值进行降幅处理；
根据调幅处理后各处理段的阻抗幅值，绘制第二缺陷定位曲线。
在其中一个实施例中，变换模块1110，还用于：
通过快速傅里叶变换，将频域下的阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图；
根据扫频信号在被测电缆中的传播速度和第三缺陷定位图，确定被测电缆的第一缺陷定位曲线；扫频信号为对被测电缆进行缺陷检测的信号。
在其中一个实施例中，该装置1100，还用于：
向被测电缆首端输入扫频信号，基于扫频信号预设的测试频率范围，通过矢量网络分析仪测试被测电缆各采样位置点的阻抗；
根据各采样位置点的阻抗幅值，绘制被测电缆的阻抗频谱图，阻抗频谱图用于指示被测电缆的阻抗幅值和测试频率之间的对应关系。
在其中一个实施例中，定位模块1140，还用于：
根据第二缺陷定位曲线中目标峰值点的横坐标，确定被测电缆存在缺陷的位置；
其中，第二缺陷定位曲线的横坐标表示被测电缆的采样位置；目标峰值点为第二缺陷定位曲线中去除首端峰值点和末端峰值点后的至少一个峰值点。
本实施例中，电缆缺陷定位装置对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，一方面，由于峭度可以衡量第一缺陷定位曲线的凸起程度，并在一定程度上反映易误判点大小，所以，峭度曲线可以忽略第一缺陷定位曲线中的一些凸起，减少易误判点；另一方面，将峭度视为一个权重对第一缺陷定位曲线进行优化处理，增强了缺陷位置处的阻抗幅值，削弱了其他正常位置处的阻抗幅值，使得缺陷位置处的阻抗幅值远高于其他位置点。如此，通过肉眼即可在第二定位曲线中观测到发生缺陷的位置，提升了电缆缺陷的定位效率及定位精度。
关于电缆缺陷定位装置的具体限定可以参见上文中对于电缆缺陷定位方法的限定，在此不再赘述。上述电缆缺陷定位装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电缆缺陷定位方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；
根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；
基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
本实施例提供的计算机设备在实现以上步骤时，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到被测电缆的第一缺陷定位曲线；
根据第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成被测电缆的峭度曲线；
基于被测电缆的峭度曲线，对第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
根据第二缺陷定位曲线，确定被测电缆存在缺陷的位置。
本实施例提供的计算机可读存储介质在实现以上步骤时，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电缆缺陷定位方法，其特征在于，所述方法包括：
对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到所述被测电缆的第一缺陷定位曲线；
根据所述第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成所述被测电缆的峭度曲线；
基于所述被测电缆的峭度曲线，对所述第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
根据所述第二缺陷定位曲线，确定所述被测电缆存在缺陷的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成所述被测电缆的峭度曲线，包括：
按照预设步长将所述被测电缆划分为多个处理段；
从所述第一缺陷定位曲线中提取各所述处理段的峭度值，所述第一缺陷定位曲线的横坐标表示所述被测电缆的采样位置；
根据各所述处理段的峭度值，绘制所述峭度曲线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述第一缺陷定位曲线中提取各所述处理段的峭度值，包括：
获取所述第一缺陷定位曲线的阻抗幅值均值和阻抗幅值方差；
根据所述第一缺陷定位曲线中各采样位置点的阻抗幅值和所述阻抗幅值均值，确定各所述采样位置点的阻抗偏差值；
将各所述采样位置点的阻抗偏差值和所述阻抗幅值方差之间的比值，确定为各所述处理段的峭度值；每个处理段包括一个采样位置点。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，每个处理段包括一个采样位置点，所述基于所述被测电缆的峭度曲线，对所述第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线，包括：
基于所述峭度曲线中各所述处理段的峭度值，若所述处理段的峭度值小于采样位置点的阻抗幅值，则在所述第一缺陷定位曲线上对所述处理段对应的阻抗幅值进行增幅处理；若所述处理段的峭度值大于采样位置点的阻抗幅值，则在所述第一缺陷定位曲线上对所述处理段的阻抗幅值进行降幅处理；
根据所述调幅处理后各所述处理段的阻抗幅值，绘制所述第二缺陷定位曲线。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到所述被测电缆的第一缺陷定位曲线，包括：
通过快速傅里叶变换，将频域下的所述阻抗频谱图转换为时域下的第三缺陷定位图；
根据扫频信号在所述被测电缆中的传播速度和所述第三缺陷定位图，确定所述被测电缆的第一缺陷定位曲线；所述扫频信号为对所述被测电缆进行缺陷检测的信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理之前，所述方法还包括：
向所述被测电缆首端输入所述扫频信号，基于所述扫频信号预设的测试频率范围，通过矢量网络分析仪测试所述被测电缆各采样位置点的阻抗；
根据各所述采样位置点的阻抗幅值，绘制所述被测电缆的阻抗频谱图，所述阻抗频谱图用于指示所述被测电缆的阻抗幅值和所述测试频率之间的对应关系。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二缺陷定位曲线，确定所述被测电缆存在缺陷的位置，包括：
根据所述第二缺陷定位曲线中目标峰值点的横坐标，确定所述被测电缆存在缺陷的位置；
其中，所述第二缺陷定位曲线的横坐标表示所述被测电缆的采样位置；所述目标峰值点为所述第二缺陷定位曲线中去除首端峰值点和末端峰值点后的至少一个峰值点。
8.一种电缆缺陷定位装置，其特征在于，所述装置包括：
变换模块，用于对被测电缆的阻抗频谱图进行变换处理，得到所述被测电缆的第一缺陷定位曲线；
峭度提取模块，用于根据所述第一缺陷定位曲线的峭度特征，生成所述被测电缆的峭度曲线；
调幅模块，用于基于所述被测电缆的峭度曲线，对所述第一缺陷定位曲线进行调幅处理，得到第二缺陷定位曲线；
缺陷定位模块，用于根据所述第二缺陷定位曲线，确定所述被测电缆存在缺陷的位置。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的电缆缺陷定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的电缆缺陷定位方法的步骤。
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2021
- 2021-07-01 CN CN202110749028.5A patent/CN113625102B/zh active Active
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