CN113740661B - 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：获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，对于被测电阻的阻抗谱图，采用离散傅里叶变换将其转换为时域阻抗幅值图，对于转换后的时域阻抗幅值图，提取阻抗幅值的实部信息生成被测电缆的缺陷定位曲线，可以减少干扰信息。如此，可以从缺陷定位曲线中快速有效地确定被测电缆的缺陷位置，提高了电缆缺陷的定位精度。
Description
技术领域
本申请涉及配电网缺陷定位技术领域，特别是涉及一种电力电缆缺陷定位方法、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，例如，检测配电电缆是否存在缺陷。
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缺陷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：
获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
在其中一个实施例中，基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线，包括：
根据扫频信号在预设的多个采样时刻的传播速度，确定各采样时刻对应的采样位置点；扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
基于时域阻抗幅值图中的实部信息，确定各采样时刻的阻抗幅值；
根据各采样时刻对应的采样位置点和各采样时刻的阻抗幅值，生成被测电缆的缺陷定位曲线。
在其中一个实施例中，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图，包括：
对阻抗谱图中各测试频率对应的阻抗幅值进行叠加处理，得到被测电缆的总阻抗幅值；
根据总阻抗幅值和各测试频率之间的间隔，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图。
在其中一个实施例中，从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置，包括：
根据缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定被测电缆的缺陷位置；目标采样位置点为缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点。
在其中一个实施例中，获取被测电缆的阻抗谱图，包括：
向被测电缆的测试端输入扫频信号，扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
基于扫频信号预设的多个测试频率，获取被测电缆的阻抗谱图，阻抗谱图用于表征多个测试频率对应的测试端的阻抗幅值。
在其中一个实施例中，基于扫频信号预设的多个测试频率，获取被测电缆的阻抗谱图，包括：
通过网络分析仪测量被测电缆的测试端在多个测试频率下的反射系数；
根据测试端的反射系数，确定被测电缆在各测试频率下的测试端阻抗；
根据各测试频率和各测试端阻抗，绘制阻抗谱图。
在其中一个实施例中，阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图。
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，用于获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
绘图模块，基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
缺陷定位模块，用于从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
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，获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，由于阻抗谱图无法反映被测电缆的缺陷位置，且实际获取的阻抗谱图为离散的数据点，并非连续的曲线，因此，本申请采用离散傅里叶变换将阻抗谱图转换为时域阻抗幅值图。进一步地，考虑到离散傅里叶变换公式在计算时引入虚部信息，，因此，对于转换后的时域阻抗幅值图，根据提取的阻抗幅值的实部信息生成被测电缆的缺陷定位曲线。如此，可以减少干扰信息，进而从缺陷定位曲线中快速有效地确定被测电缆的缺陷位置，提高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为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的流程示意图；
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为一个实施例中获取阻抗频谱图的流程示意图；
图6为一个实施例中被测电缆的阻抗谱图；
图7为一个实施例中缺陷定位曲线的示意图；
图8为另一个实施例中电缆缺陷定位方法的的流程示意图；
图9为一个实施例中电缆缺陷定位装置的结构框图；
图10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。
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：对被测电缆的测试端输入一个扫频信号，对不同测试频率下电缆测试端的阻抗，形成阻抗谱图。当电缆中存在缺陷时，缺陷段的反射系数以及阻抗会发生变化，且受频率影响，所以，通过对阻抗谱图进行变换处理即可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谱图检测电缆的测试端阻抗时，受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，缺陷点定位精度低等技术问题。下面将结合附图对本申请提出的电缆缺陷定位方法进行详细的说明。
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测试端阻抗，并生成阻抗谱图。
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谱图，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，以将频域下的阻抗谱图转换为时域阻抗幅值图，并基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线。
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：获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图。
其中，阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图。
然而，通过阻抗幅值或阻抗相位随测试频率变化的阻抗谱图无法直接得出缺陷信息，因此需要对获取的阻抗谱图进行积分变换，且积分变换的核函数必须包括频率f和采样时刻t两个变量，如此，对频率积分后，可以将频域的阻抗幅值谱和阻抗相位谱变为时域阻抗幅值图，时域阻抗幅值图可以间接的反映被测电缆的缺陷位置。
在一种可能的实现方式中，获取的阻抗谱图近似为幅值衰减的周期函数，可以基于傅里叶变换观察其曲线的特征，而且傅里叶变换包含了时间和频率两个变量，因此，可以通过傅里叶变换将阻抗谱图转变为时域阻抗幅值图。
实际实施中，采集得到的阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图均是离散的数据点，并非连续的曲线，所以，本申请采用离散傅里叶变换对阻抗谱图进行频域到时域的变换处理。
步骤220：基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值。
虽然离散傅里叶变化可以针对阻抗谱图离散的特征，将阻抗谱图从频域转变到时域，但离散傅里叶变换公式在计算时会引入虚部，也即是，通过离散傅里叶变换得到的时域阻抗幅值图中各阻抗幅值为复数。
离散傅里叶变换引入的虚部会成为影响因素，使得计算得到的阻抗幅值中存在噪声，无法准确反映各采样时刻下被测电缆的阻抗变化情况，为保证阻抗谱图变换效果及定位结果的精确度，本申请只取时域阻抗幅值图中各阻抗幅值的实数部分，作为生成缺陷定位曲线的依据。
在一种可能的实现方式中，上述步骤220的实现过程可以为：时域阻抗幅值图表征各采样时间点对应的阻抗幅值，对时域阻抗幅值图中各阻抗幅值，提取其实数部分，根据提取的阻抗幅值实数部分，绘制被测电缆的缺陷定位曲线。
步骤230：从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
其中，缺陷定位曲线横坐标表示被测电缆的采样位置点，纵坐标表示各采样位置点的阻抗幅值。因此被测电缆完好位置处阻抗幅值和缺陷处的阻抗幅值不同，缺陷处阻抗幅值远高于正常位置点的阻抗幅值，所以，根据缺陷定位曲线中的阻抗幅值突变点，可以确定被测电缆的缺陷位置。
上述电缆缺陷定位方法中，计算机设备通过获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，由于阻抗谱图无法反映被测电缆的缺陷位置，且实际获取的阻抗谱图为离散的数据点，并非连续的曲线，因此，本申请采用离散傅里叶变换将阻抗谱图转换为时域阻抗幅值图。进一步地，考虑到离散傅里叶变换公式在计算时引入虚部信息，，因此，对于转换后的时域阻抗幅值图，根据提取的阻抗幅值的实部信息生成被测电缆的缺陷定位曲线。如此，可以减少干扰信息，进而从缺陷定位曲线中快速有效地确定被测电缆的缺陷位置，提高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，在上述实施例的基础上，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图(上述步骤210)的实现过程包括以下步骤：
步骤310：对阻抗谱图中各测试频率对应的阻抗幅值进行叠加处理，得到被测电缆的总阻抗幅值。
需要说明的是，傅立叶原理表明任何连续测量的时序或信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。因此，本申请采离散傅里叶变换也是利用直接测量到的阻抗谱图，以累加方式来计算该阻抗谱图中不同正弦波信号的振幅和相位。
步骤320：根据总阻抗幅值和各测试频率之间的间隔，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图。
在一种可能的实现方式中，在时域阻抗幅值图中，各采样时刻的阻抗幅值可以通过下述公式(1)来计算得到：
上式中，Z(t)为时域阻抗幅值图中各采样时刻对应的阻抗幅值，df为测试频率之间的间隔，m为频率的总点数，Z(fk)为被测电缆的频域的阻抗谱图，t为采样时刻，fk为第k个测试频率。
本实施例中，对获取的阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到的时域阻抗幅值图，时域阻抗幅值图表征各采样时刻对应的阻抗幅值，时域阻抗幅值图可以间接反映被测电缆的缺陷位置。
在一个实施例中，如图4所示，基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线(上述步骤220)的实现过程，包括以下步骤：
步骤410：根据扫频信号在预设的多个采样时刻的传播速度，确定各采样时刻对应的采样位置点；扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测。
需要说明的是，时域阻抗幅值图反映的是各采样时刻对应的阻抗幅值，需要对其进行时域到空间域的转变处理后，才可以确定缺陷位置。也即是，时域阻抗幅值图无法直接反映存在缺陷的位置，需要将自变量时间变为被测电缆的采样位置点。
作为一个示例，变换公式如下式(2)所示：
上式中，x为被测电缆的采样位置点，反映的是被测电缆上各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(2)改变时域阻抗幅值图的自变量，即可确定缺陷定位曲线的横坐标(各采样位置点)。
步骤420：基于时域阻抗幅值图中的实部信息，确定各采样时刻的阻抗幅值。
其中，对时域阻抗幅值图中的实部信息进行提取也即是对上述公式(1)的计算结果取其实部。
作为一个示例，对时域阻抗幅值图中各采样时刻的阻抗幅值的实部信息可以通过下述公式(3)来计算得到：
上式中，Re(x)为取x的实数部分计算，即对于时域阻抗幅值图中的阻抗幅值均取实数部分，舍弃虚数部分，消除离散傅里叶变换引入的虚部信息。
步骤430：根据各采样时刻对应的采样位置点和各采样时刻的阻抗幅值，生成被测电缆的缺陷定位曲线。
其中，缺陷定位曲线的横坐标为被测电缆的长度(具体为被测电缆上各采样位置点)，纵坐标为各采样位置点对应的阻抗幅值。
在本实施例中，由于基于离散傅里叶变换本身的计算方式，变换到时域的阻抗幅值中会引入虚部信息，而虚部信息会影响被测电缆的缺陷位置判断，本申请通过对时域阻抗幅值图进行提取实部信息的方式，提高了缺陷定位曲线中各阻抗幅值的精确度。如此，通过缺陷定位曲线可以直观且准确地确定被测电缆的缺陷位置，提高了电缆缺陷定位的准确性。
基于上述任一实施例，如图5所示，获取阻抗谱图的的过程，包括以下步骤：
步骤510：向被测电缆的测试端输入扫频信号，扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
其中，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。
需要说明的是，测试端可以是被测电缆的首端，也可以是被测电缆的末端，在被测电缆两端输入扫频信号，得到的缺陷定位曲线可以反映整条被测电缆的阻抗变化情况。另外，测试端也可以为为被测电缆上的其他位置点，本申请对此不做限制。
此外，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。
步骤520：基于扫频信号预设的多个测试频率，获取被测电缆的阻抗谱图，阻抗谱图用于表征多个测试频率对应的测试端的阻抗幅值。
在一种可能的实现方式中，通过网络分析仪测量被测电缆的测试端在多个测试频率下的反射系数；根据测试端的反射系数，确定被测电缆在各测试频率下的测试端阻抗；根据各测试频率和各测试端阻抗，绘制阻抗谱图。
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测试端，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的测试端注入扫频信号，测试得到该电缆的测试端阻抗。
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测试端阻抗，并将测试端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测试端阻抗，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。
作为一个示例，假设测试端为被测电缆首端，被测电缆的全长为l，首端阻抗zl如公式(4)所示：
其中，z0是完好电缆的特征阻抗，ΓL是被测电缆末端的传播系数，γ为扫频信号在完好电缆上的反射系数。
若被测电缆在lb和la(均为离末端的距离)两个采样位置点之间存在缺陷时，首端阻抗会发生变化，测试得到的首端阻抗如公式(5)所示：
其中，Γb是被测电缆在lb处的反射系数。
也即是，若被测电缆中存在缺陷，则测试得到的首端阻抗和完好电缆的首端阻抗之间存在差异。因此，可以通过各测试频率下被测电缆的首端阻抗变化情况，确定被测电缆是否存在缺陷。
由于反射系数以及传播系数均与测试频率相关，因此，无论是完好电缆还是缺陷电缆的首端阻抗都是以频率为自变量的。也即是，得到的阻抗谱图的横坐标为输入被测电缆测试端的扫频信号的测试频率。
其中，阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图。阻抗幅值谱图反映的是各测试频率对应的首端阻抗幅值，阻抗相位图反映的是各测试频率对应的首端阻抗相位。进一步地，首端阻抗幅值可以是经过预处理的归一化幅值，本申请对此不做限制。
作为一个示例，如图6所示。以45m长的RG58型号同轴电缆作为测试电缆，在15m处设置热老化缺陷，测量得到的阻抗幅值谱图如图6中(a)所示，测量得到的阻抗相位谱图如图6中(b)所示。
在本实施例中，通过矢量网络分析仪向被测电缆的测试端(首端或末端)输入扫频信号，基于扫频信号预设的多个测试频率，获取各测试频率下被测电缆的测试端阻抗，以绘制被测电缆的阻抗谱图。通过矢量网络分析仪获取测试端阻抗的同时，还可以自动生成并显示被测电缆的阻抗谱图。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谱图。
基于上述任一实施例，在一种可能的实现方式中，获取到被测电缆的缺陷定位曲线后，从缺陷定位曲线中确定被测电缆的缺陷位置的实现过程可以为：根据缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定被测电缆的缺陷位置；目标采样位置点为缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点。
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，形成的缺陷定位曲线。
也即是，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，则生成的缺陷定位曲线上只存在1万个采样位置点，阻抗幅值突变点可能在两个采样位置点之间，则根据目标位置点(阻抗幅值突变点)所处的区间，对该区间对应的电缆进行检修和维护。
在一种可能的实现方式中，为了保证检修的有效性，也可以根据目标采样位置点，确定被测电缆的缺陷段，对该缺陷段进行检修维护。缺陷段可以是基于目标采样位置点向左右各拓展预设长度后的一段被测电缆长度。
作为一个示例，若缺陷定位曲线中目标位置点为(25.12，0.21)，预设长度为5m，则确定的缺陷段为20.12m-30.12m，工作人员需要对被测电缆上与测试端距离为20.12m-30.12m的一段进行检修维护。
另外，缺陷定位曲线的首端和末端是开口状态，因此可能会存在阻抗幅值突变点，但并不一定表示首端和末端存在缺陷，所以，从缺陷定位曲线中定位缺陷位置时，可以去除首端突变点和末端突变点后，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。
参见上述公式(4)，在一种可能的实现方式中，预设阈值为同一类型完好电缆的阻抗幅值。参见上述公式(5)，当电缆存在缺陷时，缺陷位置处的阻抗幅值会发生变化，根据阻抗谱图绘制的缺陷定位曲线中会存在阻抗幅值突变点，该阻抗幅值突变点对应的采样位置点，即为被测电缆存在缺陷的位置。
作为一个示例，如图7所示。同样以45m长的RG58型号同轴电缆作为测试电缆，在15m处设置热老化缺陷，经过离散傅里叶变换并提取实部信息后，根据测试端阻抗的实数部分绘制的缺陷定位曲线。
图7中(a)为根据阻抗幅值谱图确定的缺陷定位曲线，从中可以清楚地观测到阻抗幅值的突变点为(14.69，0.08906)、(45.23，0.337)，这两个突变点对应的采样位置点为14.69m和45.23m，但考虑到被测电缆的长度为45m，所以将采样位置点(45.23，0.337)删除，将(14.69，0.08906)作为目标采样位置点，该处可能存在缺陷，需要工作人员及时在被测电缆距离测试端14.69m处对被测电缆进行检修维护。
图7中(b)为根据阻抗相位谱图确定的缺陷定位曲线，从图中可以清楚地观测到阻抗幅值的突变点为(15.08，0.31)、(44.85，1)，这两个突变点对应的采样位置点为15.08m和44.85m，但考虑到被测电缆的长度为45m，所以将采样位置点(44.85，1)删除，将(15.08，0.31)的作为目标采样位置点，该处可能存在缺陷，需要工作人员及时在被测电缆距离测试端15.08m处对被测电缆进行检修维护。
由图7中(a)和(b)可以得出阻抗幅值谱的定位结果与阻抗相位谱的定位结果，分别为14.69m和15.08m，与实际缺陷位置15m十分接近，缺陷定位精度较高。
本实施例中，由于缺陷定位曲线是通过提取的阻抗幅值的实部信息绘制的，消除了虚部信息的影响。在缺陷定位曲线中，除被测电缆首端和末端以外，缺陷位置处的阻抗幅值更明显，可以清楚且准确地在缺陷定位曲线中观测到发生缺陷的目标采样位置点，提升了电缆缺陷的定位精度。
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8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802：向被测电缆的测试端输入扫频信号，扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
步骤804：通过网络分析仪测量被测电缆的测试端在多个测试频率下的反射系数；
步骤806：根据测试端的反射系数，确定被测电缆在各测试频率下的测试端阻抗；
步骤808：根据各测试频率和各测试端阻抗，绘制阻抗谱图，阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图；
步骤810：对阻抗谱图中各测试频率对应的阻抗幅值进行求和处理，得到被测电缆的总阻抗幅值；
步骤812：根据总阻抗幅值和各测试频率之间的间隔，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
步骤814：根据扫频信号在预设的多个采样时刻的传播速度，确定各采样时刻对应的采样位置点；
步骤816：基于时域阻抗幅值图中的实部信息，确定各采样时刻的阻抗幅值；
步骤818：根据各采样时刻对应的采样位置点和各采样时刻的阻抗幅值，生成被测电缆的缺陷定位曲线；
步骤820：根据缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定被测电缆的缺陷位置；目标采样位置点为缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点。
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2-8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2-8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9所示，提供了一种电缆缺陷定位装置，该装置900包括：变换模块910、绘图模块920和缺陷定位模块930，其中：
变换模块910，用于获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
绘图模块920，基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
缺陷定位模块930，用于从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
在其中一个实施例中，绘图模块920，还用于：
根据扫频信号在预设的多个采样时刻的传播速度，确定各采样时刻对应的采样位置点；扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
基于时域阻抗幅值图中的实部信息，确定各采样时刻的阻抗幅值；
根据各采样时刻对应的采样位置点和各采样时刻的阻抗幅值，生成被测电缆的缺陷定位曲线。
在其中一个实施例中，变换模块910，还包括：
处理单元，用于对阻抗谱图中各测试频率对应的阻抗幅值进行叠加处理，得到被测电缆的总阻抗幅值；
变换单元，用于根据总阻抗幅值和各测试频率之间的间隔，对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图。
在其中一个实施例中，缺陷定位模块930，还用于：
根据缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定被测电缆的缺陷位置；目标采样位置点为缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点。
在其中一个实施例中，变换模块910，还包括：
测试单元，用于向被测电缆的测试端输入扫频信号，扫频信号用于对被测电缆进行缺陷检测；
获取单元，用于基于扫频信号预设的多个测试频率，获取被测电缆的阻抗谱图，阻抗谱图用于表征多个测试频率对应的测试端的阻抗幅值。
在其中一个实施例中，获取单元，还用于：
通过网络分析仪测量被测电缆的测试端在多个测试频率下的反射系数；
根据测试端的反射系数，确定被测电缆在各测试频率下的测试端阻抗；
根据各测试频率和各测试端阻抗，绘制阻抗谱图。
在其中一个实施例中，阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图。
本实施例中，电缆缺陷定位装置获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。本申请通过频域反射法对被测电缆进行缺陷定位，由于阻抗谱图无法反映被测电缆的缺陷位置，且实际获取的阻抗谱图为离散的数据点，并非连续的曲线，因此，本申请采用离散傅里叶变换将阻抗谱图转换为时域阻抗幅值图。进一步地，考虑到离散傅里叶变换公式在计算时引入虚部信息，因此，对于转换后的时域阻抗幅值图，根据提取的阻抗幅值的实部信息生成被测电缆的缺陷定位曲线。如此，可以减少干扰信息，进而从缺陷定位曲线中快速有效地确定被测电缆的缺陷位置，提高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10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10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，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
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：
获取被测电缆的阻抗谱图，并对阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
基于时域阻抗幅值图的实部信息，生成被测电缆的缺陷定位曲线；缺陷定位曲线表征被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
从缺陷定位曲线中，确定被测电缆的缺陷位置。
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：
获取被测电缆的阻抗谱图，并对所述阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
基于所述时域阻抗幅值图的实部信息，生成所述被测电缆的缺陷定位曲线；所述缺陷定位曲线表征所述被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
根据所述缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定所述被测电缆的缺陷位置；所述目标采样位置点为所述缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点；其中，所述预设阈值为与所述被测电缆同一类型的完好电缆的阻抗幅值；所述完好电缆的阻抗幅值通过如下公式计算得到：
其中，z0是所述完好电缆的特征阻抗，ΓL是所述被测电缆末端的传播系数，γ为扫频信号在所述完好电缆上的反射系数，l是被测电缆的全长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述时域阻抗幅值图的实部信息，生成所述被测电缆的缺陷定位曲线，包括：
根据扫频信号在预设的多个采样时刻的传播速度，确定各所述采样时刻对应的采样位置点；所述扫频信号用于对所述被测电缆进行缺陷检测；
基于所述时域阻抗幅值图中的实部信息，确定各所述采样时刻的阻抗幅值；
根据各所述采样时刻对应的采样位置点和各所述采样时刻的阻抗幅值，生成所述被测电缆的缺陷定位曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图，包括：
对所述阻抗谱图中各测试频率对应的阻抗幅值进行叠加处理，得到所述被测电缆的总阻抗幅值；
根据所述总阻抗幅值和各所述测试频率之间的间隔，对所述阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述获取被测电缆的阻抗谱图，包括：
向所述被测电缆的测试端输入扫频信号，所述扫频信号用于对所述被测电缆进行缺陷检测；
基于所述扫频信号预设的多个测试频率，获取所述被测电缆的阻抗谱图，所述阻抗谱图用于表征所述多个测试频率对应的所述测试端的阻抗幅值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述扫频信号预设的多个测试频率，获取所述被测电缆的阻抗谱图，包括：
通过网络分析仪测量所述被测电缆的测试端在所述多个测试频率下的反射系数；
根据所述测试端的反射系数，确定所述被测电缆在各所述测试频率下的测试端阻抗；
根据各所述测试频率和各所述测试端阻抗，绘制所述阻抗谱图。
6.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述阻抗谱图包括阻抗幅值谱图和阻抗相位谱图。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述缺陷定位曲线的横坐标为所述被测电缆上各采样位置点，纵坐标为各采样位置点对应的阻抗幅值。
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，用于获取被测电缆的阻抗谱图，并对所述阻抗谱图进行离散傅里叶变换，得到时域阻抗幅值图；
绘图模块，基于所述时域阻抗幅值图的实部信息，生成所述被测电缆的缺陷定位曲线；所述缺陷定位曲线表征所述被测电缆中多个采样位置点对应的阻抗幅值；
缺陷定位模块，用于根据所述缺陷定位曲线中目标采样位置点，确定所述被测电缆的缺陷位置；所述目标采样位置点为所述缺陷定位曲线中大于预设阈值的阻抗幅值对应的采样位置点；其中，所述预设阈值为与所述被测电缆同一类型的完好电缆的阻抗幅值；所述完好电缆的阻抗幅值通过如下公式计算得到：
其中，z0是所述完好电缆的特征阻抗，ΓL是所述被测电缆末端的传播系数，γ为扫频信号在所述完好电缆上的反射系数，l是被测电缆的全长。
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中任一项所述的方法的步骤。
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