CN114719729A - 一种电缆长度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆长度测量方法，包括：发射信号、接收返回信号和计算等步骤。本发明提供的电缆长度测量方法，与传统电缆长度测量方法比较，具有无损、精度高等特点，本发明提出的时域反射电缆测长具有重要的理论意义和研究价值，对其关键技术的研究不但可以实现对电缆长度迅速、准确的测量，提高我国电缆长度测量的水平，而且对时域反射技术在其他领域的应用也有很高的参考价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆长度测量方法，属于电缆检测技术领域。
背景技术
电缆作为重要的定量包装长度类商品，在生产和经营中要对其净含量进行计量检验。目前电缆长度执行标准有两个，其中，GB5023 没有对电线电缆的允许短缺量做出要求，根据《定量包装商品计量监督管理方法》，此时按照《定量包装商品净含量计量检验规则》执行，即当长度定量包装商品标注净含量大于 5m 时，允许短缺量为 2%；根据 JB8734 执行标准对电缆允许短缺量做出的规定，长度计量误差应不超过 ±0.5%。实际上，由于电缆长度计量检验必须整卷进行，不方便测量，不少厂家和商家没有按照《定量包装商品计量监督管理方法》和国家标准中规定的允许长度计量误差执行，导致市场上存在的计量问题日臻突出。做到准确、迅速、经济的对电缆长度进行测量，不但可以提高产品质量、降低消耗，还将在实施和规范电缆定量包装计量器具校准工作，监督执法，保证电缆定量包装净含量的准确可靠，维护生产企业和广大消费者的利益，增强电缆生产企业在国内和国际市场上的竞争能力等方面起到重要作用。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种准确、迅速、经济的电缆长度计量方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种电缆长度测量方法，包括如下步骤：
步骤1：自待测电缆的一端输入脉冲信号，在接收到返回脉冲信号后，记录时间差
；
步骤2：计算待测电缆长度L：
；其中V为脉冲信号在电缆中的传输速度；脉冲信号在电缆中的传输速度的计算公式为：
V 
；其中，R、L、G、C分别为电缆的单位长度的电阻、电感、电导和电容；f为脉冲信号的频率。
上述方案进一步的改进在于：所述时间差
的获取方式为，将脉冲信号和返回脉冲信号连接至一D触发器的时钟输入端，并在所述D触发器的输入端输入控制电平，所述D触发器的反向输出端连接计数器的控制端；所述计数器的计数输入端连接计数脉冲信号，在发送所述脉冲信号前，切换控制电平为低电平；当所述脉冲信号完成后，则切换所述D触发器的输入端的控制电平为高电平；所述计数器的计数功能为高电平触发；则所述时间差
，其中f为计数脉冲信号的频率，n为计数器的计数。
上述方案进一步的改进在于：在计算待测电缆长度前，对所述脉冲信号在电缆中的传输速度V进行温度修正，根据公式
；计算参考点波速
；定义参考点温度 
=20℃；则脉冲信号在电缆中的传输速度 
，式中，T为待测电缆的实测温度，λ为波速温度误差补偿系数，由待测电缆的材料确定。
上述方案进一步的改进在于：当待测电缆为PVC聚氯乙烯护套软电缆时，λ=-0.0025。
上述方案进一步的改进在于：当待测电缆为同轴电缆时，则 
，式中，c为真空中的光速，μ为电缆芯线周围介质的相对导磁系数；ε为电缆芯线周围介质的相对介电系数。
上述方案进一步的改进在于：当待测电缆的周围介质为低压纸油型电缆绝缘材料时，定义ε= 
，则ε由以下公式修正： 
；在20℃时，
。
本发明提供的电缆长度测量方法，与传统电缆长度测量方法比较，具有无损、精度高等特点，本发明提出的时域反射电缆测长具有重要的理论意义和研究价值，对其关键技术的研究不但可以实现对电缆长度迅速、准确的测量，提高我国电缆长度测量的水平，而且对时域反射技术在其他领域的应用也有很高的参考价值。
具体实施方式
实施例
本实施例的电缆长度测量方法，包括如下步骤：
步骤1：自待测电缆的一端输入脉冲信号，在接收到返回脉冲信号后，记录时间差
；
步骤2：计算待测电缆长度L： 
；其中V为脉冲信号在电缆中的传输速度；脉冲信号在电缆中的传输速度的计算公式为：
V 
；其中，R、L、G、C分别为电缆的单位长度的电阻、电感、电导和电容；f为脉冲信号的频率。
本实施例的电缆长度测量方法由时域反射技术（TDR）来实现，时域反射技术是在高速脉冲技术迅速发展的基础上出现的一种很有用的测量技术，是一种简单易用的无损检测技术，具有精度高，产品体积小，便于携带等优点，成为电缆长度测量的理想方式。TDR 实际上是一个小型的一维雷达，只需要一个高速脉冲信号发生器作为信号源和一台取样示波器作为接收装置和显示器。其电缆长度测量工作原理非常简单，测试时向电缆一端注入低压脉冲，该脉冲沿电缆传播，当脉冲遇到阻抗不匹配点时会发生部分或全部反射。
如果向电缆输入一个电压为 
、电流为 
的信号，那么，电缆周围将分别感应出电场和磁场。而且，经过x /v之后，电缆上任意点Z处的电压 
和电流
将会变为0，其中v是信号沿传输线传播的速度，x是传输线上点X到信号发射端的距离。可见，信号不是简单的沿传输线传播，而是以电磁场的形式在传输线通路和参考面之间传播。因此，在分析电缆的长线模型和等效电路时，必然是分布参数模型，不仅要考虑电缆的电阻和电感，还要考虑电缆之间的电导和电容。由于均匀电缆的各电路参数均匀的分布于电缆的全线上，而且即使是在同一时刻，不同位置处的电压也是不同的，因而电缆上的电压和电流不仅是时间t的函数，也是空间坐标x的函数，其表达式应为时间t和距离x的二元函数，即: 
；
。
沿电缆分布的电阻、电感、电容和电导，在任一点都相等时，称为均匀传输线。均匀传输线的结构和电缆的线径必须一致，而且不能接入任何不同质的电缆，否则，就称为非均匀传输线。在分布参数电路理论中，均匀传输线的原始参数是以每单位长度上的线路参数来表示的。用线间分布电容 
来反映沿传输线周围空间分布的电场的储能特性；用沿线的分布电感 
来反映沿传输线周围空间分布的磁场的储能特性；用沿线的分布电阻 
来反映由于电流流过金属导体而引发的热损耗现象；用线间的分布电导
来反映由于分隔传输线和地平面的介质阻抗有限而引起的衰减，在相当宽的频率范围内4个参数都是恒定的。在距均匀传输线始端x处取一微分长度dx,整个均匀传输线可以视为由无限多个这种微分段等效参数模型级联而成。
电缆的有效电阻、电感、电容及电导是电缆的主要电气参数，统称为电缆的一次参数,又称为分布参数。电缆的特征阻抗、衰减常数、相移常数则称为电缆的二次参数，二次参数可以从一次参数计算而得。电缆的电气参数决定了电缆的传输性能。
为便于计算，现有的 TDR 测量方法认为在高频状态下，电缆中的波速度可近似认为只与电缆的绝缘介质性质有关，而与电缆芯线的材料与截面积无关；对于不同材料的电缆，只要绝缘介质相同，其波速度是基本不变的。事实上，波速与电缆的实际参数、结构及环境温度有关，参考波速不具有通用性。而且，因电缆本身绝缘材料的差异，电缆所处的周围环境等都可能对电缆中的波速度造成一定的影响。
高频时，波速接近一恒定的常数，将同轴电缆电气参数代入上式，可认为电缆的分布参数为常数，则
，式中，c为真空中的光速，μ为电缆芯线周围介质的相对导磁系数；ε为电缆芯线周围介质的相对介电系数。可见，高频时电缆中波速度可近似认为只与电缆的绝缘介质性质有关，而与电缆芯线的材料与截面积无关． 对于不同导体材料制成的电缆，只要绝缘介质相同，其波速度是基本不变的。但是在低频时，波速受频率影响较大。实际上，绝缘介质的介电常数并不是恒定值，具有频率依赖特性。
当待测电缆的周围介质为低压纸油型电缆绝缘材料时，定义ε= 
，则ε由以下公式修正： 
；在20℃时， 
。
另外波速的大小也受到环境温度的影响，因此在不同温度情况下，其波速大小也在变化，要进行波速的精确计算，必须针对温度进行公式修正。
在计算待测电缆长度前，对脉冲信号在电缆中的传输速度V进行温度修正，根据公式 
；计算参考点波速 
；定义参考点温度 
=20℃；则脉冲信号在电缆中的传输速度
，式中，T为待测电缆的实测温度，λ为波速温度误差补偿系数，由待测电缆的材料确定。以PVC聚氯乙烯护套软电缆为例，λ=-0.0025。
电缆测长系统需要测量发射脉冲与反射脉冲的时间间隔，配合已知波速，得到被测电缆长度，时间间隔的精确测量是决定时域反射电缆测长系统测量精度的关键。 同时由于衰减和色散的共同作用，导致脉冲信号在传播过程中产生失真、变形，降低了对行波准确到达时间的判别及对行波反射波的识别能力。电缆越长，衰减和色散现象越显著，导致长度测量的非线性，反射脉冲因衰减和色散成了不规则的脉冲波形，因此对该波形的精确测量必须对其进行调理。
设置波形监测阈值模块，同时由脉冲接收单元将发射和反射脉冲送到阈值比较模块进行整形处理，该阈值模块可以根据待测电缆的估值长度来相应调整阈值的高度，这样可以减小由于识别反射波突变点而造成的误差。
时间差 
的获取方式为，将脉冲信号和返回脉冲信号连接至一D触发器的时钟输入端，并在D触发器的输入端输入控制电平，D触发器的反向输出端连接计数器的控制端；计数器的计数输入端连接1.2GHz的计数脉冲信号，当脉冲信号发送前，则切换D触发器的输入端的控制电平为低电平；当脉冲信号发送完成后，则切换D触发器的输入端的控制电平为高电平；计数器的计数功能为高电平触发；则时间差 
，其中f为计数信号的频率，n为计数器的计数。
这样，在脉冲信号发送前，D触发器的不工作，计数器不工作；在脉冲信号发送前，D触发器的输入端变为低电平，而脉冲信号发送时即触发D触发器工作，反向输出端输出与输入端相反的电平，也即是高电平，该高电平触发计数器开始计数，计数器则开始计算1.2GHz的计数脉冲信号的脉冲数；脉冲信号发送完成后，D触发器的输入端变为高电平，但是此时D触发器的时钟输入端没有新的触发脉冲，因此D触发器反向输出端持续输出高电平，维持计数器的计数；当返回脉冲信号到达后，D触发器被触发，D触发器反向输出端则输出与输入端相反的电平，也即是低电平；计数器则停止计数。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种电缆长度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：自待测电缆的一端输入脉冲信号，在接收到返回脉冲信号后，记录时间差
；
步骤2：计算待测电缆长度L：
；其中V为脉冲信号在电缆中的传输速度；脉冲信号在电缆中的传输速度的计算公式为：
V
；其中，R、L、G、C分别为电缆的单位长度的电阻、电感、电导和电容；f为脉冲信号的频率。
2.根据权利要求1所述的电缆长度测量方法，其特征在于：所述时间差
的获取方式为，将脉冲信号和返回脉冲信号连接至一D触发器的时钟输入端，并在所述D触发器的输入端输入控制电平，所述D触发器的反向输出端连接计数器的控制端；所述计数器的计数输入端连接计数信号，在发送所述脉冲信号前，切换控制电平为低电平；当所述脉冲信号完成后，则切换所述D触发器的输入端的控制电平为高电平；所述计数器的计数功能为高电平触发；则所述时间差
，其中f为计数信号的频率，n为计数器的计数。
3.根据权利要求1所述的电缆长度测量方法，其特征在于：在计算待测电缆长度前，对所述脉冲信号在电缆中的传输速度V进行温度修正，根据公式
；计算参考点波速
；定义参考点温度
=20℃；则脉冲信号在电缆中的传输速度
，式中，T为待测电缆的实测温度，λ为波速温度误差补偿系数，由待测电缆的材料确定。
4.根据权利要求3所述的电缆长度测量方法，其特征在于：当待测电缆为PVC聚氯乙烯护套软电缆时，λ=-0.0025。
5.根据权利要求1所述的电缆长度测量方法，其特征在于：当待测电缆为同轴电缆时，则
，式中，c为真空中的光速，μ为电缆芯线周围介质的相对导磁系数；ε为电缆芯线周围介质的相对介电系数。
6.根据权利要求5所述的电缆长度测量方法，其特征在于：当待测电缆的周围介质为低压纸油型电缆绝缘材料时，定义ε=
，则ε由以下公式修正：
；在20℃时，
。
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| CN202210174914.4A CN114719729A (zh) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | 一种电缆长度测量方法 |
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- 2022-02-25 CN CN202210174914.4A patent/CN114719729A/zh active Pending
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