CN115356591A - 一种通信电缆状态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信电缆状态监测方法及系统，涉及通信技术领域，包括以下步骤：将待监测通信电缆分为若干电缆段，合理部署监测装置的位置；在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；对所述待监测通信电缆进行分段扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；采用协方差计算方法，判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果，当二者的差值超过设定阈值时，所述电缆段存在故障；否则，所述电缆段正常。本发明可以对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人力投入，提高监测管理效率，提高监测结果可靠性，进而保证电缆运行安全。

Description

一种通信电缆状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体的说是涉及一种通信电缆状态监测方法及系统。

背景技术

信息的传递是自古以来人类在生产生活中迫切需要解决的问题，人类通信的革命性变化就是从把电作为信息载体后发生的。通信电缆是传输电话、电报、传真文件、电视和广播节目、数据和其他电信号的电缆，由多根相互绝缘的导线或导体绞合而成，具有通信容量大、传输稳定性高、保密性好、少受自然条件和外部干扰影响等优点。

受益于下游应用场景的广泛发展，近年来国民经济持续发展，市场对通信电缆的需求持续上升，带动通信电缆行业规模不断扩大，生产技术也不断进步，产品种类日益丰富，基本可以满足国内市场需求。但是由于快速扩张，通信电缆行业产能过剩现象日益突出，而且部分通信电缆企业不断降低产品生产成本，使得通信电缆质量呈现下滑趋势，因此为应对该问题，需要对通信电缆状态进行在线监测及评估，避免信息外泄的可能。

在现有技术中，通常采用定期巡视的方法对电缆的运行状况进行检查，但运行维护人员的增长速度远远跟不上电力基础设施的增长速度，因此检修维护工作面临着巨大压力，仅靠大量增加运行维护人员解决该问题已经不现实。公开号CN114705959A的发明专利“一种电力电缆及通道在线监测系统”提供了一种可对高压电力电缆本体运行状况及电缆通道内环境状况进行监测的在线监测系统，但其在监测管理效率、监测结果可靠性以及监测实用性、智能化等方面还存在不足。

因此，如何对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人力投入，提高监测管理效率，提高监测结果可靠性，进而保证电缆运行安全是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种通信电缆状态监测方法及系统，可以对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人工参与，提高监测管理效率及监测结果可靠性，保证电缆运行安全。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通信电缆状态监测方法，包括以下步骤：

将待监测通信电缆分为若干电缆段，合理部署监测装置的位置；

在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

对所述待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

采用协方差计算方法，判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。

以上技术方案达到的技术效果为：可以对通信电缆的状态进行实时监测，减少人工参与，可提高监测管理的效率，进而保证通信电缆的运行安全。

可选的，所述合理部署监测装置的位置，具体包括以下步骤：

将所述待监测通信电缆进行分段，根据监测装置中射频端口的设置确定所述待监测通信电缆的长度；

基于确定的所述待监测通信电缆的长度以及监测装置中射频端口的设置，沿所述待监测通信电缆的方向部署若干个监测装置并将所述监测装置分别与相应的电缆段进行连接；

其中，每个监测装置均设置第一射频端口和第二射频端口，通过所述第一射频端口和第二射频端口分别监测相应电缆段的第一方向和第二方向，所述第一方向和第二方向为相反方向。

上述技术方案达到的技术效果为：采用分段监测的方式对通信电缆的运行状态进行监测，可有助于尽快确认故障所处的不同电缆段的具体位置；射频端口的设置及监测装置的部署，可以实现对通信电缆的无盲区监测，避免因监测装置自身故障而导致的监测不及时、结果不准确的问题。

可选的，所述方法还包括：

在所述待监测通信电缆的每个电缆段上安装带有指示灯的电子标签，并将所述电缆段的相关信息写入电子标签；

当通信电缆存在故障时，根据获取的通信电缆的相关信息确定相应的电子标签，所述电子标签的指示灯亮灯，确认存在故障的电缆段。

上述技术方案达到的技术效果为：在每个电缆段上安装带有指示灯的电子标签，可对通信电缆的不同分段结果进行区分；当通信电缆存在故障时，可以通过电缆的相关信息匹配电子标签，帮助运行维护人员快速找到故障所处的大概范围。

可选的，所述获取每个电缆段的标准数据，具体包括以下步骤：

确定每个电缆段的中心频率及扫频频率的上限值和下限值，根据实际需求在上限值和下限值的范围之内选取扫频频点；

依次以选取的扫频频点对待监测通信电缆发射测量信号，并对测量数据进行存储，获取每个电缆段的标准数据。

可选的，所述获取通信电缆状态的监测结果，具体包括以下步骤：

利用DDS芯片产生可调频的正弦扫频信号，使用正交频分复用方式向所述待监测通信电缆发送多载波测试信号；

接收反射信号，从所述反射信号中提取每个电缆段的频谱数据；

计算标准协方差，比较所述频谱数据与相应电缆段的标准数据的差异大小；当二者的差值超过设定阈值时，所述电缆段存在故障；否则，所述电缆段正常。

上述技术方案达到的技术效果为：通过协方差计算方法，判断实时测量的频谱数据与标准数据的差异大小，可进一步确认相应的电缆段是否存在问题。

可选的，所述方法还包括，对通信电缆进行加热，具体为：

在通信电缆内部设置加热元件，通过与所述通信电缆连接的张力检测器监测通信电缆的张力，并通过温度感应传感器采集通信电缆所处的环境温度；

将实时监测的张力、环境温度分别与对应的预设阈值进行比较，当二者均超过相应的预设阈值时，导通加热元件对所述通信电缆进行加热，否则继续监测。

上述技术方案达到的技术效果为：可对通信电缆的张力及所处环境温度进行监测，及时对通信电缆进行加热可以保证通信电缆在极端环境中的稳定运行，确保监测结果的稳定性和监测方法的实用性，保证电缆运行的安全。

可选的，所述待监测通信电缆包括电缆线芯、屏蔽层和护层；

所述电缆线芯包括若干对绞线和聚酯带层，每一对绞线包括两根颜色不同的绝缘线，聚酯带层包覆在绞合一体的若干对绞线上；屏蔽层包括地线和铝箔层，铝箔层和护层由内向外依次包覆在电缆线芯的外表面，地线设置在铝箔层和电缆线芯之间，所述铝箔层与护层之间沿着电缆方向设置有撕裂绳。

本发明还公开了一种通信电缆状态监测系统，包括：划分模块、第一获取模块、第二获取模块、判断模块，且各结构依次连接；

所述划分模块，用于将待监测通信电缆分为若干电缆段，并合理部署监测装置的位置；

所述第一获取模块，用于在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

所述第二获取模块，用于对所述待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

所述判断模块，通过协方差计算方法判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。

可选的，所述监测装置包括供电模块、射频端口、FPGA芯片、DDS芯片、信号采样电路，所述DDS芯片、信号采样电路分别与FPGA芯片相连；

所述供电模块，用于为监测装置提供电能；所述供电模块包括储能单元，用于存储电能；

所述射频端口包括第一射频端口和第二射频端口，所述第一射频端口和第二射频端口分别用于监测相应电缆段的第一方向和第二方向，所述第一方向和第二方向为相反方向；

所述DDS芯片，用于输出可调频的正弦扫频信号；

所述信号采样电路包括依次连接的放大处理电路及A/D转换电路。

可选的，所述监测装置还包括报警模块，所述报警模块为指示灯或声音报警器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种通信电缆状态监测方法及系统，具有以下有益效果：

(1)本发明可以对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人工参与，提高监测管理效率及监测结果可靠性，保证电缆运行安全；

(2)本发明采用分段监测的方式对通信电缆的运行状态进行监测，可有助于尽快确认故障所处的不同电缆段的具体位置；射频端口的设置及监测装置的部署，可以实现对通信电缆的无盲区监测，避免因监测装置自身故障而导致的监测不及时、结果不准确的问题；

(3)本发明在每个电缆段上安装带有指示灯的电子标签，可对通信电缆的不同分段结果进行区分；当通信电缆存在故障时，可以通过电缆的相关信息匹配电子标签，帮助运行维护人员快速找到故障所处的大概范围；

(4)除此之外，本发明还可对通信电缆的张力及所处环境温度进行监测，及时对通信电缆进行加热可以保证通信电缆在极端环境中的稳定运行，确保监测结果的稳定性和监测方法的实用性，保证电缆运行的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为通信电缆状态监测方法的流程图；

图2为通信电缆状态监测系统的结构图；

图3为监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

现如今，通信电缆已经广泛应用于各个行业，但由于通信电缆本身质量不合格、施工过程不规范、外力机械损伤、周围气候环境影响以及逐年腐蚀、老化等原因，电缆经常会出现特性变化、断线、接地、短路等故障，影响正常运行。

为快速检测通信电缆故障，减少故障历时，保证通信电缆的正常稳定运行，本发明实施例公开了一种通信电缆状态监测方法，如图1所示，包括以下步骤：

将待监测通信电缆分为若干电缆段，合理部署监测装置的位置；

在正常工作条件下对待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

对待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

采用协方差计算方法，判断频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。当监测结果为通信电缆存在故障时，可以通过指示灯和/或声音报警器向运行维护人员发送报警信号，引起值班人员注意。

基于本实施例中的技术方案，可以对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人工参与，提高监测管理效率及监测结果可靠性，保证电缆运行安全。

接下来，详细阐述本实施例的技术方案，对通信电缆状态监测过程进行更进一步地了解。

首先，关于合理部署监测装置的位置，具体包括以下步骤：

将待监测通信电缆进行分段，根据监测装置中射频端口的设置确定待监测通信电缆的长度；

基于确定的待监测通信电缆的长度以及监测装置中射频端口的设置，沿待监测通信电缆的方向部署若干个监测装置并将监测装置分别与相应的电缆段进行连接；

其中，每个监测装置均设置第一射频端口和第二射频端口，通过第一射频端口和第二射频端口分别监测相应电缆段的第一方向和第二方向，第一方向和第二方向为相反方向。

在对通信电缆进行状态监测之前，监测装置进行启动自检，判断自检结果；当判断自检成功时，执行通信电缆状态监测的过程；当判断自检失败时，生成监测装置的设备故障告警信号并上报监测平台，监测平台向相邻的监测装置发送控制信号，调整工作模式。

在一具体的实施例中，将待监测通信电缆分为若干电缆段，最终可以将故障最小定位到某一电缆段内。具体地，可根据发送射频信号的强度、频率和周期确定待监测通信电缆的长度，进而再对监测装置进行部署。当通信电缆正常时，每个监测装置均向第一方向发送测试信号和接收反射信号；而当某监测装置出现故障时，其会向监测平台发送告警信号，监测平台再向其相邻的监测装置发送控制信号，使该相邻的监测装置在第一方向和第二方向都发送测试信号和接收反射信号，确保对该条通信电缆进行无盲区监测，可以避免因监测装置自身问题而出现的监测不及时及监测结果不准确的问题，确保通信电缆的安全稳定运行。

此外，在一更具体的实施例中，所述监测方法还包括：在待监测通信电缆的每个电缆段上安装带有指示灯的电子标签，并将电缆段的相关信息写入电子标签；当通信电缆存在故障时，根据获取的通信电缆的相关信息确定相应的电子标签，该电子标签的指示灯亮灯，确认存在故障的电缆段。

在通信电缆的不同电缆段设置电子标签，可对不同分段进行区分；当监测到通信电缆存在故障时，可以通过通信电缆的相关信息匹配出相应的电子标签，进一步利用电子标签上的指示灯帮助运行维护人员快速确认故障所处位置的大概范围，并快速对故障做出维护操作，减少故障历时，保证通信电缆的运行安全。

进一步地，所述获取每个电缆段的标准数据，具体包括以下步骤：

确定每个电缆段的中心频率及扫频频率的上限值和下限值，根据实际需求在上限值和下限值的范围之内选取扫频频点；

依次以选取的扫频频点对待监测通信电缆发射测量信号，并对测量数据进行存储，获取每个电缆段的标准数据。

进一步地，所述获取通信电缆状态的监测结果，具体包括以下步骤：

利用DDS芯片产生可调频的正弦扫频信号，使用正交频分复用方式向所述待监测通信电缆发送多载波测试信号；

接收反射信号，从所述反射信号中提取每个电缆段的频谱数据；

计算标准协方差，比较所述频谱数据与相应电缆段的标准数据的差异大小；当二者的差值超过设定阈值时，所述电缆段存在故障；否则，所述电缆段正常。通过协方差计算方法，判断实时测量的频谱数据与标准数据的差异大小，可进一步确认相应的电缆段是否存在问题，判断故障位置。

随着通信电缆的不断发展，其有时需要架设在不同的极限环境中，为保证通信电缆的长期稳定运行，所述方法还包括，对通信电缆进行加热，具体为：

在通信电缆内部设置加热元件，通过与所述通信电缆连接的张力检测器监测通信电缆的张力，并通过温度感应传感器采集通信电缆所处的环境温度；将实时监测的张力、环境温度分别与对应的预设阈值进行比较，当二者均超过相应的预设阈值时，导通加热元件对所述通信电缆进行加热，否则继续监测。

以上方案可以在监测到环境温度变化时自动触发，通过在通信电缆内部设置加热元件，可以在监测到通信电缆处于极端环境变化的情况下对通信电缆进行加热，维持通信电缆的长期、稳定运行，结构简单、成本低，确保通信电缆能在极端环境中正常使用。

传统通信电缆一般只在低频段上使用、多为同轴电缆、占用空间大，而本实施例中的通信电缆包括电缆线芯、屏蔽层和护层；电缆线芯包括若干对绞线和聚酯带层，每一对绞线包括两根颜色不同的绝缘线，聚酯带层包覆在绞合一体的若干对绞线上；屏蔽层包括地线和铝箔层，铝箔层和护层由内向外依次包覆在电缆线芯的外表面，地线设置在铝箔层和电缆线芯之间，铝箔层与护层之间沿着电缆方向设置有撕裂绳。

本技术中通信电缆的每组绞线之间节距不同，可以达到对线之间抗干扰作用和优异的特性阻抗，保证结构稳定性；通过聚酯带包覆对绞线，聚酯带的收束作用使得通信电缆结构紧凑、加强结构稳定性，而且地线+铝箔的屏蔽方式具有良好的屏蔽效果，因而在通信电缆的结构设置及选择上可进一步确保通信电缆运行的稳定性。

实施例2

本实施例公开了一种通信电缆状态监测系统，如图2所示，包括：划分模块、第一获取模块、第二获取模块、判断模块，且各结构依次连接；

所述划分模块，用于将待监测通信电缆分为若干电缆段，并合理部署监测装置的位置；

所述第一获取模块，用于在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

所述第二获取模块，用于对所述待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

所述判断模块，通过协方差计算方法判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。

进一步地，参照图3，所述监测装置包括供电模块、射频端口、FPGA芯片、DDS芯片、信号采样电路，所述DDS芯片、信号采样电路分别与FPGA芯片相连；

所述供电模块，用于为监测装置提供电能；所述供电模块包括储能单元，用于存储电能；

所述射频端口包括第一射频端口和第二射频端口，所述第一射频端口和第二射频端口分别用于监测相应电缆段的第一方向和第二方向，所述第一方向和第二方向为相反方向；

所述DDS芯片，用于输出可调频的正弦扫频信号；

所述信号采样电路包括依次连接的放大处理电路及A/D转换电路。

进一步地，所述监测装置还包括报警模块，所述报警模块为指示灯或声音报警器，当监测结果为通信电缆存在故障时，用于向运行维护人员发送报警信号。

基于以上对本技术方案分析可知，该方案可以对通信电缆状态进行实时在线监测及故障预警，减少人工参与，提高监测管理效率及监测结果可靠性，保证电缆运行安全；对通信电缆进行无盲区监测，避免因监测装置自身故障而导致的监测不及时、结果不准确的问题；当通信电缆存在故障时，可以通过电缆的相关信息匹配电子标签，帮助运行维护人员快速找到故障所处的大概范围；除此之外，还可对通信电缆的张力及所处环境温度进行监测，及时对通信电缆进行加热可以保证通信电缆在极端环境中的稳定运行，确保监测结果的稳定性和监测方法的实用性，保证电缆运行的安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待监测通信电缆分为若干电缆段，合理部署监测装置的位置；

在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

对所述待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

采用协方差计算方法，判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。

2.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述合理部署监测装置的位置，具体包括以下步骤：

将所述待监测通信电缆进行分段，根据监测装置中射频端口的设置确定所述待监测通信电缆的长度；

基于确定的所述待监测通信电缆的长度以及监测装置中射频端口的设置，沿所述待监测通信电缆的方向部署若干个监测装置并将所述监测装置分别与相应的电缆段进行连接；

其中，每个监测装置均设置第一射频端口和第二射频端口，通过所述第一射频端口和第二射频端口分别监测相应电缆段的第一方向和第二方向，所述第一方向和第二方向为相反方向。

3.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述待监测通信电缆的每个电缆段上安装带有指示灯的电子标签，并将所述电缆段的相关信息写入电子标签；

当通信电缆存在故障时，根据获取的通信电缆的相关信息确定相应的电子标签，所述电子标签的指示灯亮灯，确认存在故障的电缆段。

4.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述获取每个电缆段的标准数据，具体包括以下步骤：

确定每个电缆段的中心频率及扫频频率的上限值和下限值，根据实际需求在上限值和下限值的范围之内选取扫频频点；

依次以选取的扫频频点对待监测通信电缆发射测量信号，并对测量数据进行存储，获取每个电缆段的标准数据。

5.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述获取通信电缆状态的监测结果，具体包括以下步骤：

利用DDS芯片产生可调频的正弦扫频信号，使用正交频分复用方式向所述待监测通信电缆发送多载波测试信号；

接收反射信号，从所述反射信号中提取每个电缆段的频谱数据；

计算标准协方差，比较所述频谱数据与相应电缆段的标准数据的差异大小；当二者的差值超过设定阈值时，所述电缆段存在故障；否则，所述电缆段正常。

6.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述方法还包括，对通信电缆进行加热，具体为：

在通信电缆内部设置加热元件，通过与所述通信电缆连接的张力检测器监测通信电缆的张力，并通过温度感应传感器采集通信电缆所处的环境温度；

将实时监测的张力、环境温度分别与对应的预设阈值进行比较，当二者均超过相应的预设阈值时，导通加热元件对所述通信电缆进行加热，否则继续监测。

7.根据权利要求1所述的一种通信电缆状态监测方法，其特征在于，所述待监测通信电缆包括电缆线芯、屏蔽层和护层；

所述电缆线芯包括若干对绞线和聚酯带层，每一对绞线包括两根颜色不同的绝缘线，聚酯带层包覆在绞合一体的若干对绞线上；屏蔽层包括地线和铝箔层，铝箔层和护层由内向外依次包覆在电缆线芯的外表面，地线设置在铝箔层和电缆线芯之间，所述铝箔层与护层之间沿着电缆方向设置有撕裂绳。

8.一种通信电缆状态监测系统，其特征在于，包括：划分模块、第一获取模块、第二获取模块、判断模块，且各结构依次连接；

所述划分模块，用于将待监测通信电缆分为若干电缆段，并合理部署监测装置的位置；

所述第一获取模块，用于在正常工作条件下对所述待监测通信电缆进行初始状态测量，获取每个电缆段的标准数据；

所述第二获取模块，用于对所述待监测通信电缆进行扫频测量，实时获取每个电缆段的频谱数据；

所述判断模块，通过协方差计算方法判断所述频谱数据与对应电缆段的标准数据的差异大小，获取通信电缆状态的监测结果。

9.根据权利要求8所述的一种通信电缆状态监测系统，其特征在于，所述监测装置包括供电模块、射频端口、FPGA芯片、DDS芯片、信号采样电路，所述DDS芯片、信号采样电路分别与FPGA芯片相连；

所述供电模块，用于为监测装置提供电能；所述供电模块包括储能单元，用于存储电能；

所述射频端口包括第一射频端口和第二射频端口，所述第一射频端口和第二射频端口分别用于监测相应电缆段的第一方向和第二方向，所述第一方向和第二方向为相反方向；

所述DDS芯片，用于输出可调频的正弦扫频信号；

所述信号采样电路包括依次连接的放大处理电路及A/D转换电路。

10.根据权利要求8所述的一种通信电缆状态监测系统，其特征在于，所述监测装置还包括报警模块，所述报警模块为指示灯或声音报警器，当监测到通信电缆存在故障时用于向运行维护人员发送报警信号。

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