CN117310393A - 一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质，方法包括：在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号，生成待检测电缆的首端的第一反射系数；根据第一反射系数的实部，判断待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据第一反射系数的实部，确定缺陷的位置，并获取缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和对应的修正角值，并确定缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据第二反射系数的第二反射强度和第一反射强度的比值，确定缺陷的缺陷类型，以实现对电缆缺陷定位和缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电缆故障检测技术领域，尤其涉及一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质。
背景技术
电缆在制造和安装过程中可能会产生各种缺陷，长期埋在地下的电缆，由于温度、湿度、化学腐蚀、机械物理作用等因素长期作用，都会导致电力电缆的局部破损及老化，如局部老化、腐蚀、铜屏蔽破损和受潮等现象。
而在现有的电缆故障检测方法中，采用扫频信号的频域反射法（FDR）的原理为入射信号在阻抗不连续点处发生反射，其首端的反射系数谱就会发生改变，通过在首端对反射系数谱进行分析，再根据电缆的传播速度就可计算得到电缆阻抗不连续点的位置，能够实现定位缺陷的位置，但是目前的FDR方法还不能对于缺陷长度类型进行准确的识别，对于缺陷类型判别及分类的不准确，电缆故障检测的效率较差。
发明内容
本发明提供了一种电缆局部缺陷检测方法、装置及存储介质，以实现对电缆缺陷定位和缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
本发明提供了一种电缆局部缺陷检测方法，包括：在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
进一步地，根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷，具体包括：
根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷。
进一步地，根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，具体为：
根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
进一步地，根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性，具体为：
根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：；
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负。
进一步地，根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数，具体为：
所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率。
进一步地，根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型，具体为：
根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型。
进一步地，确定所述缺陷的缺陷类型之后，还包括：
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
作为优选方案，本发明根据获取的测试信号在待检测电缆中的反射系数，得到了测试信号在待检测电缆传输过程中的信号衰减强度，根据缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量，能够进行缺陷定位。在进行缺陷定位之后，进一步利用信号衰减强度进行分析判断具体缺陷类型。本发明通过构造首次反射强度余弦函数并减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度来判断缺陷的长度类型；若减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度后幅值明显衰减，则判断为点故障；若幅值基本不变，则判断为段故障，实现了对缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
相应地，本发明还提供一种电缆局部缺陷检测装置，包括：测试模块、缺陷判断模块和类型检测模块；
其中，所述测试模块用于在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；
所述缺陷判断模块用于根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
所述类型检测模块用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
进一步地，缺陷判断模块包括：缺陷判断单元和位置判断单元；
其中，所述缺陷判断单元用于根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷；
所述位置判断单元用于根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
进一步地，类型检测模块包括：极性判断单元、首次反射强度余弦函数生成单元和检测单元；
其中，所述极性判断单元用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：；
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负；
所述首次反射强度余弦函数生成单元用于所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率；
所述检测单元用于根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型。
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
作为优选方案，本发明装置测试模块根据获取的测试信号在待检测电缆中的反射系数，得到了测试信号在待检测电缆传输过程中的信号衰减强度，缺陷判断模块根据缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量，能够进行缺陷定位。在进行缺陷定位之后，进一步类型检测模块利用信号衰减强度进行分析判断具体缺陷类型。本发明通过构造首次反射强度余弦函数并减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度来判断缺陷的长度类型；若减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度后幅值明显衰减，则判断为点故障；若幅值基本不变，则判断为段故障，实现了对缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如本发明内容所述的一种电缆局部缺陷检测方法。
附图说明
图1是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的一种实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的一种实施例的完好电缆的入射信号反射示意图；
图3是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的一种实施例的存在点缺陷的电缆的入射信号反射示意图；
图4是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的一种实施例的存在段缺陷的电缆的入射信号反射示意图；
图5是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的一种实施例的电缆的新反射系数谱与旧反射系数谱的对比图；
图6是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的另一种实施例的同轴电缆的新反射系数谱与旧反射系数谱的对比图；
图7是本发明提供的电缆局部缺陷检测方法的再一种实施例的电力电缆的新反射系数谱与旧反射系数谱的对比图；
图8是本发明提供的电缆局部缺陷检测装置的一种实施例的结构示意图。
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作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。
实施例一
请参照图1，为本发明实施例提供的一种电缆局部缺陷检测方法，包括步骤S101-S103：
步骤S101：在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；
步骤S102：根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
进一步地，根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷，具体包括：
根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷。
进一步地，根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，具体为：
根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
在本实施例中，在电缆的首端注入入射信号，末端开路，并且在首端对反射信号进行接收。根据行波的折反射建立完好电缆模型，请参考图2，当电缆完好时，若电缆总长为l，阻抗为Z0，末端的反射系数Pl=1，此时首端的反射系数为：
； (1)
其中，表示为电缆的传播系数，可由下式计算得到：
； (2)
式中，α为衰减常数，表征电缆单位长度的信号幅值衰减特性；β为相位常数，表征电缆单位长度的信号相位滞后特性。将式（1）带入式（2）可得：
； (3)
其中，f为测试频率，v为电磁波在电缆中的传播速度。由欧拉公式可将（3）展开为：
； (4)
则式（4）的实部为：
； (5)
其中，为首端反射系数/>的实部，取实部得到反射系数谱。
请参考图3，当电缆存在点缺陷时，可建立点缺陷模型，其中l表示电缆总长，x为接地故障离首端的距离，R为接地故障的过渡电阻，ρx为接地处的反射系数，则首端反射系数实部可表示为(为简化分析过程，忽略首端反射的影响)：
； (6)
式中，接地故障第一次反射信号为第一项，接地故障第二次反射信号为第二项，末端反射信号为最后一项。缺陷处第一次反射的频率分量为f1=2x/v,对于电缆缺陷的定位问题，就可根据公式(7)转换为对频率f1的估计问题：
(7)
请参考图4，当电缆存在段缺陷时，可建立段缺陷模型，其中l表示电缆总长，x为接地故障离首端的距离，为接头段或受潮段的距离，ρx为缺陷处的反射系数，则首端反射系数实部/>可表示为(为简化分析过程，忽略首端反射的影响)：
； (8)
式中，为缺陷段的衰减系数，缺陷段第一次反射信号为第一项，缺陷段第二次反射信号为第二项，末端反射信号为最后一项。根据缺陷处的频率分量f1=2x/v即可根据公式(7)对电缆进行缺陷定位。
步骤S103：根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
进一步地，根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性，具体为：
根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：； （9）
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负。
在本实施例中，不同阻抗失配类型反射信号的幅值是相等的，因此可由幅值来判断反射信号的类型。对于接地故障（段缺陷），首次反射时的幅值最大，由于信号衰减以及折反射的影响，后续的反射系数幅值呈指数衰减的趋势，因此首次反射的幅值与后续多次反射的幅值差异较明显，其定位谱中的峰值主要受首次反射的影响。而对于受潮段和接头段（点缺陷）而言，其内部段内会产生多次的折反射，因此它们产生的首次反射与内部多次反射的幅值差异不明显，它们的定位谱中峰值由首次反射峰与多次反射峰叠加得到。
进一步地，根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数，具体为：
所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；（10）
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率。
进一步地，根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型，具体为：
根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型。
在本实施例中，将式（10）中得到的yxi与原首端反射系数（第一反射系数）的实部进行作差处理得到新的反射系数谱（第二反射系数的实部），将新得到的反射系数谱转换为定位图谱，记录等效频率分量fxi的新反射强度A’xi；若A’xi/Axi≤ d时则缺陷为接地故障；否则为受潮或者中间接头，d大小选为0.5。
在本实施例中，利用各频率分量及其极性构建余弦函数，建立其首次反射强度的函数，并对实测首端反射系数谱实部进行求差处理，若求差之后幅值与求差之前的幅值差异较大，则认定该反射信号为接地故障，若差异较小则认定该反射信号为中间接头或者受潮。
进一步地，所述确定所述缺陷的缺陷类型之后，还包括：
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
作为优选实施方案，对于本体受潮、接地故障和中间接头三种缺陷进行建模仿真。设置电缆总长为200m，具体参数如下表所示：
在距离首端50m处有一本体受潮缺陷，受潮长度设置为0.5m，由于电缆受潮则会导致电缆电容C明显增大，所以设置电容变化倍数为原电缆本体的1.2倍；在距离首端100m处设置一接地故障，其过渡电阻为1.5Z0；距离首端150m处设置长度为0.8m、电容变化倍数为0.848的中间接头。
使用本发明中所述电缆局部缺陷检测方法对电缆的第一反射系数的实部，即原反射系数谱（原始数据）进行处理后得到的第二反射系数的实部，即新反射系数谱（求差后数据）；请参考图5，将新反射系数谱和原反射系数谱对比如图5所示。从图5可以看出，对于受潮和接头等有一定长度的缺陷，按本发明中方法求差后反射系数稍微大于原始数据，这是由于反射中多个缺陷的互相影响下，导致成段的缺陷处求差后的反射系数大于了原始数据；而对于接地故障，求差后的反射系数远小于原始数据；再使用本发明的电缆局部缺陷检测方法对三种缺陷进行分析，分析结果如下表所示：
根据分析结果，结合之前极性判断的分析即可的到缺陷的具体类型，类型判别结果如下表所示：
由类型判别结果可以发现，3种缺陷的判别结果与仿真设置的缺陷一致，因此该方法可以对3种缺陷同时存在时的缺陷进行识别。
作为另一个优选实施方案，在一根总长为27m的同轴电缆展开测试实验，该同轴电缆由3根不同长度(8m，10m，9m)的同为SYV50-5-1型的同轴电缆组成，8m处T型头转接阻值为50Ω的电阻，18m处T型头空载。
对该同轴电缆进行FDR测试，测试频段为150kHz~80MHz，采样点数为3001个。请参考图6，将该同轴电缆的新反射系数谱（求差后数据）与旧反射系数谱（原始数据）对比，可以看出，对于接地故障求差后的反射系数对于原数据的大小明显减小了，原反射系数与求差后在缺陷处的大小分别为0.0091和0.0029；而对于接头求差后的反射系数减小的幅度较小，原反射系数与求差后的大小分别为0.0032和0.0025，这与仿真的结果类似，利用本发明方法生成的缺陷类型判别结果如下表所示：
从缺陷类型判别结果可以发现本发明所提的电缆局部缺陷检测方法成功识别处了该27m同轴电缆的接地故障和中间接头。
作为再一个优选实施方案，在一根总长为20m的YJLV22 8.7/15-1×95 10 kV的XLPE电力电缆上制作缺陷，离首端10m处设置本体受潮缺陷，其中受潮段长度为20cm，先使用热缩管将缺陷段包裹，封住两端后进行注水浸泡处理。测试频段为150kHz~80MHz，采样点数3001个。请参考图7，将该电力电缆的新反射系数谱（求差后数据）与旧反射系数谱（原始数据）对比，可以看出，求差后的反射系数对于原数据的大小在缺陷处减小了，原反射系数在缺陷处的大小为0.0295，求差后的大小为0.0229，利用本发明方法生成的缺陷类型判别结果如下表所示：
从缺陷类型判别结果可以发现本发明所提的电缆局部缺陷检测方法成功识别处了该20m电力电缆的本体受潮缺陷。
通过以上实验测试结果可以总结到，本发明所提的电缆局部缺陷检测可以得出缺陷的长度信息，当缺陷为接头或受潮时，其定位峰值由信号在段内多次折反射叠加得到，所以与本发明构建的余弦函数作差相除后仍大于d；而缺陷为接地故障时，其定位峰值主要受信号在第一次反射的影响，故与余弦函数作差相除后小于d。进行仿真和实验验证过后，可以发现本发明所提的方法可以对本体受潮、接地故障和中间接头三种典型缺陷进行具体的判别。
实施本发明实施例，具有如下效果：
本发明根据获取的测试信号在待检测电缆中的反射系数，得到了测试信号在待检测电缆传输过程中的信号衰减强度，根据缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量，能够进行缺陷定位。在进行缺陷定位之后，进一步利用信号衰减强度进行分析判断具体缺陷类型。本发明通过构造首次反射强度余弦函数并减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度来判断缺陷的长度类型；若减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度后幅值明显衰减，则判断为点故障；若幅值基本不变，则判断为段故障，实现了对缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
实施例二
请参照图8，为本发明实施例提供的一种电缆局部缺陷检测装置，包括：测试模块201、缺陷判断模块202和类型检测模块203；
其中，所述测试模块201用于在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；
所述缺陷判断模块202用于根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
所述类型检测模块203用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
缺陷判断模块202包括：缺陷判断单元和位置判断单元；
其中，所述缺陷判断单元用于根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷；
所述位置判断单元用于根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
所述类型检测模块203包括：极性判断单元、首次反射强度余弦函数生成单元和检测单元；
其中，所述极性判断单元用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：；
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负；
所述首次反射强度余弦函数生成单元用于所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率；
所述检测单元用于根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型。
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
上述的电缆局部缺陷检测装置可实施上述方法实施例的电缆局部缺陷检测方法。上述方法实施例中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。本申请实施例的其余内容可参照上述方法实施例的内容，在本实施例中，不再进行赘述。
实施本发明实施例，具有如下效果：
本发明装置测试模块根据获取的测试信号在待检测电缆中的反射系数，得到了测试信号在待检测电缆传输过程中的信号衰减强度，缺陷判断模块根据缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量，能够进行缺陷定位。在进行缺陷定位之后，进一步类型检测模块利用信号衰减强度进行分析判断具体缺陷类型。本发明通过构造首次反射强度余弦函数并减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度来判断缺陷的长度类型；若减去缺陷处待检测电缆没有缺陷时的首次反射系数强度后幅值明显衰减，则判断为点故障；若幅值基本不变，则判断为段故障，实现了对缺陷类型判别及分类，提高电缆故障检测的效率。
实施例三
相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上任意一项实施例所述的电缆局部缺陷检测方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据移动终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（SecureDigital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也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计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，包括：
在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
2.如权利要求1所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷，具体包括：
根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷。
3.如权利要求2所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，具体为：
根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
4.如权利要求1所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性，具体为：
根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：；
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负。
5.如权利要求4所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数，具体为：
所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率。
6.如权利要求5所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型，具体为：
根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型。
7.如权利要求6所述的一种电缆局部缺陷检测方法，其特征在于，所述确定所述缺陷的缺陷类型之后，还包括：
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
8.一种电缆局部缺陷检测装置，其特征在于，包括：测试模块、缺陷判断模块和类型检测模块；
其中，所述测试模块用于在待检测电缆的首端获取测试信号的反射信号；所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入；所述反射信号由所述测试信号在所述待检测电缆的首端注入后，传输至所述待检测电缆的末端进行全反射后，传输至所述待检测电缆的首端生成；
所述缺陷判断模块用于根据所述反射信号，生成所述待检测电缆的首端的第一反射系数；根据所述第一反射系数的实部，判断所述待检测电缆是否存在缺陷；若是，则根据所述第一反射系数的实部，确定所述缺陷的位置，并获取所述缺陷的位置的频率分量和第一反射强度；
所述类型检测模块用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值，并确定所述缺陷的极性；根据所述缺陷的位置的频率分量、第一反射强度和所述缺陷的极性，生成首次反射强度余弦函数；将所述首次反射强度余弦函数与第一反射系数的实部作差处理，生成第二反射系数；所述第一反射系数为待检测电缆没有缺陷时的反射系数；根据所述第二反射系数的第二反射强度和所述第一反射强度的比值，确定所述缺陷的缺陷类型。
9.如权利要求8所述的一种电缆局部缺陷检测装置，其特征在于，所述缺陷判断模块包括：缺陷判断单元和位置判断单元；
其中，所述缺陷判断单元用于根据待检测电缆的衰减常数和相位常数，生成所述待检测电缆的传播系数；将所述传播系数代入所述第一反射系数；根据欧拉公式，将所述第一反射系数进行展开，生成所述第一反射系数的展开式；
若所述待检测电缆不存在缺陷，则所述第一反射系数的展开式为：
；
所述第一反射系数的实部的表达式为：；
其中，为衰减常数，/>为相位常数，/>为测试信号的测试频率，/>为测试信号在待检测电缆中的传播速度，/>为第一反射系数，/>为待检测电缆的总长；
否则，所述待检测电缆存在缺陷；
所述位置判断单元用于根据手上第一反射系数的实部，获取缺陷的位置的第一次反射的频率分量，确定所述缺陷的位置；
所述缺陷的位置的表达式为：；其中，/>为缺陷的位置的第一次反射信号的频率分量。
10.如权利要求8所述的一种电缆局部缺陷检测装置，其特征在于，所述类型检测模块包括：极性判断单元、首次反射强度余弦函数生成单元和检测单元；
其中，所述极性判断单元用于根据所述缺陷的位置，生成对应的修正角值；
所述修正角值的表达式为：；
其中，fn为第n个缺陷处的第一次反射信号的频率分量；fmin为测试信号的测试的下限频率；Ffloor表示向下取整；
根据所述修正角值，判断所述缺陷的修正角是否处于一象限或者四象限，若是，则确定所述缺陷的极性为正；若否，则确定所述缺陷的极性为负；
所述首次反射强度余弦函数生成单元用于所述首次反射强度余弦函数的表达式为：；
其中，为第i个缺陷的首次反射强度余弦函数值，/>表示第i个缺陷的极性，若所述第i个缺陷的极性为正，则/>，若所述第i个缺陷的极性为负则/>；/>为第i个缺陷的位置的第一反射强度；/>为第i个缺陷的位置的频率分量；f为测试频率；
所述检测单元用于根据第二反射系数，获得第i个缺陷的位置的第二反射强度；判断第二反射强度的绝对值与第一反射强度的绝对值的比值是否小于等于预设阈值；若是，则所述第i个缺陷为点故障类型；若否，则所述第i个缺陷为段故障类型；
若所述缺陷的缺陷类型为点故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷的位置离首端的距离，/>为缺陷处的反射系数，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号；n为自然数；
若所述缺陷的缺陷类型为段故障类型，则所述第一反射系数的实部的表达式为：
；
其中，为缺陷段的衰减系数，vx为信号在缺陷段的传播速度，式中的第n项为缺陷的位置的第n次反射信号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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