CN117590284A - 一种嵌入式电缆自诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种嵌入式电缆自诊断方法及系统，在地下电缆线随电缆线一起埋入多组电磁模块，按一定时序依次控制相邻的三个电磁场发射模块产生规律性脉冲扰动的电磁场，分别接收由相邻或相近发射模块发送的无线脉冲信号，嵌入式CPU接收数据，根据判断原则确定检测点位取样异常与否和范围，对后续点位范围进行持续检测。本发明具有实时监测与早期警告的优点，任何漏电现象都会立即被检测并报告，使得可以对潜在问题及时发出警告，避免了电缆故障带来的潜在安全风险。减少人工巡检的需求，从而显著降低维护和运营成本，及早发现潜在的漏电问题有助于避免由此引起的大规模设备损坏或停工等更严重的经济损害。

Description

一种嵌入式电缆自诊断方法及系统

技术领域

本发明属于电缆故障诊断技术领域，具体涉及一种嵌入式电缆自诊断方法及系统。

背景技术

电力电缆作为电力系统电能传输与分配的重要元件,在城市电网、工矿企业的内部供电线路以及过江、过海的水下输电线路中被广泛应用。相对于架空明线,深埋电缆的日常维护工作显得更加困难。目前,城市敷设电力传输线缆多采用地埋式电力电缆,由于电缆埋于地下,考虑到电网改造、电缆搬迁可能会使原有的图纸资料不能正确反映地下电缆的敷设路径，一旦电缆出现故障,如果电缆路径信息不够明确和故障查找不准确,就会拖延修复电缆故障的时间,造成人们生活的不便与巨大的经济损失。然而,在地下电力电缆长期运行过程中,发生故障是不可避免的,缺乏相应设备探测故障点,延误抢修恢复送电时间,不但给电力企业造成电量损失,更会给居民生活及厂矿企业带来重大经济损失和社会影响.所以,在发生电缆故障后如何迅速、准确地找到电缆故障的位置是缩短故障抢修时间,保障供电可靠性的关键。

地下电缆故障检测有多种故障类型，但大都表现为电缆的绝缘劣化和表面破损引起漏放电问题，现有采用电缆故障定位仪，在实际使用过程中需要操作者背负仪器进行移动，然后通过探测头对电缆走向进行确定以及对故障点进行检测确定，由于外设电缆的敷设距离都较远，因此操作者在进行背负仪器移动 进行检测时的劳动强度较大，从而使得电缆故障定位仪在实际使用时较为不便。现有检测方法首先根据电缆故障类型对故障点距离进行粗测，粗测后再用路径仪确定电缆路径，最后选择合适的检测方法进行故障点位置的精确查找。电缆路径检测和故障点位置精确查找耗费时间较长,是电缆故障检测技术的薄弱环节。其他一些检测方法包括：通电试验：给电缆通电，用专用仪器测量电压和电流的变化，如果发现有异常，可能就是有漏电点。这种方法简单，但可能会对电缆造成进一步的损伤；电阻率测量：用仪器测量电缆的电阻率，如果发现有异常，可能就是有漏电点。这种方法可以在不通电的情况下进行，对电缆的损伤小，但需要更复杂的设备和技术；利用诸如红外热像仪等设备，查看电缆的温度分布，如果某个点温度高于其它区域，可能是由于存在电流漏走导致，但对于地下埋藏较深的电缆线，该手段可行性较差。

现有针对电缆路径检测和故障点检测的方法及仪器还包括基于电磁法的检测原理,通过多组线圈的组合对地埋电缆周围的磁场进行探测,其中题目为《基于单片机的电缆路径检测系统的研究》的论文通过比较两个磁感应传感器接收的磁场信号的强弱来确定电缆的左右位置,这种方法可以进行简单、有效的测量,但抗干扰性差。根据法拉第电流特点，当导体处于外部磁场中时，它会受到磁场的影响，导致导体内部的电荷分布发生变化。这个变化会产生一个电场，这个电场会导致导体内部的电荷发生移动，从而产生一个感应电流。这个感应电流的大小和方向与外部磁场的变化率有关。然而，无线信号的强度和质量可能会受到电缆物质、长度、环境等影响。此外，如果电缆周围存在其他的无线信号，也可能会对通信质量造成影响。由于输电电缆线的导体截面直径较大，电阻较小，从而电缆线长度衰减性很弱，而其他因素影响较大，尤其是在不同时刻会有不同的外因影响，导致电缆传输信号的可靠性变差。

发明内容

针对地下电缆存在检测难度大、检测精度差和耗费人力成本高等问题，本发明提供一种嵌入式电缆自诊断方法及系统，用以实时控制电磁模块发出和接收电磁信号，并对比判断故障与否和故障区域，具有实时检测和早期预警功能，降低检测难度和成本。

本发明解决其技术问题的方案1是：采用一种嵌入式电缆自诊断方法，包括如下步骤：步骤1：在地下电缆线随电缆线一起等间距埋入多组电磁模块，各组电磁模块与电缆线贴合或嵌入固定在一起每组电磁模块包括电磁场发射模块和电磁场接收模块；步骤2：按一定时序依次控制相邻的三个电磁场发射模块，先后产生规律性脉冲扰动的电磁场并向电缆方向发送无线脉冲信号，非电缆一侧采用屏蔽层隔离；步骤3：按一定时序依次控制接收相邻的三个电磁场接收模块，分别接收由相邻或相近发射模块发送的无线脉冲信号；步骤4：嵌入式CPU接收电磁接收模块转换的数据，然后使用预先设定的信号处理算法进行分析；基于相邻三组电磁场接收模块信号，根据判断原则，确定检测点位取样异常与否和范围；步骤5：根据嵌入式电缆自诊断方法和判断原则，对后续点位范围进行持续检测，确定后续点位范围异常与否和范围；步骤6：生成诊断报告并提示用户，一旦识别和定位故障，嵌入式CPU生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告。此报告可以通过手持终端或其它用户界面显示给用户。

其中，所述判断原则：通过同一根电缆线某段的首端、尾端和中部，分别提前掩埋或中期开挖至少三个点位，并分别贴合放置于电缆线表面固定有至少三组电磁模块，选择任何相邻的三组电磁模块分别记为P1点位、P2点位和P3点位，对于地下埋藏的输电电缆线，在同一时刻利用相同的条件，分别检测P1P2之间的信号情况，P2P3之间的信号情况，P1P3之间的信号情况，在同一时刻依次完成多个点位信号的传输、接收和比对，根据判断原则，通过中央处理器分别检测并判断，确定是否漏电和漏电位置，然后依次向后选择三个点位，直至对整根电缆全部进行检测并判断，确定是否漏电和漏电位置。

进一步地，一旦识别和定位故障，嵌入式CPU生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告，此报告转入数据处理中心，并通过手持终端或其它用户界面显示给用户。

进一步地，嵌入式CPU负责处理从接收模块采集的数据，进行实时分析和异常检测，检测同轴电缆的断路故障，且执行数据处理算法、异常检测和模型比较任务，嵌入式CPU软件部分的数据采集驱动将电磁场信号转换成可以被处理和分析的数据，异常检测算法对正常和异常信号模式的理解来识别可能的故障。

方案2是：采用一种应用上述方法的嵌入式电缆自诊断系统，包括电磁模块、中央处理器、内存、存储设备、输入/输出接口以及通信接口，电磁模块包括电磁场发射模块和电磁场接收模块，电磁场发射模块：产生规律性脉冲扰动的电磁场并发送无线脉冲信号，这些信号以控制的方式送入电缆线一个点位，引发特定的电磁反应；电磁场接收模块：对应相邻或相近的发射模块的接收设备，感应电缆另一点位周围的电磁场变化并接收由发射模块发送的无线脉冲信号；中央处理器：处理从接收模块收集的数据并进行实时分析和异常检测，以快速处理和分析它接收到的原始信号，执行信号处理算法，分析电磁场的模式以识别异常，然后警报或通过线路图显示出潜在的故障位置；存储设备：用作储存处理数据和系统软件，提供了必要的内部和外部存储空间；输入/输出接口和通信接口：允许系统与用户或其他电子设备进行交互，通信接口提供系统与网络设备或系统进行远程通信。

还包括数据处理中心：通过网络设备与系统中央处理器进行远程通信，如果嵌入式CPU识别到某些异常模式， 数据处理中心生成诊断报告并提示用户，生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告。进一步地，还包括手持终端，数据处理中心通过手持终端或其它用户界面显示给用户，数据处理中心用于接收手持终端或其它用户界面的控制命令。

所述的电磁模块包括上基座、下基座、电磁场发射模块和电磁场接收模块，所述上基座和下基座对扣固定于电缆外侧，上基座或下基座一侧向外延伸安装有自诊断模块，电磁场发射模块和电磁场接收模块分别连接自诊断模块的信号输出端和信号输入端，自诊断模块用于控制向电磁场发生模块发出规律性脉冲扰动的无线脉冲信号，并在不同时间接收电磁场接收模块转入的发送的无线脉冲信号。进一步地，还可以在相邻两个电磁场发射模块与接收模块之间设置有移送机构，包括在相邻电磁模块点位设置循环机构，通过步进电机驱动循环机构转动，用于控制将相邻的电磁模块相互靠近或远离。

本发明的有益效果：1. 实时监测与早期警告: 平台可以实时监控电磁场的变化，基于同一时刻各电磁模块之间依次先后检测的数据，根据对比原则进行分析判断，确定同一时刻的漏电位置，任何漏电现象都会立即被检测并报告，使得可以对潜在问题及时发出警告，避免了电缆故障带来的潜在安全风险。

2. 提高抗干扰性: 由于系统利用扩频技术和对外屏蔽手段，其抗干扰性能得到显著提升。即使在强干扰的环境中，系统也能保持稳定的性能，有助于实现精准可靠的数据传输和漏电监测。

3. 无线超远传输: 借助电缆载体进行通讯和扩频技术，系统能够实现长距离的数据传输，这对于那些传统物理连接困难或成本高昂的场景有显著的优势。

4. 降低维护成本: 基于实时监测和远程传输技术，可以减少人工巡检的需求，从而显著降低维护和运营成本。同时，及早发现潜在的漏电问题有助于避免由此引起的大规模设备损坏或停工等更严重的经济损害。

5. 广泛的应用场景: 该方案不仅适用于普通电缆线路的监测，也可以应用于其他低访问性高风险领域。例如，油气管线、地下水利设施等，这些领域工作环境复杂，对于漏电或故障的检测具有很高的要求。

附图说明

图1是本发明诊断方法流程框图；

图2是固定电磁模块分步状态示意图；

图3是电磁模块结构示意图；

图4是移动电磁模块分步状态示意图；

图5是图4中移动电磁模块的线槽与排线环配合关系示意图；

图6是本发明诊断系统框图。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在同轴电缆的一端有一个无线发射器（让它能发送无线信号），然后在电缆的另一端有一个无线接收器（让它能接收由发射器发送的无线信号），就可以通过无线的方式在这条电缆上进行通信。然而，这种通信方式可能会受到一些限制和干扰。例如，无线信号的强度和质量可能会受到电缆物质、长度、环境等影响。此外，如果电缆周围存在其他的无线信号，也可能会对通信质量造成影响。由于输电电缆线的导体截面直径较大，电阻较小，从而电缆线长度衰减性很弱，而其他因素影响较大，尤其是在不同时刻会有不同的外因影响，导致电缆传输信号的可靠性变差。对于上述问题，检测器必须能够通过对输入和输出的信号进行比较确定出漏电具体位置，以便在许多可能的漏点之间进行精确的区分。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种嵌入式电缆自诊断系统和方法，利用反射测量技术，发送脉冲信号到电缆上，然后测量信号的反射。如果电缆的某个部分存在断路或损坏，信号反射会因衰减等因素而显示出异常。具体地，该方法（包括系统部分）中，若干个间隔分布于同轴电缆线外侧，且用于对电缆周围磁场产生规律性脉冲扰动的电磁场发射模块（让它能发送无线信号），若干个间隔分布于电缆线外侧，且用于感应电缆周围电磁场变化的接收模块（让它能接收由发射器发送的无线信号），依次按顺序利用不同位置的电磁场发射模块发送脉冲电磁信号到电缆上，然后依次通过不同位置的接收模块测量电磁感应信号的反射情况。如果电缆的某个部分存在断路或损坏，相应接收模块的电磁感应信号反射会显示出异常，利用排除法，逐渐缩小电磁发射模块与接收模块的距离，以便进一步确认异常部位的位置。

1. 系统概述

如图6所示，该嵌入式电缆自诊断系统是采用嵌入式技术开发的一种电缆故障诊断设备，其主要组件包括数据处理中心、电磁场发射模块、电磁场接收模块、移送机构、中央处理器（CPU）、内存、存储设备（如闪存或SD卡插槽）、输入/输出接口以及通信接口，手持终端等。该系统通过电磁模块来进行非接触的电缆线通信方案，主要应对地下埋藏电缆漏电不易检测和开挖检测难度大的问题而设计，旨在对电缆进行实时监控、故障诊断和准确定位，以提高相关设施的维护效率和安全性。

中央处理器（CPU）：是一种能够处理从接收模块收集的数据并进行实时分析和异常检测的嵌入式CPU。这种CPU旨在提供足够的运算能力，以快速处理和分析它接收到的原始信号。它可以执行信号处理算法，分析电磁场的模式以识别异常，然后警报或通过线路图显示出潜在的故障位置。它通常可以通过编程自定义和配置，用户可以根据具体的使用情况和需求对系统行为和参数实现定制。

中央处理器通过控制发射稳定电磁波并利用电缆线自身的电磁波相互作用来检测漏电。利用高带宽的信号系统为每个电磁场发射模块构造电磁信号，这种高带宽的信号系统能提高系统的抗干扰能力。

存储设备：被用作储存处理数据和系统软件的地方，如闪存或SD卡插槽。这些设备为系统运行提供了必要的内部和外部存储空间。

输入/输出接口和通信接口：输入/输出（I/O）接口允许系统与用户或其他电子设备进行交互，而通信接口则提供了系统与其他网络设备或系统进行远程通信的可能。

手持终端：手持终端是该系统的操作界面，它允许用户对系统进行操作和查询，查看诊断结果，以及进行必要的系统配置等。

2. 电磁模块

电磁模块是诊断系统的关键部件之一，包括电磁场发射模块和电磁场接收模块，位于电缆线外侧贴合掩埋的一系列电磁场发射模块与电磁场变化的接收模块，最好使电磁场发射模块与电磁场变化的接收模块成对分布。

电磁场发射模块：这个模块产生规律性脉冲扰动的电磁场并发送无线脉冲信号。这些信号以控制的方式送入电缆线，引发特定的电磁反应。

电磁场接收模块：电磁场接收模块是对应于发射模块的接收设备，它可以感应电缆周围的电磁场变化并接收由发射模块发送的无线脉冲信号。这些信号包含了有关电缆线状态的重要信息。

电磁模块的一种结构如图2和图3所示，其主要包括上基座2、下基座3、电磁场发射模块4和电磁场接收模块5，其中，上基座2和下基座3对扣固定于电缆1外侧，上基座2或下基座3一侧向外延伸安装有自诊断模块16，电磁场发射模块4和电磁场接收模块5分别连接自诊断模块16的信号输出端和信号输入端，自诊断模块16用于控制向电磁场发生模块4发出规律性脉冲扰动的无线脉冲信号，并在不同时间接收电磁场接收模块5转入的发送的无线脉冲信号。

判断原则：该系统能够在远程实时接收并处理漏电相关信息，可以通过同一根电缆线某段的首端、尾端和中部分别提前掩埋或中期开挖多个的点位，并分别贴合放置于电缆线表面至少固定三组电磁模块，选择任何相邻的三组电磁模块（电磁场发射模块与电磁场变化的接收模块）分别记为P1点位、P2点位和P3点位（一端增加无线信号发生兼接收模块P1，另一端增加无线信号发生兼接收模块P3，电缆线中部增加无线信号发生兼接收模块P2），对于地下埋藏的输电电缆线，在同一时刻利用相同的条件，分别检测P1P2之间的信号情况，P2P3之间的信号情况，P1P3之间的信号情况。从而实现在同一时刻（同一时间范围，确保周围环境条件相同或相似），完成多个点位信号的传输、接收和比对。根据判断原则，通过中央处理器（CPU）分别检测并判断，确定是否漏电和漏电位置。然后依次向后选择三个点位（原P2点变为P1点，原P3点变为P2点），直至对整根电缆全部进行检测并判断，确定是否漏电和漏电位置。

3. 嵌入式电缆自诊断方法

如图1所示，电磁场发射模块和接收模块对电缆周围的电磁场执行系统的操作步骤，是诊断方法的关键部分。这些步骤包括以下一系列活动。

发送和接收电磁信号：位于电缆线外侧贴合掩埋的一系列电磁场发射模块与电磁场变化的接收模块成对分布，利用高带宽的信号系统为每个电磁场发射模块构造电磁信号。系统中的嵌入式CPU控制电磁场发射模块以预定的频率和强度发送电磁信号。这些信号在电缆线内产生特定的电磁反应，这些反应然后被电磁场接收模块捕获并转化成可以处理的数据。

处理电磁信号数据：嵌入式CPU接收电磁接收模块转换的数据，然后使用预先设定的信号处理算法（包括判断原则）进行分析。这些分析可以包括信号的基本特性、趋势、异常模式等等。无线传输和超远传输则让监测系统能够在远程实时接收并处理漏电相关信息。

电磁模块布置：通过在同一地下电缆提前布置多个电磁模块来进行非接触（贴合固定于电缆表面）的电缆线通信方案，主要应对地下埋藏电缆漏电不易检测和开挖检测难度大的问题而设计，无需破坏电缆的布局方式。

异常检测和定位（判断原则）：对于地下埋藏的输电电缆线，在同一时刻利用相同的条件，分别检测P1P2之间的信号情况，P2P3之间的信号情况，P1P3之间的信号情况。从而实现在同一时刻（同一时间范围，确保周围环境条件相同或相似），完成多个点位信号的传输、接收和比对。若P1P3和P2P3有相近似信号而都与P1P2不同，则漏电位置位于P2P3之间，若P1P2和P1P3有相近似信号而都与P2P3不同，则漏电位置位于P1P2之间，若P1P2、P1P3和P2P3都有相近似信号，且都近似则无漏电位置，若P1P2、P1P3和P2P3都有相近似信号，但若P1P2、P2P3的信号与P1P3不同，则在P1P2和P2P3都有漏电位置。

如果嵌入式CPU识别到某些异常模式，它则将它们标记为可能的故障。然后，CPU使用预定的定位算法根据异常模式的详细信息确定故障的可能位置。

生成诊断报告并提示用户：一旦识别和定位故障，嵌入式CPU生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告。此报告转入数据处理中心，并可以通过手持终端或其它用户界面显示给用户。

4. 软件支持

嵌入式诊断系统还依赖于一个全套软件支持，包括数据采集驱动程序、数据处理算法、异常检测算法、通信协议以及用户界面等。所有这些部分确保嵌入式CPU能够有效地执行其任务。软件支持包括但不限于以下部分：

基本功能：嵌入式CPU是智能电缆故障监测系统中的关键组件之一，它负责处理从接收模块采集的数据，进行实时分析和异常检测，用于检测同轴电缆的断路故障。嵌入式CPU具有计算能力，用于执行数据处理算法、异常检测和模型比较等任务。

数据采集驱动：这部分软件负责管理和控制对电磁场信号的采集过程。它是连接硬件（即电磁场发射模块和接收模块）与系统的软件部分的桥梁。数据采集驱动将电磁场信号转换成可以被处理和分析的数据。

数据处理算法：该嵌入式诊断系统使用多种算法来处理和分析从电缆传来的信号数据。这些建立在电磁学和信号处理知识基础之上的算法主要用于从传来的数据中提取有价值的信息，并对这些信息进行进一步的处理和分析。

异常检测算法：异常检测算法是该系统的另一个重要部分，它基于对正常和异常信号模式的理解来识别可能的故障。一旦检测到异常模式，算法就会提示系统以应对和修复所检测到的问题。

通信协议：通信协议管理和控制系统内部的数据流和系统与外部设备或网络的通信。它们确保数据准确、快速地在系统中传输，同时也保护数据不被未授权访问。

用户界面：用户界面是系统和用户之间的接口，可以是一个物理终端，如手持设备，或者是一个软件应用。用户界面使得用户可以查看系统状态，配置系统参数，以及接入诊断结果等。

实施过程：在实验环境中调整扩频信号的频率和强度，建立和纠正算法以实现对变化电磁场的探测和解析；在实际场景中部署系统，进行多次测试以确保远程无线传输的稳定性及系统在各种环境和条件下的运作稳定性；在系统测试通过后，进行大范围的部署。

由于嵌入式CPU负责实时监测电磁场数据并进行实时分析，因此它通常需要满足实时性要求。实时性要求意味着计算单元必须能够在短时间内处理和响应数据，以及在检测到异常时迅速触发警报和通知。

嵌入式CPU在智能电缆故障监测系统中执行多种算法，以处理采集到的电磁场数据并检测电缆的断路故障。以下是可能用于嵌入式CPU的一些关键算法。例如信号滤波算法：用于去除电磁场数据中的噪声和干扰，以提高数据质量。常见的滤波方法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波。波形分析： 波形分析算法用于检测电磁波的形状和振幅的异常。这对于识别波形畸变和幅度变化非常有用。自适应滤波： 自适应滤波算法可以根据实时数据的特性自动调整滤波器参数，以适应不同环境和干扰条件。异常检测算法： 异常检测算法用于识别电磁场数据中的异常模式，这些异常可能表明电缆存在问题。这包括统计方法和模型基础的方法。模式识别算法： 对应滤波和排异后的相邻点位的电磁波信号进行比对，判断异常电磁波的情形，根据比对原则确定是否有漏电点位和范围。模式识别算法还可用于比较实际采集的数据与预定义的模式或模型，以检测异常。以及可以进一步包括机器学习算法，如支持向量机（SVM）和神经网络。

关于一些低访问性高风险领域。例如，油气管线、地下水利设施等，这些领域工作环境复杂，对于漏电或故障的检测具有很高的要求，还可以进一步采用移送机构。移送机构的一种形式如图4所示，可以在相邻两个电磁场发射模块与接收模块之间设置有移送机构，移送机构具有相关构造，其包括环座6、轨道管7、电机座8、步进电机9、绳缆10、移动电磁模块11（中部一个圆柱形的电磁场发射模块，两端各一个电磁场变化的接收模块）和导向轮15。位于相邻两个电磁模块之间且固定于该区间的电缆线上依次有前中后三个环座6，三个环座6之间沿电缆线表面固定有两个平行的轨道管7，在轨道管的外表面覆盖有能够隔离电磁波的膜材料，以抵抗外界干扰或者对外干扰，膜材料优选铝箔纸层。 在一端环座6设置有电机座8并安装有步进电机9，另一端环座6安装有导向轮15，在步进电机转轴上安装有绳轮，在该绳轮与导向轮之间环套有绳缆10，绳缆10包括钢丝绳和线缆，线缆随钢丝绳移动用于对移动电磁模块11提供电源和/或信号传输。步进电机道东绳缆10往复移动时，能够使得P1与P2靠近或远离，从而缩短检测距离，有利于排除检测范围，根据两者距离变化，当信号发生骤变时可判断故障点位置。相邻的一组移动电磁模块11分别对应P3和P4点，从而，相邻两组移动电磁模块11可以配合，使得P2与P3之间的距离靠近或远离，结合上述判断原则，能够有效判断故障点的同时，尽量缩小检测范围，提高判断位置的准确程度。

进一步地，为简化移送机构的绳缆结构，仅有钢丝绳或环链无线缆时，例如在移动电磁模块11内安装蓄电池和存储器，如图5所示，同时在各还座6位置的轨道管7内套固有排线环13，排线环13的内环壁等间距分布有多个外触头，在移动电磁模块11的两端分别设置有花键式线槽12，各卡槽内分别设置有相应的内触头，挡移动电磁模块11移动至任一环座位置时，使花键式线槽12插入相应的排线环13内。各排线环13的外侧安装有排线插头14，排线插头14向外引出有数据电源线接头。当移动电磁模块11移动至环座位置时，将相应数据输出且进行必要的充电过程。

上述方案工作时，任何在电缆线中漏电的地方都可能会导致信号的衰减或者形状的变化，都可以通过观察收到的信号来找出可能的漏电点。需要解决的技术问题：需要将发射和接收模块贴近电缆线的绝缘外层，以使它们更接近电缆线的导体部分，并利用这个接近性增强无线信号的传输。考虑到直接接触电缆线的内层绝缘皮层可能确实能在一定程度上降低外部因素对信号传播的干扰。还可以在电缆线掩埋初期将无线信号发射接收模块一起附带掩埋，并做一些额外处理来减少电缆线的屏蔽效果。例如掩埋时包括将电缆线局部表皮取出以减少电缆线屏蔽层和屏蔽效果，尽量确保无线收发模块的探头接触内层绝缘皮，充分消除外因干扰，以提高利用原电缆线作为信号传输的效果。

上述系统和方法通过扩频技术，实现实时无线传输和处理数据，从而实时报告电缆的漏电状态，能够做到实时监测电缆线的状态，并在检测到漏电的情况下及时生成报告。除普通电缆外，这种方案还能应用在需要远程监测的各种其他行业，如油气管线和水利设施等。

本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种嵌入式电缆自诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在地下电缆线随电缆线一起等间距埋入多组电磁模块，各组电磁模块与电缆线贴合或嵌入固定在一起每组电磁模块包括电磁场发射模块和电磁场接收模块；

步骤2：按一定时序依次控制相邻的三个电磁场发射模块，先后产生规律性脉冲扰动的电磁场并向电缆方向发送无线脉冲信号，非电缆一侧采用屏蔽层隔离；

步骤3：按一定时序依次控制接收相邻的三个电磁场接收模块，分别接收由相邻或相近发射模块发送的无线脉冲信号；

步骤4：嵌入式CPU接收电磁接收模块转换的数据，然后使用预先设定的信号处理算法进行分析；基于相邻三组电磁场接收模块信号，根据判断原则，确定检测点位取样异常与否和范围；

步骤5：根据嵌入式电缆自诊断方法和判断原则，对后续点位范围进行持续检测，确定后续点位范围异常与否和范围；

步骤6：生成诊断报告并提示用户，一旦识别和定位故障，嵌入式CPU生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告。此报告可以通过手持终端或其它用户界面显示给用户。

2.根据权利要求1所述的嵌入式电缆自诊断方法，其特征在于，所述判断原则：通过同一根电缆线某段的首端、尾端和中部，分别提前掩埋或中期开挖至少三个点位，并分别贴合放置于电缆线表面固定有至少三组电磁模块，选择任何相邻的三组电磁模块分别记为P1点位、P2点位和P3点位，对于地下埋藏的输电电缆线，在同一时刻利用相同的条件，分别检测P1P2之间的信号情况，P2P3之间的信号情况，P1P3之间的信号情况，在同一时刻依次完成多个点位信号的传输、接收和比对，根据判断原则，通过中央处理器分别检测并判断，确定是否漏电和漏电位置，然后依次向后选择三个点位，直至对整根电缆全部进行检测并判断，确定是否漏电和漏电位置。

3.根据权利要求1所述的嵌入式电缆自诊断方法，其特征在于，一旦识别和定位故障，嵌入式CPU生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告，此报告转入数据处理中心，并通过手持终端或其它用户界面显示给用户。

4.根据权利要求1所述的嵌入式电缆自诊断方法，其特征在于，嵌入式CPU负责处理从接收模块采集的数据，进行实时分析和异常检测，检测同轴电缆的断路故障，且执行数据处理算法、异常检测和模型比较任务，嵌入式CPU软件部分的数据采集驱动将电磁场信号转换成可以被处理和分析的数据，异常检测算法对正常和异常信号模式的理解来识别可能的故障。

5.一种应用权1方法的嵌入式电缆自诊断系统，包括电磁模块、中央处理器、内存、存储设备、输入/输出接口以及通信接口，其特征在于，电磁模块包括电磁场发射模块和电磁场接收模块，电磁场发射模块：产生规律性脉冲扰动的电磁场并发送无线脉冲信号，这些信号以控制的方式送入电缆线一个点位，引发特定的电磁反应；电磁场接收模块：对应相邻或相近的发射模块的接收设备，感应电缆另一点位周围的电磁场变化并接收由发射模块发送的无线脉冲信号；中央处理器：处理从接收模块收集的数据并进行实时分析和异常检测，以快速处理和分析它接收到的原始信号，执行信号处理算法，分析电磁场的模式以识别异常，然后警报或通过线路图显示出潜在的故障位置；存储设备：用作储存处理数据和系统软件，提供了必要的内部和外部存储空间；输入/输出接口和通信接口：允许系统与用户或其他电子设备进行交互，通信接口提供系统与网络设备或系统进行远程通信。

6.根据权利要求5所述的嵌入式电缆自诊断系统，其特征在于，还包括数据处理中心：通过网络设备与系统中央处理器进行远程通信，如果嵌入式CPU识别到某些异常模式， 数据处理中心生成诊断报告并提示用户，生成一个包含故障详细信息、位置以及建议修复步骤的诊断报告。

7.根据权利要求6所述的嵌入式电缆自诊断系统，其特征在于，还包括手持终端，数据处理中心通过手持终端或其它用户界面显示给用户，数据处理中心用于接收手持终端或其它用户界面的控制命令。

8.根据权利要求5所述的嵌入式电缆自诊断系统，其特征在于，所述的电磁模块包括上基座（2）、下基座（3）、电磁场发射模块（4）和电磁场接收模块（5），所述上基座（2）和下基座（3）对扣固定于电缆（1）外侧，上基座（2）或下基座（3）一侧向外延伸安装有自诊断模块（16），电磁场发射模块（4）和电磁场接收模块（5）分别连接自诊断模块（16）的信号输出端和信号输入端，自诊断模块（16）用于控制向电磁场发生模块（4）发出规律性脉冲扰动的无线脉冲信号，并在不同时间接收电磁场接收模块（5）转入的发送的无线脉冲信号。

9.根据权利要求8所述的嵌入式电缆自诊断系统，其特征在于，在相邻两个电磁场发射模块与接收模块之间设置有移送机构，包括在相邻电磁模块点位设置循环机构，通过步进电机驱动循环机构转动，用于控制将相邻的电磁模块相互靠近或远离。