CN1311597A - 电话线路测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电话线路测试装置和方法,用于测量电话线路上两条外线之间的绝缘电阻、电容以及两条外线各自对地的绝缘电阻、电容,其中测试方法是先测出二条外线短接后的对地电阻、电容以及其中一条外线接地后、另外一条未接地的外线的对地电阻、电容;计算出待测的绝缘电阻。测试装置包括恒流源、数据采集单元、数据处理与控制单元、切换装置。解决了以往外线测试中电阻和电容相互影响的问题,实现快速高精度和低成本的外线测试。

Description

电话线路测试装置和方法

本发明涉及电话用户线路的性能测试，特别是对于电话线路上两条外线之间的绝缘电阻、电容以及两条外线各自对地的绝缘电阻、电容的测量。

在现有电话网的维护中，由于用户线路分布广，环境恶劣，维护是十分困难的。短路、断线、地气、绝缘不良等都会造成用户不能通话或话音质量下降。因此，快速测试外线参数和故障定位对于提高电信服务质量和降低工作强度具有重要意义。

按照邮电通信标准，电话用户线路的性能测试和故障定位主要包括外线12项参数的测试，即A、B线之间，A线对地，B线对地的直流电压、交流电压、绝缘电阻、电容等的测试。

在电话用户线路的测试中，直流电压、交流电压的测试较简单。绝缘电阻、电容等的测试则难以实现。现有的测试方法常将绝缘电阻、电容的测量分开，测量电阻时尽量避免电容的影响，测量电容时尽量避免电阻的影响。实际上，外线上的分布电阻和分布电容是同时存在的，因此，测试难以达到较高的准确度，故障的定位也不可能准确。在申请号为97108938.8的中国发明专利申请中，就是采取这样的方法，分别用不同的电路测量电阻和电容。这样不仅电路复杂，价格较高，而且测量时要等待电路达到稳态，需要较长的测量时间，不能做到快速测试，不适合于接入网的应用要求。在专利号为5444759的美国专利中，提出了预测稳态电压的算法，但是没有从根本上解决外线测试所面临的问题。

本发明的目的是解决以往外线测试中电阻和电容相互影响的问题，提供一种快速高精度和低成本的外线测试装置和方法。

本发明实现上述目的的方案包括电话线路的测试方法及其测试装置，用于测量电话线路上两条外线A、B之间的绝缘电阻R1、电容C1以及两条外线A、B各自对地的绝缘电阻R2、R3、电容C2、C3。

其中测试方法包括以下步骤：

将二条外线A、B短接，测出短接后二条外线共同的对地电阻Ra、电容Ca；

将其中一条外线A接地，测出另外一条未接地的外线B的对地电阻Rb、电容Cb；

将另外一条外线B接地，测出未接地的外线A的对地电阻Rc、电容Cc：

利用测得的上述电阻(Ra、Rb、Rc)、电容(Ca、Cb、Cc)的数据计算出待测的绝缘电阻(R1、R2、R3)和电容(C1、C2、C3)。

本发明的方案还包括一种电话线路测试装置，包括恒流源，用于给被测外线A、B提供恒定的激励电流；数据采集单元，用于采样在恒流激励过程中外线上的响应电压y(t)；数据处理与控制单元，用于对采样的数据进行处理计算，并对恒流源和数据采集电路单元进行控制；其特是：还包括切换装置，用于对外线A、B的连接进行切换，经切换后可实现的连接至少包括以下三种：a)将两条外线A、B进行短接并接至恒流源；b)将其中一条外线A接地并将另一条外线B接至恒流源；c)将其中另一条外线B接地并将未接地的外线A接至恒流源。

由于采用了以上的方案，利用不同连接状态下恒流源激励后其响应电压的情况同时求解出电阻和电容值，而不是将电容电阻分开测量，这样就不存在阻容相互影响的问题。测量快速、精确，其装置简单，可节约测量成本。

图1是本发明中用户电话线路的阻容模型。

图2是测试步骤1时用户电话线路的阻容测试示意图。

图3是测试步骤2时用户电话线路的阻容测试示意图。

图4是测试步骤3时用户电话线路的阻容测试示意图。

图5示出本发明一个实施例测试装置的结构框图。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明给用户外线(包括话机)建立一个由电阻和电容组成的电路模型，如图1所示。在这个模型中，共有6个元件，A、B线之间、A线对地、B线对地的绝缘电阻和电容，分别表示为R1、C1、R2、C2、R3、C3(即：AB线间的绝缘电阻用R1表示，电容用C1表示；A线与地间的绝缘电阻用R2表示，电容用C2表示；B线与地间的绝缘电阻用R3表示，电容用C3表示)，图中的电阻均用电导表示，为G1、G2、G3；其实质就是将具有分布电容和分布电阻的用户线路用以上的6个集总参数的元件表示。从而将外线测试转换为对以上模型参数的测试。其基本方法是用恒流源对线路充电，然后测量线路上的电压，计算出模型参数。

通过脉冲激励，测量线路上的响应电压，再通过先进的信号处理算法计算出模型的参数，从而得到外线参数，并依据测试结果判断故障类型，进行故障定位。

但是有六个元件的模型参数的测量还是十分复杂的。本发明不是直接测量该模型，而是分三个步骤间接测量出模型参数。

第一步，将外线AB短接，此时相当于电阻R2和R3并联，电容C2和C3并联。令Ga=G2+G3,Ca=C2+C3。用恒流激励的方法测量并计算出Ga和Ca的值。图2是本测试步骤用户电话线路的阻容测试示意图。此时将外线A、B短路，简化为两个元件的模型，运用下述的测试技术可以准确测试出Ga、Ca的数值。

第二步，将外线A和地短接，此时相当于电阻R1和R3并联，电容C1和C3并联。令Gb=G1+G3,Cb=C1+C3。用恒流激励的方法测量并计算出Gb和Cb的值。图3是本测试步骤时用户电话线路的阻容测试示意图。此时将外线A对地短路，简化为两个元件的模型，运用下述的测试技术可以准确测试出Gb、Cb的数值。

第三步，将外线B和地短接，此时相当于电阻R1和R2并联，电容C1和C2并联。令Gc=G1+G2,Cc=C1+C2。用恒流激励的方法测量并计算出Gc和Cc的值。图4是本测试步骤时用户电话线路的阻容测试示意图。此时将外线B对地短路，简化为两个元件的模型，运用下述的测试技术可以准确测试出Gc、Cc的数值。

最后可以得到：

其中G1=1/R1,G2=1/R2,G3=1/R3,Ga=1/Ra,Gb=1/Rb,Gc=1/Rc。

至此，剩下的问题在于测量由一个电阻和一个电容组成阻容电路的测量算法，本发明采用恒流源激励该阻容电路，采样响应电压，计算出电阻和电容的数值。

假设恒流源为I，电阻和电容两端电压为y(t)。

由该测试模型可以得出以下方程： $I=\frac{y\left(t\right)}{R}+C\frac{\mathrm{dy}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$ 令 $G=\frac{1}{R}a\left(t\right)=\frac{\mathrm{dy}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$ 可得           G*y(t)+C*a(t)-I=0

如果考虑第K个采样点，可写为：(K是对于时间t的采样点的序号)G*y(k)+C*a(k)-I=0设f_k(G,C)=G*y(k)+C*a(k)-I $F(G,C)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{f}_k^2(G,C)$

其中y(k),a(k)是离散表示形式。 $\frac{\∂F}{\∂G}=2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{f}_k(G,C)*y\left(k\right)$ $\frac{\∂F}{\∂G}=2\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{f}_k(G,C)*a\left(k\right)$

令

则    Z=A^-1B由此即可算出电阻R和电容值C。

由于恒流源激励相当于给电路充电，在充电之前要先对电路放电，因此，在测量之前先对外线进行放电。

本发明的电话线路测试装置包括恒流源3，用于给被测外线A、B提供恒定的激励电流；数据采集单元4，用于采样在恒流激励过程中外线上的响应电压y(t)；数据处理与控制单元5，用于对采样的数据进行处理计算，并对恒流源3和数据采集电路单元4进行控制；其特是：还包括切换装置2，用于对外线A、B的连接进行切换，经切换后可实现的连接至少包括以下三种：a)将两条外线A、B进行短接并接至恒流源3；b)将其中一条外线A接地并将另一条外线B接至恒流源3；c)将其中另一条外线B接地并将未接地的外线A接至恒流源3。

图5示出本发明一个实施例的结构框图。单元1表示外线进入测试板的保护电路单元，主要是防止外线上的高压和静电损坏测试装置。单元2是继电器组，用于完成前述步骤中的A线或B线短接或接地的功能，此外，还有放电单元7，用于每次激励后给线路放电。单元3是恒流源，在控制单元的作用下以恒定的电流激励线路。单元4是数据采集单元，包括电压衰减电路和高精度的放大电路，以及A/D转换器。用于对线路上的响应电压采样。单元5是控制和数据处理单元，包括一片ADSP2181数字信号处理器和外围电路。由ADSP2181控制继电器动作，完成上述步骤的测试，读取采样数据，处理，得到线路参数，并通过通信接口电路单元6将结果送到交换机或接入网的相应单元。

各部分描述如下：

用于防止外线高压和静电等的保护单元1。该保护单元1包括防止线路上过压和过流的元件，在受到雷击等特殊情况下可以有效地保护整个测试装置的安全。

用于产生脉冲激励的恒流源3。恒流源3由一个高精度的电压基准通过恒流电路产生，在温度和湿度变化时可以保持稳定不变。

用于切换不同测试步骤的继电器组2(即前述切换装置2，也可用电子开关等实现)。继电器的作用是诸如将用户线路引入测试装置，用不同恒流源激励线路，将放电元件接入线路等作用。

用于给线路放电的放电电路7，在每一次测试之前给线路放电。每一个测试步骤均需要给线路充电，在每一次测试之前应将线路上的残余电荷放掉，以便得到完整的充电过程。

用于采集线路上信号的数据采集单元5，包括信号衰减及放大电路和A/D转换器。由于A/D转换器的输入电压范围是一定的，对于较弱的输入信号应予以放大，对于过强的输入信号应予以衰减，才能保证输入A/D转换器的信号有合适的幅度和足够的信噪比。

用于对采集到的数据进行处理的数字信号处理单元7和将测试结果送给外部系统的通信电路单元6。这一电路单元主要包括ADI公司的数字信号处理器ADSP2181和一片双口动态存储器RAM。数字信号处理器ADSP2181同时控制继电器和A/D器件等，按照步骤给线路充电，完成A/D转换，读取结果并分析，计算出线路参数，并通过双口动态存储器RAM将结果传送到外部系统。

本装置的工作过程可以描述如下：

首先数字信号处理器ADSP2181控制放电电路给用户线路放电，然后数字信号处理器ADSP2181控制继电器按照上述三个步骤中的一个形成特殊的线路连接状态，用恒流源给线路充电，同时进行A/D转换，再对数据进行处理，计算出结果。在上述三个步骤完成后，运用前述的公式就可以计算出最终的结果。

本文前面已经提到了外线测试的复杂性，传统测试方法虽然使用了复杂的电路，但是精度、速度和价格均不能令人满意。本发明为外线建立了准确的模型，测试精度在3％以内，测试时间在3秒以内，而且由于测试电路简洁，主要通过先进的软件算法实现，价格也大大下降，适合在接入网中大量应用。

由于本发明测试方法的精度高，速度快，价格低，性价比高，在接入网中已实验成功。显然，本发明还可以应用于相类似的其他电信测试系统中，因此，本发明的保护范围不应受上述实施例的限制。

Claims (7)

1、一种电话线路测试方法，用于测量电话线路上两条外线(A、B)之间的绝缘电阻(R1)、电容(C1)以及两条外线(A、B)各自对地的绝缘电阻(R2、R3)、电容(C2、C3)，其特征是包括以下步骤：

将二条外线(A、B)短接，测出短接后二条外线共同的对地电阻(Ra)、电容(Ca)；

将其中一条外线(A)接地，测出另外一条未接地的外线(B)的对地电阻(Rb)、电容(Cb)：

将另外一条外线(B)接地，测出未接地的外线(A)的对地电阻(Rc)、电容(Cc)：

利用测得的上述电阻(Ra、Rb、Rc)、电容(Ca、Cb、Cc)的数据计算出待测的绝缘电阻(R1、R2、R3)和电容(C1、C2、C3)。

2、如权利要求1所述的电话线路测试方法，其特征是：利用测得的电阻(Ra、Rb、Rc)、电容(Ca、Cb、Cc)计算出待测的绝缘电阻(R1、R2、R3)和电容(C1、C2、C3)的计算公式如下：

其中G1=1/R1,G2=1/R2,G3=1/R3,Ga=1/Ra,Gb=1/Rb,Gc=1/Rc。

3、如权利要求1所述的电话线路测试方法，其特征是：其中测量二条外线短接后的对地绝缘电阻(Ra)、电容(Ca)、两条外线(A、B)其中一条接地后另一条的对地绝缘电阻(Rb、Rc)、电容(Cb、Cc)的方法如下：在被测外线上输入恒定电流(I)，测出其响应电压(y(t))，其中t代表时间，则被测电阻(Ra、Rb、Pc)和电容(Ca、Cb、Cc)可按如下公式算出：

Z=A^-1B其中

$G=\frac{1}{R}a\left(t\right)=\frac{\mathrm{dy}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}$

K是对于时间t的采样点的序号。

4、如权利要求1或2或3所述的电话线路测试方法，其特征是：在测量之前先对外线进行放电。

5、一种电话线路测试装置，包括恒流源(3)，用于给被测外线(A、B)提供恒定的激励电流；数据采集单元(4)，用于采样在恒流激励过程中外线上的响应电压(y(t))；数据处理与控制单元(5)，用于对采样的数据进行处理计算，并对恒流源(3)和数据采集电路单元(4)进行控制；其特是：还包括切换装置(2)，用于对外线(A、B)的连接进行切换，经切换后可实现的连接至少包括以下三种：a)将两条外线(A、B)进行短接并接至恒流源(3)；b)将其中一条外线(A)接地并将另一条外线(B)接至恒流源(3)；c)将其中另一条外线(B)接地并将未接地的外线(A)接至恒流源(3)。

6、如权利要求5所述的电话线路测试装置，其特征是：所述切换装置(2)是继电器组。

7、如权利要求5所述的电话线路测试装置，其特征是：还包括保护电路单元(1)和放电电路单元(7)，外线通过保护电路单元(1)接入装置中，防止外线上的高压和静电损坏装置；放电电路单元(7)通过切换装置(2)与外线(A、B)相连。

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