CN201673231U - 一种电缆或管道的故障测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电缆或管道的故障测试装置，由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘、显示装置组成。本实用新型之查找故障点装置，不仅能对低阻接地及混线故障准确点位，而且能对高阻接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点进行准确点位，还能通过耦合或感应方式向电缆或管道施加信号，可在不断电的情况下使用进行故障点的查找。

Description

一种电缆或管道的故障测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种查找电缆或管道故障点的装置。

背景技术

目前，常用的查找电缆故障的方法及装置有以下几种：

第一种为脉冲反射回波法。此方法只适用于电缆。查找仪向被查芯线发送一脉冲信号，此信号波沿芯线向终端传输，若中途遇到阻抗突变，如断线、短路、混线、接地等，则将产生发射回波信号。根据此反射信号返回的时间，再结合信号波在芯线中的传播速度即波速就可计算出故障的距离。例如：故障点距离等于回波反射时间乘以波速在除以二。但此方法只适用于少数的低阻接地及混线故障，对于大部分的高阻接地及混线，由于线条阻抗变化不大，回波反射信号太小，无法辨别而难以定位。另外，即便时少数可测的低阻接地或混线，此方法也只是粗侧，它所计算出的距离为电缆的长度，与地面上的实际长度将有较大的误差，这是由电缆敷设因素及备用量等因素造成的，所以此方法难以准确的定位故障点。

第二种为电桥法或参数值法。此方法也只适应于电缆。用电桥或参数表测出芯线至故障点的阻值或参数，在根据电缆参数换算为距离，此方法也只适用于少数接地及混线阻值稳定的情况下，且无其它电源干扰的情况下使用的，而对于多数高阻接地及混线阻值及其不稳定的情况，且大地中有干扰电流存在的情况下，从而导致无法完成测量，另为，即使是对于少数稳定接地及混线能测量计算出距离，也只是电缆长度，即所谓的粗测，与地面上的实际距离有较大的误差，这是由电缆敷设因素及备用量等因素造成的，所以此方法难以准确的定位故障点。

第三中为高压放电听音法。此法也只适用于电缆。由高压发生器向被测芯线内发送高压脉冲，此高压经线条绝缘不良处击穿放电，将发出强烈的放电声，用听声器接收测放电声波结合放电电波，由于电波速度远远大于声波，这样接收到声波和电波之间存在一定的时间差，就可判断出故障点，声波与电波时间越近，就说明距离故障点越近，此方法只适用于高压电力电缆的接地及混线的查找，对于低压电缆无法使用，可能造成电缆的损坏，即便是对于高压电缆，由于外接噪声的干扰及查找经验的限制，也难以准确定位故障点。

第四种为地面插测法，此法适用与地埋电缆或管道，可查因为绝缘层破损而导致的其内部金属部分对大地绝缘不良，由发送器向绝缘不良的金属线芯发送一查找信号，使其与大地经破损点泄漏构成回路，则在破损点周围大地中，以破损点为中心向外扩散电磁场，查找时沿电缆或管道路径用两根导电棒，逐段插入大地，当进入泄漏电场区域时，可接收到泄漏的查找信号，将此信号送人接收机进行处理，则可判断出泄漏点所在，此法虽然能准确定位故障点，但必须沿电缆整条路径不断插测，耗时费力并且效率低。

第五种为跟踪信号强度法。由发送器向被测线条发射仪交变的查找信号，然后沿线条由接收器跟踪此信号，通过比较信号强度的变化而判定故障点。例如：发送器至故障点间信号较强，越过故障点后强度骤减。但由于大部分的发射器均只有一个或两个频率，而且发射电压较低，发射功率较小，而且只能与电缆或管道直接连接才能将信号有效的发送出去，有时由于电缆的埋深影响接收强度，所有准确定位故障点。

综上所述，目前使用的查找电线及电缆故障点的方法及装置，不便于准确定位故障点，尤其是高阻接地及混线或接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点，必须与电缆直接连接才能施加信号。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种查找电缆或管道故障点的装置，它不仅能对低阻接地及混线故障准确点位，而且能对高阻接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点进行准确点位，还能通过耦合或感应方式向电缆或管道施加信号，可在不断电的情况下使用进行故障点的插座。

本实用新型是基于下述构思完成的：由于电缆或管道的电阻是均匀分布的，所以在电缆或管道上施加一测试信号，此实用新型可以自动测试电缆或管道的阻抗，提供给用户，同时调整输出电压，调整输出阻抗，使输出阻抗和电缆或管道的阻抗接近或相等，这样被测电缆或管道上可以得到最佳的信号传输效果，由于测试环境的变化，本实用新型提供了低频、中频、高频、射频等四种频率模式，大大提高了信号的抗干扰能力，当无法甩开电缆线头的情况下，但可看见部分电缆，可通过耦合法，向电缆施加信号，即采用耦合线圈如耦合钳卡在待测的可见电缆上，通过耦合钳将信号间接的施加到电缆上，同样用接收机可以测到该信号，当不知道电缆的敷设情况，但又想知道指定区域是否有敷设电缆，可通过感应法施加信号，由于发射机内部有感应线圈，当信号发出时信号会通过感应线圈向空气中辐射，当有金属物体时，便可沿着金属物体传播，采样感应法逐段进行扫描，便可准确判断电缆的敷设情况。

本实用新型是这样实现的：

由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘、显示装置组成。其中显示装置和控制系统相连；键盘和控制系统相连；控制系统和信号产生电路相连；信号产生电路和信号放大电路相连；信号放大电路和阻抗测量电路相连；阻抗测量电路和A/D采样电路相连；A/D采样电路和控制系统相连；A/D采样电路和功率检测电路相连；功率检测电路和功率调节电路相连；功率调节电路和控制系统相连，发射机在电缆或管道端头发送一信号，用接收机沿着电缆或管道的走向接收信号。

所述控制系统，是单片机或RAM、FPGA等控制器。其作用是进行采样数据的处理、显示装置的驱动，键盘的扫描和功率、档位等相关参数的显示处理和信号产生的控制、功率调节电路的控制及A/D采样电路中数据的处理。

所述信号产生系统，是由控制系统产生的高频信号，经过放大之后输出；也可以是由专用的频率产生器件产生后，经放大整形后输出。

所述信号放大电路，是由运算放大器和变压器组成。信号通过运算放大器后，经过高频变压器进行放大，得到峰值2V-300V的电压，施加到电缆或管道上。

所述功率检测电路，是通过检测电压和电流，根据P＝VI算出当前系统的功率值是否满足要求。

所述功率调节电路，当控制系统检测到当前的功率超出范围或小于额定功率时，便通过控制可调电压来控制运算放大器电压，从而调整输出电压，改变输出功率大小。

所述阻抗测量电路，是通过电阻分压检测输出电压，检测输出电流，根据R＝U/I，计算出被测电缆或管道的阻值。

所述A/D采样电路，可采用8位或12位A/D转化器件，用来采集电压值、电流值，从而计算出当前的功率和电缆或管道的阻抗。

所述键盘系统，主要包括开关、频率切换按键、档位切换按键，可采样薄膜时按键或机械式按键。

所述显示装置，可以是由液晶显示器显示当前的工作状态，功率大小，阻抗大小，或LED指示灯指示当前的状态和功率大小，表头指示阻抗大小。

本实用新型之查找故障点装置，它不仅能对低阻接地及混线故障准确点位，而且能对高阻接地及混线阻值不稳定或有较大外界干扰的故障点进行准确点位，还能通过耦合或感应方式向电缆或管道施加信号，可在不断电的情况下使用进行故障点的插座。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

附图说明

图1.是本实施例的整体结构框图。

图2.是本实施例信号产生、放大及处理的示意图。

图3-1.波谷法测路径信号施加、流向及接收方式示意图。

图3-2.波谷法测路径信号强度、信号分解示意图。

图4-1.波峰法测路径信号施加、流向及接收方式示意图。

图4-2.波峰法测路径信号强度、信号分解示意图。

图5-1.波峰法测故障施加、流向及接收方式示意图。

图5-1.波峰法测故障信号强度示意图。

图1中给出了本实施例的整体结构。主要由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘、显示装置组成。控制系统采用单片机，其中显示装置和控制系统相连；键盘和控制系统相连；控制系统和信号产生电路相连；信号产生电路和信号放大电路相连；信号放大电路和阻抗测量电路相连；阻抗测量电路和A/D采样电路相连；A/D采样电路和单片机系统相连；A/D采杆电路和功率检测电路相连；功率检测电路和功率调节电路相连；功率调节电路和单片机系统相连。发射机在电缆或管道端头发送一信号，用接收机着电缆或管道的走向接收信号

图2显示了本实施例信号产生、放大及处理的示意图，其中U1为控制系统，U2为可编程的数字电源，U3为信号产生器，U4为运算放大器，控制系统U1控制信号发生器U3产生特定的频率，通过R1、C1组成的滤波电路经过运算放大器U4，通过U1控制运算放大器U4的电源电压输出一个可调幅度的特定频率的信号，经过电容C2给变压器升压，升压至2V-300V的高压脉冲信号，输出到待测电缆或管道，在变压器高压测通过电阻R1、R2分压得到一个小电压进ADC，根据U＝R*I可测试出输出的电源值，在变压器的高压测串接一特定值的电阻，测试此电阻上的压降，根据I＝U/R就可测到输出端流过的电流值，知道电流、电压，根据R＝U/I就可计算出外接电缆或管道的阻抗值，从而达到自动测试阻抗的功能。

图3-1和图3-2分别给出了波谷法测路径信号施加、流向及接收方式示意图和信号强度、信号分解示意图。假设地下有一根电缆F，两端可见，在一端接发射机C，反射机一端在A点接线芯，另一端在B端通过地针或其它金属物体接地，电缆的另一头E通过地针或其它金属物体接地，当打开发射机后，发射机C发送一高压脉冲信号，此信号沿着电缆一直传输，到另一端通过E点入地，通过大地返回发射机，构成回路。当信号流过电缆时，会在电缆的周围产生磁场，产生的磁场是以电缆为中的同心磁场，在电缆的正上方磁场最强，用接收机在电缆的上方接收信号，接收机中有接收线圈，当接收线圈呈现如图三所示的方向时(波谷法)，设在电缆上方的某一点的磁场强度为H，此磁场强度可分解为水平分量Hб1，垂直分量Hб2，由于接收机线圈呈垂直方向，所以垂直分量Hб2，为所接收到的信号强度，当接收机D由电缆一侧向电缆上方移动时，由于靠近信号源(电缆)所以磁场强度Hб逐渐加强，垂直分量Hб2增强，水平分量Hб1减小，当到达H点时，垂直分量Hб2达到最大，在电缆的正上方I点，垂直分量Hб2达到最小，信号最小，继续移动接收机，可找到另一垂直分量Hб2最大点；这样在电缆的正上方信号最小，在两侧可找到一个最大点，根据这个特点就可以找到电缆的准确路径。

在图4-1和4-2中，给出了用波峰法测路径信号施加、流向及接收方式和波峰法测路径信号强度、信号分解示意图，同样设地下有一根电缆，打开发射机后，用接收机在电缆的上方接收信号，此时将接收机转90度，当接收线圈呈现如图四所示的方向时(波峰法)，设在电缆上方的某一点的磁场强度为Hб，此磁场强度可分解为水平分量Hб1，垂直分量Hб2，由于接收机线圈呈水平方向，所以水平分量Hб2，为所接收到的信号强度，当接收机D由电缆一侧向电缆上方移动时，由于靠近信号源(电缆)所以磁场强度Hб逐渐加强，垂直分量Hб1减小，水平分量Hб2增加，当到达L点时，水平分量Hб1达到最大，垂直分量最小，给点的水平分量Hб1接近给点的磁场强度Hб，根据电磁场原理L点就是电缆的正上方，这样在电缆的正上方信号最大，在两侧逐渐减小，根据这个特点就可以找到电缆的准确路径。

图5-1和5-2中利用波峰法测故障的原理，给出了波峰法测故障施加、流向及接收方式示意图和波峰法测故障信号强度示意图，设地下有一根电缆，在电缆的M处有一接地故障，当打开发射机后，发射机产生的信号会沿着电缆传输，在M处，由于存在故障，所有信号从M点入地流回发射机构成回路，而过了故障点M后，由于大部分的信号从M点入地，只有很微弱的信号继续向前传输，由于电缆的阻抗，这些信号会越来越小，用接收机采样波峰法在电缆的上方接收信号，前提时知道电缆的路径，若不知道电缆或管道的敷设路径可通过以上的波峰法测路径或波谷法先测出路径，在找出信号突变点，就可以找到故障的所在位置。

Claims (10)

1.一种电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：由控制系统、信号产生电路、信号放大电路、功率检测电路、功率调节电路、阻抗测量电路、A/D采样电路、键盘、显示装置，其中显示装置和控制系统相连；键盘和控制系统相连；控制系统和信号产生电路相连；信号产生电路和信号放大电路相连；信号放大电路和阻抗测量电路相连；阻抗测量电路和A/D采样电路相连；A/D采样电路和控制系统相连；A/D采样电路和功率检测电路相连；功率检测电路和功率调节电路相连；功率调节电路和控制系统相连，发射机在电缆或管道端头发送一信号，用接收机沿着电缆或管道的走向接收信号。

2.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述控制系统是单片机或RAM、FPGA，用于进行采样数据的处理、显示装置的驱动，键盘的扫描和功率、档位等相关参数的显示处理和信号产生的控制、功率调节电路的控制及A/D采样电路中数据的处理。

3.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述信号产生电路，由控制系统产生的高频信号，经过放大之后输出；也可以由专用的频率产生器件产生后，经放大整形后输出。

4.根据权利要求1所述电缆或管道故障的测试装置，其特征在于：所述信号放大电路，由运算放大器和变压器组成，信号通过运算放大器之后再经过高频变压器进行放大，得到峰-峰值2V-300V的电压施加到电缆或管道上。

5.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述功率检测电路，是通过检测电压和电流，根据P＝VI算出当前系统的功率值是否满足要求。

6.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述功率调节电路，当控制系统检测到当前的功率超出范围或小于额定功率时，便通过控制可调电源电压来控制运算放大器电压，从而调整输出电压，改变输出功率大小；

7.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述阻抗测量电路，是通过电阻分压检测输出电压，检测输出电流，根据R＝U/I计算出被测电缆或管道的阻值。

8.根据权利要求1所述电缆或管道的故障测试装置，其特征在于：所述A/D采样电路，采用8位或12位A/D转化器件，用来采集电压值、电流值，输出的电压值、电流值，从而计算出当前的功率和电缆或管道的阻抗。

9.根据权利要求1所述电缆或管道故障测试装置，其特征在于：所述键盘系统，包括开关、频率切换按键、档位切换按键，可采样薄膜按键或机械式按键。

10.根据权利要求1所述电缆或管道故障测试装置，其特征在于：所述显示装置，可以是由液晶显示器显示当前的工作状态，功率大小，阻抗大小；或LED指示灯指示当前的状态和功率大小，表头指示阻抗大小。

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