CN202583395U

CN202583395U - 电缆故障测试仪

Info

Publication number: CN202583395U
Application number: CN 201220207537
Authority: CN
Inventors: 严天峰
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

本实用新型属于电力/通信设备技术领域，具体公开了一种电缆故障测试仪。它主要包括脉冲信号发生器、高速模数转换器、高速缓冲存储器、以及数字信号处理器。本实用新型采用高速模数转换器和高速数据存储器对故障电缆上的混合脉冲进行高速采集，通过数字信号处理器对采集到的信号进行数字滤波，滤除干扰信号和噪声信号，还可手动选取滤波参数达到最好的效果，同时将发射出去的高速脉冲信号和反射回来的混合脉冲信号显示在高分辨率LCD液晶屏上进行人工分析。本实用新型抗干扰能力更强，特别在长距离的电缆测量中可以大大提高测量的准确度，对10Km电缆的故障定位准确度可以达到0.1m（校准后精度）。

Description

电缆故障测试仪

技术领域

本实用新型属于电力/通信设备技术领域，具体涉及一种电缆故障测试仪。

背景技术

电力/通信电缆发生短路、断路、阻抗不均匀等故障时，需要对故障发生点进行精确的定位，以确定故障点位置。常用的方法包括电桥法和时域反射技术。电桥法主要有电阻电桥法和电容电桥法，对于短路故障及低阻故障的测试比较方便，但对于一些综合性故障如泄漏高阻则无能为力。

时域反射技术则采用脉冲反射技术，具有对测量目标的损耗小或者无损耗、测试速度快、测量准确等特点。时域反射技术的测量原理是针对有阻抗变化的故障进行精确的定位。该技术通过在被测线对中发送测试信号，同时监测信号在该线对的反射相位和强度来确定故障的类型，通过信号发生反射的时间和信号在电缆中传输的速度可以精确地报告故障的具体位置。

传统的时域反射技术采用脉冲比较方法，通过比较高速计数器来比较发射脉冲和接收脉冲之间的时间差来确定故障位置。测量方法具有电路简单，无干扰情况下测量精度高等优点，但同时也存在一些问题，特别是抗干扰能力差，而现场往往干扰非常严重，很多情况下造成测量结果严重偏离实际值，甚至毫无参考意义。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种抗干扰能力更强的电缆故障测试仪。

为实现上述目的，本实用新型所采用技术方案如下：

一种电缆故障测试仪，用于检测电缆故障，其包括：

脉冲信号发生器，用于产生并发送高速脉冲信号至待测电缆；

高速模数转换器，用于采集待测电缆反射回来的混合脉冲信号数据；

高速缓冲存储器，与所述高速模数转换器连接，用于暂存所述混合脉冲信号数据；

数字信号处理器，与所述高速缓冲存储器连接，用于滤除所述混合脉冲信号中的干扰信号和噪声信号，并将滤波后的混合脉冲信号和所述脉冲信号发生器产生的高速脉冲信号传输至显示器显示。

进一步的，在所述数字信号处理器中设置有带通数字滤波器和均值滤波器，所述带通数字滤波器为无限冲激响应带通滤波器。

进一步的，所述高速缓冲存储器与所述数字信号处理器通过一可编程逻辑器件总线连接。

进一步的，在所述数字信号处理器上还连接有一32位的微控制器，用于控制人机接口、显示输出、以及数据通讯传输。

进一步的，所述数字信号处理器与所述微控制器之间通过HPI主机接口总线连接。

进一步的，在所述微控制器上还连接有一触摸屏控制接口，用于输入操作或控制指令和数据。

进一步的，在所述微控制器上还连接有一CAN通信接口，用于连接后台计算机。

进一步的，所述高速脉冲信号的频率为1-10MHz，所述高速脉冲信号的幅度为10-30伏。

进一步的，所述高速模数转换器选用型号为AD9288的高速模数转换器。

本实用新型采用高速ADC（模数转换器）和大容量的高速数据存储器对故障电缆上的混合脉冲进行高速采集，通过DSP（数字信号处理器）数字滤波滤除干扰信号和噪声信号，可以手动选取滤波参数达到最好的效果，同时将发射脉冲和反射脉冲显示在高分辨率LCD液晶屏上进行人工分析。因此，采用本实用新型可以在恶劣条件下可靠、准确的测量故障点的位置，并且可以智能的判断故障类型，如开路、短路、阻抗不均匀等，特别在长距离的电缆测量中可以大大提高测量的准确度，对10Km电缆的故障定位准确度可以达到0.1m（校准后精度）。

附图说明

此附图说明所提供的图片用来辅助对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型的电路结构框图。

1－脉冲信号发生器，2－高速模数转换器（ADC），3－高速缓冲存储器，4－数字信号处理器（DSP），5－32位微控制器，6－LCD液晶显示器，7－触摸屏控制接口，8－CAN通信接口。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方法来详细说明本实用新型，在本实用新型的示意性实施及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开了优选结构的电缆故障测试仪，其主要包括脉冲信号发生器1、高速模数转换器（ADC）2、高速缓冲存储器3、数字信号处理器（DSP）4、32位微控制器5、LCD液晶显示器6、触摸屏控制接口7、CAN通信接口8；其中，脉冲信号发生器1用于产生并发送高速脉冲信号至待测电缆，该高速脉冲信号的频率为1-10MHz、幅度为10-30伏；其中，高速模数转换器2用于采集待测电缆反射回来的混合脉冲信号数据；其中，高速缓冲存储器3与高速模数转换器2连接，用于暂存所述混合脉冲信号数据；其中，数字信号处理器4与高速缓冲存储器3通过一可编程逻辑器件总线连接，用于滤除所述混合脉冲信号中的干扰信号和噪声信号，并将滤波后的混合脉冲信号和所述脉冲信号发生器产生的高速脉冲信号传输至显示器显示；其中，32位微控制器5与数字信号处理器4通过HPI主机接口总线连接，用于控制人机接口、显示输出、以及数据通讯传输；其中，触摸屏控制接口7连接在32位微控制器5上，用于输入操作或控制指令和数据；其中，CAN通信接口8连接在32位微控制器5上，用于连接后台计算机；其中，LCD液晶显示器6连接在32位微控制器5上，用于显示波形以供分析；其中，在所述数字信号处理器中设置有带通数字滤波器和均值滤波器，所述带通数字滤波器为无限冲激响应带通滤波器，可以通过外部设定滤波器阶数、通带和阻带截止频率，这样就可以通过数字滤波有效排除带外信号干扰，防止误操作。

本实施例中，脉冲信号发生器1可采用DDS直接频率合成技术，用于高速脉冲信号产生，本实施例可产生频率范围在1～10MHz，幅度范围10～30V的脉冲信号，脉冲输出和DDS之间采用光隔离进一步利于系统的抗干扰。其中，高速模数转换器（ADC）2采用ADI公司的AD9288低功耗模数转换器，采样位数8位，最高采样率为100Msps，可以满足脉冲信号的最低抽样要求。AD9288将采集的脉冲数据存储在一片大容量高速缓冲存储器3中，高速缓冲存储器3采用一片256×16K的数据存储器SRAM，型号为IS61LV25616。高速缓冲存储器3与数字信号处理器（DSP）4通过CPLD可编程逻辑控制器件进行桥接。数字信号处理器（DSP）4采用TI公司的TMS320VC5402。为了进一步提高设备的抗干扰能力，在DSP内部对采样后的数据进行无限冲激响应（IIR）带通滤波，以滤除干扰信号，同时还可以根据外部指令确定滤波器阶数、通带和阻带截止频率。数字信号处理器（DSP）4通过主机接口HPI与32位微控制器5连接，微控制器5采用的型号是三星公司的S3C44B0X01 32位ARM芯片，S3C44B0X01内部具有一个LCD液晶驱动控制器。通过LCD总线接口与一个640×480的像素黑白灰度的LCD液晶显示器6连接，总线接口包括同步、时钟以及8位数据总线。LCD液晶显示器6采用EPSON公司的EG9018C。为了方便人机操作，本设计扩充了触摸屏控制接口7，触摸屏控制接口芯片采用电阻式触摸芯片ADS7843, S3C44B0X01通过模拟的串行通信接口与ADS7843进行数据传输，完成对触摸屏坐标未知的读取。为了方便计算机管理和数据计算，本设计可以通过局域网控制器CAN总线通信接口8与后台计算机通信。由于S3C44B0X01不带CAN接口，因此通过异步串行通信串口RS232/CAN进行了接口转换，当传输速率在1200bit/s时，可靠传输距离可达数公里。

本实施例采用了基于高速数据采集技术的时域反射法进行电缆故障定位的方案。其基本原理是采用高速ADC（模数转换器）和大容量的高速数据存储器对故障电缆上的混合脉冲进行高速采集，通过数字滤波滤除干扰信号和噪声信号，得到比较纯净的发射脉冲和反射脉冲信号，然后使用距离判断算法计算出故障点的位置。如果电缆干扰比较严重，可以手动选取滤波参数达到最好的效果，同时将发射脉冲和反射脉冲显示在高分辨率LCD液晶屏上进行人工分析。

本实施例主要包括脉冲信号发生、高速ADC数据采集、高速数据缓存、DSP数字信号处理器 (含数字滤波和均值滤波)、32位微控制器控制单元以及通信接口等部分。

本实施例采用了DSP和32位微控制器双处理器架构，高速ADC将故障电缆反射脉冲进行高速采集并通过大容量数据存储器进行缓存，之后DSP对数字化后的离散脉冲信号并进行滤波、分析、处理。32位微控制器完成系统控制、后台通信、显示和触摸屏控制等功能。两个处理器之间的通信通过HPI主机接口总线完成。脉冲数据采集采用高采样率、高位数的ADC转换器，与DSP通过一片CPLD可编程逻辑器件完成总线连接。由于模拟数据运算量大，CPLD将高速采集的脉冲数据存放在了一片高速数据存储器SRAM中。CPLD起到了高速数据缓存与DSP之间的桥接，在DSP内部完成数据滤波和信号处理后将结果送入32位微控制器中。微控制器外扩CF（Compact Flash）接口，可以存储大容量数据和计算后的波形数据。

本实施例的远程通信通过局域网控制器CAN总线完成，后台微机可以实时与设备通信，也可以将采集的原始数据通过计算机进行界面显示和分析、仿真。

为了提高系统的抗干扰能力，本实施例主要设计包括：1是采用了8位100Msps采样率的模数转换器，提高了系统的动态范围；2是在DSP 内部对采集的数据进行带通数字滤波和均值滤波算法，可以通过外部参数选择不同的滤波器，这些滤波器包括提高了系统的抗干扰能力。DSP内部数字带通滤波器是IIR（无限冲激响应）带通滤波器,在DSP中设计滤波器的过程中可以通过外部设定滤波器阶数、通带和阻带截止频率，这样就可以通过数字滤波有效排除带外信号干扰，防止误操作。3是通过微控制器在LCD实时显示脉冲反射波形，并与存储的各种电缆实测数据和波形对比，大大提高了复杂波形的分析正确率。

使用本技术可以在恶劣条件下可靠、准确的测量故障点的位置，并且可以智能的判断故障类型，如开路、短路、阻抗不均匀等，特别在长距离的电缆测量中可以大大提高测量的准确度，对10Km电缆的故障定位准确度可以达到0.1m（校准后精度）。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种电缆故障测试仪，用于检测电缆故障，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

在所述数字信号处理器中设置有带通数字滤波器和均值滤波器，所述带通数字滤波器为无限冲激响应带通滤波器。

3.根据权利要求1所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

所述高速缓冲存储器与所述数字信号处理器通过一可编程逻辑器件总线连接。

4.根据权利要求1所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

在所述数字信号处理器上还连接有一32位的微控制器，用于控制人机接口、显示输出、以及数据通讯传输。

5.根据权利要求4所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

所述数字信号处理器与所述微控制器之间通过HPI主机接口总线连接。

6.根据权利要求4所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

在所述微控制器上还连接有一触摸屏控制接口，用于输入操作或控制指令和数据。

7.根据权利要求4所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

在所述微控制器上还连接有一CAN通信接口，用于连接后台计算机。

8.根据权利要求1所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

所述高速脉冲信号的频率为1-10MHz，所述高速脉冲信号的幅度为10-30伏。

9.根据权利要求1所述的电缆故障测试仪，其特征在于：

所述高速模数转换器选用型号为AD9288的高速模数转换器。