CN216792355U - 新型电缆测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型电缆测量装置，包括电源、中央处理器、信号处理电路、采样触发电路和ADC采样电路；其中，电源输出3V直流电压；中央处理器的输出端分别与电缆、采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别为脉冲信号、基准电平信号和时钟信号；信号处理电路的输入端与电缆耦接，输入电缆损坏处反射的脉冲信号，信号处理电路用于放大反射的脉冲信号，且信号处理电路的输出端分别与采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别对应为放大的反射脉冲电平信号和放大的反射脉冲信号。本实用新型利用脉冲反射法的原理，可以测量出检测端与电缆损坏处之间的距离。

Description

新型电缆测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型电缆测量装置。

背景技术

电缆是一种电能或信号传输装置，通常是由几根或几组导线组成。现如今，电力已成为不可或缺的能源，电能由电力线路传送到千家万户，电网之间则由电缆线互相连接。然而，由于受到电缆所处的环境，或是老化因素的影响，电缆故障时有发生，例如某处电缆发生短路或者断路，这样就会造成大面积停电，进而造成较大范围的影响。由于电缆线的长度很长，通常为几十公里，维修人员在确定电缆损坏距离时，十分的困难，这给检修带来不便。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型电缆测量装置，利用脉冲反射法的原理，可以测量出检测端与电缆损坏处之间的距离。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型电缆测量装置，包括电源、中央处理器、信号处理电路、采样触发电路和ADC采样电路；其中，电源输出3V直流电压；中央处理器的输出端分别与电缆、采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别为脉冲信号、基准电平信号和时钟信号；信号处理电路的输入端与电缆耦接，输入电缆损坏处反射的脉冲信号，信号处理电路用于放大反射的脉冲信号，且信号处理电路的输出端分别与采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别对应为放大的反射脉冲电平信号和放大的反射脉冲信号；采样触发电路用于比较基准电平和放大的反射脉冲电平，且采样触发电路的输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为触发信号；ADC采样电路的输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为采样信号。

进一步地，信号处理电路包括光耦继电器、BNC接头和运算放大器；光耦继电器的发射极正极与电源耦接；发射极负极与中央处理器的输出端耦接，输入驱动信号；接收端C极通过BNC接头与电缆耦接，输入信号为反射脉冲信号；接收端E极分别与接收端C极、运算放大器的同向输入端耦接，运算放大器的反向输入端与其输出端耦接；运算放大器的输出端分别与采样触发电路的输入端和ADC采样电路的数据输入端耦接，输出信号分别对应为放大的反射脉冲电平信号和放大的反射脉冲信号。

更进一步地，所述信号处理电路还包括耦接在光耦继电器接收端E极与运算放大器同相输入端之间的RC电路，RC电路用于滤波。

更进一步地，所述RC电路包括电阻R9、R16、R17、R20、电容C16和可调电容C13、C14；光耦继电器的接收端E极、电阻R9、R16、R17、R20以及GND依次串联，可调电容C13的一端耦接在接收端E极和电阻R9之间，另一端与GND耦接；可调电容C14的一端与电容C16的一端耦接，另一端耦接在可调电容C13与电阻R9之间，电容C16的另一端与GND耦接；所述运算放大器的同相输入端分别耦接在电阻R16和R17之间以及可调电容C14和电容C16之间。

更进一步地，所述采样触发电路包括比较器，比较器的两个输入端分别与运算放大器的输出端、中央处理器的输出端耦接，输入信号分别为放大的反射脉冲电平信号和基准电平信号；输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为触发信号。

更进一步地，所述ADC采样电路包括ADC采样芯片；ADC采样芯片的模拟量输入端与运算放大器的输出端耦接，用于采样放大的反射脉冲信号；ADC采样芯片的时钟输入端与中央处理器的输出端耦接，输入信号为时钟信号；ADC采样芯片的数据输出端与中央处理器的数据输入端耦接，输出信号为采样信号。

进一步地，所述中央处理器采用AT32F103AVxT7型单片机。

更进一步地，光耦继电器采用AQY282SX型芯片；运算放大器采用GS8091型芯片。

更进一步地，比较器采用LMV7219M5型芯片。

更进一步地，ADC采样芯片采用AD9280型芯片。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的新型电缆测量装置，采用了脉冲反射法的原理，通过中央处理器向电缆发射脉冲信号，当脉冲信号遇到阻抗不匹配时，会反射脉冲信号，信号处理电路接收反射的脉冲信号，并将反射的脉冲信号作信号放大处理，采样触发电路通过比较中央处理器和信号处理电路分别提供的基准电平和放大的反射脉冲电平，产生触发信号，并将触发信号发送给中央处理器，中央处理器在接收到触发信号后，向ADC芯片发送时钟信号，并触发ADC芯片采样运算放大器输出的脉冲信号，采样数据发送至中央处理器处理，中央处理器记录输出波与反射波的波形，并根据波形的反射波与输出波之间的时间差，计算出检测端与电缆损坏处之间的距离，从而测量出电缆发生故障的位置，便于检修人员检修。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的ADC采样电路的电路图。

图3是本实用新型的采样触发电路的电路图。

图4是本实用新型的信号处理电路的电路图。

图5是本实用新型的中央处理器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围内。

如图1至图5所示，本实施例的新型电缆测量装置，包括电源、中央处理器、信号处理电路、采样触发电路和ADC采样电路。

其中，电源提供3V直流电压，用于给中央处理器、信号处理电路、ADC采样电路和采样触发电路提供工作电压。

中央处理器采用AT32F103AVxT7型单片机U5，该单片机U5是一种高速处理器。单片机U5耦接有晶振电路，晶振电路包括晶体振荡器Y1、电容C24和C30，晶体振荡器Y1单片机U5的OSC_IN脚和OSC_OUT脚之间，电容C24的一端与OSC_IN脚耦接，另一端与GND耦接，电容C30的一端与OSC_OUT脚耦接，另一端与GND耦接。中央处理器的输出端(NC脚)与电缆耦接，并向电缆发射脉冲信号。

信号处理电路包括光耦继电器、运算放大器、RC电路、模拟开关电路和BNC接头。

其中，光耦继电器采用AQY282SX型芯片U4,运算放大器采用GS8091型芯片U3。芯片U4的发射极正极(1脚)与电源耦接，发射极负极(2脚)与单片机U5的输出端(PC15脚)耦接，接收端C极(4脚，C极指的是集电极)与BNC接头耦接，接收端E极(3脚，E极指的是发射极)与接收端C极耦接，其中接收端C极与接收端E极之间耦接有电解电容C11。

RC电路耦接在芯片U4接收端E极与芯片U3同相输入端之间，RC电路包括电阻R9、R16、R17、R20、电容C16和可调电容C13、C14。芯片U4的接收端E极、电阻R9、R16、R17、R20以及GND依次串联，可调电容C13的一端耦接在接收端E极和电阻R9之间，另一端与GND耦接。可调电容C14的一端与电容C16的一端耦接，另一端耦接在可调电容C13与电阻R9之间，电容C16的另一端与GND耦接。

芯片U3的同相输入端(3脚)分别耦接在电阻R16和R17之间以及可调电容C14和电容C16之间。芯片U3的反向输入端(4脚)与其输出端(1脚)耦接。芯片U3的5脚和2脚分别与电源的正极和负极耦接。

BNC接头用于连接电缆，以接收电缆损坏处反射的脉冲信号，发射极负极(2脚)与单片机U5的输出端(PC15脚)耦接的作用是：单片机U5向光耦继电器输入驱动信号，以驱动芯片U4导通，实现发射脉冲信号从接收端C极流入再从接收端E极流出，芯片U4具有抗干扰能力强的优点。电解电容C11起到防反击的作用，保护电路。RC电路用于滤波，使得反射脉冲信号更加平滑。芯片U3用于放大脉冲信号，其输出端可输出放大后的反射脉冲信号和放大后的反射脉冲电平信号。

采样触发电路包括比较器，比较器采用LMV7219M5型芯片U2。芯片U2的两个输入端分别与芯片U3的输出端、单片机U5的输出端耦接，具体的，芯片U2的同相输入端(3脚)与芯片U3的输出端(1脚)耦接，输入信号为放大的反射脉冲电平信号，反向输出端(4脚)与单片机U5的输出端(PA4脚)耦接，输入信号为基准电平信号，输出端(1脚)分别与单片机U5的输入端(PA0脚)和电源耦接。芯片U2的2脚与GND耦接，5脚与电源耦接。芯片U2用于比较基准电平和放大的反射脉冲电平，基准电平为恒定电平，而放大的反射脉冲电平的大小由是否输出放大的反射脉冲信号决定，当芯片U3未输出放大的反射脉冲信号时，芯片U2的两个输入端的电平相等，此时不产生触发信号；而当有放大的反射脉冲信号输出时，放大的反射脉冲电平与基准电平不相等，此时芯片U2的输出端产生触发信号，并将触发信号发送给单片机U5。

ADC采样电路包括ADC采样芯片，ADC采样芯片采用AD9280型芯片U1。芯片U1的模拟量输入端(AIN脚)与芯片U3的输出端(1脚)耦接，用于采样放大的反射脉冲信号。芯片U1的时钟输入端(CLK脚)与单片机U5的输出端(PA7脚)耦接，单片机U5在接收到触发信号后，向芯片U1发送时钟信号，并触发芯片U1采样。芯片U1的数据输出端(D0～D7脚)与单片机U5的数据输入端(PB0～PB7脚)耦接，将采样数据发送至单片机U5处理。

本实用新型的工作原理是：本实用新型采用的是脉冲反射法，通过中央处理器向电缆发射脉冲信号，当脉冲信号遇到阻抗不匹配时(当电缆发生短路或者断路都会产生阻抗不匹配)，会反射脉冲信号，信号处理电路通过BNC接头接收反射回来的脉冲信号，反射脉冲信号经光耦继电器、RC电路和运算放大器后，将发射脉冲信号作信号放大处理，采样触发电路通过比较基准电平和放大的反射脉冲电平，产生触发信号，并将触发信号发送给中央处理器，中央处理器在接收到触发信号后，向ADC芯片发送时钟信号，并触发ADC芯片采样运算放大器输出的放大的反射脉冲信号，采样数据发送至中央处理器处理，中央处理器记录输出波与反射波的波形，并根据波形的反射波与输出波之间的时间差，计算出检测端与电缆损坏处之间的距离，从而测量出电缆发生故障的位置，便于检修人员检修。

该原理的计算公式为：2L＝VT,L指的是发射脉冲位置与电缆损坏处之间的距离，V指的是脉冲传播的速度，T指的是时间，由于反射信号是从发出到返回，因此L是2倍，所以距离L＝VT/2。

Claims (10)

1.一种新型电缆测量装置，其特征在于：包括电源、中央处理器、信号处理电路、采样触发电路和ADC采样电路；其中，

电源输出3V直流电压；

中央处理器的输出端分别与电缆、采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别为脉冲信号、基准电平信号和时钟信号；

信号处理电路的输入端与电缆耦接，输入电缆损坏处反射的脉冲信号，信号处理电路用于放大反射的脉冲信号，且信号处理电路的输出端分别与采样触发电路的输入端和ADC采样电路的输入端耦接，输出信号分别对应为放大的反射脉冲电平信号和放大的反射脉冲信号；

采样触发电路用于比较基准电平和放大的反射脉冲电平，且采样触发电路的输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为触发信号；

ADC采样电路的输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为采样信号。

2.根据权利要求1所述的新型电缆测量装置，其特征在于：信号处理电路包括光耦继电器、BNC接头和运算放大器；光耦继电器的发射极正极与电源耦接；发射极负极与中央处理器的输出端耦接，输入驱动信号；接收端C极通过BNC接头与电缆耦接，输入信号为反射脉冲信号；接收端E极分别与接收端C极、运算放大器的同向输入端耦接，运算放大器的反向输入端与其输出端耦接；运算放大器的输出端分别与采样触发电路的输入端和ADC采样电路的数据输入端耦接，输出信号分别对应为放大的反射脉冲电平信号和放大的反射脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的新型电缆测量装置，其特征在于：所述信号处理电路还包括耦接在光耦继电器接收端E极与运算放大器同相输入端之间的RC电路，RC电路用于滤波。

4.根据权利要求3所述的新型电缆测量装置，其特征在于：所述RC电路包括电阻R9、R16、R17、R20、电容C16和可调电容C13、C14；光耦继电器的接收端E极、电阻R9、R16、R17、R20以及GND依次串联，可调电容C13的一端耦接在接收端E极和电阻R9之间，另一端与GND耦接；可调电容C14的一端与电容C16的一端耦接，另一端耦接在可调电容C13与电阻R9之间，电容C16的另一端与GND耦接；所述运算放大器的同相输入端分别耦接在电阻R16和R17之间以及可调电容C14和电容C16之间。

5.根据权利要求2所述的新型电缆测量装置，其特征在于：所述采样触发电路包括比较器，比较器的两个输入端分别与运算放大器的输出端、中央处理器的输出端耦接，输入信号分别为放大的反射脉冲电平信号和基准电平信号；输出端与中央处理器的输入端耦接，输出信号为触发信号。

6.根据权利要求2所述的新型电缆测量装置，其特征在于：所述ADC采样电路包括ADC采样芯片；ADC采样芯片的模拟量输入端与运算放大器的输出端耦接，用于采样放大的反射脉冲信号；ADC采样芯片的时钟输入端与中央处理器的输出端耦接，输入信号为时钟信号；ADC采样芯片的数据输出端与中央处理器的数据输入端耦接，输出信号为采样信号。

7.根据权利要求1所述的新型电缆测量装置，其特征在于：所述中央处理器采用AT32F103AVxT7型单片机。

8.根据权利要求2所述的新型电缆测量装置，其特征在于：光耦继电器采用AQY282SX型芯片；运算放大器采用GS8091型芯片。

9.根据权利要求5所述的新型电缆测量装置，其特征在于：比较器采用LMV7219M5型芯片。

10.根据权利要求6所述的新型电缆测量装置，其特征在于：ADC采样芯片采用AD9280型芯片。

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