一种具有高精度的电缆故障在线检测定位装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于SSTDR方法的具有高定位精度的电缆故障在线检测定位装置，包括FPGA模块、DA转换模块、AD转换模块、调理电路、通道选择模块和多个非接触耦合通道，该装置提高了检测信号的中心频率从而减小定位误差；通过采用混沌序列作为扩频码，使得检测序列数量大大增加，能够实现复杂多路电缆的故障检测；采用电感式非接触耦合装置，在不影响系统正常工作的前提下实现高频检测信号的定向耦合。
【专利说明】一种具有高精度的电缆故障在线检测定位装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高定位精度的电缆故障在线检测定位装置，属于电缆故障检 测领域。
【背景技术】
[0002] 当前，国家的现代化建设快速向前推进，工业化与信息化不断深入，大量的配电网 络、电气电子系统在各行各业中发挥着举足轻重的作用，所用的电线电缆亦纵横密布、日趋 复杂。由于经常工作在高温、振动、摩擦等恶劣环境下，深埋在结构和底层之中的电线电缆 随着使用年龄的增长容易产生裂纹和磨损，逐渐老化损坏。各行各业中因电缆故障所造成 事故在不断增多，给国民经济造成了巨大的损失，人身财产安全埋下了极大的隐患。
[0003] 在这种情形下，各种电缆故障检测与定位方法不断涌现，其中以反射法的应用最 为广泛且效果显著。反射法通过向待测电缆中发送检测信号，同时采集故障点处的反射信 号，根据反射信号相对于检测信号的变化来判定故障类型并定位故障距离。目前，反射法 主要包括TDR(TimeDomainReflectomertry) >FDR(FrequencyDomainReflectometry) > STDR(SequenceTimeDomainReflectometry)、SSTDR以及NDR(NoiseDomain Reflectometry)。TDR向待测电缆中发送一窄脉冲，FDR向待测电缆中发送频率步长一定的 一组正弦波，NDR利用电缆中背景噪声作为检测信号。TDR和FDR技术较成熟，经济可靠，应 用广泛，然而由于检测信号对电缆中原有的工作信号会造成影响，它们不能对电缆进行在 线检测。STDR向待测电缆中发送PN码，PN码不影响电缆的正常工作，因而能够实现在线检 测。SSTDR(SpreadSpectrumTimeDomainReflectometry)即扩展频谱时域反射法，其原 理框图如图1所示。当开关Sw闭合时，入射信号被送入待测电缆中，入射信号在电缆故障 点处会由于阻抗不匹配而发生反射，同时接收反射信号，将入射信号与反射信号按下式进 行相关运算。
[0004] r(t) =Is(t)*x(t - τ\Η J〇
[0005] 式中s(t)为入射信号，χα-τ)为反射信号，r(t)为相关运算结果，T为检测信号 周期。从相关运算结果（如图2所示检测曲线）中可以提取电缆故障的类型和距离（故障 信息）。
[0006]SSTDR采用扩频信号作为检测信号，扩频信号具有优良的相关特性和较宽的频谱， 不仅能实现在线检测，且定位精度高，抗干扰能力强。扩频信号由扩频码与正弦载波调制产 生，扩频码的随机性能直接决定了扩频信号的随机性能。
[0007]目前，在扩频通信中常用扩频码主要包括两大类：伪随机序列和混沌序列，如表1 所示。
[0008] 表1常用扩频码
[0009]
【权利要求】
1. 一种具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述装置包括： FPGA模块：提供各模块所需时钟、产生由混沌序列与正弦波调制而成的扩频检测信 号、实现数据的同步缓存和相关运算处理、对电缆故障进行定位、提取故障信息并与上位机 进行通讯； DA转换模块：对FPGA模块产生的扩频检测信号进行数模转换； AD转换模块：将电缆中的反射信号进行模数转换后送至FPGA模块处理； 调理电路：一个连接在DA转换模块的输出端，一个连接在AD转换模块的输入端，实现 信号的调理； 通道选择模块：连接在调理电路和多个非接触耦合通道之间，实现不同耦合通道的选 通； 多个非接触耦合通道：由多个非接触耦合器组成，每个非接触耦合器分别连接一路电 缆，用于将模数转换后的扩频检测信号耦合至电缆，同时将电缆中的反射信号耦合至检测 定位装置。
2. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于故障检 测装置在线检测误差小于±0. 2m，扩频检测信号的中心频率大于等于62. 5MHz，对扩频检 测信号的采样频率大于等于500MHz。
3. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述 FPGA模块包括检测信号产生模块，检测信号产生模块包括正弦波产生模块、混沌序列产生 模块以及将混沌序列与正弦波按周期1:1调制生成BPSK扩频检测信号的调制模块。
4. 如权利要求3所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述正 弦波产生模块由产生三角波的三角波产生模块和产生方波的方波产生模块组成，正弦波由 三角波和方波交错合成，三角波与方波的频率为正弦波频率的一半。
5. 如权利要求3所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述调 制模块由第一调制模块和第二调制模块组成，第一调制模块用于对三角波和混沌序列进行 调制，第二调制模块用于对方波和混沌序列进行调制，调制完成后两调制波合成得到扩频 检测信号。
6. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述 FPGA模块包括检测信号产生模块、FIFO存储器模块，检测信号产生模块产生中心频率相等 的两路扩频检测信号分别缓存进FIFO存储器模块，两路扩频检测信号合成一路信号后送 至DA转换模块进行数模转换。
7. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于AD转换 模块采集的信号分两路缓存进FPGA模块中的FIFO存储器模块，分信号的频率为总信号频 率的一半，所述AD转换模块采用具有1:2解复用模块的AD芯片。
8. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述 FPGA模块包括实时互相关运算模块，用于将FPGA模块接收到的反射信号与其产生的扩频 检测信号进行频域相关运算。
9. 如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述 FPGA模块包括通道选择控制模块，用于发出控制命令给通道选择模块分时选通不同耦合通 道，实现对多路电缆的循环检测，所述通道选择模块采用多路模拟开关、高频继电器或用于 以太网的多路通道复用芯片来实现。
10.如权利要求1所述的具有高精度的电缆故障在线检测定位装置，其特征在于所述 非接触耦合器采用非接触电感耦合器，其包含一个磁环、一个铜环，磁环与待测电缆等效为 一个变压器的原边和副边，实现将检测信号通过磁芯材料耦合至线缆中，并采集线缆中的 反射信号至检测装置，铜环与待测线缆导体部分构成等效电容，实现对高频入射信号的低 阻抗，防止检测信号向套有铜环的方向流动，控制其耦合传输方向。
【文档编号】G01R31/08GK104316834SQ201410550578
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】王莉, 洪博 申请人:南京航空航天大学