基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析系统和方法与流程

本发明涉及一种电力电缆监控领域，具体涉及一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析系统和方法。

背景技术：

电力电缆是用于电力的传输和分配，随着社会的发展和进步，电缆用量在整个电力传输线路中所占的比例日益提高，电缆和架空线路相比较，具有可靠性高，不容易受周围环境和污染的影响，线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波的有点，所以使用很广泛。电缆在地下铺设时，不占地面和空间，既安全又可靠，还不容易暴露目标。

由于绝大多数的电缆铺设在地下，随着电缆的大量使用，电缆运行时，由于外界和内在的原因，都会发生一些故障，属于不可预知现象，电缆发生故障以后，故障点的查找成了一个重大的问题。通过人力监测耗时耗力，所以需要一种监测方法来实现电缆故障电缆破损位置定位等提供数据的前期处理方法。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析系统和方法，可以实现电缆破损位置定位、电缆完整性数据分析等数据的前期处理。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析系统，包括：

信号收发单元，包括信号发射器、信号耦合器和信号接收器；信号发射器生成一定频率的信号发送给信号耦合器，信号耦合器将发射信号作用于其末端挂接的被测电缆，并接收来自电缆的反射信号，所述信号耦合器用于隔离发射信号与反射信号；信号接收器分别接收来自信号耦合器输出的反射信号和信号发射器输出的发射信号，并输出二者的幅值比和相位差作为测量数据；

单端口校准模型，接收信号接收器输出的测量数据，根据信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式，分析测量数据，定位破损位置，实现电缆完整性数据分析。

还包括信号滤波单元，设置于信号接收器和单端口校准模型之间，用于对测量数据进行滤波。

一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析方法，包括以下步骤：

1)基于标准负载，测量满足逆傅里叶变换所需频点的所有校准数据，得到信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式中的误差项值：

其中S₁₁为测量数据，E_X为隔离误差；E_D为方向性误差；E_P为正向频率跟踪误差；E_R为源失配误差；E_s为反向频率跟踪误差；R为真实的反射系数；

2)基于实际电缆，测量满足逆傅里叶变换所需频点的所有实际数据；

3)根据实际数据和信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式，得到实际的电缆反射系数，对实际的电缆反射系数进行逆傅里叶变换，即可定位破损位置，实现电缆完整性数据分析。

所述步骤1)包括以下步骤：

41)信号耦合器的末端挂接短路负载，短路负载的反射系数R＝-1；

42)信号发射器生成一定频率的信号发送给信号耦合器；

43)单端口校准模型得到此种频率下的测量数据；

44)更改信号发射器发送正弦信号的频率；重复步骤43)，重复次数满足逆傅里叶变换所需要的频点次数，测量完毕后记载测量数据。

45)更换负载为开路负载，开路负载的反射系数R＝1，重复步骤42)到步骤44)；

46)更换负载为电缆匹配负载，电缆匹配负载的反射系数R＝0，重复步骤42)到步骤44)；

47)当三种负载测量完毕以后，根据信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式，得到E_X+E_D、E_P E_R和E_s的值；

所述步骤2)包括以下步骤：

51)在信号耦合器后面挂接实际被测通信电缆；

52)信号发射器生成一定频率的信号发送给信号耦合器；

53)单端口校准模型得到此种频率下的测量数据；

54)更改信号发射器发送正弦信号的频率；重复步骤53)，重复次数满足逆傅里叶变换所需要的次数，测量完毕后记载测量值。

本发明的有益效果：

(1)通过将单端口测量校准模型应用于电缆的扫频破损定位系统中，可以实现电缆完整性数据分析；

(2)为电缆破损位置定位等提供数据的前期处理，保障了电缆的安全可靠运行，从而保障了供电系统的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明连接示意图；

图2为本发明信号收发单元示意图；

图3为本发明应用流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析系统，包括：

信号收发单元，包括信号发射器、信号耦合器和信号接收器；信号发射器生成一定频率的信号发送给信号耦合器，信号耦合器将发射信号作用于其末端挂接的被测电缆，并接收来自电缆的反射信号，所述信号耦合器用于隔离发射信号与反射信号；信号接收器分别接收来自信号耦合器输出的反射信号和信号发射器输出的发射信号，并输出二者的幅值比和相位差作为测量数据；

信号发射器生成满足逆傅里叶变换所需频点的一系列频率的信号。

单端口校准模型，接收信号接收器输出的测量数据，根据信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式，分析测量数据，定位破损位置，实现电缆完整性数据分析。

还包括信号滤波单元，设置于信号接收器和单端口校准模型之间，用于对测量数据进行滤波。

所述单端口校准模型为安装在PC机上的一个模块，用于对测量数据做纠正。

所述信号收发单元用于实现信号发生发送，信号的耦合，以及信号的接收，信号发送单元采用AD9850实现正弦波频率合成，信号接收采用AD8302高精度幅相检测系统，信号耦合采用定向耦合器进行耦合处理。

一种基于单端口测量校准模型的电缆扫频定位分析方法，通过以下步骤来完成：

步骤1：基于标准负载，测量满足逆傅里叶变换所需频点的所有校准数据，得到信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式中的误差项值；

步骤2：基于实际电缆，测量满足逆傅里叶变换所需频点的所有实际数据；

步骤3：根据实际数据和信号流图理论应用于单端口校准模型的表达式，得到实际的电缆反射系数，对实际的电缆反射系数进行逆傅里叶变换，即可定位破损位置，实现电缆完整性数据分析。

所述步骤1，具体步骤如下：

1)单端口校准模型与信号收发单元连接，信号收发单元的末端挂接短路负载，

2)信号收发单元设定一种正弦信号的发射频率；

3)单端口校准模型测量得到基于此种频率下，反射信号的幅度和相位；

4)更改信号收发单元发送正弦信号的频率；

5)重复步骤3)到步骤4)，直至得到所需要的点数，此处所指点数，是指PC端逆傅里叶变换所需要的点数，一般情况我们选择1024点或者512点。

6)更换负载为开路负载，重复步骤2)到步骤5)；

7)更换负载为电缆匹配负载，重复步骤2)到步骤5)；

8)当三种负载测量完毕以后，将数据传递给单端口校准模型，单端口校准模型根据信号流图理论应用于单口校准模型的固定表达式进行相关计算，该表达式为：

其中E_X为隔离误差；

E_D为方向向性误差；

E_P正向频率跟踪误差；

E_R源失配误差；

E_s为反向频率跟踪误差；

R为真实的反射参数。

S₁₁为测量值。

该表达式变形以后为：

上述挂接三种负载以后，可以得到对应的反射系数测量值，分别为：

M₃＝E_X+E_D

其中M1.，M2，M3分别为挂接短路负载，开路负载，电缆匹配负载下的测量值。

根据上述结果，可以计算出各误差项的数学表达式为：

E_X+E_D＝M₃

得到M1、M2、M3后，即可根据上述表达式得到ErEp、Ex+Ed和Es的值。

所述步骤2，具体步骤如下：

1)在信号收发单元后面挂接实际被测通信电缆；

2)信号收发单元设定一种正弦信号的发射频率；

3)测量反射信号的幅度，相位，得到此点频率下的数据；

4)更改信号收发单元发送正弦信号的频率；

5)重复步骤3)到步骤4)，直至得到所需要的点数；

6)将数据传递给单端口校准模型。

所述步骤3，基于步骤2)所得到的数据，按照上述公式，得到真实的电缆反射系数R，将真实值R进行逆傅里叶变换，定位破损位置，进行电缆屏蔽层完整性及拓扑结构分析，以实现电缆完整性数据分析，电缆破损位置定位等提供数据的前期处理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。