从手持式维护工具检测和定位过程控制通信线路故障的制作方法
本申请涉及一种诊断手持式维护工具，其选择性地向通信线路上的一个或多个现场设备提供功率和通信信号，并且更具体而言，涉及能够检测和定位通信线路中的故障的手持式维护工具。
背景技术：
过程控制系统，如在化学和石油过程中使用的那些过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，其通信地耦合到至少一个主机或操作员工作站，并且经由模拟、数字、或组合模拟/数字总线通信地耦合到一个或多个现场设备。现场设备(其可以是例如，阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)在过程工厂内执行功能(诸如打开或关闭阀和测量过程参数)。过程控制器接收指示由现场设备进行的过程测量结果的信号和/或与现场设备有关的其它信息，使用该信息来执行控制例程，并且随后生成在总线或其它通信线路上发送的控制信号，以控制现场设备的操作。利用从现场设备和过程控制器收集的信息，操作员或技术人员可以在操作员工作站处执行一个或多个应用，这些应用执行关于过程的任何期望的功能，诸如，举例来说，配置过程、查看过程的当前状态、和/或修改过程的操作。
在许多情况下，现场设备可能需要现场设置、配置、测试、和维护。例如，在现场设备可以安装在过程控制工厂的特定位置之前，现场设备可能需要被编程，然后可能需要在安装现场设备之前和之后进行测试。已经安装的现场设备还可能需要针对维护原因定期检查，或者例如当检测到故障时，需要诊断现场设备以进行维修或修理。一般而言，使用手持式、便携式维护工具来在位置上执行现场设备的配置和测试。由于许多现场设备安装在远程的难以到达的位置，因此对于用户来说更方便的是使用手持式、便携式工具而不是使用完全配置和测试设备来测试在这种远程位置中的安装的设备，完全配置和测试设备可能是重的、体积大的和非便携式的，通常需要将安装的现场设备运输到诊断设备的位置。
在现场设备至少部分地可操作并且经由本地总线被供电的情况下，手持式维护工具或便携式测试设备(“ptd”)可以连接到现场设备的通信终端以运行诊断例程。通常，现场设备和ptd在两线制或四线制通信连接或线路(通常称为总线)上通信。例如，当安装在工厂环境中时，
在一些情况下，本质安全(“is”)标准限制其中功率和其它通信信号可以被提供给现场设备的方式，特别是当现场设备安装在现场中的关键或危险的过程控制系统中时。通常，较高电压用于向现场设备提供功率，而不是用于与现场设备进行通信的电压。此外，在现场中为现场设备供电之前必须实施某些安全措施。具体地，根据is指南，技术人员不能接通现场设备本身内的现场设备的功率，并且不能使用在某些预定水平上生成电压的设备。is指南禁止内部功率切换和生成较大的电压，这是因为现场设备通常安装在挥发性物质或挥发性过程的邻近处，因此当高电压或功率连接施加到现场设备时，通过电弧或生成火花而导致爆炸的可能性较高。作为参考，内部开关可以被认为是整体地连接在现场设备内或物理地容纳在现场设备内和/或固定到现场设备的任何开关。
相关的is指南还建议不要在连接到现场设备并且位于现场设备附近的ptd内接通功率。is标准通常在向安装在现场中的非操作或未供电现场设备施加功率时需要手动干预。尽管可能期望将现有的ptd配置为具有自动供电功能以便为现场设备供电，但是该配置通常在is标准下被禁止，特别是当向现场设备提供较高的功率信号以便为现场设备供电或用于测试目的时。
为了符合is标准，一些现有的ptd包括具有用于在ptd与经受测试的现场设备之间耦合四条线路或导线的四个连接端口的接口。通常，第一对线路用于在第一电压范围下传输通信信号，并且第二对线路用于在第二和较高电压或电压范围下为现场设备供电。每当现场设备正在经受测试时，主要使用第一对线路，并且仅当需要将功率提供给现场设备以使得现场设备能够执行功能(例如，测试功能或配置功能)时使用第二对线路/导线。以这种方式，对经受测试的现场设备的额外功率总是需要手动干预，包括在现场设备与ptd之间连接额外的导线。简而言之，is标准通常已经限制了便携式现场设备测试装置的发展，需要两组单独的线路或导线组以及用于将现场设备连接到便携式测试装置的三个或四个端口。
在任何情况下，如果通信线路或总线具有故障(例如短路(低阻抗)故障或开路(高阻抗)故障)，则使用手持式设备来经由安装的通信线路或总线与现场设备进行通信是困难的(如果不是不可能的话)。此外，当在通信总线中存在这样的故障时，在第一种情况下可能难以检测在总线或通信线路中的故障的存在。例如，当总线经历高阻抗故障时，手持式设备能够连接到总线并在总线上操作，并且甚至能够与总线上的一些设备通信。在这些情况下，操作员难以知道无法与总线上的现场设备通信是由总线中的故障还是由总线上的设备内的故障引起的。此外，即使操作员知道通信线路或总线中存在故障，操作员也难以知道故障存在于何处从而能够容易地找到并修复故障。在一些情况下，过程控制通信总线的通信和输电线路可以在工厂内横跨很远的距离，并且如在工厂中安装的那样，这些线路可能被隐藏、覆盖或以其它方式难以看到。因此，即使操作员知道线路中存在故障，也可能需要长时间来在视觉上检查线路以发现故障。
技术实现要素：
手持式维护工具操作以检测过程控制网络的通信线路或总线中的故障的存在，并且另外可以操作以检测线路或总线内的故障的位置或大致位置。手持式维护工具可以检测各种类型的线路或通信总线网络故障(诸如短路或其它低阻抗故障、开路或其它高阻抗故障等)。另外，手持式维护工具可以在第二模式下操作以检测故障相对于手持式设备的大致位置，由此使得操作员或维护人员能够更容易地找到并修复检测到的故障。
在一些情况下，手持式维护工具可以用于使用一个或多个已知的过程控制通信协议(诸如hart和foundation现场总线协议)在控制回路上供应功率以及控制和通信信号，控制回路具有连接到一组通信线路的一个或多个现场设备。另外，作为该过程的一部分，手持式维护工具可以实现诊断硬件和软件，其可以用于验证手持式设备是否成功地向控制回路内的一个或多个现场设备供应功率或通信信号。在一个示例中，手持式设备可以在回路上提供功率(例如，以电压信号的形式)，并且在电源稳定几秒钟之后，诊断硬件和软件可以测量跨回路的电压和回路上的电流。如果测量到的电压与所供应的电压相同，但是没有或仅有有限的测量到的电流，意味着功率没有被消耗，则设备可以检测控制回路或总线中的开路故障。可以通过向回路提供虚设负载(例如，在与手持式设备的连接附近)来辅助该技术。
在另一种情况下，手持式工具可以向具有特定的低电流和高电流输入的控制回路供应功率。高电流阈值可以是例如40ma。在其中回路上的设备的数量已知不超过特定极限的一些情况下，手持式设备可以检测所汲取的电流是否超过上限。如果是，则可以检测到短路或其它低阻抗故障。在其中回路上的有源现场设备的数量是未知的其它情况下，手持式设备可以将电流汲取限制为特定极限，并且如果电流汲取达到或超过该极限，则手持式设备可以在一个或多个步骤中将该极限增加到新的上限。如果电流达到新的上限，则可以检测到短路或其它低阻抗故障状况。因此，在这种情况下，高电流极限可以基于连接到回路的负载或有源设备的数量。在任何情况下，如果电流达到或超过预定或预设的上限阈值，则手持式设备可以切断电源并检测总线或回路上的短路状况。
在又一种情况下，手持式维护工具可以使用电磁脉冲信号来检测故障(例如开路故障)的位置。例如，手持式设备可以生成电磁脉冲或一系列电磁脉冲并且在通信线路上发送这些脉冲。手持式维护工具可以例如包括使用一个或多个运算放大器来生成例如高达250ma的脉冲电流输出的电路。当然，因为手持式设备通常是电池操作的，因此可在任何特定的电池再充电周期期间生成的这种脉冲的数量会受到限制，并且手持式设备可以经由用户接口向用户通知脉冲信号发生器的用户使用状态(例如对基于当前电池充电可用的这种测试的数量的指示)。在任何情况下，手持式设备可以生成脉冲，然后检测通信线路上的脉冲的反射或回波，以确定开路或其它高阻抗故障的位置。具体地，手持式设备可以检测接收到与初始脉冲被设置在通信线路上的时间相比的返回或回波脉冲的时间，并且手持式设备可以基于该时间差确定到故障的大致距离。在另一种情况下，手持式维护设备可以检测返回或回波脉冲的信号功率或幅度，并且基于与设置在通信线路上的原始脉冲的幅度相比的回波脉冲的幅度的下降来确定到故障的距离。在一些情况下，如果(或甚至可能要求)通信线路上的任何未使用的节点或设备连接被覆盖有具有特定输入阻抗的预定类型的端接器，则确定从手持式设备到故障的距离的这种方法可以较好地操作，以便响应于测试脉冲的生成来消除或至少限制在这些点处的电磁反射。该额外的特征由此使得能够如此检测来自终端节点的任何反射。
此外，由于在一些情况下，电磁脉冲可能不适合于本征安全(is)应用(因为该方法可能涉及生成大量的功率或电压)，因此手持式维护设备可以操作以将电磁脉冲限制到特定的功率或电压电平，从而该硬件可以并入到具有适当的功率调制的本质安全应用中，以使得该方法将不会引起任何火花。在其中在本质安全的环境中不允许生成电磁脉冲的其它情况下，生成电磁脉冲的电路可以容纳在可以容易地连接到手持式设备的能够移除或单独的外壳中。该配置使得故障检测电路能够附接到手持式设备并且用于检测非本质安全的环境中的故障位置，并且从手持式设备移除以使得手持式设备的其它功能能够以本质安全的方式用在本质安全的环境中。
在一个实施例中，一种检测具有通信线路和连接到通信线路的一个或多个设备的过程控制通信网络中的故障的方法包括：从手持式设备提供通信线路上的第一电信号，响应于通信线路上的第一电信号，在手持式设备处测量通信线路上的第二电信号；以及在手持式设备内的计算机处理器处对所测量的第二电信号进行分析，以确定通信线路中的高阻抗故障。方法还可以包括：经由手持式设备上的用户显示器向用户指示所检测到的高阻抗故障的存在。如果需要，测量通信线路上的第二电信号可以包括测量通信线路上的电流，并且对所测量的第二电信号进行分析可以包括判断通信线路上的所测量的电流是否低于阈值(例如零或接近零)，或者小于针对通信线路上的特定数量的设备所预期的电流汲取的阈值。在后一种情况下，方法可以包括将对已知附接到通信线路的某一数量的设备的指示储存在手持式设备的存储器中，以及使用所储存的对已知附接到通信线路的某一数量的设备的指示作为特定数量的设备。更进一步，检测过程控制通信网络中的故障的方法可以包括：跨通信线路连接已知负载，并且对所测量的第二电信号进行分析可以包括：判断通信线路上的所测量的电流是否等于通过已知负载所汲取的电流。同样地，检测过程控制通信中的故障的方法还可以包括：将对已知附接到通信线路的某一数量的设备的预期电流汲取的指示储存在手持式设备的存储器中，并且使用所储存的对已知附接到通信线路的某一数量的设备的预期电流汲取的指示来确定阈值。
此外，检测过程控制通信网络中的故障的方法还可以包括：通过以下步骤来检测通信线路上的故障的位置：在第一时间在手持式设备处、在通信线路上生成脉冲信号，在第二时间在手持式设备处检测通信线路上的回波脉冲信号，回波脉冲信号是脉冲信号在故障处的反射，以及使用回波脉冲信号来确定通信线路上的故障的位置。在一种情况下，使用回波脉冲信号来确定通信线路上的故障的位置可以包括：确定第一时间与第二时间之间的时间差，以及使用时间差来确定到故障的距离。在其它情况下，使用回波脉冲信号来确定通信线路上的故障的位置可以包括：确定回波脉冲信号的幅度，以及使用所确定的回波脉冲信号的幅度来确定到故障的距离。更具体地，使用所确定的回波脉冲信号的幅度来确定到故障的距离可以包括：将回波脉冲信号的幅度与脉冲信号的幅度进行比较，以确定幅度的下降，以及使用幅度的下降来确定到故障的距离。另外，使用所确定的回波脉冲信号的幅度来确定到故障的距离可以包括：将一个或多个信号传播因子储存在手持式设备的存储器中，以及除了幅度的下降以外，还使用一个或多个所储存的信号传播因子来确定到故障的距离。
此外，检测过程控制通信网络中的故障的方法可以包括：在通信线路上生成具有第一幅度的第一脉冲信号，检测是否响应于第一脉冲信号在特定时间段中接收到回波脉冲信号，以及如果在特定时间段中未接收到回波脉冲信号，则在通信线路上生成具有比第一幅度大的第二幅度的第二脉冲信号，以及检测是否响应于第二脉冲信号在第二时间段中接收到回波脉冲信号。更进一步，检测过程控制通信网络中的故障的方法还可以包括：追踪由生成脉冲信号引起的手持式设备的电池使用，以及向手持式设备的用户警告与用于检测故障位置的脉冲信号的使用有关的功率状态。
在另一种情况下，用于检测过程控制系统的通信线路中的故障的手持式维护工具包括：被配置为电连接到通信线路的输入/输出接口、用于将功率和通信信号设置在通信线路上的电源、一个或多个电信号传感器、诸如电子显示器和/或声音生成接口之类的用户接口、处理器、以及储存将在处理器上执行的程序的计算机可读存储器。程序在处理器上执行时，响应于被设置在通信线路上的功率信号来测量通信线路上的电信号，对所测量的电信号进行分析以确定通信线路中的高阻抗故障，以及经由用户接口向用户指示检测到的高阻抗故障的存在。
一个或多个电信号传感器可以包括电压传感器，并且可以包括测量通信线路上的电流的电流传感器。程序可以通过判断通信线路上的所测量的电流是否低于阈值(诸如接近于零)或者小于针对连接到通信线路的特定数量的设备所预期的电流汲取的阈值，来对所测量的电信号进行分析。在这种情况下，计算机可读存储器可以储存对已知附接到通信线路的某一数量的设备的指示，并且具体地，程序可以使用所储存的对已知附接到通信线路的某一数量的设备的指示作为特定数量的设备。同样地，计算机可读存储器可以储存对已知附接到通信线路的某一数量的设备的预期电流汲取指示，并且程序可以使用所储存的对已知附接到通信线路的某一数量的设备的预期电流汲取的指示来确定阈值。程序还可以判断通信线路上的所测量的电流是否等于通过跨通信线路的导线连接的已知虚设负载所汲取的电流。
手持式维护工具还可以包括脉冲信号发生器，其适于在通信线路上生成脉冲信号，并且程序还可以使脉冲信号发生器在第一时间在通信线路上设置脉冲信号，使用一个或多个电信号传感器来在第二时间在手持式设备处检测通信线路上的回波脉冲信号，回波脉冲信号是脉冲信号在故障处的反射，以及可以使用回波脉冲信号来确定通信线路上的故障的位置。具体地，程序可以通过确定第一时间与第二时间之间的时间差以及使用时间差确定到故障的距离，来使用回波脉冲信号确定通信线路上的故障的位置。另外地或替代地，程序可以确定回波脉冲信号的幅度并使用所确定的回波脉冲信号的幅度来确定到故障的距离。例如，程序可以将回波脉冲信号的幅度与脉冲信号的幅度进行比较以确定幅度的下降，并且可以使用幅度的下降来确定到故障的距离。另外，程序可以追踪由生成脉冲信号引起的手持式维护工具的电池使用，并且可以经由该用户接口警告手持式维护工具的用户关于与脉冲信号的使用有关的功率状态。
根据另一实施例，一种检测具有一组通信线路和连接到该组通信线路的一个或多个设备的过程控制网络通信总线中的故障的位置的方法包括：在第一时间经由连接到通信线路的手持式设备在通信线路上生成脉冲信号，在第二时间在手持式设备处检测通信线路上的回波脉冲信号，回波脉冲信号是脉冲信号在故障处的反射，以及基于所检测到的回波脉冲信号，经由手持式设备中的计算机处理器来确定通信线路上的故障的位置。
根据又一实施例，一种用于检测过程控制系统的一组通信线路中的故障的手持式维护工具包括：被配置为连接到通信线路的输入/输出接口、被配置为生成将设置在通信线路上的脉冲信号的脉冲信号发生器、一个或多个电信号传感器、用户接口、处理器、以及储存将在处理器上执行的程序的计算机可读存储器。程序操作为响应于通信线路上的脉冲信号来测量通信线路上的电信号，对所测量的电信号进行分析以确定通信线路中的故障的位置，以及经由用户接口向用户指示所确定的故障的位置的存在。如果期望的话，一个或多个电信号传感器包括检测通信线路上的回波脉冲信号的电流传感器或电压传感器。程序还可以使脉冲信号发生器在第一时间在通信线路上设置脉冲信号，可以使用一个或多个电信号传感器来在第二时间在手持式设备处检测通信线路上的回波脉冲信号，回波脉冲信号是脉冲信号在故障处的反射，并且可以使用回波脉冲信号来确定通信线路上的故障的位置。具体来说，程序可以通过确定第一时间与第二时间之间的时间差并使用时间差确定到故障的距离，来使用回波脉冲信号确定通信线路上的故障的位置。另外地或替代地，程序可以确定回波脉冲信号的幅度，并且使用所确定的脉冲信号的幅度来确定到故障的距离。例如，程序可以将检测到的回波脉冲信号的幅度与脉冲信号的幅度进行比较，以确定幅度的下降，并且可以使用幅度的下降来确定到故障的距离。同样地，程序可以追踪由生成脉冲信号引起的手持式设备的电池使用，并且可以经由该用户接口警告手持式设备的用户关于与脉冲信号的使用有关的功率状态。更进一步，手持式设备可以包括第一外壳和能够移除地连接到第一外壳的第二外壳，其中，处理器、一个或多个电信号传感、以及用户接口设置在第一外壳中，并且其中，脉冲信号发生器设置在第二外壳中。
在另一实施例中，一种检测具有通信线路和连接到通信线路的一个或多个设备的过程控制网络中的故障的方法，包括：从连接到通信线路的手持式设备在通信线路上提供处于第一幅度电平的第一功率信号(诸如电压或限流功率信号)，在手持式设备处响应于通信线路上的第一功率信号测量通信线路上的电流，以及经由手持式设备内的处理器对所测量的电流信号进行分析，以响应于第一功率信号确定通信线路中的低阻抗故障的存在。如果响应于通信线路上的第一功率信号未确定低阻抗故障状况，则方法在通信线路上提供处于高于第一幅度电平的第二幅度电平的第二功率信号(诸如电压信号或限流功率信号)，响应于通信线路上的第二功率信号测量通信线路上的另外的电流信号，以及对所测量的另外的电流信号进行分析以确定通信线路中的低阻抗故障的存在。如果针对第一功率信号或第二功率信号中的任一个确定低阻抗故障，则方法经由手持式设备上的用户接口向用户指示检测到的故障的存在。检测过程控制网络中的故障的方法还可以包括：如果针对第一功率信号或第二功率信号中的任一个确定低阻抗故障，则从通信线路中移除第一功率信号或第二功率信号。此外，检测过程控制网络中的故障的方法可以通过判断所测量的电流信号是否高于阈值来对所测量的电流信号进行分析，以响应于第一功率信号确定通信线路中的低阻抗故障的存在。同样地，检测过程控制网络中的故障的方法可以通过判断所测量的电流信号是否高于第一阈值来对所测量的电流信号进行分析，以响应于第一功率信号确定通信线路中的低阻抗故障的存在，并且可以通过判断所测量的另外的电流信号是否高于第二阈值来对所测量的另外的电流信号进行分析，以响应于第二功率信号确定通信线路中的低阻抗故障的存在，其中，第二阈值大于第一阈值。又进一步，检测过程控制网络中的故障的方法还可以包括：将对来自通信线路上的一个或多个设备的预期的电流汲取的指示储存在手持式设备的存储器中，并且可以通过判断所测量的电流信号是否高于从对来自通信线路上的一个或多个设备的预期电流汲取的指示获得的第一阈值来对所测量的电流信号进行分析，以响应于第一功率信号确定通信线路中的低阻抗故障的存在。
附图说明
图1例示了用于向经受测试的现场设备供应功率和通信信号的现有技术的系统。
图2例示了当连接到工厂通信网络时具有故障检测能力的示例手持式通信设备。
图3例示了连接到具有开路故障的工厂通信网络的手持式通信和维护设备。
图4例示了连接到具有短路故障的工厂通信网络的手持式通信和维护设备。
图5描绘了图2中的手持式通信和维护设备内的示例性故障检测电路的框图。
图6a和图6b描绘了脉冲生成和反射图，其例示了脉冲信号在工厂通信线路上的反射，该反射可以用于检测通信线路上的故障位置。
图7例示了可以用在图5中的系统的故障检测电路中的示例的脉冲生成电路的框图。
图8例示了与生成可以被图7中的电路使用的脉冲信号的方法相关联的信号图。
图9例示了具有可移除地附接的故障检测和故障位置检测单元的手持式通信和维护设备。
具体实施方式
如本文中所描述的设备和方法通常使得能够检测诸如过程控制通信网络之类的通信网络内的故障，这些故障包括例如短路(低阻抗)故障和开路(高阻抗)故障。更具体地，在一个示例中，手持式设备和使用便携式或手持式设备的方法连接到诸如硬连线通信网络之类的网络内的现场设备，并且在例如两线制导线组或两线制通信线路上提供功率和/或通信信号，同时在某些情况下也符合本质安全(“is”)标准，以便执行与网络上的一个或多个设备的协议通信以及关于通信网络上的设备的诊断或其它操作。手持式设备和使用该设备的方法提供了优于当前与现场设备通信并且向现场设备供应功率的系统的许多安全特征和优点，因此将提供这些已知系统的简要描述。
便携式配置和校准工具通常需要在手持式维护工具或便携式测试设备(“ptd”)与现场设备之间的两线制连接，其中两线制连接用于提供这两个设备之间的通信。例如，
图1例示了包括现场设备10和ptd12的现有系统，ptd12同时与现场设备10通信并向配置、操作、和测试状况下的现场设备10供应功率。通常，来自ptd12的第一对导线14连接到现场设备10的一对输入端子18和输出端子20，以与现场设备10进行通信。例如，ptd12可以执行从现场设备10提取信息的诊断例程，和/或ptd12可以通过跨第一对导线14向现场设备10发送程序指令来配置现场设备10。在图1中的现有系统中，当ptd12未能从现场设备10获得读数时，技术人员可以确定现场设备10没有被供电。在一些情况下，技术人员可以根据视觉检查或根据现场设备10自身上的指示器确认现场设备10的功率状态。如果现场设备处于未供电状态，则技术人员随后可以在ptd12与经受测试的现场设备10之间连接第二对导线16以向现场设备10供应功率。通常，ptd12具有输入/输出接口23，其提供用于将两个双插脚插头30、32连接到ptd12的插座、插孔或任何其它类型的电插座。如本文中所使用的，插脚可以指代与电插座或母连接器(例如图1的ptd输入/输出或通信接口23的插孔)耦合的任何类型的公连接器。每个双插脚插头30、32分别与两线制对14、16中的一对连接，其中导线对14、16中的每条导线都连接到每个插头30、32的单独的插脚。
ptd12的输入/输出通信接口23包括四个插孔41、42、43、44。第一对插孔41、42可以用于电耦合到第一双插脚插头30以向现场设备10提供通信信号。如本文中所使用的，电耦合两个或更多个元件可以指允许电力在两个或更多个元件之间传导的连接。第二对插孔43、44可以用于电耦合第二双插脚插头32，以经由第二对电线16向现场设备10提供功率。一般安全规则(例如is标准)规定在向电力线路施加功率之前，承载功率的所有电力线路必须连接到现场设备10。该规则可以延伸到低电压通信信号(例如沿着第一导线对14传输的通信信号)以及第二导线对16上的较高电源电压。任何不执行该指令的系统可能与is标准相反。此外，根据is标准，任何功率切换装置必须位于现场设备10的外部。图1中的配置符合现有的is标准，这是因为功率不能在现场设备10本身内接通。此外，图1中的配置允许用户在将插头30、32连接到ptd接口23的对应的插孔41、42、43、44之前手动地将连接器组件的端子18、20连接到现场设备10。虽然图1中的系统例示了pid12直接连接到现场设备10的端子，但是ptd12可以替代地连接到通信线路或总线(例如foundation现场总线或hart通信线路)的端子，并且与总线或网络线路上的一个或多个设备进行通信。
图2例示了具有故障检测和故障位置检测能力的示例的手持式通信设备或维护工具100。手持式通信设备100可以连接到使用例如两线制或四线制通信线路或总线的工厂通信网络，并且设备100可以在总线上的设备(诸如控制器、现场设备、输入/输出设备或总线或网络上的其它类型的设备)之间提供通信信号。此外，当需要时，设备100可以向总线或网络上的一个或多个现场设备提供辅助功率。
图2中的示例的手持式设备100包括具有用户接口显示器104和各种用户接口按钮106的主体或外壳102，用户接口按钮106可以用于滚动通过显示在显示器104上的屏幕，和/或使得用户能够采取关于在显示器104上显示的信息的其它动作和/或实现手持式设备100的功能。更进一步，手持式设备100包括通信和功率信号输入/输出接口110，接口110包括一系列端口，该一系列端口可以用于将手持式设备100连接到各种不同类型的现场设备或总线(诸如
电路194可以包括各种功率、电压、和/或电流信号发生电路以及各种传感器(诸如电压传感器、电流传感器等)，其被配置为操作以将功率和通信信号设置到经由接口110连接的通信线路上，以测量或检测经由接口110连接的通信线路上的功率信号和通信信号，并且对从连接到接口110的总线或网络接收到的信号执行各种测试和分析以在网络上执行诊断(诸如检测低阻抗或高阻抗故障的存在和位置)。更具体地，电路194可以耦合到处理器190并由处理器190控制(在存储器191中储存的计算机指令下操作)，并且可以向处理器190提供信息，以便使得设备100的功能能够例如驱动手持式设备100的输出以在总线或网络(如由诸如上文提及的任何过程控制通信协议之类的一个或多个过程控制通信协议所定义的)上执行基于协议的通信和功率功能，以执行通信线路故障存在和位置检测，以经由用户接口显示器104、用户接口按钮106和用户接口音频部件(未示出)执行用户接口输入/输出操作，以及执行设备100的其它功能。更进一步，存储器191可以储存将在处理器190上执行的编制程序(例如，一个或多个程序)以及将由程序使用以执行本文中所描述的各种功能的数据。具体地，程序在处理器190上执行并用于控制功率和信号发生电路194时，可以操作以在控制回路内执行各种开路、短路、或其它类型的故障检测和故障位置检测能力，该控制回路在与一个或多个现场设备连接的通信总线或线路上实现。这些测试可以在向控制回路提供功率或者以其它方式经由控制回路中的通信总线或线路提供通信信号时被执行。
举例而言，图3例示了连接到通信网络300(例示为两线制网络)的手持式设备100(其可以是图2中的设备100)，通信网络300具有连接到其的三个现场设备302、304、306，并且具有连接到网络300的终端的一个或多个终端设备308。通信网络300在图3中例示为硬连线通信网络，在这种情况下，其具有提供网络300的主干并且与三个现场设备302、304和306连接的电缆对(例如，双绞电缆对)。在这种情况下，被例示为具有虚线圆圈310的开路故障被例示为存在于网络300的双绞电缆对中。开路电路也可以存在于与现场设备的连接处，在未连接端接器的网络的端子中的一个端子处等。然而，在图3的情况下，双绞电缆对300的电缆或线路中的一个或两者被分离或分隔开，并且因此在设备304与设备306之间创建开路。此外，在图3中的示例中，手持式设备100被例示为连接到网络总线300，但可以替代地直接连接到现场设备302、304、306中的一个现场设备的适当的端子。在任何情况下，设备100可以用于检测开路状况310或其它高阻抗故障，并且还可以用于检测这种开路的相对或大致位置。
作为另一个示例，图4例示了连接到网络300的手持式设备100，在这种情况下，该网络300具有用虚线圆圈320例示的短路故障。具体地，除了图4中的网络300包括短路状况320而不是开路状况或故障310之外，图4中的网络300可以是与图3中例示的网络相同的网络。在这种情况下，手持式设备100可以向网络300供应功率，但是在这过程中，也可以操作以检测网络300内的短路320或其它低阻抗故障的存在。
图5例示了示例电路的框图，该示例电路可以用作为图2中的手持式设备100内提供的信号发生和检测电路194和处理器190的一部分，以执行标准协议通信、总线和设备供电功能，以及故障检测、故障位置确定、和本文中描述的其它操作。如图5中所例示的，手持式设备100经由通信接口110连接到网络300，并且具体包括直接连接到网络300的两条线路或电缆的两个端口。手持式设备100还包括生理过程信号块402，该生理过程信号块402包括一个或多个电压传感器402a、电流传感器402b、电阻检测电路402c、阻抗检测电路402d等，其可以测量网络300上的电压、电流、功率和/或其它电信号或网络300的属性。生理过程块402可以包括例如任何数量的电压检测电路或传感器402a、电流检测电路或传感器402b、阻抗检测或电阻检测电路或传感器402c、402d等，它们可以以已知的方式操作，以测量网络300的或网络300上的信号的电压、电流、阻抗、电阻、或其它电特性。由信号块402内的各种传感器402a-402d产生的信号可以被提供给一个或多个放大器404，放大器404可以对接收到的信号进行放大并将经放大的信号提供给模数转换电路406。模数转换电路406可以包括一个或多个模数转换器，其将从放大器404接收到的模拟信号转换成数字信号。然后，由模数转换器406产生的数字信号可以被提供给存储器191和/或信号处理块408，信号处理块408可以在图2中的处理器190中实现。
更进一步，图5中的系统包括耦合到信号处理块408的分析块410、控制和接口电路415、耦合到控制和接口电路415以及耦合到网络线路300的功率和通信信号发生电路420、脉冲生成电路430和定时电路432。在这种情况下，功率和信号发生电路420以及脉冲生成电路430可以连接到或包括电池440，电池440提供用于生成将设置在通信网络300上的功率信号和/或通信信号的能量。功率和/或通信信号可以是电压信号、电流信号等，因此电源电路420可以包括电压源、电流源、或两者的某种组合。更进一步，功率和通信信号发生电路420可以具有连接到网络300的输出，并且在同一组导线(例如，在两线制网络中)上提供功率信号和/或通信信号，或者可以在网络300的不同组导线上提供功率和通信信号(例如，在图5中未示出的四线制网络中)。同样地，功率和通信信号发生电路420可以由控制和接口电路415驱动，以在如由控制和接口电路415指定的各个时间在总线或网络300上提供各种不同的功率和/或通信信号，其操作为控制由网络300上的设备100执行的通信和测试。同样地，如将更详细地描述的，脉冲生成电路430可以根据控制和接口电路415操作以在网络线路300上生成一个或多个脉冲(例如，电压脉冲或电流脉冲)，并且定时器电路432可以包括时钟或其它定时器，其追踪当信号被设置到网络300上和/或当从网络300接收时的精确时间。
如将理解的，控制电路415(其可以实现为例如在图2中的处理器190上执行的一个或多个程序)可以实现与一个或多个过程控制通信协议(诸如foundation现场总线协议、hart协议、can协议、profibus协议等)相关联的配置、通信、测试、和供电特征，或针对该一个或多个过程控制通信协议定义的配置、通信、测试、和供电特征。这样，存储器191可以储存数据和信息，并且控制电路415可以使用该数据进行操作，以执行与符合特定的过程控制通信协议的通信线路300上的一个或多个设备的通信。因此，例如，在经由图2中的用户接口104、106接收到的指令下，控制电路415可以以由一个或多个特定的过程控制协议定义的方式或根据一个或多个特定的过程控制协议，在连接到通信网络或线路300的设备上执行任何预先储存的配置和通信过程。然而，控制电路415还可以执行如本文中更详细描述的各种通信线路故障检测和故障位置例程或过程。
具体地，可以被提供为独立的硬件或固件或者可以执行为图2中的处理器190内的软件或编制程序的信号处理块408例如对从模数转换器406接收到的数字信号执行信号处理，以例如使信号平滑、对信号滤波、执行电平、幅度、频率等、对信号进行检测，以及以基于来自定时电路432的输出来比较所接收到的信号的各个信号的定时。也可以作为独立的硬件或固件来执行或者可以作为图2中的处理器190内的软件或编制程序执行的分析块410例如接收由信号处理块408产生的信号，并且对这些信号执行分析(在控制块415的控制下)，以检测网络300内的故障的存在和潜在位置。此外，控制块415可以执行对图5中其它元件的控制以实现关于网络300的一个或多个故障检测过程，特别是检测网络300上的短路或其它低阻抗故障状况，检测网络300上的开路或其它高阻抗故障状况，检测故障的位置等。更进一步，控制和接口电路415可以经由用户接口(例如，图2中的显示器104和接口按钮106)与用户相连接，以使得用户能够发起各种故障检测过程并通知用户这些过程的结果。
具体地，为了检测网络300上的开路状况，分析块410可以将测量到的电压与一个或多个预定的储存的电压电平(例如储存在存储器191中)进行比较，以判断在网络300上提供的电压是否处于如由设备100内的功率电路420提供的最大电压(或者如以其它方式由网络300上的外部电源提供)，并且可以检测网络300上的电流流动。如果额定电压在网络上，例如网络电压处于或接近额定电压，并且电流流动为零或接近零，则分析块410可以确定在网络300上存在开路。然而，在开路网络状况下，取决于开路的位置，连接到网络的一些设备仍然可以接收所供应的电压，并且因此可以汲取电流。具体地，设置在开路上游的网络300上的设备(诸如图3中的设备302和304的情况)仍然可以汲取电流。在这种情况下，分析块410可以被编程为知道已知在网络300上或连接到网络300的设备的数量(即，储存对该数量的指示)和/或网络300上的每个设备的预期电流汲取(或网络上的所有设备的预期电流汲取)，并且可以操作为检测网络上的每个设备是否看起来根据其预期的电流汲取在网络上运行。在这些情况下，分析块410实际上可以将预期的电流汲取与实际测得的电流汲取进行比较，以检测一个或多个设备是否没有从网络300汲取电流，即检测这样的事实：预期在网络300上汲取电流的一个或多个设备并没有这样做，因此未连接到网络300，如手持式设备100所看到的。这种情况可以指示相对于网络300上的一个或多个设备的网络300内的高阻抗故障。
为了执行该分析，手持式设备100(并且具体来说，控制电路415)可以使电源420在回路或网络300上或跨回路或网络300提供已知的功率信号。在电源420已经稳定功率达一段时间(诸如几秒)之后，诊断硬件和软件(例如，块402、404、406、和408以及分析块410)可以检测跨网络导线的测量到的电压和网络导线上的电流(例如，如由块402测量并由信号处理块406和408调节的)。如果测量到的电压是与所供应的电压相同的电压，但是没有或仅有有限的测量到的电流，意味着功率没有被消耗，则分析块410可以检测网络300的控制回路或总线中的开路故障。可以通过提供跨控制回路的导线(例如，与手持式设备100的连接附近)的虚设负载来辅助该技术，以判断从电源420汲取的电流是否等于预期通过虚设的或已知的负载汲取的电流。如果来自设备的测量到的电流等于或几乎等于在所供应的电压下经过虚设或已知负载的已知电流，则分析块410可以检测到开路或其它高阻抗故障。
同样地，通过在电源420(在控制电路415的控制下)跨网络300的电缆或线路设置电压时判断是否存在网络300上所检测的高电流汲取，分析块410可以检测网络300中的短路，诸如图4中所描绘的情况。这样的高电流汲取可以指示网络300内的短路或其它低阻抗状况。在这种情况下，控制电路415可以操作，从而其使用反馈系统来控制功率电路420在网络300的线路上反复提供特定水平的电压和/或电流，以便防止由于连接到短路的电源的存在而引起的高电流对网络300造成的损害。具体地，控制电路415可以使得电源420首先跨网络电缆提供小电压，以首先检测网络300上是否存在低阻抗或短路状况的可能性，但是以这样的方式进行：该方式以极高的电流汲取的形式限制对网络300的损坏。例如，控制电路415可以使电源420经由限流器或经由电流源供应功率，以将已知的或有限量的电流供应到通信线路300上。控制电路415可以响应于所提供的功率信号检测(从分析块410或信号处理块408)网络上的测量到的电流汲取，然后可以取决于网络300上的设备的预期数量来逐步升高由电源420提供的电压(或最大允许电流)。因此，当电源420首先向网络300提供电压时，可以控制电源420，其可以将非常低的电压和/或低的以及限流的电流信号提供到网络300上。这里，分析块410可以基于到来的检测到的电流信号来立即检测是否存在跨网络300的线路的高电流汲取(即，网络300中的电流汲取是否达到由电源420施加的电流限制)，以检测是否可能存在低阻抗或短路状况。在一种情况下，如果在电流(低)电压幅度水平下未检测到高电流汲取，则分析块410可以在各种反复步骤中升高电压，以判断在较高电压下是否存在低阻抗或短路状况，导致超过预期由网络300上的各种设备汲取的电流的过量电流。也就是说，分析块410可以将如跨网络线路实际提供的测量到的电流(或者如由网络上300的设备汲取的)与基于实际连接到网络300的设备的数量的预期的电流汲取进行比较。如果电流汲取较高(例如，高于预期的电流汲取某个阈值量)，则分析块410可以检测到网络300上短路或其它低阻抗状况的存在，并且控制和接口块415可以经由显示器104(图2)向用户指示同样多。此外，控制电路415可以切断电源420以从网络300移除功率。在另一种情况下，控制电路415可以使电源420跨网络线路300提供限流的电压，并且随着时间逐步地反复提高由电源420施加的电流幅度极限。控制电路415可以测量网络中的电流汲取，并且将该汲取与由电源420施加的电流极限进行比较。当所汲取的电流未达到极限时，则检测到短路状况不存在。然而，如果所汲取的电流达到由电源420施加的电流极限，则控制电路415可以增加电流极限以查看新汲取的电流是否达到或等于电流极限。该过程可以重复，直到电流极限被设置为某个最大阈值，此时控制电路415或分析块410检测到通信线路300中存在短路。
因此，在这种情况下，手持式工具100可以利用特定的低电流和高电流输入来向控制回路提供功率。高电流阈值可以是例如40ma。在其中已知回路上的设备的数量不超过特定极限的一些情况下，工具100可以检测在网络上实际上汲取的电流是否超过上限。如果是，则可以检测到短路或其它低阻抗故障。在其中回路上的有源设备的数量是未知的其它情况下，设备100可以将电流汲取限制到特定极限，并且如果电流汲取达到或超过该极限，则手持式设备可以在一个或多个步骤中将极限增加到新的上限。如果电流达到新的上限，则可以检测到短路或其它低阻抗故障状况。因此，在这种情况下，高电流极限可以基于连接到回路的负载或有源设备的数量。在任何情况下，如果电流达到或超过预定或预设的上限阈值，则控制电路415可以检测到总线或回路上的短路状况，切断电源420并经由显示器104警告用户。使用这种阶梯式的限流方法保护通信网络300，并且在一些情况下，保护其中安装网络300的过程工厂免受可能由于在短路状况下产生高电流而造成的严重损坏。
更进一步，如图5中所例示的，设备100可以使用脉冲发生器430和定时器432以及其它测量和处理块402-410，以在检测到存在开路和/或短路的故障时检测网络300内的开路和/或短路的位置。在许多情况下，检测到的位置将是相对于手持式设备100的位置，即从手持式设备100附接到网络300的位置到故障所测量到的距离，具体来说，沿着通信网络的导线从手持式设备100附接到网络300的位置与故障的距离。具体地，在操作期间，脉冲发生器430可以生成一个或一系列电子脉冲(例如，电压脉冲)，并且可以在已知或测量的时间将这些脉冲设置在网络300上。在将脉冲设置在网络300上时或紧接着将脉冲设置在网络300上后，定时器432可以启动计数器以确定自从脉冲被设置在网络300的线路上以来流逝的时间。在脉冲被设置在线路上之后，分析块410可以开始接收或检测网络300的线路上的电流或电压信号(例如，由过程框402测量到的、并且被转换为指示如由框404、406和408执行的电流或电压测量结果的数字信号的电压或电流信号)。在将脉冲设置在网络线路上之后的某个时间，分析块410可以检测接收到网络线路上的脉冲，其是来自高阻抗或开路故障的原始脉冲的反射。该反射的脉冲在本文中有时被称为回波脉冲。分析块410还可以接收定时器435的输出，并且确定在第一时间在网络300上设置原始脉冲与在第二时间和稍后时间接收到反射或回波脉冲之间的时间差。出现这样的回波脉冲是因为开路状况，并且更具体地，因为在开路位置处缺少端接器308。具体地，开路状况是在其上没有端接器的故障，这使得终端与线路的阻抗相匹配，这意味着当脉冲信号遇到开路故障时电子脉冲信号将通常创建显著的反射分量(component)。换而言之，由于开路位置处的阻抗失配，因此将生成原始脉冲的反射，并且该反射将沿着网络300的导线被传输回到手持式设备100。
为了例示这一点，图6a描绘了时序图，在该图中，如果需要的话，脉冲信号发生器430在周期性时间或潜在的非周期性时间生成一系列脉冲500并将其设置在网络300上。图6b的时序图例示了回波脉冲502，其可以基于网络300中存在的开路状况(即，缺少与连接的阻抗相匹配的适当的终端的开路或高阻抗故障)而从图6a中的脉冲500接收。图6b还例示了在发送脉冲500与接收回波脉冲502之间的时间差δt。此外，图6b例示了脉冲500与所接收到的回波脉冲502之间的幅度差。在从发送生成回波脉冲502的脉冲500的时间之间的特定时间或偏移时间δt、在块402处检测回图6b的图中例示的回波脉冲502。
该偏移时间(即，在线路上设置脉冲500(例如，脉冲的前沿、脉冲的后沿、脉冲的中心等)与在线路上接收到回波脉冲502的时间(例如，脉冲的前沿、脉冲的后沿、脉冲的中心等)之间的时间)可以被用作为一种方法的基础，以确定网络300内的短路位置。具体地，分析块410可以在生成脉冲500和接收到回波脉冲502的前沿或跟随回波脉冲502的沿时基于定时器输出432来检测时间差δt。因为一般而言，诸如与脉冲500相关联的那些电磁波之类的电磁波以已知速度(光速)沿着导线行进，生成脉冲的手持式设备的位置与短路(即，生成回波脉冲)之间的距离可以基于生成脉冲500与接收到回波脉冲502之间的时间差来确定。在这种情况下，分析块410可以基于时间差来计算该距离，并且提供到故障的估计距离(例如，沿着导线)，以辅助用户缩小故障的位置(例如图3中的开路310)。然后，控制电路415可以经由用户接口104显示到所检测到的故障的经计算的距离。
此外，如果需要的话，分析块410可以储存(例如在存储器191中)或可以被提供有整个网络300的图(包括设备相对于手持式设备100位于网络300上或附接到网络300的位置通常在网络300中位于何处)。在这种情况下，分析块410可以基于对整个网络300及其上的设备的认知来在用户接口显示器104上提供或例示可疑故障的位置或可疑故障的大概位置。因此，在这种情况下，分析块410可以操作为基于接收到回波的时间来确定故障与已经连接到网络300或已知处于网络300上的其它设备相比或相对于这些其它设备的位置。
在另一示例中，与所发送的脉冲500的大小相比，分析块410可以基于检测到的回波脉冲502的大小来确定故障(例如开路故障)的位置。在这种情况下，测量电路402在检测到回波脉冲502时也可以检测该信号(例如，电压信号)的幅度。放大器404和信号处理块408可以放大所测量的信号、减少噪声、滤除纹波(ripple)等，并且模数转换器406可以将模拟信号转换成数字格式，以生成数字化信号，该数字化信号可以在信号进入时立即在分析块410上分析(例如在处理器190上执行)，由此执行在线处理。在这种情况下，脉冲信号的幅度可以以某种格式从数字值进行表征，并且优选地，所接收到的脉冲信号的幅度被转换成mv(峰-峰)格式。
在任何情况下，分析块410可以将检测到的所接收的回波脉冲信号502的幅度与设置到网络300上的原始脉冲信号500的幅度进行比较，以确定幅度的下降。例如，分析块410可以确定幅度的差异、幅度的比率等。分析块410可以储存或知道网络300上的信号的总体电阻和传播性质以及沿着网络300传输信号通过已知距离所必需的功率量。该信息可以在基本或测试网络中确定，并且可以储存在手持式设备100的存储器191中，或者可以基于已知的电信号传播特性来估计，或者可以替代地通过测量网络300上的两个已知位置之间的网络300上的脉冲的下降来针对网络300在实验上确定。这样的在实验上确定的值可以在已知网络300没有任何故障时被确定，并可以通过在网络300上设置脉冲并从网络上的已知终端位置(例如，没有连接到端接器的终端点)接收回波脉冲来测量。利用这样的系统，所生成的脉冲和检测到的回波脉冲的幅度的差异或变化可以用于获得或确定故障所处的位置离开手持式设备100的相对距离。更进一步，如果期望的话，分析块410可以使用上文讨论的幅度和时间差方法两者或任意组合来确定故障的位置。
图7例示了图5中所例示的脉冲信号发生器430的一种可能的结构。具体地，脉冲信号发生器430可以包括三角形信号发生器(或正弦波发生器或其它斜变的或交变周期信号)550和dc电平电压信号发生器552，它们将它们的输出分别提供给运算放大器(op-amp)554的正输入和负输入。因此，如图7中所例示的，运算放大器554的正输入接收三角波或正弦波发生器550的输出，运算放大器554的负输入接收dc电平552的输出。在操作期间，运算放大器554基于接收到这两个输入来生成脉宽调制信号输出。所创建的脉冲的持续时间(以及可能的幅度)(例如，脉冲的宽度和幅度)由dc电平发生器单元552的输出的电平或幅度确定，并且可以通过改变dc电平发生器输出的幅度来改变或变化。运算放大器554的特定操作在图8中例示为使用两个信号图。图8中上面的信号图例示了与dc电压电平发生器552的输出652重叠的三角形信号发生器550的输出650。每当信号650低于dc电平信号652时，运算放大器554基本上生成零输出电压，并且，每当三角形信号发生器550的输出650大于dc电平信号652时，运算放大器554输出正稳定或恒定电平电压。由运算放大器554生成的脉宽调制信号被例示为图8中的下面的信号图中的脉宽调制信号664。因此，图8中的图例示了将斜变波形650与dc电平652进行比较以生成诊断目的所需的脉宽调制波形信号的方式。如将理解的，增加所使用的dc电平增加了由发生器430创建的脉冲的宽度。作为需求信号的dc电平可以在三角波的最小电压与最大电压之间变化，以生成不同宽度的脉冲。如将看到的，当三角波形电压650大于dc电平652时，运算放大器554的输出654摆幅高，并且当三角波形电压650小于dc电平652时，运算放大器554的输出654摆幅低。当然，脉宽调制信号654的脉冲的幅度可以被设置在特定电平，可以等于dc电压652的电平或可以由dc电压652的电平来设置，或者可以以任何其它方式设置。
此外，使用运算放大器554在通信线路上生成脉冲使得图5中的控制电路415能够改变输出脉冲的脉冲强度(功率或幅度)，以使得能够检测回波脉冲。具体地，回波脉冲的强度(幅度)随着该脉冲从故障位置行进的距离而减小。有时，控制单元415可能需要增加所生成的电磁脉冲强度或幅度，从而增加回波脉冲的强度(例如当控制系统发出第一强度的第一脉冲但响应于第一脉冲未检测到回波脉冲时)。控制电路415可以反复地增加脉冲强度，直到控制电路415(或分析块408)检测到回波脉冲(或者直到已经达到某个高电平阈值)。在一个实施例中，脉冲信号发生器430可以包括一系列运算放大器，以生成可以从一个最小电平增加到另一个最大电平(例如，从100ma到250ma)的输出。此外，如将理解的，回波脉冲的强度与故障位置的距离成反比。可以用于计算到故障位置的距离的系数的计算主要取决于与网络300相关联的各种信号传播因子。作为示例，以下信号传播因子可以用于
电缆阻抗：100&±20％
衰减：3db/km
屏蔽电容：<4nf/km
类似的信号传播因子可以被考虑用于其它通信协议或线路(例如用于hart控制线路)，并且所计算的系数可以与所确定的幅度下降一起用于计算从生成脉冲的手持式设备到故障的距离。
图9例示了手持式设备700的另一示例，其可以包括图2中的手持式设备100的大多数电路和功能，但是在同一外壳中不包括脉冲信号发生器电路。相反，该电路被提供在单独的或第二外壳或壳体710中，该外壳或壳体710可以经由例如耦合到设备700的输入/输出接口720(其可以是图2中的接口110的部分)的输入的引脚可移除地连接到设备700的第一外壳。具体地，脉冲信号发生电路420(例如图5中所例示的)以及图5中的测量块402、放大器404、信号处理块408、和分析块410的潜在的全部或部分可以设置在壳体710内，并且可以经由通过手持式设备700的输入/输出接口720连接的连接件连接到设备700的处理器410。如果期望的话，脉冲发生器电路420可以由壳体710内的单独的电池供电或者可以由手持式设备700内的电池供电。在一些情况下，期望使用单独的壳体710来包住或保持脉冲发生器电路430，这是因为脉冲宽度发生器电路430可能不适合用在本质安全的环境中，因为脉冲发生器电路430可以在特定电压电平上生成脉冲，这可能诱发或可能导致潜在的火花。因此，当脉冲发生器电路430设置在单独的外壳或模块710中时，根据需要，模块710可以从设备700的外壳移除，从而手持式设备700可以用在本质安全的环境中而无需脉冲信号发生电路430。然而，当需要时，例如在非本质安全的环境中，可以简单地通过将模块710经由输入/输出连接720连接到设备700上而将脉冲生成功能添加到设备700的诊断能力。当然，如果期望的话，模块710可以包括单独的输入/输出接口740，其可以使用任何标准的或已知的接口连接电路来提供至现场设备或网络(例如网络300)的标准连接接口。在这种情况下，设备710可以提供所有信号或具有将设备700连接到网络300或网络300内的现场设备所必需的所有连接，以便形成包括脉冲信号发生器430的完整的诊断系统，脉冲信号发生器430可以用于确定网络300内的故障的位置。在另一个实施例中，模块710可以经由被设计为使得脉冲发生器电路430能够集成到设备700的诊断能力中的单独的或专用的输入/输出连接来连接到设备700，但是至网络300或网络300内的现场设备的输入/输出连接可以经由设备700上的其它输入/输出连接110来提供。在其它情况下，脉冲发生器电路430的功率输出(或最大电压电平)可以被限制为在本质安全环境中可接受的功率，以使得脉冲信号发生器430能够以本质安全的方式使用。
在任何情况下，使用块710使得用户容易看到是否存在脉冲信号发生电路430，以及因此与其相关联的故障位置检测电路是否正在与设备700一起使用。该指示使得容易理解设备700在被使用时是否包括脉冲生成功能，并且因此使得能够容易地确定手持式设备700是否可以在本质安全的环境中使用。更进一步，如果期望的话，可以在可移除模块710中提供本文中描述的所有故障检测电路和功能(包括如本文中所描述的故障检测和位置功能和部件)，以使得手持式设备700能够从典型设备转变为包括故障检测和故障位置确定功能的设备。
更进一步，将理解的是，脉冲信号发生电路430可以使用大量的电池功率来生成执行故障位置检测所需的脉冲。因此，控制电路415可以相对于脉冲发生器功能的使用追踪电池(例如，图5中的电池440)的状态指示。例如，控制电路415可以追踪脉冲信号发生电路430操作的次数(例如，在一个电池充电中生成的脉冲数，脉冲生成电路430已经被使用的时长等)，以至少以粗略的方式确定剩余的电池电量来执行诊断或电池的某个其它状态指示器。在其它情况下，控制电路415可以在任何特定时间直接监控电池电荷(batterycharge)以确定在电池440中剩余的电池电量，并且可以操作为估计在该次充电时可以生成的脉冲的次数或数量作为状态指示。控制电路415可以例如在耗尽电池之前提供用户可以使用脉冲发生器430来检测故障位置的次数的指示，或者可以警告用户使用脉冲信号发生器430是否可能导致电池440耗尽或接近耗尽。
因此，如上文所描述的，手持式维护工具操作为检测通信线路或总线中的故障的存在，并且另外地检测故障的位置或大致位置。手持式维护工具可以检测各种类型的线路或通信网络故障(诸如短路或其它低阻抗故障，以及开路或其它高阻抗故障)。另外，手持式维护工具可以检测故障的大致位置，以使得操作员或维护人员能够较容易地找到故障并修复故障。
尽管前述文本阐述了许多不同实施例的具体实施方式，但是应当理解的是，本专利的范围由在本文中阐述的权利要求书的词语来限定。具体实施方式将被解释为仅仅是示例性的，并且不描述每个可能的实施例。此外，尽管已经具体参考了
因此，在不脱离本权利要求书的精神和范围的情况下，可以在本文中所描述和例示的技术和结构中进行许多修改和变化。因此，应当理解的是，本文中所描述的方法和装置仅仅是例示性的，而不限于权利要求书的范围。
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