一种电缆检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电缆检测系统，包括：中央处理器，发射电路模块，反射信号捕获电路模块和隔离电路模块；其中，发射电路模块，与中央处理器连接，用于接收中央处理器的控制指令，对电缆产生并发射不同幅度和时长的脉冲信号，用以进行电缆检测；反射信号捕获电路模块，与中央处理器连接，用于对电缆故障端反射信号的识别与捕获，并将反射信号发送至中央处理器；隔离电路模块，分别与所述发射电路模块和所述反射信号捕获电路模块连接，用于隔离所述发射信号和所述反射信号。
【专利说明】—种电缆检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电缆测试【技术领域】，具体的说是一种电缆的故障检测和定位的系统
【背景技术】
[0002]电缆是一种重要的通信媒介，广泛应用于仪器仪表、电力、通信等重要领域，因此电缆的线路特性状况对于人们的生产和生活有着重要的影响。电缆线路常见的故障有机械损伤、绝缘损伤、绝缘受潮、绝缘老化变质、过电压、电缆过热故障等。当线路发生故障时，应切断故障电缆的电源，寻找故障点，对故障进行检查和分析，然后进行修理和试验，待故障消除后，方可恢复供电。
[0003]对于暴露于室外的电缆的质量，容易受气候环境、外力影响、鼠害以及腐蚀、老化等因素影响；而对于室内的电缆的质量，则会受到例如外力拖动、挤压以及老化等人为因素影响。上述两种情况均会导致电缆线路出现断线、混线和接地等故障，当电缆线路发生故障，会使电缆连接的设备和系统之间无法正常连接和通信，不仅会影响人们正常生活，甚至导致生产遭受重大经济损失。
[0004]鉴于上述情况，如何用最短的时间、最低的成本排除电缆故障是当前面临的重要课题。其中，如何实现测量仪器的小型化和便携化，并且对各种电缆实现有效、准确和高精度的测量成为技术研究的要点。
实用新型内容
[0005]针对以上不足，本实用新型提供一种电缆检测系统，用以解决当前电缆检测装置检测精度较低和不易携带的问题。
[0006]本实用新型的技术方案是:提供一种电缆检测系统，该检测系统包括:
[0007]中央处理器，发射电路模块，反射信号捕获电路模块和隔离电路模块；其中，
[0008]发射电路模块，与中央处理器连接，用于接收中央处理器的控制指令，对电缆产生并发射不同幅度和时长的脉冲信号，用以进行电缆检测；
[0009]反射信号捕获电路模块，与中央处理器连接，用于对电缆故障端反射信号的识别与捕获，并将反射信号发送至中央处理器；
[0010]隔离电路模块，分别与发射电路模块和反射信号捕获电路模块连接，用于隔离发射信号和反射信号。
[0011]在一实施例中，隔离电路模块是高速模拟开关。
[0012]在一实施例中，该检测系统还包括:人机交互模块，与中央处理器连接，用于对发射脉冲的幅度、时长参数以及电缆波速的设定。
[0013]在一实施例中，该检测系统还包括:电源模块，与所有模块连接，用于为检测系统提供能源。
[0014]通过本实用新型提供的电缆检测系统，实现了多种电缆的短路和断路故障的检测和故障点距测试点的距离定位，测试精度高、测量盲区小、体积小便携性好、连续测量时间长，操作方便简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型电缆检测系统的总体结构图；
[0016]图2为本实用新型电缆检测系统的详细结构图；
[0017]图3A为本实用新型电缆检测系统中的高速模拟开关的电路示意图；
[0018]图3B为本实用新型电缆检测系统中的高速模拟开关控制信号时序图；
[0019]图4为本实用新型电缆检测系统的检测流程图；
[0020]图5为本实用新型电缆检测系统的操作流程图。
【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。为此，本实用新型的实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0022]本实用新型是利用低压脉冲反射法检测电缆故障，其主要原理如下是:向电缆发送一个电压脉冲，当发射脉冲在传输线上遇到故障(短路或断路)时，由于故障点阻抗不匹配，产生反向脉冲，通过计算二者的时间差T，并分析反射脉冲的特性来进行故障的定性和定位。该方法适用于断线或短路故障的测试。故障点距离LSL = V*T/2，其中，V是脉冲在电缆中的传播速度。根据脉冲的初始相位判断故障性质:0度代表断路，180度代表短路。
[0023]如图1所示，图1为本实用新型电缆检测系统的总体结构图，该电缆检测系统包括:
[0024]中央处理器101，发射电路模块102，反射信号捕获电路模块103和隔离电路模块104 ;其中，
[0025]发射电路模块102，与中央处理器101连接，用于接收中央处理器101的控制指令，对电缆产生并发射不同幅度和时长的脉冲信号，用以进行电缆检测；
[0026]反射信号捕获电路模块103，与中央处理器101连接，用于对电缆故障端反射信号的识别与捕获，并将反射信号发送至中央处理器101 ；
[0027]隔离电路模块104，分别与发射电路模块102和反射信号捕获电路模块103连接，用于隔离发射信号和反射信号。
[0028]在一实施例中，隔离电路模块103是高速模拟开关。
[0029]在一实施例中，该检测系统还包括:人机交互模块105，与中央处理器101连接，由键盘和IXD组成，其中键盘用于设定发射脉冲的幅度、时长参数和对电缆波速的数值，IXD用于显示各项设定的参数和数值。
[0030]在一实施例中，该检测系统还包括:电源模块(图中未标示)，与所有模块连接用于为整个电缆检测系统提供能源，具体来说，该电源是由12V输出的大容量充电电池和电源管理电路组成，充分保证电缆检测系统的满足不同需求的电源供应。
[0031]通过本实用新型提供的电缆检测系统，利用脉冲在长导体中传输的时域反射测量技术，可以实现电缆的无损、快捷、准确地定位电缆中阻抗不连续点的位置，同时为作业人员提供良好安全的操作界面。
[0032]图2为本实用新型电缆检测系统的详细结构图。
[0033]如图2所示，本实用新型中的处理器201采用具有片上可编程系统(以下简称 SOPC, System-on-a-Programmable-Chip)能力的现场可编程逻辑器件(FPGA, FieldProgramming Gate Array),控制外部电路和实现数据处理,系统集成度高、功耗低。其中，SOPC系统中的N1s II处理器是一种基于流水线的精简指令集通用微处理器，时钟频率可达到133MHz。反射信号处理模块的时钟频率为200MHz，通过4次90度相移时钟的交叉采样，可使其处理频率等价为800MHz，因而其数据处理速度快，时间分辨率高。对中央处理器的外部电路的控制全由HDL硬件描述语言设计和可编程逻辑阵列实现，稳定可靠。
[0034]发射电路模块202可以根据SOPC系统对发射信号控制模块206发出的指令产生20nS-2uS时长和5V或12V的短时脉冲信号。
[0035]反射信号捕获电路模块203由运算放大器和整形电路组成，将反射信号进行放大和整形，得到可编程逻辑整列可识别的矩形脉冲信号并且通过反射信号处理模块207将脉冲信号输入到SOPC系统中。
[0036]隔离电路模块204，由高速模拟开关实现，通过隔离控制模块205对高速模拟开关发出控制指令，用于完成发射信号和反射信号的隔离和切换。
[0037]本实用新型的检测系统还包括:键盘208、液晶显示器209 (IXD)和存储器210，其中，键盘208用于设定发射脉冲的幅度和时长参数和对电缆波速的数值，液晶显示器209 (LCD)用于显示各项设定的参数和数值，存储器210用于存储SOPC系统中的各种控制指令和数据。
[0038]如图3A所示，图3A是高速模拟开关的电路示意图，其中，INl为连接FPGA控制信号发射端(发射为12V)，IN2为连接FPGA控制发射信号的捕获端，D2为连接到电缆的端，S2为连接反射信号捕获电路端，Ctr_12和Ctr_f分别是S1、Dl和S2、D2两路开关的，当控制信号为低电平时，模拟开关闭合即SI = Dl, S2 = D2。请结合图3B，图3B为本实用新型电缆检测系统中的高速模拟开关控制信号时序图，其中中央处理器(F PGA)对控制信号Ctr_12和Ctr_f的原理如下:
[0039](I)当Ctr_12为低电平时，SI = Dl = D2，即发射幅度为12V，时长与Ctr_n低电平等长的脉冲信号到电缆中，这时Ctr_p为高电平，S2和D2是断路，无信号送入到反射捕获电路；
[0040](2)当Ctr_f为低电平时，S2 = D2 = Dl,即电缆与S2端相连，先前发射的脉冲信号在电缆故障处的反射信号通过S2端进入捕获电路中，这时Ctr_n为高电平，SI和Dl是断路，没有与发射信号相连，实现发射与反射信号的隔离
[0041]以上是发射信号幅度为12V的控制原理，发射信号为Ctr_5 (发射幅度为5V)的控制原理是一致的，只是Ctr_12和Ctr_5只能有一个信号有效，另一个信号全为高电平。
[0042]图4为本实用新型电缆检测系统的检测流程图。请结合图1，具体步骤如下:
[0043]步骤4-1:通过人机交互模块104对中央处理器101设定测量参数。
[0044]具体来说，设定脉冲时间长度范围为:20nS — 2uS的短时脉冲，脉冲幅度为5V (伏特)或12V ;
[0045]步骤4-2:发射信号电路模块102根据测量参数产生并发射已设定幅度和时长的脉冲信号进行电缆检测；
[0046]步骤4-3:脉冲信号经隔离电路模块104发射入被测电缆；
[0047]步骤4-4:发射的脉冲信号经故障点反射形成反射信号，反射信号经隔离电路模块104进入反射信号捕获模块103，得到反射信号的到达时间和初始相位；
[0048]步骤4-5:中央处理器101根据反射信号的初始相位和发射短时脉冲的初始时间和反射脉冲的到达时间差，即可判断故障类型以及故障点距测试端的距离。
[0049]与现有的电缆故障测试仪相比，本实用新型的优点为:
[0050]1、由于参数设定灵活，因此可以测量电缆种类更多。
[0051]2、相位和时间测量均由FPGA实现，并且发射短时脉冲的初始时间和反射脉冲的到达时间差T，由800MHz时钟提供测量时钟，测量精确度高，在电缆传输速度为3*108米/秒条件下，测量精度小于37.5厘米，测量盲区小于1.5米，因此测量准确度更高。
[0052]3、整个电缆测试仪集成度高、体积小、操作方便灵活，整个系统由锂电池供电，可连续工作4小时以上，移动性能好。
[0053]图5为本实用新型电缆检测系统的操作流程图，按以下操作步骤实现了电缆故障类型的检测和故障点位置的确定。
[0054]步骤501:启动电缆检测检测系统，完成初始化后进入初始化界面，将测试电缆连接到测试端口；
[0055]步骤502:按键选择初始化界面中的“参数设定”、“电缆检测”；
[0056]步骤503:进入“参数设定”界面，由键盘设定“电缆传输速率”、“脉冲时长”和选择“脉冲幅度”，“电缆传输速率”的单位为104m/s(米每秒)，“脉冲时长”的单位为ns(纳秒)，“脉冲幅度”只有5V(伏特)和12V两种选择，待参数设定完成，电缆检测系统将自动保存，并且返回到初始化界面；
[0057]步骤504A:由初始化界面直接进入“电缆检测”界面，电缆检测系统按照初始化参数来控制后端反射信号电路、隔离电路和反射捕获电路的工作，初始化参数为:“电缆传输速率”为19800*104m/s (米每秒)，“脉冲时长” 200ns (纳秒)，“脉冲幅度”有5V ；
[0058]步骤504B:由“参数设定”后进入“电缆检测”界面，电缆检测系统按照设定的参数来控制后端反射信号电路、隔离电路和反射捕获电路的工作；
[0059]步骤505:电缆检测系统自动根据设定参数和脉冲反射原理完成对电缆的检测，并将电缆的故障类型:短路或断路，故障点距测试点的距离:X米，显示在LCD屏上；
[0060]步骤506:连接下一根相同类型的电缆，返回到“电缆检测”界面，进行下一次测量;
[0061]步骤507:连接下一根不同类型的电缆，返回到“参数设定”界面，设定参数后，再按步骤504B执行；
[0062]步骤508:完成测量，关闭电源。
[0063]通过本实用新型提供的电缆检测系统，实现了多种电缆的短路和断路故障的检测和故障点距测试点的距离定位，测试精度高、测量盲区小、体积小便携性好、连续测量时间长，操作方便简单。
[0064]对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种电缆检测系统，其特征在于，所述电缆检测系统包括: 中央处理器，发射电路模块，反射信号捕获电路模块和隔离电路模块；其中， 发射电路模块，与所述中央处理器连接，用于接收所述中央处理器的控制指令，对电缆产生并发射不同幅度和时长的脉冲信号，以进行电缆故障检测； 反射信号捕获电路模块，与所述中央处理器连接，用于对电缆故障端反射信号的识别与捕获，并将反射信号发送至中央处理器； 隔离电路模块，分别与所述发射电路模块和所述反射信号捕获电路模块连接，用于隔离所述发射信号和所述反射信号。
2.如权利要求1所述的电缆检测系统，其特征在于，所述隔离电路模块是高速模拟开关。
3.如权利要求1所述的电缆检测系统，其特征在于，还包括: 人机交互模块，与所述中央处理器连接，用于对发射脉冲的幅度、时长参数以及电缆波速的设定。
4.如权利要求1所述的电缆检测系统，其特征在于，还包括: 电源模块，与所有模块连接，用于为所述检测系统提供能源。
【文档编号】G01R31/02GK204044280SQ201420478516
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】郑恭明, 沈媛媛, 陈永军 申请人:中国石油天然气集团公司