一种无线电力电缆故障定点仪的制作方法

一种无线电力电缆故障定点仪，属于电力电缆故障探测领域。

背景技术：

电力电缆是电力系统传输和分配电能的重要元件，在城市地下电网、工矿企业的内部供电线路和过江、过海的水下输电线路中有广泛的应用。电缆一旦发生故障，会给企业生产造成停电损失，给居民生活带来不便，因此电缆发生故障后需要尽快查找到故障进行修复。

查找电缆故障一般需要经过故障诊断、故障测距和故障定点三个步骤。故障诊断是用万用表等工具和设备检查电缆各相的连通性、故障相的绝缘阻值，目的是判明故障性质，为后续步骤选择合适的测试方法；故障测距是用仪器测出故障点与测试点之间电缆的长度，目的是大体确定电缆故障所在的区域，缩小故障查找的范围；故障定点是用仪器探测故障信号的强度或者到达时间，目的是逐渐接近并最终确认故障的位置。

目前，电缆故障定点仪主要有两种类型：

1、声磁法电缆故障定点仪。仪器包括声磁探头、主机和侦听耳机三个主要部件。仪器工作时利用置于地面的声磁探头接收电缆故障点放电声，声音信号通过线缆由探头传递到主机，经过滤波、放大等处理，再由主机通过线缆将处理后的声音信号送到侦听耳机，供测试者侦听、分析和判断。

2 、声磁同步法电缆故障定点仪。仪器包括声磁同步探测探头、主机和侦听耳机三个主要部件。仪器工作时利用置于地面的声磁同步探测探头同步接收电缆故障点放电产生的声音信号和电磁场信号，声音和电磁场信号由探头通过线缆传递到主机，主机对两种信号进行滤波、放大等处理，然后计算声音和磁场信号到达时刻之间的差值。主机一方面将时间差值、声音和磁场波形等信息在主机屏幕上显示，另一方面将声音信号通过线缆送到侦听耳机。测试者综合主机显示的信息和耳机侦听到的声音对电缆故障位置进行分析和判断。

目前的电缆故障定点仪存在一些不足：

1 、在电缆故障定点时，测试者需要身背主机，反复移动探头的放置位置进行测试。由于上述两种电缆故障定点仪探头和主机之间都通过线缆连接，因此当需要将探头远离测试者放置时(比如探头置于坑道中，测试者位于地面，或者探头置于人员不易到达的位置)，以及在频繁移动探头的过程中，电缆故障定点仪使用起来存在诸多不便。

2 、探头中存在探测电缆放电声的传感器和前置放大器等微弱信号处理电路，这些电路对于噪声非常敏感，而探头和主机之间的连接线极易引入电路噪声和外界噪声，因此目前的电缆故障定点仪在侦听时往往存在信噪比不高的问题。当电缆敷设较深或者放电较弱时，测试者甚至难以听清故障放电声，这使得电缆故障定点仪的功能难以充分发挥。

3、 电缆故障定点仪缺少数据存储和联网功能，现场测试数据和信息无法备份和远传，不利于专家分析和提供远程测试指导。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种携带方便，通过设置声磁探测部实现了对故障电缆声音信号和磁感应信号同时进行探测，且实现了声磁探测部与信号接收部之间无线连接的无线电力电缆故障定点仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该无线电力电缆故障定点仪，其特征在于：包括声磁探测部以及与声磁探测部无线连接的信号接收部，在声磁探测部的顶部固定有手持部，在声磁探测部的底部设置有探针，探针与设置在声磁探测部内部的测振单元相连，在声磁探测部的内部同时设置有主电路板，测振单元的输出端与主电路板上的控制电路相连。

优选的，所述的声磁探测部包括底座，所述的测振单元安装在底座的中部并从底座的底部穿出，所述的探针安装在测振单元的底部，所述的主电路板套设在测振单元的外部，在测振单元的上方通过电池盒固定有电池，电池为主电路上的控制电路提供工作电源；在底座的上方罩设有声屏蔽罩，所述的手持部安装在声屏蔽罩顶部的安装孔内。

优选的，所述的测振单元包括金属材质的圆筒形屏蔽壳，在屏蔽罩的底部设置有防止从底座底部掉出的挡圈，在屏蔽罩的底部安装有探针安装件，探针安装在探针安装件的底部；

在屏蔽壳的内腔中设置有压电式加速度传感器，在屏蔽壳的顶部设置有副电路板，压电式加速度传感器通过副电路板从屏蔽壳的上方引出与主电路上的控制电路相连。

优选的，在所述的屏蔽壳顶部的开口处设置有测振单元上盖，在测振单元上盖中设置有引线孔，副电路板的引线从引线孔中引出后与主电路板上的控制电路相连。

优选的，在所述的测振单元与所述的电池盒之间设置有顶部软连接件，在所述的测振单元与所述的底座之间设置有底部软连接件。

优选的，所述的控制电路包括微处理器，与微处理器双向连接的磁信号处理单元、声信号处理单元，在微处理器的输入输出端口上连接有用于与信号接收终端实现无线连接的蓝牙模块。

优选的，在所述的磁信号处理单元中，磁信号感应单元的输出端与磁增益调节单元的输入端相连，磁增益调节单元输出端同时与垂直信号带通滤波单元和水平信号带通滤波单元的输入端相连，垂直信号带通滤波单元的输出端与电压比较器的输入端相连，水平信号带通滤波单元的输出端与微处理器的输入端相连，电压比较器的输出端与微处理器的输入端相连；微处理器的输出端同时与磁增益调节单元的控制信号输入端相连。

优选的，在所述的声信号处理单元中，声信号感应单元的输出端与前置放大单元的输入端相连，前置放大单元的输出端与声增益调节单元的输入端相连，声增益调节单元输出端与声音信号带通滤波单元的输入端相连，声音信号带通滤波单元的输出端与微处理器的输入端相连；微处理器的输出端以及电容感应接近控制单元的输出端同时与声增益调节单元的两个控制信号输入端相连，电容感应接近控制单元的输入端连接到手持部。

优选的，所述的磁信号感应单元包括水平设置和垂直设置的两个磁芯线圈。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、在本无线电力电缆故障定点仪中，通过设置声磁探测部实现了对电缆故障的声音信号和磁感应信号同时进行探测，且实现了声磁探测部与信号接收部之间无线连接。

2、通过设置顶部软连接件和底部软连接件，实现了测振单元与声屏蔽罩以及底座之间的软橡胶连接，避免测振单元与底座和电池盒之间硬接触，由于软橡胶对振动有很强的阻尼和衰减作用，有效防止在进行声音探测时，地面以上振动对测振单元的影响。

3、通过在测振单元的外部设置声屏蔽罩，因此声屏蔽罩能够降低环境噪音对电缆故障探测的影响。

4、由于压电式加速度传感器的输出信号非常微弱，易受噪声干扰，因此在本无线电力电缆故障定点仪中，屏蔽壳采用金属材质，并将压电式加速度传感器和设置有前置电荷放大电路的副电路板安装在屏蔽壳中，以降低外界环境对微弱信号干扰的影响。

5、探针采用了两种长短不同的探针，以适应不同地表环境中故障探测的需要，两种探针都可以安装在探头底部使用，长探针可以适应松软或者不平的地表环境，短探针可以适应坚硬或者平整的地表环境。

6、在磁信号处理单元的磁信号感应单元中，采用两个磁芯线圈作为敏感元件探测电缆放电产生的电磁场信号。磁芯线圈相比空气有更高的磁导率，探测磁场信号时内部有更高的磁通密度，因此在灵敏度相同的条件下，磁芯线圈可以做的比空心线圈的体积更小，更便于集成安装。

7、当测试人员手握或接近提手之后，电容感应接近控制单元向声增益调节单元输出信号，声增益调节单元将前置放大单元输出的信号调节到零，当电容感应接近控制单元感应到人手离开探头的提手后，将声音增益恢复到原来的水平。因此通过设置电容感应接近控制单元，可以保护测试者免受因为提拉移动探头产生的强音对人耳听力造成的损伤。

附图说明

图1为无线电力电缆故障定点仪结构示意图。

图2为无线电力电缆故障定点仪声磁探测部结构示意图。

图3为无线电力电缆故障定点仪声磁探测部声屏蔽罩结构示意图。

图4为无线电力电缆故障定点仪声磁探测部底座结构示意图。

图5为无线电力电缆故障定点仪声磁探测部测振单元结构示意图。

图6为无线电力电缆故障定点仪声磁探测部探针结构示意图。

图7为无线电力电缆故障定点仪控制电路原理方框图。

图8为无线电力电缆故障定点仪磁信号感应原理示意图。

其中：1、提手 2、提杆 3、声磁探测部 4、探针 5、连接杆 6、电池 7、声屏蔽罩 8、主电路板 9、顶部软连接件 10、测振单元 11、底部软连接件 12、探针安装件 13、底座 14、安装孔 15、罩体 16、定位槽 17、定位凸起 18、安装筒 19、底座承载面 20、副电路板 21、引线孔 22、测振单元上盖 23、屏蔽壳 24、压电式加速度传感器 25、插头 26、垂直磁芯线圈 27、水平磁芯线圈 28、地面 29、电缆 30、磁力线。

具体实施方式

图1~8是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~8对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种无线电力电缆故障定点仪，声磁探测部3以及与声磁探测部3通过无线方式相连的侦听耳机以及手持终端。在声磁探测部3的底部设置有用于对声磁信号进行探测的探针4。在声磁探测部3的上方连接有提杆2，提杆2为长度可调的伸缩结构，在提杆2的顶部设置有提手1。操作人员通过手持提手1，通过提杆2连接的声磁探测部3对故障电缆处的声磁信号进行采集。

声磁探测部3和手持终端之间通过无线连接，声磁探测部3向手持终端传送探测到的声音和电磁场信号，手持终端向声磁探测部3传送信号滤波频带设置、增益调整等命令和参数。手持终端和侦听耳机之间通过无线连接向侦听耳机单向传送接收到的声音信号用于侦听。手持终端通过运行监测软件，显示声磁探测部3探测到的声音和电磁场信号波形、声音和磁场信号到达时刻之间的差值、声磁探测部3的滤波频带范围、增益大小等信息和参数，供测试者掌握和控制定点仪的工作状态。

如图2所示，声磁探测部3包括锥形的声屏蔽罩7，在声屏蔽罩7的底部安装有底座13。在声屏蔽罩7的顶部设置有安装孔14，提杆2底部的连接杆5与安装孔14配合实现提杆2与声屏蔽罩7之间的连接。通过底座13固定有测振单元10和主电路板8，测振单元10固定在底座13的中部，主电路板8为圆环状，固定在测振单元10的外部，在主电路板8上设置有本无线电力电缆故障定点仪的控制电路。在测振单元10的顶部设置有电池盒，在电池盒内安装有电池6，在本无线电力电缆故障定点仪中，电池6采用可充电电池，电池6用于对包括主电路板8上的控制电路在内的声磁探测部3进行供电。测振单元10从底座13的底部穿出，在测振单元10从底座13中穿出的部分安装有探针安装件12，在探针安装件12的底部设置有探测爪，在探测爪上均匀设置有多个分支，探针4安装在探测爪下方。在质地较为坚硬的路面上进行探测时，可将探针4取下，利用探测爪进行声磁探测；在质地较为松散的路面上进行探测时，可将探针4安装在探测爪的下方，并将探针4插入地面内部进行声磁探测。

在测振单元10上方设置有顶部软连接件9，顶部软连接件9为圆环状，其环形内圈与测振单元固定连接，其环形外圈与底座13上方用于放置测振单元10的筒体固定连接，因此通过顶部软连接件9，实现了测振单元10在底座13的竖直方向上可以进行一定幅度的移动。在测振单元10与底座13的之间设置有底部软连接件11，顶部软连接件9和底部软连接件11均采用软橡胶实现，通过设置顶部软连接件9和底部软连接件11，避免测振单元10与底座13和电池盒之间硬接触，有效防止在进行声音探测时，外部振动对测振单元10的影响。

如图3所示，声屏蔽罩7包括圆锥形的罩体15，安装孔14 开设在罩体15的顶部，在罩体15内侧面的底部通过设置两圈隔断间隔形成两圈定位槽16。一般情况下，当测振单元10放置在地面上时，测振单元10的刚性外壳除了能够探测到因故障放电产生的地面振动以外，还会不可避免的探测到地面以上的环境噪音，例如风声，交通噪声等。通过在测振单元10的外部设置声屏蔽罩7，并将声屏蔽罩7与测振单元10之间再通过软橡胶连接，软橡胶对振动有很强的阻尼和衰减作用，因此声屏蔽罩能够降低环境噪音对电缆故障探测的影响。

如图4所示，在上述的底座13中，包括底座承载面19，在底座承载面19的中部形成圆柱形的安装筒18，上述的测振单元10安装在安装筒18内，主电路板8套装在安装筒18的外圈。在底座承载面19的外圈设置有两圈定位凸起17，定位凸起17与声屏蔽罩7的定位槽16配合。当声屏蔽罩7与底座13安装之后，定位凸起17插入定位槽16内，实现声屏蔽罩7与底座13的定位安装。

如图5所示，测振单元10包括圆筒形的屏蔽壳23，在屏蔽壳23的底部设置有挡圈，在将测振单元10放入底座13的安装筒18之后，通过设置在其底部的挡圈方式测振单元10同底座13中掉出。在屏蔽壳23的底部安装有探针安装件12，在探针安装件12的底部设置有探测爪，在探测爪上均匀设置有多个分支，探针4安装在探测爪下方。

在屏蔽壳23的内腔中设置有压电式加速度传感器24，在屏蔽壳23的顶部设置有副电路板20，设置在副电路板20上的前置放大电路与压电式加速度传感器24，压电式加速度传感器24作为声磁探测部3的敏感元件探测地面振动，捕捉电缆故障的放电声。压电式加速度传感器24的输出为电荷量，压电式加速度传感器24输出的电荷信号送入副电路板20上的前置放大电路内，通过前置放大电路放大压电式加速度传感器24的输出信号，同时把电荷量转换成电压量，以便于后续电路的信号处理。由于压电式加速度传感器24的输出信号非常微弱，易受噪声干扰，因此在本无线电力电缆故障定点仪中，屏蔽壳23采用金属材质，并将压电式加速度传感器24和设置有前置电荷放大电路的副电路板20安装在屏蔽壳23中，以降低外界环境对微弱信号干扰的影响。在屏蔽壳23顶部的开口处设置有测振单元上盖22，副电路板20固定在测振单元上盖22上。测振单元上盖22为圆环状，其中开设有引线孔21，副电路板20的引线从引线孔21中引出后与主电路板8上的控制电路相连。

如图6所示，探针4采用了两种长短不同的探针，以适应不同地表环境中故障探测的需要，两种探针都可以安装在探头底部使用，长探针可以适应松软或者不平的地表环境，短探针可以适应坚硬或者平整的地表环境。在使用时，将探针4顶部的插头25装入探针安装件12中，完成探针4的安装。

如图7所示，无线电力电缆故障定点仪的控制电路包括磁信号处理单元、声信号处理单元以及微处理器。其中磁信号处理单元包括磁信号感应单元、磁增益调节单元、垂直信号带通滤波单元、水平信号带通滤波单元以及电压比较器。声信号处理单元包括声信号感应单元、前置放大单元、声增益调节单元、声音信号带通滤波单元以及电容感应接近控制单元。

在磁信号处理单元中，磁信号感应单元的输出端与磁增益调节单元的输入端相连，磁增益调节单元输出端同时与垂直信号带通滤波单元和水平信号带通滤波单元的输入端相连，垂直信号带通滤波单元的输出端与电压比较器的输入端相连相连，水平信号带通滤波单元的输出端与微处理器的输入端相连，电压比较器的输出端与微处理器的输入端相连。微处理器的输出端同时与磁增益调节单元的控制信号输入端相连。

在磁信号处理单元的磁信号感应单元中，采用两个磁芯线圈作为敏感元件探测电缆放电产生的电磁场信号。磁芯线圈相比空气有更高的磁导率，探测磁场信号时内部有更高的磁通密度，因此在灵敏度相同的条件下，磁芯线圈可以做的比空心线圈的体积更小，更便于集成安装。在本磁信号感应单元中，设置有两个磁芯线圈，两个磁芯线圈中一个水平设置，另一个垂直设置，通过设置互成90°的放置方式，可以直接探测出电缆的位置，其具体原理如下：

如图8所示，电缆29埋于地面28之下，电缆29中有电流流过，因此会感应出磁力线30。当水平磁芯线圈27和垂直磁感线圈26在地面上进行磁信号探测时，磁力线30穿过水平磁芯线圈27和垂直磁感线圈26并形成相应的磁感应波形，如图8所示，水平磁芯线圈27自左向右移动时，水平磁芯线圈27感应的电缆故障放电磁场波形极性不变，垂直磁感线圈26自左向右移动时，线圈感应的电缆故障放电磁场波形极性翻转，相位相差180度。通过检测两个线圈感应的磁场波形的极性是否相同，可以判断出磁芯线圈位于电缆的左边或者右边。

磁增益调节单元输出的信号通过磁增益调节单元送入垂直信号带通滤波单元和水平信号带通滤波单元内，由垂直信号带通滤波单元和水平信号带通滤波单元分别将水平磁芯线圈27和垂直磁感线圈26采集到的信号进行分别提取，其中水平信号带通滤波单元提取出的信号直接送入微处理器内。垂直信号带通滤波单元提取出的信号送入电压比较器内，并与电压比较器内的一个标准信号进行比较，用于检测电磁场信号的强度，给出电缆故障放电指示。这个功能用于启动微处理器同步采集声音和磁场信号，然后通过计算电缆故障放电声音和磁场信号到达时刻之间的差值，估算出故障点的距离。也可以将电压比较器连接在水平信号带通滤波单元与微处理器之间。

磁增益调节单元由市售常见的数字电位器芯片实现，用于通过微处理器调节磁信号感应单元输出的信号的强度。垂直信号带通滤波单元和水平信号带通滤波单元可分别通过常规的带通滤波器电路或带通滤波器芯片实现。

在声信号处理单元中，声信号感应单元的输出端与前置放大单元的输入端相连，前置放大单元的输出端与声增益调节单元的输入端相连，声增益调节单元输出端与声音信号带通滤波单元的输入端相连，声音信号带通滤波单元的输出端与微处理器的输入端相连。微处理器的输出端以及电容感应接近控制单元的输出端同时与声增益调节单元的两个控制信号输入端相连。声信号感应单元为上述的压电式加速度传感器24，前置放大单元为上述设置在副电路板20上的前置放大电路。

声信号感应单元输出的信号经过前置放大单元放大后经过声增益调节单元送入声音信号带通滤波单元中，由声音信号带通滤波单元处理后送入微处理器内。声增益调节单元由市售常见的数字电位器芯片实现，用于通过微处理器调节声信号感应单元输出的信号的强度。电容感应接近控制单元由电容接近传感器实现，其输入端通过提杆2连接到提手1上，提手1采用金属材质。当测试人员手握或接近提手1之后，电容感应接近控制单元向声增益调节单元输出信号，声增益调节单元将前置放大单元输出的信号调节到零，当电容感应接近控制单元感应到人手离开探头的提手1后，将声音增益恢复到原来的水平。因此通过设置电容感应接近控制单元，可以保护测试者免受因为提拉移动探头产生的强音对人耳听力造成的损伤。电容感应接近控制单元可通过常规的电容感应接近电路或电容感应接近芯片实现。

在微处理器上还连接有蓝牙模块，通过蓝牙模块实现与手持终端与耳机的无线连接。手持终端可通过多种形式实现，如平板电脑或智能手机。通过设置蓝牙模块实现蓝牙无线通信功能。蓝牙无线通信在探头和主机之间双向传输数据，一方面探头将数字化的声音和磁场信号传送到手持终端用于处理和显示，另一方面平板设备将增益调整、滤波器设置等命令和参数传送到探头实现控制。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。