基于行波原理的电缆断缆故障检测装置的制作方法

本实用新型涉及电缆断缆故障检测技术领域，尤其涉及一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置。

背景技术：

电缆在工业上和生活当中都发挥着重要的作用，广泛应用于各行各业中，比如：铁路，航天，通信，电力系统等。与此同时，电缆的铺设方式不同就会带来不同的问题，会产生一些人为的或者非人为的损坏，或是由外部原因导致电缆中的导线断裂或者导线接触不良等问题，比如绝缘老化变质、绝缘受潮、机械损伤等。种种的问题导致了很难确定金属导线的断裂和损坏位置，给电缆的日常检修工作带来了很大的困难。传统的电缆检测方法多是采用电桥方法，在测量后还要进行人工校准，自动化程度偏低。应用传统的检测方法导致的检测速度慢，造价而且错检率高，工作效率低。

因此，有必要设计一种新型的电缆断缆故障检测装置，对传统的电缆检测方法进行改进，采用自动化的方式提升检测速度和检测效率。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供了一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：

本实用新型的实施例提供的一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置，其特征在于，该装置包括：高压脉冲发生单元、低压脉冲发生单元、信号转换单元、计数单元和显示单元，所述高压脉冲发生单元与所述低压脉冲发生单元连接，所述低压脉冲发生单元与所述信号转换单元连接，所述显示单元分别与所述信号转换单元和所述计数单元连接；

所述的高压脉冲发生单元，用于在电缆端头向故障电缆施加一个高压脉冲信号，将电缆故障点瞬间处于短路状态；

所述的低压脉冲发生单元，用于分别在高压触发和按键控制下，在电缆端头向故障电缆施加一个低压脉冲信号，在检测到电缆故障点处返回输入端；

所述的信号转换单元，用于采集所述低压脉冲信号的反射波信号，并去除所述反射波信号中的噪声；

所述的计数单元，用于对所述反射波信号发生差异的位置进行计数；

所述的显示单元，用于显示电缆端头接收到的所述反射波信号，以及显示所述计数单元所计数的数值。

优选地，所述高压脉冲发生单元，包括：高压脉冲发生器和预先搭建的电缆环境；

所述高压脉冲发生器，用于产生高压脉冲信号；

所述电缆环境包括：电源输入端、输出端和接地端，所述电源输入端与第一供电电源连接，所述输出端与电缆的输入端连接，所述接地端接地；

所述电源输入端，用于接入电源；

所述输出端，用于向电缆输出所述高压脉冲发生器产生的高压脉冲信号，在电缆的故障点处发生击穿并产生电弧，将故障点状态转化为瞬间短路故障状态。

优选地，所述低压脉冲发生单元包括：低压脉冲发生器、自动控制子单元与手动控制子单元，所述低压脉冲发生器分别与所述自动控制子单元和所述手动控制子单元连接；

所述低压脉冲发生器，用于产生低压脉冲信号；

所述自动控制子单元由所述高压脉冲发生单元自动触发，用于在接收到所述高压脉冲发生单元发出高压脉冲信号的同时，触发所述低压脉冲发生器经过所述信号转换单元向电缆发射低压脉冲信号；

所述手动控制子单元，由用户进行手动控制，通过按键控制所述低压脉冲发生器，经过所述信号转换单元向电缆发射对比低压脉冲信号。

优选地，在所述自动控制子单元中，所述低压脉冲信号，在遇到所述高压脉冲信号产生的电弧时发生反射，形成反射波信号，所述反射波信号的阻抗特征改变，由高阻抗变为低阻抗，形成低压脉冲短路波形；

在所述手动控制子单元中，发射所述对比低压脉冲信号后，采集所述对比低压脉冲信号的反射信号，得到对比反射波信号。

优选地，所述低压脉冲发生单元还包括：信号反馈端，所述信号反馈端与所述信号转换单元的信号输入端连接；

所述信号反馈端，用于将所述低压脉冲信号和所述对比低压脉冲信号发送给所述信号转换单元。

优选地，所述信号转换单元包括：A/D转换器和小波分析单元；

所述A/D转换器包括：A/D转换脚和信号输出端，所述A/D转换脚与所述低压脉冲发生单元的信号反馈端连接，所述信号输出端与所述小波分析单元连接，所述A/D转换器用于，将所述反射波信号和所述对比反射波信号分别进行模数变换后发送到所述小波分析单元进行处理；

所述小波分析单元分别与所述计数单元和所述显示单元连接，所述小波分析单元用于，对所述反射波信号和所述对比反射波信号，通过小波分析进行去噪处理。

优选地，所述计数单元用于，将去噪处理后的所述反射波信号和所述对比反射波信号进行波形对比，对所述反射波信号发生差异的位置进行计数，并将计数结果发送给所述显示单元；

所述计数单元的计数频率与所述信号转换单元的采样频率相同。

优选地，所述显示单元包括但不限于：OLED显示屏；

所述显示单元用于，实时显示所述低压脉冲单元的所述反射波信号和所述对比反射波信号的波形，以及显示所述计数单元的计数结果。

优选地，所述显示单元，还用于显示所述反射波信号和所述对比反射波信号的波形在故障点处开始分离的情况，以及所述反射波信号和所述对比反射波信号之间的波形差异，用户根据分离位置和波形差异确定故障点位置。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供了一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置，该装置包括：高压脉冲发生单元、低压脉冲发生单元、信号转换单元、计数单元和显示单元，高压脉冲发生单元在电缆端头向故障电缆施加一个高压脉冲信号，将电缆故障点瞬间处于短路状态；低压脉冲发生单元在电缆端头向故障电缆施加一个低压脉冲信号，在检测到电缆故障点处返回输入端；信号转换单元采集低压脉冲信号的反射波信号，并去除反射波信号中的噪声；计数单元，用于对反射波发生差异的位置进行计数；显示单元显示电缆端头接收到的反射波波形，以及显示计数单元所计数的数值。本实用新型具有检测速度更快、效率更高的优点，且自动化程度高，更易于操作，能大幅提高电缆检修人员的工作效率。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置的功能单元示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置的系统整体框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型实施例提供了一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置，分别通过高压触发和按键控制两种方式发射行波，将两个行波进行对比检测出故障位置，提高了检测速度和检测效率。

本实用新型实施例提供的一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置的功能单元示意图如图1所示，具体包括：高压脉冲发生单元、低压脉冲发生单元、信号转换单元、计数单元和显示单元，所述高压脉冲发生单元与所述低压脉冲发生单元连接，所述低压脉冲发生单元与所述信号转换单元连接，所述显示单元分别与所述信号转换单元和所述计数单元连接。

该装置各单元的具体内容如下：

(1)高压脉冲发生单元

高压脉冲发生单元，用于在电缆端头向故障电缆施加一个高压脉冲信号，将电缆故障点瞬间处于短路状态。

高压脉冲发生单元，包括：高压脉冲发生器和预先搭建的电缆环境。

所述高压脉冲发生器，用于产生高压脉冲信号。

所述电缆环境包括：电源输入端、输出端和接地端，所述电源输入端与第一供电电源连接，所述输出端与电缆的输入端连接，所述接地端接地。

所述电源输入端，用于接入电源。

所述输出端，用于向电缆输出所述高压脉冲发生器产生的高压脉冲信号，在电缆的故障点处发生击穿并产生电弧，将故障点状态转化为瞬间短路故障状态。

(2)低压脉冲发生单元

低压脉冲发生单元，用于分别在高压触发和按键控制下，在电缆端头向故障电缆施加一个低压脉冲信号，在检测到电缆故障点处返回输入端。

低压脉冲发生单元包括：低压脉冲发生器、自动控制子单元与手动控制子单元，所述低压脉冲发生器分别与自动控制子单元和手动控制子单元连接。

低压脉冲发生器，用于产生低压脉冲信号。

自动控制子单元是通过高压触发启动低压脉冲发生器，用于在接收到所述高压脉冲发生单元发出高压脉冲信号的同时，触发所述低压脉冲发生器经过所述信号转换单元向电缆发射低压脉冲信号。在高压脉冲信号发送固定时间后，自动控制子单元自动触发低压脉冲信号的发送，自动控制子单元是内置于可编程门阵列FPGA中的子程序模块。

手动控制子单元，由用户进行手动控制，通过按键控制所述低压脉冲发生器，经过所述信号转换单元向电缆发射对比低压脉冲信号。采用手动控制子单元进行低压脉冲信号发射的过程中，电缆中没有高压脉冲信号。

在所述自动控制子单元中，所述低压脉冲信号，在遇到所述高压脉冲信号产生的电弧时发生反射，形成反射波信号，所述反射波信号的阻抗特征与所述低压脉冲信号的阻抗特征不同，所述反射波信号由高阻抗变为低阻抗，形成低压脉冲短路波形。

在所述手动控制子单元中，发射所述对比低压脉冲信号后，采集所述对比低压脉冲信号的反射信号，得到对比反射波信号。

低压脉冲发生单元还包括：信号反馈端，所述信号反馈端与所述信号转换单元的信号输入端连接。

所述信号反馈端，用于将所述低压脉冲信号和所述对比低压脉冲信号发送给所述信号转换单元。

(3)信号转换单元

信号转换单元，用于采集所述低压脉冲信号的反射波信号，并去除所述反射波信号中的噪声。

信号转换单元包括：A/D转换器和小波分析单元。

A/D转换器包括：A/D转换脚和信号输出端，所述A/D转换脚与所述低压脉冲发生单元的信号反馈端连接，所述信号输出端与所述小波分析单元连接，所述A/D转换器用于，将所述反射波信号和所述对比反射波信号进行模数变换后发送到所述小波分析单元进行处理。

小波分析单元分别与所述计数单元和所述显示单元连接，所述小波分析单元用于，对所述反射波信号和所述对比反射波信号，通过小波分析进行去噪处理。

(4)计数单元

计数单元为内置于可编程门阵列FPGA中的子程序模块，用于对所述反射波信号发生差异的位置进行计数。

计数单元用于，将去噪处理后的所述反射波信号和所述对比反射波信号进行波形对比，对所述反射波信号发生差异的位置进行计数，并将计数结果发送给所述显示单元。

计数单元的计数频率与所述信号转换单元的采样频率相同。

(5)显示单元

显示单元，用于显示电缆端头接收到的所述反射波信号，以及显示所述计数单元所计数的数值。

显示单元包括但不限于：OLED显示屏。

显示单元用于，实时显示所述低压脉冲单元的所述反射波信号和所述对比反射波信号的波形，以及显示所述计数单元的计数结果。

在所述显示单元上，可显示出所述反射波信号和所述对比反射波信号的波形在故障点处开始分离的情况，用户可根据分离位置确定故障点位置。

此外，用户根据所述显示单元显示的所述反射波信号和所述对比反射波信号之间的波形差异，可计算出电缆故障的精确的发生位置。

如图2所示，提供了一种应用该装置进行断缆位置检测的整体系统框图；该装置采用二次脉冲法来检测断缆位置，即采用了两种方式发射低压脉冲信号获取到反射信号，其中一种是加高压脉冲的低压脉冲反射信号，另一种是利用按键控制发射的低压脉冲反射信号，它们分别是在两种测试下测得的，对它们分别进行模数转换后，再进行对比分析处理，即可检测出断缆位置。

在该装置中，将高压脉冲发生器和低压脉冲发生器都内置于可编程门阵列FPGA中，利用该装置进行基于行波原理的电缆断缆故障检测的具体过程可以如下：

首先通过高压脉冲发生器向电缆端头施加一个高压脉冲，该脉冲使电缆中存在的故障点发生击穿并产生电弧，故障点瞬间处于短路故障状态。然后再通过在保证采样精度的基础上，要延长击穿电弧的拉弧时间，给后续低压测试行波发射和设备精度误差留下充足的反应时间，期间自动触发现场可编程门阵列FPGA经过数模转换芯片向电缆端头发射一个低压脉冲，控制好低压测试行波的触发时间。发射高压脉冲与发射低压脉冲之间的时间，在可编程门阵列FPGA中设置为固定的间隔时间。

然后通过按键控制可编程门阵列FPGA经过数模转换芯片向电缆端头发射一个低压脉冲，并采集反射波形后通过小波分析进行去噪处理，准备与之前得到的波形进行对比分析。

将采集到的反射波信号经过小波分析进行消除噪声，噪声的消除对后续的分析提供了方便。对比两种反射波形，依据断点处的波形开始分离，确定分离位置就是断点位置。

最后利用差异参数进行计算故障的发生位置，将对比反射波的分离位置、时间等信息实时显示在OLED屏幕上，实现了故障的准确定位，提高人机交互性。

本实用新型能够快速准确辨别电缆断缆的准确定位，提高检修人员的检测精度与速度，具有很强的实用性。

本领域技术人员应能理解上述显示单元的具体类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的显示单元具体类型如可适用于本实用新型实施例，也应包含在本实用新型保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

综上所述，本实用新型实施例通过提供一种基于行波原理的电缆断缆故障检测装置，该装置包括：高压脉冲发生单元、低压脉冲发生单元、信号转换单元、计数单元和显示单元，高压脉冲发生单元在电缆端头向故障电缆施加一个高压脉冲信号，将电缆故障点瞬间处于短路状态；低压脉冲发生单元在电缆端头向故障电缆施加一个低压脉冲信号，在检测到电缆故障点处返回输入端；信号转换单元采集低压脉冲信号的反射波信号，并去除反射波信号中的噪声；计数单元，用于对反射波发生差异的位置进行计数；显示单元显示电缆端头接收到的反射波波形，以及显示计数单元所计数的数值。本实用新型具有检测速度更快、效率更高的优点，且自动化程度高，更易于操作，能大幅提高电缆检修人员的工作效率。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。