专利名称：非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监测高压闯入音频电缆传感装置，具体是一种非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置。用于信号检测与处理技术领域。
背景技术：
音频电缆一般具有1200对以上通话线路，在长距离信号传输过程中必须考虑到由于导线绝缘质的破损或者人为的破坏时常会出现高于60V乃至220V以上的交流电压等高压电闯入的可能性。当这种交流电压闯入音频电缆时，一旦构成高压回路，设备立即会遭遇严重破坏。然而，在绝大多数情况下，交流电压单端闯入时(即尚未构成高压回路时)，要将其及时检测出来，目前还没有十分成熟的实用技术可以被直接采用。鉴于此类事故隐患的严重性，工程上对这种高压电与音频电缆发生接触而又未形成回路的现象早就向技术界提出了解决问题的要求，其实际上就是要解决对音频电缆中是否存在50Hz低频市电高压电场场强的非接触检测和信息处理的技术。
经文献检索发现，中国专利申请号00100661.4，专利名称为通信电缆的市电侵入监测装置，该专利技术是一种通信电缆的市电侵入监测装置，由通信电缆的市电侵入监测器和手持式定位器两部分组成，其中侵入监测器包括有由锁相环芯片构成的电流检测电路、电压检测电路和电源电路所组成的控制电路以及分别采用非电接触方式的电流和电压检测探头，其中手持式定位器由机壳内置的检测探头和控制电路所组成。本发明用于总配线架通信电缆市电侵入故障的监测、告警和定位，可以与计算机和通信技术相结合，组成一套集监测、告警、定位、数据库管理和通信为一体的总配线架远端集中监测系统。
上述专利基本立足于“当总配电线架上带负载的用户线中有市电侵入时，该用户线上就立刻产生大电流。”也就是说，采用非电接触式感应线圈感应出市电侵入时所产生的大电流。尽管在“市电侵入没有形成回路”时，该专利采用了“非电接触方式的电压检测探头”，即“呈凹圆弧状的感应金属片”对感应电场进行感应检测。但是，这种结构由于各种市电干扰信号，容易发生误告警。为了解决上述致命缺陷，该专利中的“电压检测电路”采用“多级施密特触发器延时触发的智能判决功能”。这是一种不可靠，也是不经济的技术方案。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，使其可以实时正确无误地检出事故的隐患，既经济又可靠。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由非接触式附叶感应器和信息预处理器两大部分构成一个传感与识别整体。前者是一种管状结构体，由两个可以随意合闭活动的附叶半圆管状器件构成，便于现场安装。在附叶半圆管状器件内侧含有附叶，使其处于工作状态时能够深入至电缆的轴线位置，因此可以均匀接收分布于不同径向的被测信息。两个附叶半圆管状器件依靠扣簧实现开/闭两种状态。每个附叶半圆管状器件内沿圆柱面粘贴两层金属感应薄膜，同时在金属感应薄膜的并排位置粘贴单层金属薄膜在外加正电压的作用下作为抗负静电屏蔽发生器。金属感应薄膜与抗负静电屏蔽发生器通过引线与信号引脚相连接构成信号输出接口，非接触式附叶感应器的信号输出接口通过信号连接电缆与信息预处理器的输入口相连接。音频电缆上的所有信号就是通过上述非接触式附叶感应器输出至信息预处理器。因为附叶可以深入音频电缆的所有位置层次以克服1200对(2400根)电缆线的相互屏蔽作用，因此可以拾取电缆中任何一根的市电闯入信息，获得足够强弱大小的感应信号并消除闯入点空间位置感应差异。
信息预处理器由选频电路、多级放大电路和比较电路组成。其连接关系为非接触式附叶感应器的信号输出接口连接到第一级放大电路首先进行增益提升。经第一级放大电路放大后的信号输入选频电路。选频电路包括窄频宽带阻和窄频宽带通两组电路。选频电路的信号输出端连接到第二级放大电路的信号输入端。第二级放大电路的信号输出端通过阻抗跟随电路与比较电路连接。由非接触式附叶感应器的信号输出接口输出的信号是包含多种信息的混合信号，第一级放大后的信号送入选频电路进行频率筛选。选频电路的中心频率分别为25Hz和50Hz的窄频宽带阻和窄频宽带通两组电路串接组成，因此可以在排除震铃信号的同时获得高信噪比的50Hz信号输出。由选频电路获得的高信噪比50Hz信号输入至第二级放大电路后即可向下一级输出足够增益的信号电压输出。为了提高放大电路拖带负载的能力，在将其信号与多个比较器连接前增加一级阻抗跟随电路，即通过阻抗跟随电路将放大后的信号与最后级的多个比较电路连接。比较电路数的设置由信息预处理器输出指示形式确定，即比较电路数与闯入电压分级相对应。比较电路以高/低电平输出，可以十分方便地为后处理技术提供信号。
本发明实现过程在程控交换机近端剥离外屏蔽层的音频电缆段安装附叶感应器。当市电等高压闯入通信工程中的传输媒介，即使闯入电压未构成回路，采用非接触式附叶感应器可以将所有存在于电缆中的电势信息全部拾取出来。附叶感应器拾取到的信息即刻通过第一级放大后送入选频电路阻止非市电信号(包括振铃信号)通过，而让50Hz的市电信号以最小的衰减通过。因此可以在排除震铃信号的同时获得高信噪比的50Hz信号输出。由选频电路输出的信号进入第二级放大电路以进一步提高被拾取信息的增益。被第二级放大后的信号通过阻抗跟随电路与最后级的比较电路连接以提高放大电路拖带负载的能力。比较电路在与设定的基准电压比较后即输出高/低两种状态电平以指示当前时刻音频电缆是否遭受到市电的闯入。比较电路数的设置与闯入电压分级水平相对应。本发明可以根据使用场合或用户的特殊要求将闯入的市电电压分成若干区段进行区别显示和输出相对应的特征信号以供后处理技术使用。
本发明对具有1200对以上大容量音频电缆中存在的非音频信号实时进行拾取和分离，可以使其高灵敏地在线实时检测音频电缆中所存在的市电高压信息，并通过信息处理算法与技术实现各种非音频信号的分离，按照工程技术的要求提供相关信号输出。
本发明明显的有益效果当市电闯入音频电缆而又未构成回路时，常规技术是通过逐路巡回检测的方式将各路信号检测出来进行分析。面对1200对线路就需要1200个数据采集通道，从硬件成本投入上看这是个相当大的数字。假定选用32通道的采集卡，就需使用38张卡。如果每张卡按照当前市场价￥5000元计算，仅采集卡就合计￥160000元。假使采用通道扩展技术，尽管可以使硬件成本下降一些，但却要牺牲了相当大的数据采集速率。假定一个通道数据采集周期(含预处理)为30ms，则每巡回周期就要达到3600ms(即36s)。如果采用采用通道扩展技术，则使用的时间还将增加。这在自动化技术中根本不能容许。而且，还要在机房额外地增加1200根以上的信号布线。
非接触式检测技术不仅仅是因为它可以省去大量的布线，最实质性的优点是可以将1200对线路中所有信号一次性地在数据采集周期内输入至数据处理单元。而且可以通过选频等电路迅速地将信号进行初分，因此可以大幅度地省却了中央处理单元软件处理的时间。
尽管背景技术中的通信电缆的市电侵入监测装置已经采用了非接触式检测技术，但是由于该装置仅能对侵入市电在出现回路电流情况时才具有较高的灵敏度，加上“电压检测电路”采用“多级施密特触发器延时触发”用以克服各种市电干扰信号避免发生误告警等技术的缺陷，限制了该技术的使用价值和范围。
也就是说，本发明的优点是至今为止同类技术所无法比拟的，概括起来1、灵敏度极高。在音频电缆中只要存在市电电势时即可将其检出。
2、由于附叶的作用彻底克服了市电闯入点的极端分布(受侵音频线分别处于电缆近外层和近中心两种极端状况)所造成的传感信号差异极大的现象。
3、非接触式附叶感应器中的抗负静电屏蔽发生器具有克服因电缆线的相互屏蔽作用而产生接地屏蔽和负静电屏蔽而影响信号采集的强大功能。
4、运行速度极快。数据采集周期＜1ms，而且是在一个采集周内即可将所需要检测的信息准确无误地检出来。
5、经本发明检出的信息不会产生误报警信号和市电电压值层次等级差错。
6、布线极为简单。除了提供后处理输出的信号线外，无需任何布线。传感是非接触式的，不必对交换机的任何布线进行改动。
7、体积可以做到非常小，非接触式附叶感应器工作状态下的管状圆柱体的外围尺寸仅为高90mm×直径80mm，信号处理电路的体积仅为长80mm×50mm×30mm。
8、造价成本很低，整个发明装置材料成本可以控制在￥100元以下。
通过某电信部门的实际应用已经对程控交换机的安全运行提供了有力的技术保障，并已多次正确无误地检出事故的隐患。本发明具有很高附加值。将本发明与后处理技术连接可以构成性能非常丰富的高新技术成品。
图1本发明结构示意1-a处于工作状态的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置图1-b非接触式附叶感应器合闭状态图1-c非接触式附叶感应器张开状态图2本发明信息预处理器结构框图具体实施方式
如图1所示，本发明由非接触式附叶感应器1和信息预处理器2两大部分构成一个传感与识别整体。非接触式附叶感应器1是一种管状结构体，由两个可随意合闭活动的附叶半圆管状器件构成。非接触式附叶感应器1的信号输出接口3通过信号连接电缆与信息预处理器2的输入口相连接。音频电缆上的所有信号通过非接触式附叶感应器1输出至信息预处理器2。因为附叶7可以深入音频电缆的所有位置层次以克服1200对(2400根)电缆线的相互屏蔽作用，因此可以拾取电缆中任何一根的市电闯入信息，获得足够强弱大小的感应信号并消除闯入点空间位置感应差异。因为在非接触式附叶感应器1中设置抗负静电屏蔽发生器4，因此本发明具有克服因电缆线的相互屏蔽作用而产生接地屏蔽和负静电屏蔽而影响信号采集的强大功能。
如图1-a所示，将非接触式附叶感应器1安装于程控交换机近端剥离外屏蔽层的音频电缆段上。通过信号传输电缆线将附叶感应器1上的信号输出接口3与信息预处理器2连接。信息预处理器2的输出系高/低电平信号，可以提供给多种后处理器做进一步运算和识别技术使用。
如图1-b所示，非接触式附叶感应器1的内侧含有附叶7使其处于工作状态时能够深入至电缆的轴线位置，因此可以均匀接收分布于不同径向的被测信息。两个附叶半圆管状器件依靠扣簧6实现开/闭两种状态。每个附叶半圆管状器件内沿圆柱面粘贴两层金属感应薄膜5，同时在金属感应薄膜5的并排位置粘贴单层金属薄膜在外加正电压的作用下作为抗负静电屏蔽发生器4，金属感应薄膜5与抗负静电屏蔽发生器4通过引线与信号引脚相连接构成非接触式附叶感应器1信号输出接口3。通过扣簧6十分方便地将非接触式附叶感应器1安装于音频电缆上。当市电闯入音频电缆时，即使未构成回路，非接触式附叶感应器1会通过其中的金属感应薄膜5及其附叶7在抗负静电屏蔽发生器4的帮助下实时将所有存在于电缆中的电势信息全部拾取出来。拾取到的信息即刻输入第一级放大电路8以提高信号增益。
如图1-c所示，非接触式附叶感应器1处于非工作时的开启状态。
如图2所示，信息预处理器2由第一级放大电路8、选频电路9、第二级放大电路10和比较电路12组成。其连接关系为非接触式附叶感应器1的信号输出接口连接到第一级放大电路8首先进行增益提升。经第一级放大电路8放大后的信号输入选频电路9的信号输入端。选频电路9包括窄频宽带阻和窄频宽带通两组电路。选频电路9的信号输出端连接到第二级放大电路10的信号输入端。第二级放大电路10的信号输出端通过阻抗跟随电路11与比较电路12连接。由非接触式附叶感应器1的信号输出接口3输出的信号是包含多种信息的混合信号，由于选频电路9由中心频率分别为25Hz和50Hz的窄频宽带阻和窄频宽带通两组电路串接组成，因此可以在排除震铃信号的同时获得高信噪比的50Hz信号输出。由选频电路9获得的高信噪比50Hz信号输入至第二级放大电路10后即可向下一级输出足够增益的信号电压输出。为了提高第二级放大电路10拖带负载的能力，增加一级阻抗跟随电路11再与最后级的多个比较电路12连接。比较电路数的设置由信息预处理器2输出指示形式确定，即比较电路数与闯入电压分级相对应，可以增加也可减少。比较电路12以高/低电平输出，可以十分方便地为后处理技术提供信号。
附叶7的形态结构除了图1中所示形式外，还包含阿基米德螺线等其它弯曲形式。
以下提供本发明装置具体应用的实施例首先将程控交换机前端音频电缆的外层屏蔽撤除，然后将本发明的非接触式附叶感应器安装于音频电缆上。通过信号输入/输出接口将非接触式附叶感应器与信息预处理器相连接。通过信息预处理器的输出接口与后处理器相连接可以实现数据的远传合遥控。
完成上述连接后，本发明即处于工作状态，可以在线实时地监测音频电缆中的市电闯入情况，起到通信线路的保护作用，对程控交换机的安全运行提供了有力的技术保障。一旦出现市电闯入，本发明即会实时正确无误地检出事故的隐患。
当闯入市电的电压在60V以上各种可能出现的情况时，如果分60～120VAC、120～220VAC和220VAC以上的三种市电闯入方式进行输出提示，则本发明通过三个比较器即可设置三种对应的输出显示方式。令高电平为1表示有市电闯入、低电平为0表示无市电闯入或已被复位清零，则输入输出对应关系可参见表1。
表1对应不同闯入市电电压的输出方式设置与关系
使用本发明在确保在线实时非接触式检出市电闯入信息的同时可以可靠地排除振铃等正常非市电信号的误判。
权利要求
1.一种非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征在于，由非接触式附叶感应器(1)与信息预处理器(2)两大部分构成一个传感与识别整体，非接触式附叶感应器(1)是一种管状结构体，由两个能随意合闭活动的附叶半圆管状器件构成，非接触式附叶感应器(1)的信号输出接口(3)通过信号连接电缆与信息预处理器(2)的输入口相连接。
2.根据权利要求1所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的非接触式附叶感应器(1)的内侧含有附叶(7)，两个附叶半圆管状器件通过其上设置的扣簧(6)实现开/闭，每个附叶半圆管状器件内沿圆柱面粘贴两层金属感应薄膜(5)，同时在金属感应薄膜(5)的并排位置粘贴单层金属薄膜在外加正电压的作用下作为抗负静电屏蔽发生器(4)，金属感应薄膜(5)与抗负静电屏蔽发生器(4)通过引线与信号引脚相连接构成非接触式附叶感应器(1)信号输出接口(3)。
3.根据权利要求2所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的非接触式附叶感应器(1)通过扣簧(6)安装于音频电缆上。
4.根据权利要求1所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的信息预处理电路(2)由第一级放大电路(8)、选频电路(9)、第二级放大电路(10)和比较电路(12)组成，其连接关系为非接触式附叶感应器(1)的信号输出接口连接到第一级放大电路(8)，经第一级放大电路(8)放大后的信号输入选频电路(9)的信号输入端，选频电路(9)的信号输出端连接到第二级放大电路(10)的信号输入端，第二级放大电路(10)的信号输出端与比较电路(12)连接，比较电路(12)以高/低电平输出。
5.根据权利要求4所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的信息预处理电路(2)或者在第二级放大电路(10)的信号输出端增加一级阻抗跟随电路(11)，第二级放大电路(10)的信号输出端通过阻抗跟随电路(11)与最后级的比较电路(12)连接，提高第二级放大电路(10)拖带负载的能力。
6.根据权利要求4或5所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的比较电路(12)的数量由信息预处理器(2)输出指示形式确定。
7.根据权利要求4所述的非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置，其特征是，所述的选频电路(9)由中心频率分别为25Hz和50Hz的窄频宽带阻和窄频宽带通两组电路组成。
全文摘要
一种非接触式附叶感应监测高压闯入音频电缆装置。用于信号检测与处理技术领域。本发明非接触式附叶感应器与信息预处理器两大部分构成一个传感与识别整体，非接触式附叶感应器是一种管状结构体，由两个可随意合闭活动的附叶半圆管状器件构成，非接触式附叶感应器的信号输出接口通过信号连接电缆与信息预处理器的输入口相连接。本发明灵敏度极高，运行速度极快，布线极为简单，体积可以非常小，造价成本很低，可以将1200对线路中所有信号一次性地在数据采集周期内输入至数据处理单元，而且可以通过选频等电路迅速地将信号进行初分，因此可以大幅度地省却了中央处理单元软件处理的时间。
文档编号H04M3/22GK1585437SQ20041002469
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者计长安, 张秀彬, 曾国辉, 吴洁, 周雪莲, 肖杭 申请人:上海交通大学