專利名稱：線路故障電腦脈沖遙測儀的制作方法
線路故障電腦脈沖遙測儀是一種電信類測試儀器，主要用于測試各類金屬線路故障，用數字、漢字和符號顯示故障點的位置及性質，并具有測量周期信號的頻率、周期、電壓、電平值，測量任意信號的幅值等參數，測量直流信號電壓、電平值，精確測出電容值、電阻值，發(fā)生方波信號，實現高精度計時等功能，還可作為一般計算機使用，機內駐有BASIC、匯編等語言。
目前，國內外廣泛采用脈沖數字線路故障測試器(如UGS-1型、QXZ82型)，反射脈沖回來時，用人工的辦法關閉計數器，對不同線質的測量需要人工換算，對接觸不良和開路故障難以區(qū)分。其測量誤差受人為影響較大，使用范圍窄，難以掌握。而且人工關閉計數器系統本身也存在一定誤差。
本發(fā)明的目的是把脈沖反射法與微機控制技術相結合;利用反射脈沖自動關閉計數器;用數字反映反射脈沖時間和幅值;用計算機直接采集處理各種數據，最大限度地提高測量精度;用計算機調度各個電路單元實現不同組合，以軟代硬，用較少硬件實現較多功能。克服人為誤差，擴大使用范圍，簡化操作，自動計算、顯示故障點位置及性質。
線路故障電腦脈沖遙測儀整機框圖示于

圖1。中央處理單元〔4〕的CPU，是機器控制中心，也是數據處理部分。脈沖形成部分〔3〕，在CPU控制下，能發(fā)出脈寬可變的脈沖信號，可使發(fā)出的脈沖具有延時功能。信號接收、放大、采樣及轉換部分〔2〕，在CPU控制下即可使任意信號整形為方波信號，又能采樣保持其峰值，還可對低頻周期信號進行采樣處理。定時系統〔1〕，可在CPU控制下任意打開、關閉時間計數器，又能在外來信號控制下開、關時間計數器，還能在程控下實現指定波開、關計數器，CPU可任意讀寫計數器。阻抗匹配部分〔5〕，即可程控，又能人工調節(jié)。K是程控開關，當K與〔6〕接通時，系統可進行自校，當K與〔7〕接通時系統可進行正常測試。同時還能在程控下實現測試和自校分時進行，進一步提高測量精度。
圖2為定時控制電路。當JK觸發(fā)器〔12〕Q＝“0”時，計數器開門，開始計數，Q＝“1”時計數器關門，禁止時鐘信號輸入。C1、C2、C3為計算機控制信號，C1＝“0”、C2＝“1”時Q＝“1”，C1＝“1”、C2＝“0”時Q＝“0”。〔14〕是整形后的脈沖信號，當C3＝“1”，K＝“0”，〔14〕為脈沖下降沿時Q＝“0”，計數器開始計數，如果此時CTC0、2道置計數狀態(tài)，下降沿觸發(fā)，且時常均為1，則ZC/TOQ輸出正脈沖，單穩(wěn)電路〔11〕1Q輸出一寬正脈沖，當〔14〕第二個脈沖下降沿到來時Q＝“1”計數器關門，Q＝“0”，ZC/TO2輸出正脈沖，經反相器〔10〕1CLR置“0”，單穩(wěn)電路〔11〕1Q＝“0”，此時置C3＝“0”，JK觸發(fā)器〔12〕為自鎖狀態(tài)，計數器關門。
圖3為采樣控制電路，CPU先將采樣時間轉換成二進制代碼，低字節(jié)經三態(tài)門〔17〕置入計數器〔16〕中，高字節(jié)置入CTC1道中，控制信號C7置“1”，C9置“0”。計數器開門，時鐘脈沖由〔20〕輸入計數器，當CTC1道減到“0”時，ZC/TO1輸出正脈沖，經或門〔18〕到單穩(wěn)電路〔19〕B端，〔21〕端輸出一正寬脈沖，此脈沖使采樣開關打開達到采樣目的。
圖4為程控高速正峰值保持器，當程控開關〔23〕閉合，開關〔25〕、〔24〕斷開時，信號放大器〔22〕輸入模擬信號，如果此信號高于電容〔28〕“+”端電位，則比較器〔26〕輸出+E，電源+E經二極管〔27〕向電容〔28〕充電，當電容〔28〕“+”端電位等于比較器〔26〕“+”端的最高電位值時，〔26〕輸出為負，此時二極管〔27〕反向截止，電容〔28〕放電緩慢，即電容〔28〕保持信號放大器〔22〕的峰值信號。同相放大器〔29〕起到功率放大和變壓作用，其輸出端接A/D轉換的模入端〔30〕。當開關〔25〕、〔24〕閉合，開關〔23〕斷開，則〔30〕端為OV。
圖5為脈沖形成控制電路。R、C為待測電阻、電容。未加R、C時，C11、C12置“1”，J和〔35〕相連，C10加正脈沖，延時電路〔33〕延時0.7R1、C1秒后Q為負脈沖，經與非門〔31〕反相后，〔32〕端得到正脈沖。當J與〔34〕相連時，延時電路〔33〕延時為0.7·R1//R2·C1秒。若加上R、C，且J與〔35〕相連，〔33〕延時為0.7·(R2+R)//R1·(C+C1)秒。C12為延時電路〔33〕置零端，當C12＝“0”時Q＝“1”。如果Q＝“1”，C11加負脈沖，則與非門〔31〕同樣輸出正脈沖，其脈寬與C11端脈沖相等。
按上述技術途徑能使本發(fā)明具有精度高，功能強，顯示直觀，使用方便成本低等特點。由于本發(fā)明利用反射脈沖自動關閉計數器，及計算機進行數據處理，克服了人為等隨機誤差，其測量精度主要取決振蕩器的頻率和穩(wěn)定度。本儀器可對絕大多數架空明線及地纜進行測量，找出其阻抗不匹配點的位置及用數字準確反映阻抗不匹配點反射波正負波峰值，其功能遠遠超過現有同類儀表。用數字、漢字、字母和符號等形式顯示各種測量結果，還可用微型打印機打印記錄。由于各部分均由計算機控制，故很多操作即可在程控下自動完成，也能單步執(zhí)行。由于本發(fā)明采用硬軟結合以軟代硬的戰(zhàn)略使成本大大降低。本發(fā)明成功地實現了對高速被控對象的間接控制。
本發(fā)明的整機原理框圖如附圖1所示，最佳實施例如附圖6所示。
中央處理單元4采用Z80A-CPU為中央處理器，定時系統1由八位異步二進制計數器16、振蕩器46、或非門47和定時控制電路圖2等部分組成。其中計時部分是由計數器16、Z80-CTC9及中央處理單元組成。
信號接收、放大、采樣及轉換部分2是由衰減器41、程控放大器42、43、程控開關K2、整形隔離電路44、或非門45、附圖4的程控高速正峰值保持器、模擬開關及單穩(wěn)電路19等組成的峰值保持部分50和A/D轉換器51等組成。
脈沖形成部分3由脈沖形成控制電路38、隔離整形電路39、和脈沖放大器40等組成。阻抗匹配部分5由程控開關K01-K04和匹配阻抗Z1-Z7、ZW組成。
接口電路主要由Z80A-CTC9、Z80A-PIO37、譯碼器36、三態(tài)門17等部分組成。
其中，中央處理單元4及部分接口電路可用單片計算機取代。
該系統軟件是由應用系統的初始化，鍵盤的輸入，顯示器及微型打字機的輸出，實用子程序及三個檢測程序組成。系統提供以下功能1、回波測試顯示打印被測試線路所有反射點的計時值、峰值及性質(開路或短路)。
2、基準測試在已知距離線路上設置人為故障，執(zhí)行此程序后，顯示、打印故障點計時值、峰值、故障性質及距離。此結果包含該線路波速信息，并可做為線路資料長期保存，也可記錄已有故障，具有學習功能。
3、實際測試當線路發(fā)生故障時，先輸入此線路的基準值(基準計時值和基準距離)，執(zhí)行此程序，系統搜索到故障點計時值與基準計時值和基準距離比較，運算出故障距離，并進行誤差修正后顯示打印故障點距離、性質和峰值等信息。上述采集各點計時值和峰值均經多次重復采樣數字濾波，方可進行運算或顯示打印。
儀器有一個28個按鍵的鍵盤，一個24位液晶點陣顯示器和一臺16針微型打印機、一套電池和交直流轉換裝置，供野外使用，并采用了必要的防寒措施，以保證在低溫下正常工作。該儀器試用半年，測試效果好，重復精度高，測試距離數據穩(wěn)定度已達萬分之一。
權利要求
1.一種線路故障電腦脈沖遙測儀，把定時系統[1]，信號接收、放大、采樣及轉換部分[2]，脈沖形成部分[3]和中央處理單元[4]等部分有機地組合在一起。其特征在于a、由CTC[9]，單穩(wěn)電路[11]和JK觸發(fā)器[12]等器件組成的定時控制電路；b、由CTC[9]，計數器[16]，三態(tài)門[17]，或門[18]和單穩(wěn)電路[19]等組成采樣控制電路；c、由比較器[26]，運算放大器[29]，二極管[27]，電容[28]和模擬開關[23]、[24]、[25]等組成程控高速正峰值保持器；d、由延時電路[33]和與非門[31]等組成脈沖形成控制電路。
2.根據權利要求1所述的線路故障電腦脈沖遙測儀，其特征在于定時控制電路中CTC9(或具有同種功能的部件)的一個通道的輸入端與JK觸發(fā)器12的CK端相連，輸出端與單穩(wěn)電路11的一個正輸入端相連，單穩(wěn)電路1的輸出端1Q與JK觸發(fā)器K相連;CTC9(或具有同種功能部件)的另一個通道輸入端與JK觸發(fā)器12的Q端相連，輸出端經反相器10與單穩(wěn)電路清零端相連，控制信號C1、C2、C3分別連接JK觸發(fā)器12的清零端、置“1”端和J端、JK觸發(fā)器12的CK端連至信號接收、放大、采樣及轉換部分2的一個輸出端14，JK觸發(fā)器12Q非端與時鐘計數器計數門控端13相連。
3.根據權利要求1所述的線路故障電腦脈沖遙測儀，其特征在于采樣控制電路中CTC9(或具有同種功能的部件)的一個通道，輸入端來自計數器16的一個輸出端，和門電路15相連，輸出端經門電路18與單穩(wěn)電路19一個輸入端相連，單穩(wěn)電路19輸出端與采樣控制端21相連，門電路15和18另一個輸入端分別與控制信號C7和C9相連，單穩(wěn)電路清零端與控制信號C8相連，計數器16Q0～Q7經三態(tài)門17與中央處理單元4的CPU相連，CPU經三態(tài)門17與計數器置數端相連，計數器清零端與控制信號C4相連，三態(tài)門控制端分別連至控制信號C5和C6，計數器輸入端與時鐘門控輸出端20相連。
4.根據權利要求1所述的線路故障電腦脈沖遙測儀，其特征在于信號放大器輸出端〔22〕經開關〔23〕與比較器〔26〕“+”輸入端相連，比較器〔26〕“-”輸入端與電容〔28〕“+”端相連。比較器〔26〕輸出端分別與二極管〔27〕的“+”端和電源+E經電阻相連接，二極管〔27〕“-”端分別與電容〔28〕“+”端和運算放大器〔29〕“+”端相連，電容〔28〕“-”端與零點相連，運算放大器〔29〕輸出端連至AD轉換器輸入端〔30〕，開關〔25〕經電阻連接電容〔28〕兩端，開關〔24〕連接〔26〕“+”和零點且與一電阻并聯。
5.根據權利要求1所述的線路故障電腦脈沖遙測儀，其特征在于延時電路〔33〕的B、CLR分別和控制信號C10、C12相連，UCC分別和電源、R1、R2一端相連，Cext分別與C1、C一端相連，R一端與J節(jié)點〔35〕相連，Rext/Cext分別與R1、C1、C、R另一端相連，R2另一端與J相連，Q和與非門〔31〕一輸入端相連。與非門〔31〕另一輸入端與控制信號C11相連，+5V電源經電阻與控制信號C11相連。與非門〔31〕輸出與光電藕合器輸入端〔32〕相連。
6.根據權利要求1或2或3所述的遙測儀，其特征在于中央處理單元4及部分接口電路也可用單片計算機取代。
全文摘要
線路故障電腦脈沖遙測儀的特征在于把脈沖反射法與微機控制技術相結合，把定時系統，信號接收、放大、采樣及轉換部分，脈沖形成部分和中央處理單元有機地組合在一起。通過功能完善的定時控制、采樣控制、峰值保持器和脈沖形成控制等電路，準確測量各類金屬線路的故障。用數字、漢字和符號顯示故障點的位置及性質，并具有測量低頻周期信號的頻率、周期、電壓、電平值，測任意信號幅值等參數。
文檔編號G01R3/00GK1043394SQ88101979
公開日1990年6月27日 申請日期1988年4月7日 優(yōu)先權日1988年4月7日
發(fā)明者鄭志強 申請人:81852部隊