一種電纜故障在線檢測及定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電纜故障在線檢測及定位裝置，屬于電纜故障檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，國家的現(xiàn)代化建設(shè)快速向前推進(jìn)，工業(yè)化與信息化不斷深入，大量的配電網(wǎng) 絡(luò)、電氣電子系統(tǒng)在各行各業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，所用的電線電纜亦縱橫密布、日趨 復(fù)雜。由于經(jīng)常工作在高溫、振動(dòng)、摩擦等惡劣環(huán)境下，深埋在結(jié)構(gòu)和底層之中的電線電纜 隨著使用年齡的增長容易產(chǎn)生裂紋和磨損，逐漸老化損壞。各行各業(yè)中因電纜故障所造成 事故在不斷增多，給國民經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，人身財(cái)產(chǎn)安全埋下了極大的隱患。
[0003] 在該種情形下，各種電纜故障檢測與定位方法不斷涌現(xiàn)，其中W反射法的應(yīng)用最 為廣泛且效果顯著。反射法通過向待測電纜中發(fā)送檢測信號(hào)，同時(shí)采集故障點(diǎn)處的反射信 號(hào)，根據(jù)反射信號(hào)相對(duì)于檢測信號(hào)的變化來判定故障類型并定位故障距離。目前，反射法 主要包括TDR(TimeDomainReflectomertry)、FDR(FrequencyDomainReflectometry)、 STDR(SequenceTimeDomainReflectometry)、SSTDRW及NDR(NoiseDomain Reflectometry)。TDR向待測電纜中發(fā)送一窄脈沖，抑R向待測電纜中發(fā)送頻率步長一定的 一組正弦波，NDR利用電纜中背景噪聲作為檢測信號(hào)。TDR和抑R技術(shù)較成熟，經(jīng)濟(jì)可靠，應(yīng) 用廣泛，然而由于檢測信號(hào)對(duì)電纜中原有的工作信號(hào)會(huì)造成影響，它們不能對(duì)電纜進(jìn)行在 線檢測。STDR向待測電纜中發(fā)送PN碼，PN碼不影響電纜的正常工作，因而能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢 測J。SSTDR(SpreadSpectrumTimeDomainReflectometry)即擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法，其原 理框圖如圖1所示。當(dāng)開關(guān)Sw閉合時(shí)，入射信號(hào)被送入待測電纜中，入射信號(hào)在電纜故障 點(diǎn)處會(huì)由于阻抗不匹配而發(fā)生反射，同時(shí)接收反射信號(hào)，將入射信號(hào)與反射信號(hào)按下式進(jìn) 行相關(guān)運(yùn)算。
[0004]
[0005] 式中s(t)為入射信號(hào)，x(t-T)為反射信號(hào)，r(t)為相關(guān)運(yùn)算結(jié)果，T為檢測信號(hào) 周期。從相關(guān)運(yùn)算結(jié)果（如圖2所示檢測曲線）中可W提取電纜故障的類型和距離（故障 信息）。
[0006] SSTDR采用擴(kuò)頻信號(hào)作為檢測信號(hào)，擴(kuò)頻信號(hào)具有優(yōu)良的相關(guān)特性和較寬的頻譜， 不僅能實(shí)現(xiàn)在線檢測，且定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)。擴(kuò)頻信號(hào)由擴(kuò)頻碼與正弦載波調(diào)制產(chǎn) 生，擴(kuò)頻碼的隨機(jī)性能直接決定了擴(kuò)頻信號(hào)的隨機(jī)性能。
[0007] 目前，在擴(kuò)頻通信中常用擴(kuò)頻碼為偽隨機(jī)序列，如表1所示。
[0008] 表 1
[0009]
[0010] 偽隨機(jī)序列包含m序列、M序列、Gold序列等，理論研究表明，m序列具有性能最優(yōu) 的自相關(guān)特性，是實(shí)現(xiàn)單根電纜故障在線診斷的最佳擴(kuò)頻碼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)前述【背景技術(shù)】中描述，時(shí)域脈沖反射法不能用于電纜故障的在線檢測并且 信號(hào)傳輸損耗較大，本發(fā)明的目的就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提出一種基于 SSTDR方法的電纜故障在線檢測及定位裝置，采用m序列作為擴(kuò)頻碼生成檢測信號(hào)，不僅能 實(shí)現(xiàn)在線檢測，且定位精度高，抗干擾能力強(qiáng)。
[0012] 本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0013] 一種電纜故障在線檢測及定位裝置，其特征在于包括：
[0014] 帶NI0SII軟核處理器的FPGA模塊，提供各模塊所需時(shí)鐘、產(chǎn)生由m序列與正弦波 調(diào)制而成的檢測信號(hào)、實(shí)現(xiàn)檢測信號(hào)與反射信號(hào)的相關(guān)運(yùn)算處理、對(duì)電纜故障進(jìn)行定位；
[0015] 高速DA模塊，對(duì)FPGA模塊產(chǎn)生的檢測信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；
[0016] 隔離禪合模塊，用于將高速DA模塊的輸出信號(hào)隔離禪合至電纜，同時(shí)將電纜中的 反射信號(hào)隔離禪合至檢測定位裝置；
[0017] 高速AD模塊，將電纜中的反射信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至FPGA模塊處理；
[001引調(diào)理電路，對(duì)高速DA模塊的輸出信號(hào)和高速AD模塊的輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。
[001 引 本發(fā)明在FPGA中義用S0PC技術(shù)實(shí)現(xiàn)SSTDR(SpreadSpectralTimeDomain Reflectometry，擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法）電纜故障在線檢測，SSTDR與傳統(tǒng)電纜故障檢測法 的區(qū)別在于，檢測信號(hào)產(chǎn)生模塊采用擴(kuò)頻技術(shù)，生成電纜故障在線檢測的檢測信號(hào)，檢測信 號(hào)為m序列與正弦波進(jìn)行BPSK炬inaryPhaseShiftKeying,二相相移鍵控）調(diào)制的擴(kuò)頻 信號(hào)，不影響電纜的原有信號(hào)，因而能對(duì)正在運(yùn)行的電纜進(jìn)行在線檢測。而且由于引入了擴(kuò) 頻技術(shù)，檢測系統(tǒng)對(duì)信噪比的要求大大降低，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。采用相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn) 故障信息的提取算法，大大提高了定位精度。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成原理框圖；
[0021] 圖2是電纜故障進(jìn)行檢測與定位的基本工作原理示意圖；
[002引 圖3是基于FPGA的電纜故障檢測信號(hào)產(chǎn)生原理框圖；
[0023] 圖4是頻域相關(guān)運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)框圖；
[0024] 圖5是用于低頻電力電纜故障檢測與定位的結(jié)果波形圖。
[0025] 圖6是電纜故障在線檢測與定位系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明在實(shí)施過程中的所設(shè)及的細(xì)節(jié)，W支持權(quán)利要求部 分。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明的電纜故障在線檢測與定位裝置主要包括帶NI0SII軟核處 理器的FPGA模塊、高速DA模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、隔離禪合模塊和高速AD模塊。根據(jù)循環(huán)相 關(guān)定理，在構(gòu)建有NI0SII軟核處理器的FPGA模塊中對(duì)入射信號(hào)和反射信號(hào)進(jìn)行全數(shù)字化 的相關(guān)運(yùn)算處理，提取出包含被測電纜的故障類型及故障距離的故障信息。
[0028] 帶NI0SII軟核處理器的FPGA模塊，提供各模塊所需時(shí)鐘、產(chǎn)生由m序列與正弦 波調(diào)制而成的檢測信號(hào)、實(shí)現(xiàn)檢測信號(hào)與反射信號(hào)的相關(guān)運(yùn)算處理、對(duì)電纜故障進(jìn)行定位。 其包括一個(gè)檢測信號(hào)產(chǎn)生模塊，檢測信號(hào)產(chǎn)生模塊包括正弦波產(chǎn)生模塊、m序列產(chǎn)生模塊W 及將m序列與正弦波按周期1:1調(diào)制生成檢測信號(hào)的調(diào)制模塊。
[002引高速DA模塊，對(duì)FPGA模塊產(chǎn)生的檢測信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；
[0030] 隔離禪合模塊，用于將高速DA模塊的輸出信號(hào)隔離禪合至電纜，同時(shí)將電纜中的 反射信號(hào)隔離禪合至檢測定位裝置；
[0031] 高速AD模塊，將電纜中的反射信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至FPGA模塊處理；
[003引調(diào)理電路，對(duì)高速DA模塊的輸出信號(hào)和高速AD模塊的輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。
[0033] 圖2為對(duì)電纜故障進(jìn)行檢測與定位的基本工作原理示意圖，其工作的基本原理如 下；通過向待測電纜發(fā)射m序列與正弦波一比一的調(diào)制信號(hào)x(t)，由故障引起的阻抗不匹 配會(huì)引起行波的反射，將檢測到的反射信號(hào)akX(t-Ti)(其中ak為反射信號(hào)幅值，Ti為反射 信號(hào)到達(dá)測試點(diǎn)時(shí)相對(duì)于入射信號(hào)的延遲時(shí)間）與延遲時(shí)間T的入射信號(hào)x(t-T)進(jìn)行 互相關(guān)