專利名稱：電纜故障閃測儀的檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電纜故障閃測儀的檢測裝置，屬于電力測試儀器的校準、檢定與 檢測領域。
背景技術：
為測量、定位電纜故障距離，許多電力測試儀器生產廠家研制了電纜故障閃測 儀。電纜故障閃測儀作為工作計量器具，本質測量參數是時間量，在電力行業標準《DL/ T849. 1-2004電力設備專用測試儀器通用技術條件第1部分電纜故障閃測儀》中，明確要 求對電纜故障閃測儀的測距、測速等功能進行校準、檢測。但和眾多預試儀器類似，由于針 對性較強，接口特殊，其計量特性很難方便溯源到上級時間計量標準，故需研制專門的標準 裝置，以助對該類測試儀器開展校準工作。根據申請人所知，目前，國內僅少數幾家單位對電纜故障閃測儀開展校準工作，采 取校準方法也為傳統實物法，其主要特點在于用實物電纜作為標準器具，事先用長度計量 器具對實物電纜長度進行標定，待標定后，再利用該實物電纜對被檢電纜故障閃測儀進行 校準。該傳統校準方法有諸多不足，主要在于作為標準器具，實物電纜受溫度影響，其長度 會產生較大變化，且由于本身存在彈性，再加上人為粗大誤差等，其長度標定工作復雜、準 確度低，并體積龐大；同時，實物電纜往往為單一或固定絕緣材質，可模擬的電纜種類不豐 富，若想模擬多種材質電纜，其成本會大大提高。綜上所述，目前國內傳統的標準裝置和校準方法在工作原理和可溯源性上均存在 不足，準確度也不能滿足要求。考慮到市場上大量的電纜故障閃測儀標稱的最大允許誤差 可達到士(1 %讀數士 20米)，而上述的以實物電纜為標準器具的傳統方法受準確度和便捷 性所限，很難對電纜故障閃測儀開展便捷、高效的校準工作。本實用新型參考電力行業標準DL/T 849. 1-2004的要求進行針對性設計，通過 “被動反饋回路”來模擬實物電纜的時域反射特性，設計合理，自動化程度高，操作便捷，檢 定人員可直接預置相關標準值，而不需額外人工進行時間換算等工作，可對目前主流的電 纜故障閃測儀進行合理、高效的校準工作，能較好滿足目前電纜故障閃測儀校準工作的緊 迫需要。
發明內容本實用新型的目的是針對傳統電纜故障閃測儀校準方法的不足，提出并實現了一 種新的電纜故障閃測儀標準裝置，其核心設計思路在于通過“被動反饋回路”來模擬實物電 纜的時域反射特性，利用本實用新型可以對電纜故障閃測儀主要的測量功能即測距功能、 測速功能等進行合理、高效的校準工作。為了實現上述目的，本實用新型技術方案提供基于“被動反饋回路”思路設計的 電纜故障閃測儀的檢測裝置，包括上位機和下位機，其特征在于下位機的核心電路主要包 括控制模塊、電纜芯線復用模塊、輸入信號調理模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊，各模塊間關系是被檢電纜故障閃測儀連接電纜芯線復用模塊，電纜芯線復用模塊、 輸入信號調理模塊、控制模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊依次連接，高速放 大及驅動模塊連接輸入信號調理模塊。如上所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于控制模塊主要由數字信號 處理器和通信芯片構成，數字信號處理器連接通信芯片，該模塊的主要功能是實現與上位 機通信并執行上位機的命令、形成精密延時控制脈沖、并對其他模塊進行具體控制。如上所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于電纜芯線復用模塊主要由 快速TVS管和快速二極管組成的嵌位保護電路構成，基于該模塊可以將入射到標準裝置的 低能量、高峰值的入射方波脈沖Pin信號嵌位、調理成小峰值入射脈沖信號Signal-input， 從而對后級內部電路沖擊影響大大減小。這種設計的有益效果在于對本實用新型，其電纜 芯線模擬端子為入射方波脈沖信號Pin和延時反射輸出脈沖信號P。ut所復用，其中Pin來自 被檢電纜故障閃測儀，其幅值范圍大多在IV到100V范圍內，而本實用新型產生的延時反射 輸出脈沖信號P。ut來自標準裝置內部的弱電反饋電路，該信號幅值設計為從0. 5V到2V，這 種強、弱信號復用電纜芯線端子的情況，若無專門設計，很可能造成入射高壓脈沖信號對標 準裝置內部電路的損害。如上所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于輸入信號調理模塊主要由 高速比較器和高速或門構成，高速比較器連接高速或門，基于該模塊，可將小峰值入射脈沖 信號Signal-input的正或負跳變沿轉換為正向跳變的TTL信號TTL-input，用于觸發后級 信號延時反饋模塊。如上所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于信號延時反饋模塊主要由 依次連接的DDS芯片、高速差分放大電路、數字電位器組成，在前級TTL電平信號TTL-input 觸發下，前述控制模塊根據檢定人員預置延時要求，基于高穩時鐘延時并反饋一路精密 延時控制脈沖Delay-ctrl，該控制脈沖即可直接反饋輸出，也可作為觸發信號快速啟動 DDS芯片輸出高質量差分正弦波形，通過這種方式，本實用新型可形成精密延時反饋波形 Delay-back，根據預置即可反饋輸出方波信號也可反饋輸出正弦波信號；數字電位器主要 利用分壓功能來控制方波幅值。如上所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于高速放大及驅動模塊，該模 塊基于固定增益的高速寬頻運放實現，該模塊的功能接受前述信號延時反饋模塊產生的精 密延時反饋波形Delay-back，再經過固定增益的高速寬頻運放進一步提高驅動能力，其輸 出信號與Signal-input是同一個電氣節點，該信號將經過電纜芯線復用模塊反饋到電纜 芯線端子上，最終形成時域延時反射輸出脈沖信號P。ut。本實用新型的工作原理為從標準裝置左側即電纜芯線模擬端子看進去，能呈現 出均勻傳輸線的時域反射特性，也就是在被檢電纜故障閃測儀的入射方波脈沖Pin的激勵 下，標準裝置可產生延時反射輸出脈沖信號P。ut，并且P^P-兩個信號的時間間隔嚴格正比 于模擬的均勻傳輸線的標準故障距離。模擬的標準故障距離計算公式為S0 = vX AT0/2上式中，S。為模擬的標準故障距離，v為行波速度，AT。為脈沖往返時間。v為方波 脈沖信號在不同絕緣材質電纜中的行波速度，AT。實際為P。ut信號對Pin信號的延遲時間， 除以2是因為標準故障距離應為波折返總行程的一半。[0016]鑒于入射方波脈沖Pin的幅值范圍隨被檢電纜故障閃測儀的不同設計從IV到 100V均有可能，且脈沖方向有正有負，所以該脈沖信號通過電纜芯線接線端子進入標準裝 置后，首先經電纜芯線復用模塊被調理為幅值小于6V的小峰值脈沖信號Signal-input， Signal-input信號隨后經輸入信號調理模塊變為正向TTL電平信號TTL-input，該TTL電 平信號作為觸發脈沖信號啟動預置延時參數的控制模塊，控制模塊基于高穩晶振進一步產 生精密延時控制脈沖Delay-ctrl，該控制脈沖信號啟動信號延時反饋模塊以形成幅值、波 形可調的精密延時反饋波形Delay-back，該反饋波形再經過固定增益的高速放大及驅動模 塊提高驅動能力并最終形成延時反射輸出脈沖信號P。ut，該延時反射輸出脈沖信號P。ut復用 電纜芯線并反饋給被檢電纜故障閃測儀。通過上述工作流程，本實用新型即可模擬實物電 纜的時域反射特性，可用于對電纜故障閃測儀進行校準。本實用新型的有益效果是本實用新型是基于“被動反饋回路”的設計思路來模擬 實物電纜的時域反射特性，通過該原理研制的校準裝置模擬的標準故障距離最大允許誤差 可以達到士(0. 2%讀數士2米)，且性能穩定可靠、自動化程度高、操作便捷，從而可以有效 滿足對電纜故障閃測儀的校準工作，將有利于解決電纜故障閃測儀的校準困難問題，對促 使電力測試儀器向標準化、規范化方向發展有積極推動作用。
圖1，是傳統的基于實物法的電纜故障閃測儀校準方法原理示意圖。圖2，是本實用新型實施例的電纜故障閃測儀標準裝置原理框圖。圖3-1，是圖2中電纜芯線復用模塊的電路原理圖。圖3-2，是圖2中輸入信號調理模塊的電路原理圖。圖3-3，是圖2中信號延時反饋模塊的原理框圖。圖3-4，是圖2中高速放大及驅動模塊的電路原理圖
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。圖中的標記1_控制模塊，2-電纜芯線復用模塊，3-輸入信號調理模塊，4-信號延 時反饋模塊，5-高速放大及驅動模塊，6-通信接口，7-被檢電纜故障閃測儀，8、14-電纜芯 線，9-電纜屏蔽層，10-電纜故障距離，11-實物電纜，12-上位機，13-下位機，15-電纜屏蔽 層，16-模擬門。參見圖1所示，是傳統的基于實物法的電纜故障閃測儀校準方法原理示意圖。該 方法用實物電纜11作為標準器具，事先用長度計量器具對實物電纜長度進行標定，待標定 后，再利用該實物電纜對被檢電纜故障閃測儀進行校準。該傳統校準方法有諸多不足，主要 在于作為標準器具，實物電纜受溫度影響，其長度會產生較大變化，且由于本身存在彈性， 再加上人為粗大誤差等，其長度標定工作復雜、準確度低，并體積龐大；同時，實物電纜往往 為單一或固定絕緣材質，可模擬的電纜種類不豐富，若想模擬多種材質電纜，其成本會大大 提尚。參見圖2所示，是本實用新型實施例的電纜故障閃測儀標準裝置原理框圖。標準 裝置由上位機12和下位機13構成，下位機13核心電路由控制模塊1、電纜芯線復用模塊2、輸入信號調理模塊3、信號延時反饋模塊4、高速放大及驅動模塊5組成。其工作原理為 從標準裝置左側即電纜芯線模擬端子看進去，能呈現出均勻傳輸線的時域反射特性，也就 是在被檢電纜故障閃測儀7的入射方波脈沖Pin的激勵下，標準裝置可產生延時反射輸出脈 沖信號P。ut，并且Pin、P。ut兩個信號的時間間隔嚴格正比于模擬的均勻傳輸線的標準故障距 離。模擬的標準故障距離計算公式為S0 = vX AT0/2上式中，S。為模擬的標準故障距離，v為行波速度，AT。為脈沖往返時間。v為方波 脈沖信號在不同絕緣材質電纜中的行波速度，AT。實際為P。ut信號對Pin信號的延遲時間， 除以2是因為標準故障距離應為波折返總行程的一半。鑒于入射方波脈沖Pin的幅值范圍隨被檢電纜故障閃測儀7的不同設計從IV到 100V均有可能，且脈沖方向有正有負，所以該脈沖信號通過電纜芯線接線端子進入標準裝 置后，首先經電纜芯線復用模塊2被調理為幅值小于6V的小峰值脈沖信號Signal-input， Signal-input信號隨后經輸入信號調理模塊3變為正向TTL電平信號TTL-input，該TTL 電平信號作為觸發脈沖信號啟動預置延時參數的控制模塊1，控制模塊1基于高穩晶振進 一步產生精密延時控制脈沖Delay-ctrl，該控制脈沖信號啟動信號延時反饋模塊4以形成 幅值、波形可調的精密延時反饋波形Delay-back，該反饋波形再經過固定增益的高速放大 及驅動模塊5提高驅動能力并最終形成延時反射輸出脈沖P。ut，該延時反射輸出脈沖P。ut復 用電纜芯線反饋給被檢電纜故障閃測儀。參見圖3-1所示，是圖2中電纜芯線復用模塊的電路原理圖。Pin信號對應電纜 芯線端子，在進行PCB設計時，入射信號Pin首先經過由4個超快恢復二極管MURS360T3組 成的嵌位保護電路，這樣低能量、高峰值的Pin信號經過該回路會被嵌位到供電電源電位附 近，供電電源選用具有過壓保護、短路保護等功能的高可靠性士5V電源模塊，經過該回路 后Pin峰值范圍被嵌位控制在-5. 7V^+5. 7V之內，形成小峰值脈沖信號Signal-input，經過 調理的Signal-input信號后對后級內部電路沖擊影響大大減小。同時，為提高保護功能可 靠性，在該模塊內又添加了由快速TVS管SM05T1組成的浪涌保護電路，以上共4組過壓高 速嵌位保護，冗余充分。參見圖3-2所示，是圖2中輸入信號調理模塊的電路原理圖。來自被檢電纜故障 閃測儀7的方波脈沖輸入信號Pin進入標準裝置信號輸入端子后，雖經過電纜芯線復用模塊 2形成小峰值脈沖信號Signal-input，但方向、幅值均隨機，需經過整形、比較調理形成TTL 電平信號，以觸發后級電路形成延時反饋波形。在信號調理模塊3中，Signal-input信號經 過電阻初步分壓后一路提供給正向脈沖檢測用高速比較器U6，一路提供給負向脈沖檢測用 高速比較器U9。其中，正向比較回路的門檻電壓由RW1調節，略高于0V，負向比較回路的門 檻電壓由RW2調節，略低于0V，這樣不管Signal-input是正、負脈沖信號，都會形成一個正 向TTL脈沖信號，兩路脈沖信號經過高速或門U7后即可得到TTL觸發電平信號TTL-input。 該TTL-input信號實際上是Signal-input的響應信號，其主要作用是將Signal-input信 號的正或負跳變沿轉換為正向跳變的TTL信號。參見圖3-3所示是圖2中信號延時反饋模塊的原理框圖。在前級TTL-input觸發 下，基于TMS320F2812構成的控制模塊1首先根據上位機預置延時要求，基于高穩時鐘延時 并反饋一路精密延時控制脈沖Delay-ctrl。該控制脈沖信號即可直接反饋輸出，也可作為觸發信號快速啟動DDS芯片輸出高質量差分正弦波形。通過這種方式，本標準裝置可形成 精密延時反饋波形Delay-back，該反饋波形即可為方波也可為正弦波。DDS芯片采用AD公 司AD9951，其輸出的差分正弦信號經過基于0PA695的高速差分放大電路調理成單端正弦 信號；數字電位器采用XICOR公司X9110，主要用于控制方波幅值。 參見圖3-4所示，是圖2中高速放大及驅動模塊的電路原理圖。前述信號延時反饋模塊4產生的精密延時反饋波形Delay-back，再經過固定增益的高速寬頻運放0PA693進 一步提高驅動能力，其輸出信號與Signal-input是同一個電氣節點，該信號將經過電纜芯 線復用模塊2反饋到電纜芯線端子上，最終形成時域輸出脈沖信號P。ut。
權利要求電纜故障閃測儀的檢測裝置，包括上位機和下位機，其特征在于下位機的核心電路主要包括控制模塊、電纜芯線復用模塊、輸入信號調理模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊，各模塊間關系是被檢電纜故障閃測儀連接電纜芯線復用模塊，電纜芯線復用模塊、輸入信號調理模塊、控制模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊依次連接，高速放大及驅動模塊連接輸入信號調理模塊。
2.如權利要求1所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于控制模塊主要由數 字信號處理器和通信芯片構成，數字信號處理器連接通信芯片。
3.如權利要求1所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于電纜芯線復用模塊 主要由快速TVS管和快速二極管組成的嵌位保護電路構成。
4.如權利要求1所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于輸入信號調理模塊 主要由高速比較器和高速或門構成，高速比較器連接高速或門。
5.如權利要求1所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于信號延時反饋模塊 主要由依次連接的DDS芯片、高速差分放大電路、數字電位器組成。
6.如權利要求1所述的電纜故障閃測儀的檢測裝置，其特征在于高速放大及驅動模 塊，該模塊基于固定增益的高速寬頻運放實現。
專利摘要電纜故障閃測儀的檢測裝置，屬于電力測試儀器的校準、檢定與檢測領域。包括上位機和下位機，下位機的核心電路主要包括控制模塊、電纜芯線復用模塊、輸入信號調理模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊，各模塊間關系是被檢電纜故障閃測儀連接電纜芯線復用模塊，電纜芯線復用模塊、輸入信號調理模塊、控制模塊、信號延時反饋模塊、高速放大及驅動模塊依次連接，高速放大及驅動模塊連接輸入信號調理模塊。其核心設計思路在于通過“被動反饋回路”來模擬實物電纜的時域反射特性，利用本實用新型可以對電纜故障閃測儀主要的測量功能即測距功能、測速功能等進行合理、高效的校準工作。
文檔編號G01R35/00GK201555943SQ200920269088
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者包玉樹, 張軍, 王斯琪, 雷民, 項瓊, 齊聰 申請人:國網電力科學研究院