专利名称：电缆故障闪测仪的检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电缆故障闪测仪的检测装置，属于电力测试仪器的校准、检定与 检测领域。
背景技术：
为测量、定位电缆故障距离，许多电力测试仪器生产厂家研制了电缆故障闪测 仪。电缆故障闪测仪作为工作计量器具，本质测量参数是时间量，在电力行业标准《DL/ T849. 1-2004电力设备专用测试仪器通用技术条件第1部分电缆故障闪测仪》中，明确要 求对电缆故障闪测仪的测距、测速等功能进行校准、检测。但和众多预试仪器类似，由于针 对性较强，接口特殊，其计量特性很难方便溯源到上级时间计量标准，故需研制专门的标准 装置，以助对该类测试仪器开展校准工作。根据申请人所知，目前，国内仅少数几家单位对电缆故障闪测仪开展校准工作，采 取校准方法也为传统实物法，其主要特点在于用实物电缆作为标准器具，事先用长度计量 器具对实物电缆长度进行标定，待标定后，再利用该实物电缆对被检电缆故障闪测仪进行 校准。该传统校准方法有诸多不足，主要在于作为标准器具，实物电缆受温度影响，其长度 会产生较大变化，且由于本身存在弹性，再加上人为粗大误差等，其长度标定工作复杂、准 确度低，并体积庞大；同时，实物电缆往往为单一或固定绝缘材质，可模拟的电缆种类不丰 富，若想模拟多种材质电缆，其成本会大大提高。综上所述，目前国内传统的标准装置和校准方法在工作原理和可溯源性上均存在 不足，准确度也不能满足要求。考虑到市场上大量的电缆故障闪测仪标称的最大允许误差 可达到士(1 %读数士 20米)，而上述的以实物电缆为标准器具的传统方法受准确度和便捷 性所限，很难对电缆故障闪测仪开展便捷、高效的校准工作。本实用新型参考电力行业标准DL/T 849. 1-2004的要求进行针对性设计，通过 “被动反馈回路”来模拟实物电缆的时域反射特性，设计合理，自动化程度高，操作便捷，检 定人员可直接预置相关标准值，而不需额外人工进行时间换算等工作，可对目前主流的电 缆故障闪测仪进行合理、高效的校准工作，能较好满足目前电缆故障闪测仪校准工作的紧 迫需要。
发明内容本实用新型的目的是针对传统电缆故障闪测仪校准方法的不足，提出并实现了一 种新的电缆故障闪测仪标准装置，其核心设计思路在于通过“被动反馈回路”来模拟实物电 缆的时域反射特性，利用本实用新型可以对电缆故障闪测仪主要的测量功能即测距功能、 测速功能等进行合理、高效的校准工作。为了实现上述目的，本实用新型技术方案提供基于“被动反馈回路”思路设计的 电缆故障闪测仪的检测装置，包括上位机和下位机，其特征在于下位机的核心电路主要包 括控制模块、电缆芯线复用模块、输入信号调理模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块，各模块间关系是被检电缆故障闪测仪连接电缆芯线复用模块，电缆芯线复用模块、 输入信号调理模块、控制模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块依次连接，高速放 大及驱动模块连接输入信号调理模块。如上所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于控制模块主要由数字信号 处理器和通信芯片构成，数字信号处理器连接通信芯片，该模块的主要功能是实现与上位 机通信并执行上位机的命令、形成精密延时控制脉冲、并对其他模块进行具体控制。如上所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于电缆芯线复用模块主要由 快速TVS管和快速二极管组成的嵌位保护电路构成，基于该模块可以将入射到标准装置的 低能量、高峰值的入射方波脉冲Pin信号嵌位、调理成小峰值入射脉冲信号Signal-input， 从而对后级内部电路冲击影响大大减小。这种设计的有益效果在于对本实用新型，其电缆 芯线模拟端子为入射方波脉冲信号Pin和延时反射输出脉冲信号P。ut所复用，其中Pin来自 被检电缆故障闪测仪，其幅值范围大多在IV到100V范围内，而本实用新型产生的延时反射 输出脉冲信号P。ut来自标准装置内部的弱电反馈电路，该信号幅值设计为从0. 5V到2V，这 种强、弱信号复用电缆芯线端子的情况，若无专门设计，很可能造成入射高压脉冲信号对标 准装置内部电路的损害。如上所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于输入信号调理模块主要由 高速比较器和高速或门构成，高速比较器连接高速或门，基于该模块，可将小峰值入射脉冲 信号Signal-input的正或负跳变沿转换为正向跳变的TTL信号TTL-input，用于触发后级 信号延时反馈模块。如上所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于信号延时反馈模块主要由 依次连接的DDS芯片、高速差分放大电路、数字电位器组成，在前级TTL电平信号TTL-input 触发下，前述控制模块根据检定人员预置延时要求，基于高稳时钟延时并反馈一路精密 延时控制脉冲Delay-ctrl，该控制脉冲即可直接反馈输出，也可作为触发信号快速启动 DDS芯片输出高质量差分正弦波形，通过这种方式，本实用新型可形成精密延时反馈波形 Delay-back，根据预置即可反馈输出方波信号也可反馈输出正弦波信号；数字电位器主要 利用分压功能来控制方波幅值。如上所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于高速放大及驱动模块，该模 块基于固定增益的高速宽频运放实现，该模块的功能接受前述信号延时反馈模块产生的精 密延时反馈波形Delay-back，再经过固定增益的高速宽频运放进一步提高驱动能力，其输 出信号与Signal-input是同一个电气节点，该信号将经过电缆芯线复用模块反馈到电缆 芯线端子上，最终形成时域延时反射输出脉冲信号P。ut。本实用新型的工作原理为从标准装置左侧即电缆芯线模拟端子看进去，能呈现 出均勻传输线的时域反射特性，也就是在被检电缆故障闪测仪的入射方波脉冲Pin的激励 下，标准装置可产生延时反射输出脉冲信号P。ut，并且P^P-两个信号的时间间隔严格正比 于模拟的均勻传输线的标准故障距离。模拟的标准故障距离计算公式为S0 = vX AT0/2上式中，S。为模拟的标准故障距离，v为行波速度，AT。为脉冲往返时间。v为方波 脉冲信号在不同绝缘材质电缆中的行波速度，AT。实际为P。ut信号对Pin信号的延迟时间， 除以2是因为标准故障距离应为波折返总行程的一半。[0016]鉴于入射方波脉冲Pin的幅值范围随被检电缆故障闪测仪的不同设计从IV到 100V均有可能，且脉冲方向有正有负，所以该脉冲信号通过电缆芯线接线端子进入标准装 置后，首先经电缆芯线复用模块被调理为幅值小于6V的小峰值脉冲信号Signal-input， Signal-input信号随后经输入信号调理模块变为正向TTL电平信号TTL-input，该TTL电 平信号作为触发脉冲信号启动预置延时参数的控制模块，控制模块基于高稳晶振进一步产 生精密延时控制脉冲Delay-ctrl，该控制脉冲信号启动信号延时反馈模块以形成幅值、波 形可调的精密延时反馈波形Delay-back，该反馈波形再经过固定增益的高速放大及驱动模 块提高驱动能力并最终形成延时反射输出脉冲信号P。ut，该延时反射输出脉冲信号P。ut复用 电缆芯线并反馈给被检电缆故障闪测仪。通过上述工作流程，本实用新型即可模拟实物电 缆的时域反射特性，可用于对电缆故障闪测仪进行校准。本实用新型的有益效果是本实用新型是基于“被动反馈回路”的设计思路来模拟 实物电缆的时域反射特性，通过该原理研制的校准装置模拟的标准故障距离最大允许误差 可以达到士(0. 2%读数士2米)，且性能稳定可靠、自动化程度高、操作便捷，从而可以有效 满足对电缆故障闪测仪的校准工作，将有利于解决电缆故障闪测仪的校准困难问题，对促 使电力测试仪器向标准化、规范化方向发展有积极推动作用。

图1，是传统的基于实物法的电缆故障闪测仪校准方法原理示意图。图2，是本实用新型实施例的电缆故障闪测仪标准装置原理框图。图3-1，是图2中电缆芯线复用模块的电路原理图。图3-2，是图2中输入信号调理模块的电路原理图。图3-3，是图2中信号延时反馈模块的原理框图。图3-4，是图2中高速放大及驱动模块的电路原理图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。图中的标记1_控制模块，2-电缆芯线复用模块，3-输入信号调理模块，4-信号延 时反馈模块，5-高速放大及驱动模块，6-通信接口，7-被检电缆故障闪测仪，8、14-电缆芯 线，9-电缆屏蔽层，10-电缆故障距离，11-实物电缆，12-上位机，13-下位机，15-电缆屏蔽 层，16-模拟门。参见图1所示，是传统的基于实物法的电缆故障闪测仪校准方法原理示意图。该 方法用实物电缆11作为标准器具，事先用长度计量器具对实物电缆长度进行标定，待标定 后，再利用该实物电缆对被检电缆故障闪测仪进行校准。该传统校准方法有诸多不足，主要 在于作为标准器具，实物电缆受温度影响，其长度会产生较大变化，且由于本身存在弹性， 再加上人为粗大误差等，其长度标定工作复杂、准确度低，并体积庞大；同时，实物电缆往往 为单一或固定绝缘材质，可模拟的电缆种类不丰富，若想模拟多种材质电缆，其成本会大大 提尚。参见图2所示，是本实用新型实施例的电缆故障闪测仪标准装置原理框图。标准 装置由上位机12和下位机13构成，下位机13核心电路由控制模块1、电缆芯线复用模块2、输入信号调理模块3、信号延时反馈模块4、高速放大及驱动模块5组成。其工作原理为 从标准装置左侧即电缆芯线模拟端子看进去，能呈现出均勻传输线的时域反射特性，也就 是在被检电缆故障闪测仪7的入射方波脉冲Pin的激励下，标准装置可产生延时反射输出脉 冲信号P。ut，并且Pin、P。ut两个信号的时间间隔严格正比于模拟的均勻传输线的标准故障距 离。模拟的标准故障距离计算公式为S0 = vX AT0/2上式中，S。为模拟的标准故障距离，v为行波速度，AT。为脉冲往返时间。v为方波 脉冲信号在不同绝缘材质电缆中的行波速度，AT。实际为P。ut信号对Pin信号的延迟时间， 除以2是因为标准故障距离应为波折返总行程的一半。鉴于入射方波脉冲Pin的幅值范围随被检电缆故障闪测仪7的不同设计从IV到 100V均有可能，且脉冲方向有正有负，所以该脉冲信号通过电缆芯线接线端子进入标准装 置后，首先经电缆芯线复用模块2被调理为幅值小于6V的小峰值脉冲信号Signal-input， Signal-input信号随后经输入信号调理模块3变为正向TTL电平信号TTL-input，该TTL 电平信号作为触发脉冲信号启动预置延时参数的控制模块1，控制模块1基于高稳晶振进 一步产生精密延时控制脉冲Delay-ctrl，该控制脉冲信号启动信号延时反馈模块4以形成 幅值、波形可调的精密延时反馈波形Delay-back，该反馈波形再经过固定增益的高速放大 及驱动模块5提高驱动能力并最终形成延时反射输出脉冲P。ut，该延时反射输出脉冲P。ut复 用电缆芯线反馈给被检电缆故障闪测仪。参见图3-1所示，是图2中电缆芯线复用模块的电路原理图。Pin信号对应电缆 芯线端子，在进行PCB设计时，入射信号Pin首先经过由4个超快恢复二极管MURS360T3组 成的嵌位保护电路，这样低能量、高峰值的Pin信号经过该回路会被嵌位到供电电源电位附 近，供电电源选用具有过压保护、短路保护等功能的高可靠性士5V电源模块，经过该回路 后Pin峰值范围被嵌位控制在-5. 7V^+5. 7V之内，形成小峰值脉冲信号Signal-input，经过 调理的Signal-input信号后对后级内部电路冲击影响大大减小。同时，为提高保护功能可 靠性，在该模块内又添加了由快速TVS管SM05T1组成的浪涌保护电路，以上共4组过压高 速嵌位保护，冗余充分。参见图3-2所示，是图2中输入信号调理模块的电路原理图。来自被检电缆故障 闪测仪7的方波脉冲输入信号Pin进入标准装置信号输入端子后，虽经过电缆芯线复用模块 2形成小峰值脉冲信号Signal-input，但方向、幅值均随机，需经过整形、比较调理形成TTL 电平信号，以触发后级电路形成延时反馈波形。在信号调理模块3中，Signal-input信号经 过电阻初步分压后一路提供给正向脉冲检测用高速比较器U6，一路提供给负向脉冲检测用 高速比较器U9。其中，正向比较回路的门槛电压由RW1调节，略高于0V，负向比较回路的门 槛电压由RW2调节，略低于0V，这样不管Signal-input是正、负脉冲信号，都会形成一个正 向TTL脉冲信号，两路脉冲信号经过高速或门U7后即可得到TTL触发电平信号TTL-input。 该TTL-input信号实际上是Signal-input的响应信号，其主要作用是将Signal-input信 号的正或负跳变沿转换为正向跳变的TTL信号。参见图3-3所示是图2中信号延时反馈模块的原理框图。在前级TTL-input触发 下，基于TMS320F2812构成的控制模块1首先根据上位机预置延时要求，基于高稳时钟延时 并反馈一路精密延时控制脉冲Delay-ctrl。该控制脉冲信号即可直接反馈输出，也可作为触发信号快速启动DDS芯片输出高质量差分正弦波形。通过这种方式，本标准装置可形成 精密延时反馈波形Delay-back，该反馈波形即可为方波也可为正弦波。DDS芯片采用AD公 司AD9951，其输出的差分正弦信号经过基于0PA695的高速差分放大电路调理成单端正弦 信号；数字电位器采用XICOR公司X9110，主要用于控制方波幅值。 参见图3-4所示，是图2中高速放大及驱动模块的电路原理图。前述信号延时反馈模块4产生的精密延时反馈波形Delay-back，再经过固定增益的高速宽频运放0PA693进 一步提高驱动能力，其输出信号与Signal-input是同一个电气节点，该信号将经过电缆芯 线复用模块2反馈到电缆芯线端子上，最终形成时域输出脉冲信号P。ut。
权利要求电缆故障闪测仪的检测装置，包括上位机和下位机，其特征在于下位机的核心电路主要包括控制模块、电缆芯线复用模块、输入信号调理模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块，各模块间关系是被检电缆故障闪测仪连接电缆芯线复用模块，电缆芯线复用模块、输入信号调理模块、控制模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块依次连接，高速放大及驱动模块连接输入信号调理模块。
2.如权利要求1所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于控制模块主要由数 字信号处理器和通信芯片构成，数字信号处理器连接通信芯片。
3.如权利要求1所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于电缆芯线复用模块 主要由快速TVS管和快速二极管组成的嵌位保护电路构成。
4.如权利要求1所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于输入信号调理模块 主要由高速比较器和高速或门构成，高速比较器连接高速或门。
5.如权利要求1所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于信号延时反馈模块 主要由依次连接的DDS芯片、高速差分放大电路、数字电位器组成。
6.如权利要求1所述的电缆故障闪测仪的检测装置，其特征在于高速放大及驱动模 块，该模块基于固定增益的高速宽频运放实现。
专利摘要电缆故障闪测仪的检测装置，属于电力测试仪器的校准、检定与检测领域。包括上位机和下位机，下位机的核心电路主要包括控制模块、电缆芯线复用模块、输入信号调理模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块，各模块间关系是被检电缆故障闪测仪连接电缆芯线复用模块，电缆芯线复用模块、输入信号调理模块、控制模块、信号延时反馈模块、高速放大及驱动模块依次连接，高速放大及驱动模块连接输入信号调理模块。其核心设计思路在于通过“被动反馈回路”来模拟实物电缆的时域反射特性，利用本实用新型可以对电缆故障闪测仪主要的测量功能即测距功能、测速功能等进行合理、高效的校准工作。
文档编号G01R35/00GK201555943SQ200920269088
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者包玉树, 张军, 王斯琪, 雷民, 项琼, 齐聪 申请人:国网电力科学研究院