作者：電纜故障檢測儀

前面武漢國鼎科技有限公司介紹了采用TDR方式(時域反射法)開發的信號電纜故障檢測儀。信號電纜在信號安全控制設備中擔負重要作用,一旦電纜出現故障,將嚴重影響列車運營,而且修復電纜需要較長的時間和大量的人力、物力。盡快排除故障,迅速、準確地查找故障點至關重要,為此,開發了采用TDR方式的信號電纜故障點檢測儀。該方式廣泛適用于線路的阻抗測試,能迅速測量出電纜的斷線、混線、浸水等各種故障的具體地點。

  信號電纜的日常維護工作除了定期進行絕緣檢查外,還可以安裝接地警報器檢測電纜的日常狀態。造成電纜故障的因素很多,除了人為的損壞外,還可能因絕緣不良、鼠害、蟲害等造成電纜斷線或混線。電纜一旦發生故障,可能需要很長時間查找故障點,為了快速、準確地查找故障點、

 

   電纜作為一種重要的通信媒介,廣泛應用于儀器儀表、電力、通信等重要領域。但是電纜會受到外力的破壞、自然的浸蝕和老化,電纜故障是不可避免的,怎樣發現潛在的故障進行及時的維護和如何在故障出現后及時的修復,最大限度的降低因電纜故障造成的損失,這些都迫切要求高性能的電纜故障檢測儀。當今的電纜故障檢測儀根據測量原理主要有電橋檢測儀,時域反射檢測儀(TDR)和頻域反射檢測儀(FDR)。電橋檢測儀由于本身的測量原理限制不可能實現高精度;時域反射檢測儀精度完全依賴于時基電路和數據采樣頻率,高精度的實現必須用高昂的成本作為代價,同時TDR只能檢測傳輸直流和基帶信號電纜明顯的斷線混線故障,無法識別潛在的故障和對高頻射頻電纜的檢測;FDR主要基于頻譜和矢量分析技術,測量精度高,同時算法復雜度高,成本和硬件實現要求都高,不利于攜帶和普及。因此,具有高精度、小體積和低成本三者協調統一的電纜故障檢測儀的設計和實現是一個意義重大的課題。 本文的主要工作和結果有:

(1)針對市場需求和電纜故障檢測儀表行業的發展,研究了當今現有的主流電纜故障檢測儀的檢測方法和實現方案,分析了電橋測量方法、TDR和FDR的優缺點;

(2)針對TDR無法識別潛在的故障和不能準確地對高頻射頻電纜的檢測,以及FDR算法復雜導致體積和成本不便于控制的不足之處,一方面從測量原理上進行了改進,結合時域反射和頻域反射檢測的優點,提出了基于時頻域聯合分析的反射檢測方法(TFDR),時頻域聯合分析方法選用了具有良好數學特性和易于硬件實現的魏格納-威利變換,另一方面引進新興的片上可編程系統(SOPC),軟件實現算法,降低成本和減小體積;

(3)針對TDR和FDR對于反射信號檢測可能存在的誤判,摒棄了TDR簡單的電壓門限判決和FDR單一的頻率判決的方法,在全行業率先采用時頻域交叉相關函數檢測和判決;

(4)將高精度、小體積和低成本三者最大限度的協調統一作為基于SOPC和TFDR的電纜故障檢測儀方案設計和實現的最終目標,遵循精度優先,兼顧體積和成本的設計原則,采用了TFDR的測量原理,主要基于高性價比的FPGA芯片EP2C8Q208C8實現的SOPC作為設計方案,按照測量儀的企業標準實現了基于SOPC和TFDR的電纜故障檢測儀; 利用基于SOPC和TFDR的電纜故障檢測儀進行了實驗驗證和現場測試,結果為:精度全測量范圍內0.6~0.8米,體積200mm×120mm×60mm,達到便攜式的要求,綜合成本控制在#####%人民幣以內。

  在成本和體積相當的情況下,比現有的時域反射檢測儀精度上提高5倍,故障距離從時域反射檢測儀的3米或者測量范圍的2%提高到全測量范圍內0.6~0.8米;在測量精度大致相當的條件下,綜合成本比頻域反射檢測儀和高性能的時域反射檢測儀降低到五分之一。實現了高性能、低成本和微型化最大限度的協調統一,達到了設計要求。這就是武漢國鼎科技的GDGZ-1804電纜故障檢測儀。