一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法和系统，定位方法包括以下步骤：选定发射脉冲信号幅值，发射并采集反射脉冲信号，根据反射脉冲信号进行故障判断，判断可能故障点的合理性，结束电缆故障定位；使用该方法的系统包括显示模块、处理模块和TDR模块。使用该定位方法和系统，不仅可有效避免“虚警”的影响，准确完成故障的定位；而且可根据计算结果确定发射脉冲信号的幅值，彻底解决了以往因凭经验来确定信号发射参数而带来的各种问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法及系统
本专利技术涉及电缆故障测试
，主要涉及一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，还涉及使用该方法对电缆故障进行TDR定位的系统。
技术介绍
电缆是供电和用电设备间连接，以及各设备间连接的枢纽，担负着电力的输送、信号的传输和分配等任务。随着电力在各种设备上的应用越来越广，电缆故障(诸如短路或断路)带来影响也越来越严重。诸如飞机上的电缆遍布于飞机各处，由于长期受到水汽、紫外线、振动、盐雾腐蚀等因素的影响，电缆容易发生短路和断路等故障。飞机电缆故障，轻则影响飞行性能，重则危及飞行安全，甚至引发飞行事故。由于飞机、舰船内电缆往往布置在狭小空间内，多不能采用传统的目视检查方法完成故障的定位。目前对于飞机、舰船内电缆故障的定位，使用较为成熟的方法为TDR方法，即时域脉冲反射方法。该方法通过向电缆注入脉冲信号，脉冲信号通过电缆上阻抗不匹配点时发生反射，通过计算发射脉冲信号与反射脉冲信号之间的时间差与脉冲信号在电缆中传播速度的乘积得到故障距离，就可完成电缆故障的定位。对于飞机、舰船内电缆而言，一条电缆在布线过程中可能经过插接件、铰接点、焊接点等多种形式的阻抗变化点(即阻抗不匹配点)，在该种情况下使用TDR方法进行故障定位时，除了在故障点(诸如短路或断路)形成故障反射脉冲信号外，还会在上述阻抗变化点处形成非故障反射脉冲信号，对电缆故障的定位形成较大的干扰，给出“虚警”信号，影响电缆故障定位的精度，甚至引起误判，增加维护成本。不仅如此，在使用TDR方法进行电缆故障定位时，通常使用低压的脉冲信号注入电缆进行检测，但是由于未考虑信号在电缆的实际衰减特性，只能根据经验来确定信号的发射参数(主要是指信号的电压)，而缺乏理论指导，当发射参数设定较低时根本无法检出故障位置，而当发射参数设定较高时则会出现难于实现或实现成本较高的问题。
技术实现思路
为了解决现有电缆故障定位存在的易发生故障误判，以及仅凭经验确定信号发射参数等问题，本专利技术提出了一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法及系统。本专利技术的一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，包括如下步骤：步骤S1，根据被测电缆的特性，选定TDR发射脉冲信号的幅值Vin；所述的被测电缆的特性主要是指电缆的衰减特性，主要考虑以下影响因素：被测电缆的长度lH，被测电缆的等效电阻RL，被测电缆的特性阻抗Z0，被测电缆的等效电导GL等。步骤S2，产生发射脉冲信号并注入到被测电缆中，然后采集在阻抗不匹配位置的反射脉冲信号；在TDR定位方法中，具体由脉冲信号发生器产生发射脉冲信号，并由信号采集器采集反射脉冲信号。步骤S3，根据反射脉冲信号进行故障判断；具体来说，需要分析反射脉冲信号的波形，并根据反射脉冲信号和发射脉冲信号的幅值和相位关系，即可确定故障类型。但是由于受到外部环境的影响，以及经过连接器(包括插接件、铰接点、焊接点等)时产生的内部影响，可能会出现“虚警”现象，或者误判。为了提高故障判断的准确性，采用以下方法进行故障的判断：(1)当反射脉冲信号幅值的绝对值|V(td)|≥1V时，则判定被测电缆存在故障，并确定故障类型和故障点距离L；根据TDR定位方法即可确定故障点距离L。(2)当0.5V≤|V(td)|＜1V时，则判定被测电缆可能存在故障，然后计算可能故障点d的距离ld，其中可能故障点d的距离ld也是根据TDR定位方法确定。(3)当|V(td)|＜0.5V时，则判定被测电缆不存在故障，并转至步骤S5。步骤S4，根据电缆的衰减特性，判断可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)是否合理；如果合理，则L＝ld，也就说可能故障点d的距离ld即为故障点距离L；如果不合理，则可能故障点d为虚警，转至步骤S5。步骤S5，结束电缆故障定位。优选的，步骤S4中根据电缆的衰减特性，判断可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)是否合理时，具体采用如下方法：步骤S41，假设被测电缆为均匀电缆，计算可能故障点d反射脉冲信号理论幅值的绝对值|V(d)|，即计算在被测电缆为均匀电缆时可能故障点d对应位置的反射脉冲信号理论幅值的绝对值|V(d)|；步骤S42，如果|V(td)|＞|V(d)|，则可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)不合理；否则，则合理。优选的，步骤S41中|V(d)|的计算方法具体为：其中，ld为可能故障点d的距离，RL为被测电缆的等效电阻，Z0为被测电缆的特性阻抗，GL为被测电缆的等效电导。优选的，步骤S1中发射脉冲信号的幅值Vin的选定方法具体为：其中，V1(d)为被测电缆中干扰噪声的极限值，lH为被测电缆的长度；通过确定Vin，可以解决以往只能根据经验来确定信号的发射参数的问题，也避免了由此带来的各种问题。优选的，V1(d)的取值为0.5V。根据大量的实验测试，对于常见的电缆而言，作用在其上的各种噪声的幅值最大为0.5V左右，此处的噪声包括外部噪声及由于连接器引入的噪声等，当发射脉冲信号经过被测电缆传播时，其幅值会逐渐衰减，当衰减至该范围时TDR定位方法将无法识别，因此选择0.5V作为判断阈值。优选的，步骤S4中故障点距离L的计算方法替换为：其中，c为光速，εr为被测电缆绝缘材料的相对介电常数，Δt为发射脉冲信号与反射脉冲信号间的时间差。为了更好地实现本专利技术的一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，本专利技术还提出了一种使用前述TDR定位方法进行电缆故障定位的系统。该定位系统，包括TDR模块、处理模块、显示模块；TDR模块用于产生发射脉冲信号，并接收反射脉冲信号；处理模块用于分析反射脉冲信号的波形，判断是否存在故障点和可能故障点d，分析可能故障点d的合理性，并确定故障类型和故障点距离L；显示模块用于显示选定参数、可能故障点d和故障点的信息；前述的显示模块、处理模块和TDR模块顺序电连接，TDR模块与被测电缆电连接。优选的，定位系统中的TDR模块通过阻抗匹配接头与被测电缆电连接。通过设置阻抗匹配接头，可减少连接位置对故障定位的影响。优选的，定位系统中的TDR模块由脉冲信号发生器和信号采集器组成，脉冲信号发生器用于产生发射脉冲信号，信号采集器用于采集在阻抗不匹配位置的反射脉冲信号。优选的，脉冲信号发生器产生发射脉冲信号的幅值可调，从而实现前述定位方法中步骤S1的根据被测电缆的特性选定TDR发射脉冲信号的幅值Vin，减少因凭经验来确定信号的发射参数而带来的问题。本专利技术的一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法和系统，不仅可有效去除“虚警”的影响，准确完成故障的定位；而且可根据计算结果确定发射脉冲信号的幅值Vin，彻底解决了以往因凭经验来确定信号发射参数而带来的各种问题。附图说明图1为考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法流程图。图2为定位系统结构示意图。图3为TDR模块组成及TDR模块与被测电缆连接示意图。图4为发射脉冲信号幅值为5.5V时测试87m处存在断路故障电缆的发射信号与反射信号波形图。图5为发射脉冲信号幅值为3.3V时测试87m处存在断路故障电缆的发射信号与反射信号波形图。图6为发射脉冲信号幅值为5.5V时测试100m电缆的发射信号与反射信号波形图。具体实施方式下面结合附图1至附图6，介绍本专利技术的具体实施方式。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，根据被测电缆的特性，选定TDR发射脉冲信号的幅值Vin；步骤S2，产生发射脉冲信号并注入到被测电缆中，然后采集在阻抗不匹配位置的反射脉冲信号；步骤S3，根据反射脉冲信号进行故障判断；当反射脉冲信号幅值的绝对值|V(td)|≥1V时，则判定被测电缆存在故障，并确定故障类型和故障点距离L；当0.5V≤|V(td)|＜1V时，则判定被测电缆可能存在故障，然后计算可能故障点d的距离ld；当|V(td)|＜0.5V时，则判定被测电缆不存在故障，并转至步骤S5；步骤S4，根据电缆的衰减特性，判断可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)是否合理；如果合理，则L＝ld；如果不合理，则可能故障点d为虚警，转至步骤S5；步骤S5，结束电缆故障定位。

【技术特征摘要】
1.一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，根据被测电缆的特性，选定TDR发射脉冲信号的幅值Vin；步骤S2，产生发射脉冲信号并注入到被测电缆中，然后采集在阻抗不匹配位置的反射脉冲信号；步骤S3，根据反射脉冲信号进行故障判断；当反射脉冲信号幅值的绝对值|V(td)|≥1V时，则判定被测电缆存在故障，并确定故障类型和故障点距离L；当0.5V≤|V(td)|＜1V时，则判定被测电缆可能存在故障，然后计算可能故障点d的距离ld；当|V(td)|＜0.5V时，则判定被测电缆不存在故障，并转至步骤S5；步骤S4，根据电缆的衰减特性，判断可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)是否合理；如果合理，则L＝ld；如果不合理，则可能故障点d为虚警，转至步骤S5；步骤S5，结束电缆故障定位。2.如权利要求1所述的一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，其特征在于，步骤S4中根据电缆的衰减特性，判断可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)是否合理时，具体采用如下方法：步骤S41，假设被测电缆为均匀电缆，计算可能故障点d反射脉冲信号理论幅值的绝对值|V(d)|；步骤S42，如果|V(td)|＞|V(d)|，则可能故障点d的反射脉冲信号幅值V(td)不合理；否则，则合理。3.如权利要求2所述的一种考虑电缆衰减特性的电缆故障TDR定位方法，其特征在于，步骤S41中|V(d)|的计算方法具体为：其中，ld为可能故障点d的距离，RL为被测电缆的等效电阻，Z0为被测电缆的特性阻抗，GL为被测电缆的等效电导。4.如权利要求1至3中任一所述的一种考...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖楚琬，王诚成，韩维，周训春，孙阳，应朝龙，刘勇，赵志坚，刘嘉，王希彬，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东,37