脉冲回波定位式电缆检测仪及微弱脉冲信号探测方法技术

本发明专利技术涉及一种脉冲回波定位式电缆检测仪，其包括：积分电路阵列，其每个积分电路单元包括一积分电容；开关阵列，其用于将积分电路阵列中的单个积分电路单元选通；测试控制模块，其用于将回波检测时段划分为多个时间片，且每个时间片关联一个特定的积分电路单元，然后依照时序依次选通各个积分电路单元，并将多个轮次的回波检测时段的同一时间片的回波信号导入同一积分电路单元进行累积；采样模块，其用于读出每个积分电路单元所缓存的信号值，恢复出回波信号的时序波形；以及数据处理模块，其用于判别回波脉冲的到达时刻。本发明专利技术还提供了相应的微弱脉冲信号探测方法。本发明专利技术可以检出极其微弱的回波信号，从而在超远距离探测到传输阻抗不均匀点。测到传输阻抗不均匀点。测到传输阻抗不均匀点。

【技术实现步骤摘要】
脉冲回波定位式电缆检测仪及微弱脉冲信号探测方法


[0001]本专利技术涉及微弱信号检测
，具体来说，本专利技术涉及一种基于脉冲回波定位式电缆检测仪及相应的微弱脉冲信号探测方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，电缆检测仪主要用于电缆故障检测，例如用于满足矿山或矿井中的电缆检测需求。脉冲反射法(即脉冲回波定位法)是电缆故障测试的一种常见方法。通常来说，用脉冲反射法对电缆进行直接测试，可以测试短路、断线等各种类型的故障。其基本原理如下：测量电缆故障时，将电缆视为一条均匀分布的传输线，在电缆一端加脉冲电压，则此脉冲按一定的速度(决定于电缆的单位长度电感与电容)沿线传输，当脉冲遇到故障点(或阻抗不均匀点)就会发生反射，用电缆检测仪记录下发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间
△
T(即回波脉冲到达时刻与主发射脉冲之间的时延)，则可按已知的传输速度V来计算出故障点的距离Lx，即Lx＝V
·
△
T/2。
[0003]然而，对于矿井电缆，电缆检测仪面临较为特殊的使用环境条件。例如煤矿电缆可能无法采用高压脉冲法进行测试，另外有些其他类型的矿井中，如果使用高压仪器可能会造成安全隐患或者电磁兼容性问题，因此也难以使用高压脉冲。这样，当电缆的故障点较远时，所反射的脉冲信号可能会十分微弱，导致现有的电缆检测仪难以检出。
[0004]具体来说，对于微弱脉冲信号的探测，通常的取样积分是先数字化采样再逐次求和恢复。这种方案的优势是可以精确地检测出回波脉冲的到达时刻。然而，这种方案也存在最弱信号强度受制于模数转换器的精度的问题，模数转换器的精度通常为V
full
/2
n
，其中V
full
表示满量程的电压数值，n表示该模数转换器具有n个数位。比如1伏满量程，16位模数转换器(可简称为AD)，对应的最弱可捕捉信号1/2
16
伏，即约15.3微伏。在线缆检测仪进行故障测试时，当所反射的回波信号弱于最弱可捕捉信号(例如15.3微伏)时，该回波信号将难以检出。另一方面，如果基于模拟电路(例如模拟积分电路)对微弱脉冲信号进行探测，则该电路实质上只是对连续的回波信号进行整体求和于单个电容，从结果信号中看不出脉冲变化的细节，尤其看不出脉冲发生的确切时刻，比如对测距来说非常重要的回波脉冲到达时刻与主发射脉冲之间的时延(即前文所述的发送脉冲和反射脉冲之间的传输时间
△
T)将无法被识别。
[0005]因此，当前迫切需要一种能够检出更微弱的脉冲信号且能够更准确地捕捉回波脉冲到达时刻的电缆检测仪及微弱脉冲信号探测的解决方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种能够检出更微弱的脉冲信号且能够更准确地捕捉回波脉冲到达时刻的电缆检测仪及微弱脉冲信号探测的解决方案。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脉冲回波定位式电缆检测仪，其包括：积分电路阵列，其包括多个积分电路单元，每个所述积分电路单元包括一积分电容，所述积分
电容用于接收微弱脉冲信号，所述微弱脉冲信号是信号强度在模数转换器最弱可捕捉信号以下的脉冲信号；开关阵列，其用于将所述积分电路阵列中的单个积分电路单元选通；测试控制模块，其用于控制对电缆进行多轮重复测试，每轮测试中对被测电缆施加一探测脉冲并在设定的回波检测时段接收回波信号；所述回波检测时段划分为多个时间片，且每个时间片关联一个特定的积分电路单元；控制所述开关阵列，依照时序依次选通各个所述的积分电路单元，并将多个轮次的回波检测时段的同一时间片的回波信号导入同一积分电路单元进行累积；采样模块，其用于在完成多轮测试后，读出每个所述积分电路单元所缓存的信号值，再根据各个积分电路单元所关联的时间片，恢复出整个回波检测时段的回波信号的时序波形；以及数据处理模块，其用于根据整个回波检测时段的回波信号的时序波形判别回波脉冲的到达时刻，进而根据回波脉冲到达时刻与探测脉冲发出时刻之间的时延，判断被测电缆是否出现故障以及故障位置。
[0008]其中，所述测试控制模块还用于：在每次测试中，通过测试线将积分电路阵列与被测电缆接通，以接收所述探测脉冲的回波信号；其中，在每个时间片所对应的时段，控制所述开关阵列将该时间片所关联的所述积分电路单元选通，使得回波信号按时间片分别导入不同的所述积分电路单元；并且，结束前一轮测试结束后，在保持各个所述积分电路单元所累积的电荷的前提下直接进入下一轮的测试，使得多个轮次的回波检测时段的同一时间片的回波信号被导入同一积分电路单元进行累积。
[0009]其中，所述测试控制模块还用于：在完成多轮测试后断开所述测试线，同时通过采样线将所述采样模块与所述积分电路阵列接通；然后控制所述开关阵列将各个所述积分电路单元逐个选通，再由所述采样模块通过所述采样线逐个读出每个所述积分电路单元所缓存的信号。
[0010]其中，每个所述积分电路单元包括：积分电容、运算放大器和测量控制开关；其中，所述积分电容的一端与所述运算放大器的负输入端连接，其另一端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正输入端接地；所述运算放大器的负输入端连接所述测试线以接收所述的回波信号；所述测量控制开关的一端通过接地电容接地，其另一端可在信号接收端子、信号保持端子和信号输出端子三个端子间切换，其中，所述信号接收端子连接所述运算放大器的输出端，所述信号输出端子连接所述采样线。
[0011]其中，所述积分电路还包括一复位开关，在接收到复位控制信号时，所述复位开关将所述积分电容的两端导通，在未接收到复位控制信号时，所述积分复位开关将所述积分电容两端的连接断开。
[0012]其中，每个所述积分电路单元还包括：比较器和计数器，所述比较器包括一信号输入端和一参考输入端和一输出端，所述比较器的所述信号输入端与所述测量控制开关的所述信号输出端子连接，所述比较器的所述输出端与所述计数器连接；所述参考输入端的电压被配置为一恒定的阈值；当所述信号输入端的电压大于参考输入端的电压时，所述比较器的所述输出端向所述计数器输出控制信号，使所述计数器加1，并且所述比较器的所述输出端还向所述积分电路的所述复位开关输出控制信号，使所述积分电容清零；而当所述信号输入端电压反向大于参考输入端电压时(即所述信号输入端电压与所述参考输入端电压方向相反，且二者之和小于零时)，使所述计数器减1，并且所述比较器的所述输出端还向所述积分电路的所述复位开关输出控制信号，使所述积分电容清零。
[0013]其中，对于任意一个所述的积分电路单元，所述采样模块读取所述积分电容的电压值、所述计数器的计数值，再结合所述比较器的所述参考输入端所配置的所述阈值，来计算出该积分电路单元所缓存的信号值。
[0014]其中，所述数据处理模块还用于：在得出整个回波检测时段的回波信号的时序波形后，选定一精确扫描时段，所述精确扫描时段可涵盖所述回波信号中的回波脉冲部分，并且其时长小于所述回波检测时段的时长；然后将所述精确扫描时段划分为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，其包括：积分电路阵列，其包括多个积分电路单元，每个所述积分电路单元包括一积分电容，所述积分电容用于接收微弱脉冲信号，所述微弱脉冲信号是信号强度在模数转换器最弱可捕捉信号以下的脉冲信号；开关阵列，其用于将所述积分电路阵列中的单个积分电路单元选通；测试控制模块，其用于控制对电缆进行多轮重复测试，每轮测试中对被测电缆施加一探测脉冲并在设定的回波检测时段接收回波信号；所述回波检测时段划分为多个时间片，且每个时间片关联一个特定的积分电路单元；控制所述开关阵列，依照时序依次选通各个所述的积分电路单元，并将多个轮次的回波检测时段的同一时间片的回波信号导入同一积分电路单元进行累积；采样模块，其用于在完成多轮测试后，读出每个所述积分电路单元所缓存的信号值，再根据各个积分电路单元所关联的时间片，恢复出整个回波检测时段的回波信号的时序波形；以及数据处理模块，其用于根据整个回波检测时段的回波信号的时序波形判别回波脉冲的到达时刻，进而根据回波脉冲到达时刻与探测脉冲发出时刻之间的时延，判断被测电缆是否出现故障以及故障位置。2.根据权利要求1所述的脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，所述测试控制模块还用于：在每次测试中，通过测试线将积分电路阵列与被测电缆接通，以接收所述探测脉冲的回波信号；其中，在每个时间片所对应的时段，控制所述开关阵列将该时间片所关联的所述积分电路单元选通，使得回波信号按时间片分别导入不同的所述积分电路单元；并且，结束前一轮测试结束后，在保持各个所述积分电路单元所累积的电荷的前提下直接进入下一轮的测试，使得多个轮次的回波检测时段的同一时间片的回波信号被导入同一积分电路单元进行累积。3.根据权利要求2所述的脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，所述测试控制模块还用于：在完成多轮测试后断开所述测试线，同时通过采样线将所述采样模块与所述积分电路阵列接通；然后控制所述开关阵列将各个所述积分电路单元逐个选通，再由所述采样模块通过所述采样线逐个读出每个所述积分电路单元所缓存的信号。4.根据权利要求1所述的脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，每个所述积分电路单元包括：积分电容、运算放大器和测量控制开关；其中，所述积分电容的一端与所述运算放大器的负输入端连接，其另一端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的正输入端接地；所述运算放大器的负输入端连接所述测试线以接收所述的回波信号；所述测量控制开关的一端通过接地电容接地，其另一端可在信号接收端子、信号保持端子和信号输出端子三个端子间切换，其中，所述信号接收端子连接所述运算放大器的输出端，所述信号输出端子连接所述采样线。5.根据权利要求4所述的脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，所述积分电路还包括一复位开关，在接收到复位控制信号时，所述复位开关将所述积分电容的两端导通，在未接收到复位控制信号时，所述积分复位开关将所述积分电容两端的连接断开。6.根据权利要求5所述的脉冲回波定位式电缆检测仪，其特征在于，每个所述积分电路
单元还包括：比较器和计数器，所述比较器包括一信号输入端和一参考输入端和一输出端，所述比较器的所述信号输入端与所述测量控制开关的所述信号输出端子连接，所述比较器的所述输出端与所述计数器连接；所述参考输入端的电压被配置为一恒定的阈值；当所述信号输入端的电压大于所述参考输入端的电压时，所述比较器的所述输出端向...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆俊，朱家麟，孙阳春，
申请(专利权)人：烟台兴晟机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：