專利名稱：遠(yuǎn)距離進(jìn)行目標(biāo)管線全特征分析的檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力檢測領(lǐng)域，涉及一種專門用于多回路(并行)運(yùn)行電纜遠(yuǎn) 距離探測中進(jìn)行高準(zhǔn)確性唯一性識(shí)別目標(biāo)管線及相位的全特征分析的方法及設(shè) 備。
二背景技術(shù)：
在我國的電網(wǎng)建設(shè)中，電纜入地敷設(shè)已成為一種電力部門或公司普遍采用 并越來越成為一種趨勢，在長達(dá)數(shù)十年的建設(shè)中，由于年代久遠(yuǎn)、人員變更、 城市建設(shè)等原因，地下電纜的數(shù)據(jù)資料與實(shí)際工況不一致的情況越來越多，國 內(nèi)外也開發(fā)了大量的非開挖電纜尋蹤儀、探測儀用于電纜檢測。我們通過資料 檢索，市場調(diào)查分析，了解到目前電纜檢測技術(shù)研究大多側(cè)重于尋蹤探測，而 在實(shí)際工作中，由于電纜的敷設(shè)方法錯(cuò)綜復(fù)雜，軌跡相同的電纜并行情況非常 多，在標(biāo)識(shí)缺失、軌跡不明的情況下要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確區(qū)分相當(dāng)困難。
公告日為2007年9月12日，公告號為CN100337126C的發(fā)明專利"金屬 管線探測中判斷跟蹤正誤和鑒別管線的方法和裝置"公開了一種能進(jìn)行電纜判 斷的方法，其具體實(shí)施辦法是信號發(fā)射裝置向管線注入兩種頻率的音頻信號， 信號接收裝置沿電纜的已知路徑接收上述音頻信號的磁場信號，并對這兩個(gè)頻 率的信號進(jìn)行放大，取上述信號中高頻信號的包絡(luò)為相位基準(zhǔn)信號，將相位基 準(zhǔn)信號和低頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)處理后，得到低頻信號和相位基準(zhǔn)信號 的相位差，在對已知路徑段進(jìn)行相位差記憶后，再對待測管線未知路徑段進(jìn)行 探測，根據(jù)相位差是否變化和變化的量，判斷跟蹤是否錯(cuò)誤或鑒別是否正確， 并由指示器進(jìn)行明確指示。該方法在一定程度上可以進(jìn)行三相同軸電纜判斷， 但是該方法根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在測試前進(jìn)行同步設(shè)置，然后根據(jù)每一個(gè)儀器 中各自時(shí)鐘基準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)算判斷，存在著較大的時(shí)點(diǎn)漂移，在一定時(shí)間后(實(shí)際 使用約30分鐘)或發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作區(qū)塊溫差過大，漂移積累會(huì)超過誤差的 允許范圍；在實(shí)際使用中由于電纜工況的復(fù)雜性(包括回路電阻過大，電纜長
距離敷設(shè)，測量時(shí)間過長，不同工況點(diǎn)溫差過大等因素)，加上自身時(shí)鐘基準(zhǔn)的 誤差，導(dǎo)致無法識(shí)別甚至誤判的可能性經(jīng)常發(fā)生，其實(shí)用性和有效性并不理想。 同時(shí)我們也注意到采用該辦法對三相異軸的電纜無法進(jìn)行識(shí)別。
在管線/電纜的對應(yīng)識(shí)別中，傳統(tǒng)上采用的方法是通過將感應(yīng)線圈環(huán)繞電纜 一周，根據(jù)待測電纜的信號在環(huán)繞過程中的強(qiáng)弱變化來判斷，而并行電纜沒有 這種變化，據(jù)此可以判斷目標(biāo)電纜的類型。使用這種方式進(jìn)行識(shí)別時(shí)，需要檢 測人員具備豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)才可以實(shí)施，而且由于信號微弱，誤判的情況非常 多，可行性和可靠性較差。
另外，也有通過向電纜導(dǎo)體注入直流脈沖信號的方式進(jìn)行檢測的方法，該方 法準(zhǔn)確性較高，但只有在停電檢修或解開接地樁的情況下才可以實(shí)施，前者(停 電檢修的情況下)對測量的工況條件要求較高，實(shí)施難度大；而后者(解開接 地樁的情況下)對運(yùn)行設(shè)備和測量人員的安全性有很大影響，可行性較差。
針對上述問題，本發(fā)明提出了一種全新、迅速、可行、安全，并且在不斷電 情況下高準(zhǔn)確性識(shí)別同源同體傳遞信號和同源異體感應(yīng)干擾信號，且自帶工況 條件評定、可針對多回路運(yùn)行電纜遠(yuǎn)距離探測中(大于2公里，理論上可以實(shí) 現(xiàn)數(shù)百公里)進(jìn)行唯一性判斷目標(biāo)電纜的方法及裝置，用以在不斷電的情況下 對遠(yuǎn)距離電纜進(jìn)行全特征分析，以滿足各種電纜管線復(fù)雜、相互干擾嚴(yán)重、多 條并行且不具備停電檢測的工作條件和環(huán)境下對電纜檢測的要求。
三、發(fā)明概述
1.本發(fā)明一種待測電纜高準(zhǔn)確性識(shí)別檢測方法，于對待測電纜進(jìn)行高準(zhǔn)確 性識(shí)別檢測，通過對待測電纜施加一電信號后，對接收所回饋電信號的全過程 進(jìn)行電壓、電流、幅值、方向、相位角和相位差等全特征分析從而判斷待測電 纜的類型，其中使用信號發(fā)射裝置發(fā)射電信號、使用信號接收裝置來接收信號， 所接收的信號通過A/D轉(zhuǎn)換、放大、補(bǔ)償、同步等處理后與基準(zhǔn)電纜數(shù)據(jù)進(jìn)行 比較以確定其類型；其特征在于其中包括下列步驟-
在電纜運(yùn)行不斷電或使用中的情況下，信號發(fā)射裝置向待測電纜加載固定 頻率音頻信號；
信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行非接觸式音頻信號采集并進(jìn)行放大； 通過對待測電纜中電壓、電流的測算，計(jì)算回路電阻，根據(jù)所計(jì)算的電阻
數(shù)值進(jìn)行回路工況預(yù)測；
根據(jù)該工況預(yù)測值，通過信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間的傳輸回饋信
號進(jìn)行發(fā)射信號的增益調(diào)節(jié)；
在信號發(fā)射裝置和信號接收裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度授時(shí)(加入時(shí)間信號)
同步，根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)來確定待測電纜的類型。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率的電信號。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率的音頻信號。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率且?guī)в凶詣?dòng)
增益調(diào)節(jié)功能的音頻信號。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中的信號發(fā)射裝置和信號接收裝
置是通過信號耦合方式向待測電纜進(jìn)行信號的加載和采集。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行
音頻信號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的
方式進(jìn)行的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行 音頻信號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的 方式進(jìn)行的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置和信號接收裝置 之間是通過無線方式傳輸回饋信號的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中確定待測電纜的類型的確定步 驟包括
定義步驟，對待測電纜進(jìn)行部分特定特征的定義； A/D轉(zhuǎn)換，對接收的音頻信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換； MCU處理，取數(shù)字信號進(jìn)入MCU進(jìn)行同步處理；
計(jì)算步驟，對待測電纜信號的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過事先的模擬電路理 論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定判斷程序和基準(zhǔn)信號；
比較步驟，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較；
輸出步驟，根據(jù)比較結(jié)果確定待測電纜的類型并輸出。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中對待測電纜進(jìn)行部分特定特征 的定義中，該特定特征可以是首端相位角。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中所計(jì)算的待測電纜信號的相關(guān) 數(shù)據(jù)中，三相異軸電纜是對相位角進(jìn)行計(jì)算，三相同軸電纜是計(jì)算出接收信號 與發(fā)射信號之間的偏移度。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，對滿足相位偏移度同一特征的待測 電纜判定為三相同軸電纜，根據(jù)相位角一致的特征確定待測電纜為三相異軸電 纜。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中的回路工況預(yù)測步驟包括 判定步驟，判定回路電阻值符合運(yùn)算精度要求；
補(bǔ)償步驟，通過自動(dòng)增益補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)傳遞的音頻信號擁有足夠的強(qiáng)度，避免 被干擾噪音淹沒，從而保證信號接收裝置可以采集到足夠強(qiáng)度的電流幅值； 處理步驟，進(jìn)行準(zhǔn)確運(yùn)算以達(dá)到正確判斷的要求；
識(shí)別步驟，通過遠(yuǎn)距離高精度授時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算相位角和相位差，
以準(zhǔn)確識(shí)別待測電纜；
存儲(chǔ)步驟，存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)過程中對工況模擬電路和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果； 比較步驟，判斷電纜回路中容抗效應(yīng)是否導(dǎo)致相位超前特征明顯，對接收
信號和基準(zhǔn)信號相位差設(shè)定寬容度，以提高測量的有效性和對實(shí)際工況的適應(yīng)性。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測方法中的接收裝置可以對多 路信號同時(shí)進(jìn)行采集。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測方法可以在不斷電情況下高 準(zhǔn)確性區(qū)分同源同體傳遞信號和同源異體感應(yīng)干擾信號。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測方法可在自帶工況條件評定 的針對多回路并行運(yùn)行的情況下，遠(yuǎn)距離對待測電纜進(jìn)行高準(zhǔn)確性的唯一性識(shí) 別。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置為基準(zhǔn)音頻信號 發(fā)射裝置。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置至少包括音頻信 號產(chǎn)生單元、MCU中央處理器、回饋信號無線接收單元、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)單元、高 精度授時(shí)接收單元、信號合成單元、功率放大單元和輸出單元。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中音頻信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生固定頻
率的音頻信號，回饋信號無線接收單元接收自接收裝置發(fā)出的回饋信號，并由
MCU中央處理器對發(fā)射信號進(jìn)行自動(dòng)增益補(bǔ)償調(diào)節(jié)，信號合成單元將低頻信號和 接收的高精度授時(shí)信號合成，進(jìn)行初始同步，經(jīng)過功率放大單元進(jìn)行功率放大， 再經(jīng)輸出單元作最終的基準(zhǔn)音頻信號輸出。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號接收裝置至少包括音頻信 號接收裝置、過濾整理單元、功率放大單元、MCU中央處理器、回饋信號無線發(fā) 射單元、高精度授時(shí)接收單元、模式控制單元和信息顯示器。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中音頻信號接收裝置采集電纜傳 遞的信號后經(jīng)過濾整理單元濾波處理，取其與發(fā)射信號相同的頻率信號進(jìn)行放 大、降噪整理，如果信號強(qiáng)度足夠，進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn) 算判斷；
如果信號強(qiáng)度不夠，低于設(shè)定值，則激發(fā)回饋信號無線發(fā)射單元發(fā)射增益 調(diào)整信號，調(diào)整發(fā)射裝置的發(fā)射功率和電壓，形成足夠強(qiáng)度和高清晰度的傳遞 信號，其后進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判斷；
MCU中央處理器通過預(yù)設(shè)程序?qū)υ撔盘栠M(jìn)行處理，計(jì)算電流信號幅值、回 路電阻、信號相位值、與基準(zhǔn)信號相位差，經(jīng)邏輯判斷后分別在信息顯示器進(jìn) 行對應(yīng)顯示，模式控制單元根據(jù)三相同軸、三相異軸的電纜選擇控制MCU中央 處理器的運(yùn)算模式。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測方法能對遠(yuǎn)距離并行的包括 一橋多線的多回路運(yùn)行電纜進(jìn)行準(zhǔn)確的唯一性識(shí)別。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置在檢測端一次性采集該 區(qū)塊所有電纜的全部信號，包括目標(biāo)信號、感應(yīng)信號、干擾信號、同源旁路信 號等。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中授時(shí)同步裝置使用的授時(shí)同步 技術(shù)包括GPS時(shí)鐘無線同步、中國北斗星定位授時(shí)技術(shù)、RCT無線授時(shí)技術(shù)、原 子鐘或同源晶振時(shí)鐘近距離無線或有線同步。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中確定了待測電纜后通過液晶顯 示單元輸出顯示。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，對液晶顯示單元采用總線驅(qū)動(dòng)方式 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以節(jié)約MCU的時(shí)序開銷，減少電源損耗，以延長使用時(shí)間。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，在該檢測方法中，信號發(fā)射裝置可 在電纜不斷電或使用中的情況下，向待測電纜加載電信號，也即該檢測方法可 在電纜不斷電或使用中的情況下進(jìn)行檢測。
2.本發(fā)明還提供一種遠(yuǎn)距離進(jìn)行待測電纜全特征分析的檢測裝置，用于對 待測電纜進(jìn)行高準(zhǔn)確性識(shí)別檢測，通過對待測電纜施加一電信號后，對接收所 回饋電信號的全過程進(jìn)行電壓、電流、幅值、方向、相位角和相位差等全特征 分析從而判斷待測電纜的類型，該裝置包括信號發(fā)射裝置和信號接收裝置，其 中使用信號發(fā)射裝置向待測電纜加載電信號、使用信號接收裝置對待測電纜進(jìn) 行信號采集并放大，所接收的信號通過A/D轉(zhuǎn)換、放大、補(bǔ)償、同步等處理后 與基準(zhǔn)電纜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定其類型；其特征在于該裝置還包括
計(jì)算裝置，通過對待測電纜中電壓、電流的測算，計(jì)算回路電阻；
預(yù)測裝置，根據(jù)所計(jì)算的電阻數(shù)值進(jìn)行回路工況預(yù)測；
增益調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)該工況預(yù)測值，通過信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之
間的傳輸回饋信號進(jìn)行發(fā)射信號的增益調(diào)節(jié)；
授時(shí)同步裝置，在信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度授
時(shí)(加入時(shí)間信號)同步；
確定裝置，根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)來確定待測電纜的類型。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率的電信號。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率的音頻信號。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中加載的是固定頻率且?guī)в凶詣?dòng)
增益調(diào)節(jié)功能的音頻信號。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中的信號發(fā)射裝置和信號接收裝
置是通過信號耦合方式向待測電纜進(jìn)行信號的加載和采集。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行
音頻信號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的
方式進(jìn)行的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行 音頻信號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的 方式進(jìn)行的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間是通過無線方式傳輸回饋信號的。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中確定待測電纜的類型的確定裝 置包括
定義裝置，對待測電纜進(jìn)行部分特定特征的定義； A/D轉(zhuǎn)換器，對接收的音頻信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換； MCU，取數(shù)字信號進(jìn)入MCU進(jìn)行同步處理；
計(jì)算裝置，對待測電纜信號的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過事先的模擬電路理 論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定判斷程序和基準(zhǔn)信號；
比較裝置，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較； 輸出裝置，根據(jù)比較結(jié)果確定待測電纜的類型并輸出。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中對待測電纜進(jìn)行部分特定特征 的定義中，該特定特征可以是首端相位角。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中所計(jì)算的待測電纜信號的相關(guān) 數(shù)據(jù)中，三相異軸電纜是對相位角進(jìn)行計(jì)算，三相同軸電纜是計(jì)算出接收信號 與發(fā)射信號之間的偏移度。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，對滿足相位偏移度同一特征的待測 電纜判定為三相同軸電纜，根據(jù)相位角一致的特征確定待測電纜為三相異軸電 纜。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中的回路工況預(yù)測裝置包括 判定裝置，判定回路電阻值符合運(yùn)算精度要求；
補(bǔ)償裝置，通過自動(dòng)增益補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)傳遞的音頻信號擁有足夠的強(qiáng)度，避 免被干擾噪音淹沒，從而保證信號接收裝置可以采集到足夠強(qiáng)度的電流幅值； 處理器，進(jìn)行準(zhǔn)確運(yùn)算以達(dá)到正確判斷的要求；
識(shí)別裝置，通過遠(yuǎn)距離高精度授時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算相位角和相位 差，以準(zhǔn)確識(shí)別待測電纜；
存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)過程中對工況模擬電路和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果； 比較裝置，判斷電纜回路中容抗效應(yīng)是否導(dǎo)致相位超前特征明顯，對接
收信號
和基準(zhǔn)信號相位差設(shè)定寬容度，以提高測量的有效性和對實(shí)際工況的適應(yīng)性。 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置中的接收裝置可以對多
路信號同時(shí)進(jìn)行采集。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置可以在不斷電情況下高 準(zhǔn)確性區(qū)分同源同體傳遞信號和同源異體感應(yīng)干擾信號。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置可在自帶工況條件評定 的針對多回路并行運(yùn)行的情況下，遠(yuǎn)距離對待測電纜進(jìn)行高準(zhǔn)確性的唯一性識(shí) 別。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置為基準(zhǔn)音頻信號 發(fā)射裝置。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置至少包括音頻信
號產(chǎn)生單元、MCU中央處理器、回饋信號無線接收單元、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)單元、高 精度授時(shí)接收單元、信號合成單元、功率放大單元和輸出單元。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中音頻信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生固定頻 率的音頻信號，回饋信號無線接收單元接收自接收裝置發(fā)出的回饋信號，并由 MCU中央處理器對發(fā)射信號進(jìn)行自動(dòng)增益補(bǔ)償調(diào)節(jié)，信號合成單元將低頻信號和 接收的高精度授時(shí)信號合成，進(jìn)行初始同步，經(jīng)過功率放大單元進(jìn)行功率放大， 再經(jīng)輸出單元作最終的基準(zhǔn)音頻信號輸出。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號接收裝置至少包括音頻信 號接收裝置、過濾整理單元、功率放大單元、MCU中央處理器、回饋信號無線發(fā) 射單元、高精度授時(shí)接收單元、模式控制單元和信息顯示器。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中音頻信號接收裝置釆集電纜傳 遞的信號后經(jīng)過濾整理單元濾波處理，取其與發(fā)射信號相同的頻率信號進(jìn)行放 大、降噪整理，如果信號強(qiáng)度足夠，進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn) 算判斷；
如果信號強(qiáng)度不夠，低于設(shè)定值，則激發(fā)回饋信號無線發(fā)射單元發(fā)射增益 調(diào)整信號，調(diào)整發(fā)射裝置的發(fā)射功率和電壓，形成足夠強(qiáng)度和高清晰度的傳遞 信號，其后進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判斷；
MCU中央處理器通過預(yù)設(shè)程序?qū)υ撔盘栠M(jìn)行處理，計(jì)算電流信號幅值、回 路電阻、
信號相位值、與基準(zhǔn)信號相位差，經(jīng)邏輯判斷后分別在信息顯示器進(jìn)行對應(yīng)顯 示，模式控制單元根據(jù)三相同軸、三相異軸的電纜選擇控制MCU中央處理器的
運(yùn)算模式。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置能對遠(yuǎn)距離并行的包括 一橋多線的多回路運(yùn)行電纜進(jìn)行準(zhǔn)確的唯一性識(shí)別。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，該檢測裝置在檢測端一次性采集該 區(qū)塊所有電纜的全部信號，包括目標(biāo)信號、感應(yīng)信號、干擾信號、同源旁路信 號等。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中授時(shí)同步裝置使用的授時(shí)同步
技術(shù)包括GPS時(shí)鐘無線同步、中國北斗星定位授時(shí)技術(shù)、RCT無線授時(shí)技術(shù)、原 子鐘或同源晶振時(shí)鐘近距離無線或有線同步。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中確定了待測電纜后通過液晶顯 示單元輸出顯示。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，對液晶顯示單元采用總線驅(qū)動(dòng)方式 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以節(jié)約MCU的時(shí)序開銷，減少電源損耗，以延長使用時(shí)間。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，其中信號發(fā)射裝置可以在電纜不斷 電或使用中的情況下，向待測電纜加載電信號，也即該檢測裝置可以在電纜不 斷電或使用中的情況下對待測電纜進(jìn)行檢測。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 現(xiàn)有的以非開挖形式對地下電纜進(jìn)行尋蹤檢測的設(shè)備都是基于電磁感應(yīng) 原理來進(jìn)行測量判斷的，如果待測電纜回路電阻過大，比如接地缺損、接地不 良、電纜老化、防護(hù)層破損、接頭受潮等因素，都會(huì)引起信號過度衰減甚至無 信號，測量結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)判斷不明甚至錯(cuò)誤，而現(xiàn)有的檢測設(shè)備不具備工況條 件判斷能力，檢測人員單純以最終信號作為測量依據(jù)，帶有很大的不確定性， 無法準(zhǔn)確判定目標(biāo)電纜。本發(fā)明采用電纜回路工況預(yù)評定設(shè)計(jì)，判定回路電租 值是否符合運(yùn)算精度要求，并且通過自動(dòng)增益補(bǔ)償使傳遞的音頻信號擁有足夠 的強(qiáng)度，避免過度分流、衰減或被干擾噪音淹沒，從而保證接收裝置可以采集 到強(qiáng)度足夠的電流幅值，從而進(jìn)行準(zhǔn)確運(yùn)算以達(dá)到正確判斷的要求，有效實(shí)現(xiàn) 安全、準(zhǔn)確、快速、操作簡便測量要求。該裝置還具備節(jié)電功能，有效地延長 了室外測量的工作時(shí)間。目前市場上通常使用的電纜檢測儀器功率都在
15W—25W,用自有電池，在實(shí)際測量工作中都普遍存在連續(xù)工作時(shí)間短，工作 效率低的情況，本發(fā)明可以有效解決該缺陷。
2、 在電纜運(yùn)行(也包括非運(yùn)行)工況下，通過遠(yuǎn)距離(大于2公里，理論
上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百公里)高精度授時(shí)同步技術(shù)(包括但不限于GPS時(shí)鐘無線同步、 中國北斗星定位授時(shí)技術(shù)、RCT無線授時(shí)技術(shù)、原子鐘或同源晶振時(shí)鐘近距離無
線或有線同步)，實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算相位角(三相異軸)和相位差(三相同軸)， 可以進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)電纜；
3、采用寬容度設(shè)定，根據(jù)現(xiàn)有的物理學(xué)理論，回路的容抗效應(yīng)導(dǎo)致相位偏 移超前，回路的感抗效應(yīng)導(dǎo)致相位偏移滯后，而在實(shí)際工況條件，電纜回路中 容抗效應(yīng)導(dǎo)致相位超前特征明顯，感抗效應(yīng)導(dǎo)致相位滯后特征幾乎為零可以忽 略，根據(jù)這一原理，對接收信號和基準(zhǔn)信號相位差設(shè)定寬容度，以提高測量的 有效性和對實(shí)際工況的適應(yīng)性。
四

以下通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明
圖1為本發(fā)明的檢測方法和步驟流程圖2為本發(fā)明的實(shí)際工況連接模擬圖3為本發(fā)明的根據(jù)實(shí)際工況繪制的基本電路原理圖4為本發(fā)明的發(fā)射裝置流程圖5為本發(fā)明的接收裝置流程圖6為本發(fā)明中使用的UAF 42的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖7為本發(fā)明的液晶顯示部分的電路連接圖8為本發(fā)明的二級濾波放大及增益調(diào)節(jié)電路圖。 圖9為本發(fā)明的液晶顯示部分的出現(xiàn)的一個(gè)界面。 圖10為用戶正常關(guān)機(jī)時(shí)的界面。
圖ll為電池電量低，已經(jīng)影響到測量準(zhǔn)確性，設(shè)備自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)的界面
五具體實(shí)施例方式
圖1所表述的是本發(fā)明所提供的專門用于多回路(并行)運(yùn)行電纜遠(yuǎn)距離 探測中進(jìn)行高準(zhǔn)確性唯一性識(shí)別目標(biāo)管線及相位的檢測方法和步驟流程，其特 征是-
1、在電纜運(yùn)行工況下，發(fā)射機(jī)通過信號耦合方式向管線進(jìn)行非接觸加載固 定頻率并帶有自動(dòng)增益調(diào)節(jié)功能的音頻信號；
2、 接收機(jī)采用信號耦合方式對待測電纜進(jìn)行非接觸采集音頻信號并進(jìn)行放
大；
3、 通過電壓、電流的計(jì)算，測算回路電阻，進(jìn)行回路工況預(yù)評定；
4、 根據(jù)工況預(yù)評定值，通過接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的無線方式傳輸回饋信號 進(jìn)行發(fā)射信號的增益調(diào)節(jié)；
5、 在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度授時(shí)同步，對三相異軸電纜進(jìn)行首 端相位角定義；
6、 對接收的音頻信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，取數(shù)字信號進(jìn)入MCU進(jìn)行同步處理； 對三相異軸電纜計(jì)算信號的相位角，對三相同軸電纜計(jì)算與基準(zhǔn)信號的偏移度；
7、 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電場與磁場轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)穿過回路的磁通 量發(fā)生變化時(shí)，回路中的感生電動(dòng)勢s感的大小和穿過回路的磁通量變化率成 正比，即s感；Acp/At。當(dāng)磁通量增加時(shí)，Acp/AtX),這時(shí)s感為負(fù)值，即感 生電流產(chǎn)生的磁場和原磁場方向相向；當(dāng)磁通量減少時(shí)，Acp/AtO，這時(shí)s感 為正值，即感生電流產(chǎn)生的磁場和原磁場方向相同的原理，設(shè)定判斷程序，假 設(shè)加載信號的感應(yīng)電流方向?yàn)檎较?，則由該電纜交變磁通感應(yīng)到相鄰電纜上 產(chǎn)生的電流為負(fù)方向，電流方向與信號加載電纜相反。由于實(shí)際工況(電纜容 抗、感抗)的差異，留有一定余量，通過事先的模擬電路理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 設(shè)定判斷程序，滿足同一電纜特征相位偏移度特征的電纜判定為目標(biāo)電纜(三 相同軸)；
8、 根據(jù)相位角一致的特征確定電纜對應(yīng)關(guān)系(三相異軸)。 在其中的回路工況預(yù)評定環(huán)節(jié)中，先確定待測電纜回路電阻小于一個(gè)一定
的范圍，以滿足根據(jù)本方法所建立的計(jì)算模型精確范圍。信號加載裝置通過與 金屬管線封閉環(huán)繞的信號圈發(fā)射固定頻率為4kHz的音頻信號，并且通過GPS 授時(shí)技術(shù)，將該信號與PPS脈沖的上升沿同步。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，通 過磁通感應(yīng)在待測電纜金屬層上形成感生電流，在采集端收集電流信號，通過 對電壓、電流值的測量運(yùn)算，判斷該電纜回路電阻，如符合回路電阻小于100 歐姆要求，則判定該電纜工況條件滿足本測量算法的要求，可保證計(jì)算判斷的 準(zhǔn)確性，允許進(jìn)入后續(xù)測量程序；如果工況條件不滿足，則進(jìn)行提示進(jìn)行工況 分析并相應(yīng)調(diào)整。
在工況條件滿足但仍然存在電流信號低于設(shè)定值的現(xiàn)象的情況下，可判斷
為過度衰減，則激發(fā)回饋增益調(diào)整信號，調(diào)整發(fā)射裝置的發(fā)射功率和電壓，形 成足夠強(qiáng)度和高清晰度的傳遞信號?；芈饭r預(yù)評定的可靠性是準(zhǔn)確測量的基 礎(chǔ)。
所接收的信號必須先經(jīng)濾波、放大、降噪整理，才能與所發(fā)射的信號進(jìn)行
比較，這里選擇帶通濾波技術(shù)進(jìn)行處理。通過帶通濾波技術(shù)濾去高于4kHz和低 于4kHz的干擾波，得到需要的4kHz音頻波。這個(gè)任務(wù)就由帶通濾波器UAF 42 來完成，UAF 42兼具濾波和放大功能，可一次性完成濾波和放大的作用，直接 得到足夠強(qiáng)度和清晰度的發(fā)射波形。
然后對上述信號進(jìn)行高精度授時(shí)同步，高精度授時(shí)同步是準(zhǔn)確測量的關(guān)鍵。 信號接收裝置通過同步技術(shù)(包括但不限于GPS時(shí)鐘無線同步、中國北斗星定 位授時(shí)技術(shù)、RCT無線授時(shí)技術(shù)、原子鐘或同源晶振時(shí)鐘近距離無線或有線同步) 采集精確的時(shí)鐘同步基準(zhǔn)信號；根據(jù)4kHz的信號頻率，其相位特征判斷所采用 的同步信號比較必須達(dá)到50ns的授時(shí)精度要求；考慮目前技術(shù)的成熟性和精度 要求，本裝置采用GPS時(shí)鐘無線同步授時(shí)技術(shù)，使用GPS模塊輸出的PPS脈沖 實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收的同步，由于發(fā)射的頻率(4kHz)比較高，所以使用ls脈沖輸 出的PPS完全可以滿足需要。同時(shí)附帶一個(gè)功能就是采集工作地區(qū)的經(jīng)緯度， 以便工作人員做軌跡測量的功能拓展。
我們最后選擇了芬蘭的iTmx03-02系列GPS模塊，iTmx03-02是目前世界 上體積小、功耗低的GPSOEM板，其尺寸僅為26mmx26mmx4.7mm，休眠時(shí) 功耗僅為80uW，連續(xù)導(dǎo)航時(shí)不超過110mW，并且其從休眠到導(dǎo)航定位僅為8 秒鐘，具有極快的信號獲取引擎。iTrax03-02采用芯片嵌入設(shè)計(jì)，直接集成在 PCB板上，最大限度地節(jié)省了空間，可更加靈活地進(jìn)行產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計(jì)，保證 了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的一致化。從iTrax03-02的接口來看，其自帶了 2個(gè)UART接口 ， 可接收NMEA0183格式的數(shù)據(jù)和二進(jìn)制的iTack格式數(shù)據(jù)，其中iTack數(shù)據(jù)可 輸出偽短值、星歷值和其他一些原始數(shù)據(jù)。為方便產(chǎn)品開發(fā)商的設(shè)計(jì)，iTmx03-02 上還帶有16位的GPIO和SPI接口 ，可方便地對其進(jìn)行控制和擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。 iTrax03-02內(nèi)嵌8Mbit的Flash存儲(chǔ)器，可用于存儲(chǔ)中間定位數(shù)據(jù)，并為授時(shí)應(yīng) 用提供極高的精度，精度為20ns。
經(jīng)授時(shí)同步的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，進(jìn)入MCU 中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判斷，在MCU內(nèi)部進(jìn)行一系列復(fù)雜運(yùn)算后，計(jì)算得到感應(yīng)
波形的幅值、電流、和相位角或相位差，然后根據(jù)所得到的電流、電阻和相位 關(guān)系來進(jìn)行電纜唯一性的鑒別，這一點(diǎn)是準(zhǔn)確測量的核心。 對三相異軸電纜類型，相位角一致的為目標(biāo)電纜。
對三相同軸電纜類型，則對上述參數(shù)進(jìn)行邏輯處理和特征比較，必須同時(shí) 滿足下列條件的
1) 工況條件要求回路電阻小于100歐姆；
2) 電流值必須介于0.95Imax和Imax之間(全部電纜信號電流最大值)；
3) 相位特征(偏移度)必須在L2:rt-2.0n之間； 三條件同時(shí)滿足的可以準(zhǔn)確判定發(fā)射信號電流與采集信號方向一致為目標(biāo)
電纜，并由指示器進(jìn)行明確指示。
圖2為實(shí)際工況連接模擬圖，在電力電纜的敷設(shè)中，按施工標(biāo)準(zhǔn)要求外金 屬護(hù)層(護(hù)套、鎧裝)兩端良好接地，金屬護(hù)層內(nèi)、外都還有一至二層絕緣層， 與導(dǎo)電芯線和大地分別絕緣，發(fā)射信號就是利用外金屬護(hù)層(鎧裝層)進(jìn)行傳 遞。
信號發(fā)射裝置通過信號耦合方式向管線/電纜加載經(jīng)過授時(shí)的4kHz頻率的
基準(zhǔn)音頻電流信號，我們定義為Il，在遠(yuǎn)端測量點(diǎn)采集的電流信號定義為ir， 外層金屬護(hù)層(護(hù)套、鎧裝)兩端良好接地形成回路，信號電流ir就通過該護(hù) 層流動(dòng)傳遞，流經(jīng)遠(yuǎn)端經(jīng)接地回流到發(fā)射端，我們把經(jīng)大地回流的電流定義為 ir，。
同時(shí)，電流ii'在外層金屬護(hù)層傳遞過程中，根據(jù)電磁理論，交變電流產(chǎn)生 交變的磁通，由于外層金屬護(hù)層之外沒有金屬屏蔽層，該交變的磁通可以向外 輻射并在相鄰的電纜外層金屬護(hù)層形成反方向的感應(yīng)電流(根據(jù)左手法則和右 手法則的轉(zhuǎn)化，此為公開并己成熟的電工原理，在此不詳加闡述，可參見教科 書或工具書)。無論施加電信號的電纜與相鄰電纜之間位置如何，或者相鄰電 纜之間感應(yīng)電流相互影響有多大，相鄰電纜與施加電信號的電纜之間的電流方
向始終是相反的，我們把經(jīng)相鄰電纜外金屬護(hù)層感應(yīng)的電流定義為12'。 如果相鄰電纜外金屬護(hù)層沒有兩端接地，則形不成回路，12' =0。... 依此類推，如果目標(biāo)電纜周邊相鄰多條電纜，則分別定義為I2'， 13'......
由于電纜外金屬護(hù)層(除了兩端外)與大地絕緣，我們可以把這種狀態(tài)模
擬成在電路上并接一個(gè)大電容。
由于電纜外層金屬護(hù)層為旋轉(zhuǎn)纏繞的金屬導(dǎo)體，加上電纜在敷設(shè)過程中也 可能發(fā)生自身旋轉(zhuǎn)扭曲和相互纏繞，我們可以把這種狀態(tài)模擬成在電路上串接 一個(gè)大電感。
不同電纜的兩端接地?zé)o論接地端是否連接，還是接地端距離遠(yuǎn)近，我們可 以把這種狀態(tài)模擬成共同接地。
根據(jù)實(shí)際工況模擬出來的基本電路原理見圖3。
圖3為根據(jù)實(shí)際工況繪制的基本電路原理，根據(jù)該電路圖，如果在目標(biāo)電
纜的發(fā)射端加載基準(zhǔn)音頻信號ii,在接收端采集的信號為n'，考慮到電纜與大 地電容效應(yīng)而產(chǎn)生的容抗漏電流，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際測量，容抗漏電流與電纜主電
流ir相比要小得多，基本可以忽略；同時(shí)發(fā)明所涉及的技術(shù)核心為加載主電流
的電流方向與感應(yīng)電流的電流方向相反，因此對容抗漏電流及大地回流電流的 大小不作詳細(xì)展開及定量分析，實(shí)際操作中，根據(jù)檢測距離的遠(yuǎn)近，距離越近， 經(jīng)大地回流的電流比容抗漏電流大得越多，因此近距離時(shí)可以忽略容抗漏電流
的影響；而當(dāng)距離越來越遠(yuǎn)時(shí)，經(jīng)大地回流的電流和容抗漏電流雖然都會(huì)因距
離而衰減，但是經(jīng)放大后容抗漏電流會(huì)對經(jīng)大地回流的電流產(chǎn)生更大的噪聲，
影響檢測的結(jié)果，因此，在幾百公里以下的距離中我們可以得出ii" ir " 12， + 13' + 14' +......，由此可以知道r在接收端所有電纜采集信號中其數(shù)值是最
大的，那么可以通過信號接收裝置接收到的感應(yīng)電流r幅值來作為唯一性判斷 的依據(jù)之一。
如果目標(biāo)電纜相鄰只有一條電纜并行，則ir " 12'; 同時(shí)，從該電路圖工作原理我們可以判斷基準(zhǔn)音頻信號ii和ir是同方向 的，II和感應(yīng)電流12，、 13，.......的電流方向是相反的。由于i是一個(gè)經(jīng)過高
精度授時(shí)的4kHz頻率的信號，通過接收裝置所采集到經(jīng)電纜外層金屬護(hù)層傳遞 的信號，在實(shí)現(xiàn)高精度同步授時(shí)的條件下，完全可以通過MCU中央處理器的計(jì)
算判斷其ir相位角或與基準(zhǔn)音頻信號ii的相位差，因此可以利用相位特征來判
斷電纜的唯一性。
圖4為發(fā)射裝置流程圖，信號發(fā)射裝置為基準(zhǔn)音頻信號發(fā)射裝置，其至少 包括音頻信號產(chǎn)生單元、MCU中央處理器、回饋信號無線接收單元、自動(dòng)增益調(diào)
節(jié)單元、高精度授時(shí)接收單元、信號合成單元、功率放大單元和輸出單元，音 頻信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生固定頻率的音頻信號，回饋信號無線接收單元接收回饋信
號并由MCU中央處理器對發(fā)射信號進(jìn)行自動(dòng)增益補(bǔ)償調(diào)節(jié)，信號合成單元將低 頻信號和接收的高精度授時(shí)信號合成，進(jìn)行初始同步，經(jīng)過功率放大單元進(jìn)行 功率放大，再經(jīng)輸出單元作最終的基準(zhǔn)音頻信號輸出。
首先由音頻信號產(chǎn)生單元產(chǎn)生4kHz音頻信號，幅值為200V，在信號合成 單元與GPS授時(shí)信號疊加后，該信號在PPS脈沖的上升沿同步，然后由功率放 大單元進(jìn)行功率放大輸出到信號發(fā)生鉗，對待測電纜進(jìn)行信號加載。
如果電纜外層金屬護(hù)層回路電阻過大，接收裝置接收到的電流信號r過小， 低于設(shè)定值，則會(huì)激發(fā)增益調(diào)整信號，信號發(fā)射裝置的回饋信號無線接收單元 接收到該信號后，通過MCU中央處理器控制自動(dòng)增益調(diào)節(jié)單元進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，
提高發(fā)射功率和輸出電壓值，促使從電纜外層金屬護(hù)層傳遞的電流r升高達(dá)到
測量所要求的數(shù)值。
如果發(fā)射輸出功率經(jīng)過增益調(diào)整到IOOW，輸出電壓為200V，接收端所采集
的r仍然過小，則可以判斷回路工況不符合測量條件(比如一端未接地或缺損，
電流從外絕緣護(hù)層破損處流出、兩端接地但接地電阻非常大等因素)，通過顯 示"工況不符"，提示工作人員對工況不符原因進(jìn)行排査解決，以避免錯(cuò)誤判 斷。
圖5為接收裝置流程圖，信號接收裝置至少包括音頻信號接收裝置、過濾 整理單元、功率放大單元、MCU中央處理器、回饋信號無線發(fā)射單元、高精度授 時(shí)接收單元、模式控制單元和信息顯示器；音頻信號接收裝置采集電纜傳遞的 信號后經(jīng)過濾整理單元濾波處理，取其與發(fā)射信號相同的頻率信號進(jìn)行放大、 降噪整理，如果信號強(qiáng)度足夠，進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判 斷；如果信號強(qiáng)度不夠，低于設(shè)定值，則激發(fā)回饋信號無線發(fā)射單元發(fā)射增益 調(diào)整信號，調(diào)整發(fā)射裝置的發(fā)射功率和電壓，形成足夠強(qiáng)度和高清晰度的傳遞 信號，其后進(jìn)行授時(shí)同步進(jìn)入MCU中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判斷；MCU中央處理器通 過預(yù)設(shè)程序?qū)υ撔盘栠M(jìn)行處理，計(jì)算電流信號幅值、回路電阻、信號相位值、 與基準(zhǔn)信號相位差，經(jīng)邏輯判斷后分別在信息顯示器進(jìn)行對應(yīng)顯示，模式控制 單元根據(jù)三相同軸、三相異軸的電纜選擇控制MCU中央處理器的運(yùn)算模式。
信號接收裝置采集檢測區(qū)域內(nèi)各電纜的信號(注意信號夾鉗標(biāo)注有方向， 在發(fā)射端和接收端必須嚴(yán)格保持信號夾鉗方向一致)，將各信號選擇4kHz部分 進(jìn)行濾波、放大、降噪，并進(jìn)行同步授時(shí)，在接收裝置中含有和發(fā)射裝置同等
精度的GPS模塊，用來產(chǎn)生基準(zhǔn)的PPS秒同步脈沖信號，通過此同步脈沖信號， 輸入到MCU中央處理器計(jì)算出接收信號峰值相對于PPS同步脈沖信號的相位(也 就是相對于發(fā)射信號的相位)，計(jì)算相同時(shí)點(diǎn)的信號幅值、信號相位角、與基準(zhǔn) 信號相位差，并將上述各數(shù)值分別在信息顯示器進(jìn)行對應(yīng)顯示；前面己經(jīng)表述， 根據(jù)現(xiàn)有的物理學(xué)理論和我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回路的容抗效應(yīng)導(dǎo)致相位偏移超前； 回路的感抗效應(yīng)導(dǎo)致相位偏移滯后，而實(shí)際工況條件，電纜回路中容抗效應(yīng)導(dǎo) 致相位超前特征明顯，感抗效應(yīng)導(dǎo)致相位滯后特征幾乎為零，取相位特征(偏移 度)向前0-0.8:i為寬容度許可值(寬容度設(shè)定，改變本數(shù)字范圍將會(huì)改變測量 精確度)；同時(shí)通過預(yù)設(shè)程序進(jìn)行邏輯判斷。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，電場與磁場轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)穿過回路的磁通量 發(fā)生變化時(shí)，回路中的感生電動(dòng)勢s感的大小和穿過回路的磁通量變化率成正 比，即s感^Acp/At。當(dāng)磁通量增加時(shí)，Acp/AtX),這時(shí)e感為負(fù)值，即感生 電流產(chǎn)生的磁場和原磁場方向相向；當(dāng)磁通量減少時(shí)，Acp/AtO，這時(shí)s感為 正值，即感生電流產(chǎn)生的磁場和原磁場方向相同的原理，設(shè)定判斷程序，假設(shè) 加載信號的感應(yīng)電流方向?yàn)檎较?，則由該電纜交變磁通感應(yīng)到相鄰電纜上產(chǎn) 生的電流為負(fù)方向，電流方向與信號加載電纜相反。由于實(shí)際工況(電纜容抗、 感抗)的差異，留有一定余量，通過事先的模擬電路理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè) 定判斷程序，滿足同一電纜特征相位偏移度特征的電纜判定為目標(biāo)電纜(三相 同軸)
對三相異軸電纜類型，相位角一致的為目標(biāo)電纜；
對三相同軸電纜類型，則對上述參數(shù)進(jìn)行邏輯處理和特征比較，必須同時(shí) 滿足下列條件的
1、 工況條件要求回路電阻小于100歐姆；
2、 電流值必須介于0.95Imax和Imax之間(全部電纜信號電流最大值)；
3、 相位特征(偏移度)必須在1.211-2.0兀之間(寬容度設(shè)定)； 三條件同時(shí)滿足的可以準(zhǔn)確判定采集信號電流方向與發(fā)射信號電流方向一
致，確定為目標(biāo)電纜，電流值和相位特征(偏移度)不符合上述范圍則表明采 集信號電流方向與發(fā)射信號電流方向相反，并由指示器進(jìn)行明確指示判斷結(jié)果。
如果電纜外金屬護(hù)層回路電阻過大，接收裝置接收到的電流信號r過小， 低于設(shè)定值，則會(huì)激發(fā)增益調(diào)整信號，調(diào)整發(fā)射裝置的輸出功率，以提高采集
端的電流信號。
下面對本電路設(shè)計(jì)中的主要單元選型及工作模式進(jìn)一步說明-
可編程數(shù)字濾波器選用美國Burr-Brown公司的高集成度通用有源濾波器。 它具有設(shè)計(jì)方便、使用靈活的特點(diǎn)。通過改變UAF42的電路參數(shù)可以構(gòu)成各種 滿足工程實(shí)際需要的濾波器。UAF 42具有以下特點(diǎn)(電路結(jié)構(gòu)可參見附圖)
參通用性強(qiáng)，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成高通、低通、帶通和帶阻濾波器；
參設(shè)計(jì)簡單，Burr-Brown公司為UAF 42專門設(shè)計(jì)了一個(gè)軟件，從而可以方便靈 活地設(shè)計(jì)各種不同類型的濾波器；
參具有高精度頻率和高Q值；
攀片內(nèi)集成有1000pF土5yo的電容。
調(diào)節(jié)濾波器的參數(shù)可以得到不同放大倍數(shù)的波形，為了適應(yīng)不同電纜的需 要，需要對獲取到得感應(yīng)信號進(jìn)行放大或者縮小處理，這些功能僅僅需要簡單 修改UAF 42外圍電阻就可以實(shí)現(xiàn)。利用ADG409切換開關(guān)進(jìn)行切換，這樣就得 到了按照一定規(guī)律放大或者縮小的波形。借助于Burr-Brown公司的軟件，結(jié)合 實(shí)際工況，得到了圖8所示的濾波放大電路原理圖。
首先信號通過耦合電容從信號嵌進(jìn)入U(xiǎn)AF 42的輸入端，為了防止靜電和 電擊，在輸入級加了瞬變二極管和穩(wěn)壓管，保護(hù)UAF42，以保證系統(tǒng)的可靠性。 信號進(jìn)入U(xiǎn)AF42進(jìn)行濾波和放大，首先是一級濾波和一級放大，放大倍數(shù)通過 后面的電阻切換開關(guān)ADG409進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過MCU向ADG409的A0、 Al發(fā) 送不同的信號從S1A-S4A和S1B-S4B中各選取一個(gè)電阻進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。然后信 號從UAF 42的OUT 口輸出，并進(jìn)入到第二個(gè)UAF 42中進(jìn)行二級濾波和二級 放大，同理，通過UAF42和ADG409的配合，得到最終的輸出信號，此信號最 后再輸入到MCU的A/D端口進(jìn)行模擬一數(shù)字的轉(zhuǎn)變，通過MCU進(jìn)行運(yùn)算。如 果MCU預(yù)分析此信號幅度不滿足要求，則發(fā)送命令到ADG409進(jìn)行增益調(diào)節(jié)， 直到獲得一個(gè)900mV—1700mV的正弦波信號。
液晶顯示器采用通用的12864型圖形液晶顯示器，以方便在屏幕上面顯示 圖片和文字。液晶顯示器采用KS108驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為了節(jié)約MCU的時(shí) 序開銷，決定采用總線驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過MCU產(chǎn)生液晶顯示器所需要的 時(shí)序來進(jìn)行顯示。為了使KS108時(shí)序和MCU配合，需要硬件方面的預(yù)處理。 通過一個(gè)74HC00與非門產(chǎn)生液晶的E信號。圖7中的芯片9435是控制液晶顯
示器背光用的，考慮到手持型設(shè)備的電源供應(yīng)要盡可能的減少功耗，這里使用 芯片9435 PMOS的導(dǎo)通和斷開來控制背光的打開和關(guān)閉，做到人性化設(shè)計(jì)。 液晶的顯示界面如圖9所示。
現(xiàn)場測量工具要求簡單、直觀、易操作，我們設(shè)計(jì)主要的工作界面信息如
下
1. 電阻值，該值為電纜回路的接地電阻，如果回路電阻過大，就需提高發(fā)射功 率和電壓，或提示其他處理；
2. 電流，該值為當(dāng)前測量電纜采集到的感應(yīng)電流大?。?br> 3. 相位特征(偏移度)，該值為當(dāng)前測量電纜采集到的波形信號相對于發(fā)射裝 置基準(zhǔn)信號波形的超前或者滯后角度，這個(gè)為判斷電纜唯一性最重要的依據(jù)；
4. 電池電量，方便用戶時(shí)刻觀察電池電量，保證工作電壓；
5. 經(jīng)緯度，顯示此工作地的經(jīng)緯度，方便工作人員做統(tǒng)計(jì)。
此時(shí)用戶正常關(guān)機(jī)界面如圖10所示。此時(shí)出現(xiàn)電池電量低，已經(jīng)影響到測 量準(zhǔn)確性，設(shè)備自動(dòng)關(guān)機(jī)界面如圖ll所示。
綜上所述，我們認(rèn)為本發(fā)明利用了當(dāng)前最先進(jìn)的多種技術(shù)基礎(chǔ)(電磁理論、 電工原理、高精度授時(shí)技術(shù)、微電子技術(shù))進(jìn)行開發(fā)和組合，結(jié)合《國家電網(wǎng) 公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)》要求，根據(jù)我國地下電力電纜的實(shí)際敷設(shè)情況和結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)，專門針對在非開挖、不停運(yùn)的工作條件下，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、迅速、 高準(zhǔn)確性識(shí)別目標(biāo)電纜的唯一性和計(jì)算相位角的方法，并通過實(shí)驗(yàn)樣機(jī)驗(yàn)證了 本方法的有效性和可行性；解決了電力部門多年來未能有效解決的、現(xiàn)有檢測 手段和方法帶有明顯缺陷和不足的客觀難題，為電力地下電纜普査、軌跡定位、 故障點(diǎn)的快速査找判斷，提供了有效、可靠的保證；并且在裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)上， 充分體現(xiàn)了測量準(zhǔn)確性、功能前瞻性、現(xiàn)場適應(yīng)性、操作傻瓜型的設(shè)計(jì)理念， 可廣泛用于電力部門地下電纜復(fù)雜工況的準(zhǔn)確識(shí)別和軌跡定位。
本發(fā)明并非僅限于在此明確描述的實(shí)施例。雖然先前的描述和附圖描述了
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以理解在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在此 可以產(chǎn)生各種附加、修改和替換。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很清楚在不脫離本發(fā) 明的精神或本質(zhì)特性的情況下，可以以其他特殊形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例、以 及利用其他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到本 發(fā)明可以使用發(fā)明實(shí)際中使用的結(jié)構(gòu)、布置、比例、材料以及部件和其他的許 多修改，這些修改在不脫離本發(fā)明的原理的情況下而特別適應(yīng)于特殊環(huán)境和操 作需求。因此，當(dāng)前公開的實(shí)施例在所有方面應(yīng)被理解為說明性的而非對其請 求保護(hù)的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種待測電纜高準(zhǔn)確性識(shí)別檢測方法，于對待測電纜進(jìn)行高準(zhǔn)確性識(shí)別檢測，通過對待測電纜施加一電信號后，對接收所回饋電信號的全過程進(jìn)行電壓、電流、幅值、方向、相位角和相位差等全特征分析從而判斷待測電纜的類型，其中使用信號發(fā)射裝置發(fā)射電信號、使用信號接收裝置來接收信號，所接收的信號通過A/D轉(zhuǎn)換、放大、補(bǔ)償、同步等處理后與基準(zhǔn)電纜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定其類型；其特征在于其中包括下列步驟在電纜運(yùn)行不斷電或使用中的情況下，信號發(fā)射裝置向待測電纜加載固定頻率音頻信號；信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行非接觸式音頻信號采集并進(jìn)行放大；通過對待測電纜中電壓、電流的測算，計(jì)算回路電阻，根據(jù)所計(jì)算的電阻數(shù)值進(jìn)行回路工況預(yù)測；根據(jù)該工況預(yù)測值，通過信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間的傳輸回饋信號進(jìn)行發(fā)射信號的增益調(diào)節(jié)；在信號發(fā)射裝置和信號接收裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離高精度授時(shí)(加入時(shí)間信號)同步，根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)來確定待測電纜的類型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其中加載的是固定頻率的電信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測方法，其中加載的是固定頻率的音頻信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測方法，其中加載的是固定頻率且?guī)в凶詣?dòng)增益調(diào) 節(jié)功能的音頻信號。
5. 據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測方法，其中的信號發(fā)射裝置和信號接收裝置是 通過信號耦合方式向待測電纜進(jìn)行信號的加載和采集。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測方法，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行音頻信 號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的方式進(jìn)行的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測方法，其中信號發(fā)射裝置向待測電纜進(jìn)行音頻信 號的加載和信號接收裝置對待測電纜進(jìn)行音頻信號的采集是以非接觸的方式進(jìn)行的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3、 5所述的檢測方法，其中信號發(fā)射裝置和信號接收裝置之間 是通過無線方式傳輸回饋信號的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的檢測方法，其中確定待測電纜的類型的確定步驟包括定義步驟，對待測電纜進(jìn)行部分特定特征的定義； A/D轉(zhuǎn)換，對接收的音頻信號并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換； MCU處理，取數(shù)字信號進(jìn)入MCU進(jìn)行同步處理；計(jì)算步驟，對待測電纜信號的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過事先的模擬電路理論分析 和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定判斷程序和基準(zhǔn)信號；比較步驟，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較； 輸出步驟，根據(jù)比較結(jié)果確定待測電纜的類型并輸出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的檢測方法，其中對待測電纜進(jìn)行部分特定特征的定義 中，該特定特征可以是首端相位角。
全文摘要
一種遠(yuǎn)距離進(jìn)行待測電纜全特征分析的檢測方法及其裝置，可基于電壓、電流、幅值、方向和相位信號等對多回路運(yùn)行的待測電纜進(jìn)行全特征分析，具有多路信號同時(shí)采集、在不斷電情況下高準(zhǔn)確性識(shí)別同源同體傳遞信號與同源異體感應(yīng)干擾信號，以及自帶工況條件評定的唯一性識(shí)別待測電纜的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)射裝置向管線加載固定頻率的音頻信號，然后在檢測端一次性采集該區(qū)塊所有電纜的全部信號，接收裝置在獲取上述信號后進(jìn)行濾波、放大等處理，取等于發(fā)射頻率的信號與基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，經(jīng)數(shù)字處理、比較計(jì)算后，得到各組信號的電流值、各回路電阻值、各采集信號相位角及其和基準(zhǔn)信號的相位偏移度，與已知電纜基準(zhǔn)信號具有相同特征的電纜即為該種電纜。
文檔編號G01V1/00GK101359058SQ20081011672
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者嚴(yán)海林, 朱莉琴, 賈曉剛 申請人:嚴(yán)海林;賈曉剛;朱莉琴