本發(fā)明涉及一種電力電纜監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

電力電纜是用于電力的傳輸和分配，隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，電纜用量在整個(gè)電力傳輸線路中所占的比例日益提高，電纜和架空線路相比較，具有可靠性高，不容易受周圍環(huán)境和污染的影響，線間絕緣距離小，占地少，無干擾電波的有點(diǎn)，所以使用很廣泛。電纜在地下鋪設(shè)時(shí)，不占地面和空間，既安全又可靠，還不容易暴露目標(biāo)。

由于絕大多數(shù)的電纜鋪設(shè)在地下，隨著電纜的大量使用，電纜運(yùn)行時(shí)，由于外界和內(nèi)在的原因，都會發(fā)生一些故障，屬于不可預(yù)知現(xiàn)象，電纜發(fā)生故障以后，故障點(diǎn)的查找成了一個(gè)重大的問題。通過人力監(jiān)測耗時(shí)耗力，所以需要一種監(jiān)測方法來實(shí)現(xiàn)電纜故障電纜破損位置定位等提供數(shù)據(jù)的前期處理方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)電纜破損位置定位、電纜完整性數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)的前期處理。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析系統(tǒng)，包括：

信號收發(fā)單元，包括信號發(fā)射器、信號耦合器和信號接收器；信號發(fā)射器生成一定頻率的信號發(fā)送給信號耦合器，信號耦合器將發(fā)射信號作用于其末端掛接的被測電纜，并接收來自電纜的反射信號，所述信號耦合器用于隔離發(fā)射信號與反射信號；信號接收器分別接收來自信號耦合器輸出的反射信號和信號發(fā)射器輸出的發(fā)射信號，并輸出二者的幅值比和相位差作為測量數(shù)據(jù)；

單端口校準(zhǔn)模型，接收信號接收器輸出的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式，分析測量數(shù)據(jù)，定位破損位置，實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析。

還包括信號濾波單元，設(shè)置于信號接收器和單端口校準(zhǔn)模型之間，用于對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析方法，包括以下步驟：

1)基于標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，測量滿足逆傅里葉變換所需頻點(diǎn)的所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，得到信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式中的誤差項(xiàng)值：

其中S₁₁為測量數(shù)據(jù)，E_X為隔離誤差；E_D為方向性誤差；E_P為正向頻率跟蹤誤差；E_R為源失配誤差；E_s為反向頻率跟蹤誤差；R為真實(shí)的反射系數(shù)；

2)基于實(shí)際電纜，測量滿足逆傅里葉變換所需頻點(diǎn)的所有實(shí)際數(shù)據(jù)；

3)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)和信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式，得到實(shí)際的電纜反射系數(shù)，對實(shí)際的電纜反射系數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換，即可定位破損位置，實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析。

所述步驟1)包括以下步驟：

41)信號耦合器的末端掛接短路負(fù)載，短路負(fù)載的反射系數(shù)R＝-1；

42)信號發(fā)射器生成一定頻率的信號發(fā)送給信號耦合器；

43)單端口校準(zhǔn)模型得到此種頻率下的測量數(shù)據(jù)；

44)更改信號發(fā)射器發(fā)送正弦信號的頻率；重復(fù)步驟43)，重復(fù)次數(shù)滿足逆傅里葉變換所需要的頻點(diǎn)次數(shù)，測量完畢后記載測量數(shù)據(jù)。

45)更換負(fù)載為開路負(fù)載，開路負(fù)載的反射系數(shù)R＝1，重復(fù)步驟42)到步驟44)；

46)更換負(fù)載為電纜匹配負(fù)載，電纜匹配負(fù)載的反射系數(shù)R＝0，重復(fù)步驟42)到步驟44)；

47)當(dāng)三種負(fù)載測量完畢以后，根據(jù)信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式，得到E_X+E_D、E_P E_R和E_s的值；

所述步驟2)包括以下步驟：

51)在信號耦合器后面掛接實(shí)際被測通信電纜；

52)信號發(fā)射器生成一定頻率的信號發(fā)送給信號耦合器；

53)單端口校準(zhǔn)模型得到此種頻率下的測量數(shù)據(jù)；

54)更改信號發(fā)射器發(fā)送正弦信號的頻率；重復(fù)步驟53)，重復(fù)次數(shù)滿足逆傅里葉變換所需要的次數(shù)，測量完畢后記載測量值。

本發(fā)明的有益效果：

(1)通過將單端口測量校準(zhǔn)模型應(yīng)用于電纜的掃頻破損定位系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析；

(2)為電纜破損位置定位等提供數(shù)據(jù)的前期處理，保障了電纜的安全可靠運(yùn)行，從而保障了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明連接示意圖；

圖2為本發(fā)明信號收發(fā)單元示意圖；

圖3為本發(fā)明應(yīng)用流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析系統(tǒng)，包括：

信號收發(fā)單元，包括信號發(fā)射器、信號耦合器和信號接收器；信號發(fā)射器生成一定頻率的信號發(fā)送給信號耦合器，信號耦合器將發(fā)射信號作用于其末端掛接的被測電纜，并接收來自電纜的反射信號，所述信號耦合器用于隔離發(fā)射信號與反射信號；信號接收器分別接收來自信號耦合器輸出的反射信號和信號發(fā)射器輸出的發(fā)射信號，并輸出二者的幅值比和相位差作為測量數(shù)據(jù)；

信號發(fā)射器生成滿足逆傅里葉變換所需頻點(diǎn)的一系列頻率的信號。

單端口校準(zhǔn)模型，接收信號接收器輸出的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式，分析測量數(shù)據(jù)，定位破損位置，實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析。

還包括信號濾波單元，設(shè)置于信號接收器和單端口校準(zhǔn)模型之間，用于對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

所述單端口校準(zhǔn)模型為安裝在PC機(jī)上的一個(gè)模塊，用于對測量數(shù)據(jù)做糾正。

所述信號收發(fā)單元用于實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生發(fā)送，信號的耦合，以及信號的接收，信號發(fā)送單元采用AD9850實(shí)現(xiàn)正弦波頻率合成，信號接收采用AD8302高精度幅相檢測系統(tǒng)，信號耦合采用定向耦合器進(jìn)行耦合處理。

一種基于單端口測量校準(zhǔn)模型的電纜掃頻定位分析方法，通過以下步驟來完成：

步驟1：基于標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，測量滿足逆傅里葉變換所需頻點(diǎn)的所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，得到信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式中的誤差項(xiàng)值；

步驟2：基于實(shí)際電纜，測量滿足逆傅里葉變換所需頻點(diǎn)的所有實(shí)際數(shù)據(jù)；

步驟3：根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)和信號流圖理論應(yīng)用于單端口校準(zhǔn)模型的表達(dá)式，得到實(shí)際的電纜反射系數(shù)，對實(shí)際的電纜反射系數(shù)進(jìn)行逆傅里葉變換，即可定位破損位置，實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析。

所述步驟1，具體步驟如下：

1)單端口校準(zhǔn)模型與信號收發(fā)單元連接，信號收發(fā)單元的末端掛接短路負(fù)載，

2)信號收發(fā)單元設(shè)定一種正弦信號的發(fā)射頻率；

3)單端口校準(zhǔn)模型測量得到基于此種頻率下，反射信號的幅度和相位；

4)更改信號收發(fā)單元發(fā)送正弦信號的頻率；

5)重復(fù)步驟3)到步驟4)，直至得到所需要的點(diǎn)數(shù)，此處所指點(diǎn)數(shù)，是指PC端逆傅里葉變換所需要的點(diǎn)數(shù)，一般情況我們選擇1024點(diǎn)或者512點(diǎn)。

6)更換負(fù)載為開路負(fù)載，重復(fù)步驟2)到步驟5)；

7)更換負(fù)載為電纜匹配負(fù)載，重復(fù)步驟2)到步驟5)；

8)當(dāng)三種負(fù)載測量完畢以后，將數(shù)據(jù)傳遞給單端口校準(zhǔn)模型，單端口校準(zhǔn)模型根據(jù)信號流圖理論應(yīng)用于單口校準(zhǔn)模型的固定表達(dá)式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，該表達(dá)式為：

其中E_X為隔離誤差；

E_D為方向向性誤差；

E_P正向頻率跟蹤誤差；

E_R源失配誤差；

E_s為反向頻率跟蹤誤差；

R為真實(shí)的反射參數(shù)。

S₁₁為測量值。

該表達(dá)式變形以后為：

上述掛接三種負(fù)載以后，可以得到對應(yīng)的反射系數(shù)測量值，分別為：

M₃＝E_X+E_D

其中M1.，M2，M3分別為掛接短路負(fù)載，開路負(fù)載，電纜匹配負(fù)載下的測量值。

根據(jù)上述結(jié)果，可以計(jì)算出各誤差項(xiàng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

E_X+E_D＝M₃

得到M1、M2、M3后，即可根據(jù)上述表達(dá)式得到ErEp、Ex+Ed和Es的值。

所述步驟2，具體步驟如下：

1)在信號收發(fā)單元后面掛接實(shí)際被測通信電纜；

2)信號收發(fā)單元設(shè)定一種正弦信號的發(fā)射頻率；

3)測量反射信號的幅度，相位，得到此點(diǎn)頻率下的數(shù)據(jù)；

4)更改信號收發(fā)單元發(fā)送正弦信號的頻率；

5)重復(fù)步驟3)到步驟4)，直至得到所需要的點(diǎn)數(shù)；

6)將數(shù)據(jù)傳遞給單端口校準(zhǔn)模型。

所述步驟3，基于步驟2)所得到的數(shù)據(jù)，按照上述公式，得到真實(shí)的電纜反射系數(shù)R，將真實(shí)值R進(jìn)行逆傅里葉變換，定位破損位置，進(jìn)行電纜屏蔽層完整性及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，以實(shí)現(xiàn)電纜完整性數(shù)據(jù)分析，電纜破損位置定位等提供數(shù)據(jù)的前期處理。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。