基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置及检测方法制造方法及图纸

基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置及检测方法，包括电混沌源、功率分配器、数据采集卡及计算机，电混沌源的输出端连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端包括低功率信号输出端和高功率信号输出端，低功率信号输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，高功率信号输出端连接T形连接器的输入端，T形连接器的一个输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，T形连接器的另一个输出端连接被测电缆后再连接数据采集卡的模拟量输入端，数据采集卡的数字量输出端连接计算机的输入端。该检测装置将由单级的Colpitts电路产生的混沌信号作为探测信号，利用混沌信号相关法对电缆的故障点进行测量，实现电缆开路点的定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电缆故障在线检测装置及电缆故障在线检测方法的
，特别是涉及一种基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置及电缆故障在线检测方法。
技术介绍
随着电力和通信系统的迅速发展，人们在传递信息和获得信息方面达到了前所未有的便捷。各种传输线在国家基础设施中所占的比重越来越大，促成了庞大的传输线网络，然而，受到人为因素和自然灾害的影响，传输线的各种损耗不可避免，给国家和社会带来了严重的经济损失和安全隐患。因此，及时准确探测传输线的故障，对保障通信和电力服务的及时恢复具有重要意义。传输线作为通信网络系统的神经线，对系统的正常运行及安全起到了十分重要的作用。目前已提出多种传输线故障检测技术，其中，反射测量法因其只需测量回波信号，无需建立模型，成为首选方案。根据入射信号的类型反射测量法可分为：时域反射法(TDR)、频域反射法(FDR)、扩频时域反射法(SSTDR)。时域反射法的原理是在传输线中发送一个脉冲信号，通过测量入射信号和反射信号之间的延迟时间对故障点进行定位，通过测量反射信号的极性来进行故障类型的检测。频域反射法的原理与时域反射法原理相类似。TDR和FDR虽能实现高精度的故障定位，但由于二者发射的信号容易被传输线中的已有信号和噪声环境所淹没，所以不适用于传输线的在线检测。扩频时域反射法，是发射一列伪随机码进入传输线，根据随机信号的相关特性来进行故障检测，通过增加随机序列的长度，可以解决测量精度和测量距离这一矛盾。然而，高速伪随机码的价格昂贵，系统复杂，且受伪随机码周期性的影响常常会引入虚警和误判。并且，由于发射信号对电缆中传输信号干扰较大，上述三种方法不适用于电缆的在线检测。序列时域反射法(STDR)、噪声域反射法（NDR)有效解决了这一问题。然而，序列时域反射法测量精度受限于伪随机序列的速率，速率越高，精度越高，高速的伪随机发生器价也就越昂贵。噪声域反射法由于受传输线中噪声无法调节的限制，是一种被动的检测方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置及检测方法，实现传输线故障点定位、阻抗失配点定位与类型测量、以及在线检测。本专利技术的技术方案是：一种基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，包括电混沌源、功率分配器、数据采集卡及计算机，所述电混沌源包括Colpitts混沌电路，电混沌源的输出端连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端包括低功率信号输出端和高功率信号输出端，低功率信号输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，高功率信号输出端连接T形连接器的输入端，T形连接器的一个输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，T形连接器的另一个输出端连接被测电缆后再连接数据采集卡的模拟量输入端，数据采集卡的数字量输出端连接计算机的输入端。优选的，所述电混沌源包括单级的Colpitts混沌电路、射极跟随器及耦合电容C4；所述单级的Colpitts混沌电路包括三极管Q1、电感L、电容C1及C2，电感L、电容C1和C2共同组成一个谐振网络，三极管Q2及连接在三极管Q2基极的耦合电容C5组成射极跟随器，三极管Q1的发射极连接耦合电容C5的另一端，三极管Q2的发射极连接耦合电容C4。优选的，所述电混沌源还包括两路滤波电路、调节电压源V1及调节电压源V2，电感L0和连接在电感L0两端的电容C0组成滤波电路，一路滤波电路的一端连接调节电压源V1，滤波电路的另一端与三极管Q1集电极上连接的电阻R相连；另一路滤波电路的一端连接调节电压源V2，滤波电路的另一端与三极管Q1发射极上连接的电阻Re相连。一种利用基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置的电缆故障在线检测方法，其特征在于，电混沌源产生的电混沌信号通过功率分配器分为低功率信号和高功率信号两路：低功率信号输出端输出的低功率信号PD1作为参考信号，直接输入数据采集卡；高功率信号输出端输出的高功率信号PD2通过一个T形连接器被分成两路相同的信号：一路作为探测信号被注入到被测的传输电缆中，遇到故障后部分发生反射形成反射信号，另一路作为基底信号；参考信号、反射信号、基底信号都由数据采集卡进行模数转换和存储，再由计算机从数字转换器读取数据；设参考信号、基底信号和反射信号分别为、和，和均是的延迟复制，和对应的延迟时间分别为和，和利用下式计算同时获得：是相对于的延迟时间，故障点的位置为，是信号在传输电缆中的传播速度；式中的因子表示由于传输电缆的衰减和阻抗失配处的反射而造成探测信号功率的减小。优选的，采用多次平均离散消除法对数据进行处理：将两列长度相同的参考信号C1、C2做相减运算，得到新的参考信号C；将包含基底信号与反射信号的混合信号e1、e2做相减运算，得到新的反射信号e；将修正后的参考信号C作自相关归一化运算，同时将修正后的参考信号C与反射信号e做互相关归一化运算；重复上述步骤，进行多次平均，平均处理后的自相关曲线的主峰和互相关曲线的最高反射峰对齐，用互相关曲线上各点与除主峰外的自相关曲线上各点对应相减，得到最终故障点信息。本专利技术的有益效果是：该基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，将由单级的Colpitts电路产生的混沌信号作为探测信号，利用混沌信号相关法对电缆的故障点进行测量。实现电缆开路点的定位，在同轴电缆URM43中，可以实现900m范围内开路点的定位；实现了电缆中阻抗失配点的定位和类型测量，并且具备超低干扰的在线检测能力，且测量动态范围大。其优点与有益效果集中如下：（1)直接用单级的Colpitts振荡电路产生的混沌信号源进行故障点测量，极大地降低了成本，且结构简单，便于集成。所产生的宽带混沌信号由于具有非周期性、宽频带、类噪声、δ型相关曲线等特性，在进行测距时，具有低截获率、高精度以及高抗干扰性能。（2)混沌信号源用单级的Colpitts振荡电路产生，其混沌信号在波形上表现为类噪声特性，其对应的频谱范围很宽，且易产生GHZ高频微波混沌信号。同时，从混沌信号的自相关曲线中可看出，产生的混沌信号具有类似函数δ的形状，具有良好的随机性，可用来作为雷达信号使用。（3)用单级的Colpitts振荡电路产生的混沌信号的功率低于传输线的一般噪声容限且抗干扰能力强，非常适应于传输线的在线检测，消除了TDR和FDR不适于在线检测的弊端。（4)将单级的Colpitts混沌电路作为信号源，基于混沌信号的相关特性对传输线的故障点进行检测。该方法结构简单且价格低廉，可以实现电缆不同类型反射事件的识别，同时，该方法适用于电缆离线或在线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，包括电混沌源、功率分配器、数据采集卡及计算机，其特征在于，所述电混沌源包括Colpitts混沌电路，电混沌源的输出端连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端包括低功率信号输出端和高功率信号输出端，低功率信号输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，高功率信号输出端连接T形连接器的输入端，T形连接器的一个输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，T形连接器的另一个输出端连接被测电缆后再连接数据采集卡的模拟量输入端，数据采集卡的数字量输出端连接计算机的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，包括电混沌源、功率分配器、数据
采集卡及计算机，其特征在于，所述电混沌源包括Colpitts混沌电路，电混沌源的输出端连
接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端包括低功率信号输出端和高功率信号输出
端，低功率信号输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，高功率信号输出端连接T形连接器
的输入端，T形连接器的一个输出端连接数据采集卡的模拟量输入端，T形连接器的另一个
输出端连接被测电缆后再连接数据采集卡的模拟量输入端，数据采集卡的数字量输出端连
接计算机的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，其特征在于，所
述电混沌源包括单级的Colpitts混沌电路、射极跟随器及耦合电容C4；所述单级的
Colpitts混沌电路包括三极管Q1、电感L、电容C1及C2，电感L、电容C1和C2共同组成一个谐
振网络，三极管Q2及连接在三极管Q2基极的耦合电容C5组成射极跟随器，三极管Q1的发射
极连接耦合电容C5的另一端，三极管Q2的发射极连接耦合电容C4。
3.根据权利要求2所述的基于宽带混沌信号的电缆故障在线检测装置，其特征在于，所
述电混沌源还包括两路滤波电路、调节电压源V1及调节电压源V2，电感L0和连接在电感L0
两端的电容C0组成滤波电路，一路滤波电路的一端连接调节电压源V1，滤波电路的另一端
与三极管Q1集电极上连接的电阻R相连；另一路滤波电路的一端连接调节电压源V2，滤波电
路的另一端与三极管Q1发射极上连接的电阻Re相连。
4.一种利用权...

【专利技术属性】
技术研发人员：马朝华，郑晓茜，李芬红，张爱香，王晓侃，朱剑涛，韩红兵，赵国辉，
申请(专利权)人：郑州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：河南;41