本實(shí)用新型屬于線纜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種手持式線纜自動(dòng)故障定位裝置。

背景技術(shù)：

目前的線纜測(cè)試裝置主要基于時(shí)域反射技術(shù)，通過(guò)人工判斷波形分析故障類(lèi)型，通過(guò)手動(dòng)控制光標(biāo)實(shí)現(xiàn)距離判斷，測(cè)試效率較低且定位距離容易受人影響。目前的時(shí)域反射測(cè)試裝置主要針對(duì)雙線平行線纜，一旦出現(xiàn)分叉則測(cè)試結(jié)果很難判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種可以自動(dòng)判斷線纜故障類(lèi)型也可以自動(dòng)定位故障距離，還可以根據(jù)線纜分叉情況進(jìn)行測(cè)試范圍選擇。

一種線纜自動(dòng)故障定位裝置，包括手持機(jī)及內(nèi)部控制電路，所述內(nèi)部控制電路包括片上可編程系統(tǒng)SOPC、FPGA控制邏輯模塊以及4通道模數(shù)采集模塊；

所述FPGA控制邏輯模塊包括脈沖產(chǎn)生模塊、脈沖選擇模塊、AD采樣控制模塊以及FIFO存儲(chǔ)模塊；

所述脈沖產(chǎn)生模塊產(chǎn)生測(cè)試可能所需的多種脈寬的測(cè)試脈沖信號(hào)；脈沖選擇模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)脈沖產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的多種測(cè)試脈沖信號(hào)選擇一種輸出；

所述幅度控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)脈沖選擇模塊輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行幅度放大處理，并將處理后的測(cè)試脈沖信號(hào)通過(guò)BNC接口接入到被測(cè)線纜；

所述AD采樣控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下輸出4路相位差為90度且頻率可調(diào)的采樣時(shí)鐘；

所述4通道模數(shù)采集模塊根據(jù)AD采樣控制模塊輸出的4路采樣時(shí)鐘的控制，依次對(duì)測(cè)試脈沖信號(hào)以及線纜的反射信號(hào)進(jìn)行采集，最后將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)送入FIFO存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)；

所述FIFO存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)測(cè)試脈沖信號(hào)和反射信號(hào)；

所述片上可編程系統(tǒng)SOPC用于讀取所述FIFO存儲(chǔ)模塊的測(cè)試脈沖信號(hào)和反射信號(hào)數(shù)據(jù)，判斷待測(cè)線纜故障類(lèi)型是開(kāi)路還是短路。

進(jìn)一步的，所述片上可編程系統(tǒng)SOPC根據(jù)外部輸入的待測(cè)線纜電信號(hào)傳播速度信息計(jì)算出故障點(diǎn)距離。

較佳的，所述脈沖產(chǎn)生模塊根據(jù)測(cè)試距離產(chǎn)生相應(yīng)脈寬的測(cè)試脈沖信號(hào)，其中測(cè)試距離與脈寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：測(cè)試距離<10米時(shí)，脈寬為10ns；當(dāng)10米 <測(cè)試距離<50米時(shí)，脈寬為20ns；當(dāng)50米<測(cè)試距離<100米時(shí)，脈寬為50ns；當(dāng)100米<測(cè)試距離<500米時(shí)，脈寬為500ns；當(dāng)500米<測(cè)試距離<1000米時(shí)，脈寬為1微秒。

較佳的，所述片上可編程系統(tǒng)SOPC對(duì)AD采樣控制模塊的采樣時(shí)鐘的采樣頻率調(diào)整方式為：當(dāng)測(cè)試距離<10米時(shí)，4路采樣時(shí)鐘的頻率均為100M，采樣時(shí)鐘相位偏移依次為0度、90度、180度和270度，并通過(guò)波形合成，實(shí)現(xiàn) 400M的等效采樣；當(dāng)10米<測(cè)試距離<50米時(shí)，通過(guò)相位差為180度的其中2 路100M采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)200M的等效采樣；當(dāng)50米<測(cè)試距離<100米時(shí)，采用其中一路100M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)200M的等效采樣；當(dāng)100米<測(cè)試距離<500 米時(shí)，采用其中一路50M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)50M的等效采樣；當(dāng)500米<測(cè)試距離<1000米時(shí)，采用其中一路25M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)25M的等效采樣。

進(jìn)一步的，還包括幅度放大電路和幅度衰減電路；其中幅度放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試脈沖信號(hào)的放大；所述幅度衰減電路實(shí)現(xiàn)對(duì)線纜中回波脈沖信號(hào)的衰減控制。

進(jìn)一步的，所述手持機(jī)包括TFT彩屏(6)，顯示內(nèi)容包括測(cè)試波形、故障類(lèi)型、故障距離、測(cè)試波速、鎖屏信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述手持機(jī)上設(shè)置波速設(shè)置按鍵(7)，用于使用者輸入線纜中電信號(hào)傳播速度，并送入片上可編程系統(tǒng)SOPC。

進(jìn)一步的，所述手持機(jī)上設(shè)置測(cè)距旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)(8)，用于使用者輸入線纜長(zhǎng)度。

進(jìn)一步的，所述手持機(jī)上設(shè)置鎖屏按鍵(9)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)TFT彩屏(6)的鎖定。

進(jìn)一步的，還包括電源模塊，用于實(shí)現(xiàn)5V和3.3V的電壓輸出。

進(jìn)一步的，還包括測(cè)試線纜，所述被測(cè)線纜的前端接測(cè)試線纜的一端，測(cè)試線纜的另一端接BNC接口。

較佳的，幅度控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)脈沖選擇模塊輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行幅度放大處理的方式為：當(dāng)測(cè)試距離<10米時(shí),幅度控制模塊對(duì)測(cè)試脈沖信號(hào)不作用；10米<測(cè)試距離<50米時(shí)，幅度控制模塊將測(cè)試脈沖幅度放大為6V；當(dāng)50米<測(cè)試距離<100米時(shí)，幅度控制模塊將將發(fā)射脈沖幅度放大為10V；當(dāng)100米<測(cè)試距離<500米時(shí)，將發(fā)射脈沖幅度放大為15V；當(dāng)500 米<測(cè)試距離<1000米時(shí)，將發(fā)射脈沖幅度放大為20V。

較佳的，幅度控制模塊對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行衰減處理，使反射信號(hào)衰減到AD 采樣芯片的測(cè)試范圍內(nèi)，即-500毫伏～500毫伏。

本實(shí)用新型具有如下有益效果：

1)通過(guò)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)手動(dòng)選擇待測(cè)線纜的測(cè)試距離，能有效解決分叉線纜的測(cè)試問(wèn)題。

2)通過(guò)4通道AD9288芯片實(shí)現(xiàn)高速采樣，提高了定位精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

3)通過(guò)設(shè)置3米測(cè)試延長(zhǎng)線提高短距離的故障定位精度，有效解決測(cè)試盲區(qū)的測(cè)試問(wèn)題。

4)通過(guò)設(shè)置鎖屏按鍵，能夠?qū)崟r(shí)鎖存測(cè)試數(shù)據(jù)，方便用戶(hù)記錄測(cè)試結(jié)果。特別是對(duì)于偶發(fā)性、間歇性故障，一旦出現(xiàn)測(cè)試結(jié)果，用戶(hù)可以進(jìn)行一鍵鎖屏，記錄下測(cè)試結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的手持式線纜自動(dòng)故障定位裝置的組成框圖；

圖2(a)為本實(shí)用新型中線纜故障類(lèi)型為開(kāi)路時(shí)發(fā)射脈沖與反射脈沖的關(guān)系圖；

圖2(b)為本實(shí)用新型中線纜故障類(lèi)型為斷路時(shí)發(fā)射脈沖與反射脈沖的關(guān)系圖；

圖3為本實(shí)用新型中測(cè)試線纜與被測(cè)線纜連接示意圖；

圖4為本實(shí)用新型手持式線纜自動(dòng)故障定位裝置的外觀示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1和4所示，本實(shí)用新型的一種手持式線纜自動(dòng)故障定位裝置，包括其內(nèi)部控制電路以及手持機(jī)；其中，內(nèi)部控制電路包括片上可編程系統(tǒng)SOPC、 FPGA控制邏輯模塊、4通道模數(shù)采集模塊以及測(cè)試信號(hào)幅度控制模塊；手持機(jī)包括殼體以及設(shè)置在殼體上的TFT彩屏、波速設(shè)置按鍵、測(cè)距旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、鎖屏按鍵、可充電電源模塊、BNC測(cè)試接口以及測(cè)試線。其中測(cè)試線為長(zhǎng)度為3米 BNC測(cè)試線。

所述FPGA控制邏輯模塊包括脈沖產(chǎn)生模塊、脈沖選擇模塊、AD采樣控制模塊以及FIFO存儲(chǔ)模塊；

所述脈沖產(chǎn)生模塊產(chǎn)生測(cè)試可能所需的多種脈寬的測(cè)試脈沖信號(hào)；脈沖產(chǎn)生模塊主要產(chǎn)生測(cè)試所需的10ns(測(cè)試距離<10米時(shí))、20ns(10米<測(cè)試距離 <50米時(shí))、50ns(50米<測(cè)試距離<100米時(shí))、500ns(100米<測(cè)試距離<500米時(shí))、1微秒單脈沖(500米<測(cè)試距離<1000米時(shí))。

脈沖選擇模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)脈沖產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的多種測(cè)試脈沖信號(hào)選擇一種輸出；其中采樣頻率調(diào)整的策略為：4路100M(測(cè)試距離<10米時(shí))、2路100M(10米<測(cè)試距離<50米時(shí))、單路100M(50米<測(cè)試距離<100米)、單路50M(100米<測(cè)試距離<500米時(shí))、單路25M(500米<測(cè)試距離<1000米時(shí))。

所述幅度控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)脈沖選擇模塊輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行幅度放大處理，并將處理后的測(cè)試脈沖信號(hào)通過(guò)BNC接口接入到被測(cè)線纜；同時(shí)，幅度控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下對(duì)從被測(cè)電纜接收的反射信號(hào)進(jìn)行衰減處理，并將處理后的反射信號(hào)送入4通道模數(shù)采集模塊；

所述AD采樣控制模塊在片上可編程系統(tǒng)SOPC的控制下輸出4路相位差為90度且頻率可調(diào)的采樣時(shí)鐘；

所述4通道模數(shù)采集模塊根據(jù)AD采樣控制模塊輸出的4路采樣時(shí)鐘的控制，依次對(duì)測(cè)試脈沖信號(hào)以及線纜的反射信號(hào)進(jìn)行采集，最后將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)送入FIFO存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)；所述片上可編程系統(tǒng)SOPC對(duì)AD采樣控制模塊的采樣時(shí)鐘的采樣頻率調(diào)整方式為：當(dāng)測(cè)試距離<10米時(shí)，4路采樣時(shí)鐘的頻率均為100M，采樣時(shí)鐘相位偏移依次為0度、90度、180度和270度，并通過(guò)波形合成，實(shí)現(xiàn)400M的等效采樣；當(dāng)10米<測(cè)試距離<50米時(shí)，通過(guò)相位差為 180度的其中2路100M采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)200M的等效采樣；當(dāng)50米<測(cè)試距離<100 米時(shí)，采用其中一路100M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)200M的等效采樣；當(dāng)100米<測(cè)試距離<500米時(shí)，采用其中一路50M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)50M的等效采樣；當(dāng)500 米<測(cè)試距離<1000米時(shí)，采用其中一路25M的采樣時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)25M的等效采樣。

所述FIFO存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)測(cè)試脈沖信號(hào)和反射信號(hào)；

所述片上可編程系統(tǒng)SOPC用于：

根據(jù)測(cè)距旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)輸入的參數(shù)控制FPGA控制邏輯模塊中的脈沖選擇模塊輸出制定寬度和頻率的測(cè)試脈沖信號(hào)；讀取FPGA控制邏輯模塊中的FIFO存儲(chǔ)模塊數(shù)據(jù)，將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給TFT彩屏進(jìn)行顯示；通過(guò)對(duì)FIFO存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的分析，判斷待測(cè)線纜故障類(lèi)型是開(kāi)路還是短路，并根據(jù)波速設(shè)置按鍵輸入的待測(cè)線纜電信號(hào)傳播速度信息計(jì)算出故障點(diǎn)距離。

1)故障類(lèi)型自動(dòng)判斷過(guò)程：

測(cè)試時(shí)，測(cè)試設(shè)備發(fā)射最大值為y_max1的測(cè)試脈沖，在故障點(diǎn)處反射脈沖最大值為y_max2，最小值為y_min2,若|y_max2|＞|y_min2|，此時(shí)反射波形如圖2(a)所示，則認(rèn)為故障類(lèi)型為開(kāi)路；若|y_max2|＜|y_min2|，此時(shí)反射波形如圖2(b)所示，則認(rèn)為故障類(lèi)型為短路。

2)故障點(diǎn)位置自動(dòng)定位方法

如前所述，當(dāng)判斷出故障類(lèi)型時(shí)，記錄發(fā)射脈沖最大值y_max1對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn) t_max1,以及反射脈沖最大值y_max2對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)t_max2，反射脈沖最小值y_min2對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)t_min2。已知測(cè)試線長(zhǎng)3米，故障點(diǎn)距離被測(cè)線纜測(cè)試端距離為l，如圖3所示。

設(shè)測(cè)試信號(hào)往返一次在3m測(cè)試線上耗時(shí)T1，在被測(cè)線纜上耗時(shí)T2，且已知測(cè)試線的波速為v₀，被測(cè)線纜波速為v。則滿足開(kāi)路時(shí)，

于是得到故障點(diǎn)距離測(cè)試端的距離：

同理可得，短路時(shí)故障距離為其中，v表示該線纜的波速，v₀表示測(cè)試線的波速，標(biāo)準(zhǔn)值位0.6倍的光速，即0.6c。

所述測(cè)試信號(hào)幅度控制模塊包括幅度放大電路和幅度衰減電路，幅度放大電路基于高頻三極管設(shè)計(jì)，利用三極管的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試脈沖信號(hào)的放大，以確保線纜中的測(cè)試脈沖信號(hào)足以到達(dá)設(shè)定距離；幅度衰減電路基于比例運(yùn)算電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線纜中回波脈沖信號(hào)的衰減控制，以確保回波信號(hào)在采樣模塊的測(cè)試范圍內(nèi)，即-500毫伏～500毫伏。

所述TFT彩屏采用2.8寸TFT彩屏顯示，顯示內(nèi)容包括測(cè)試波形、故障類(lèi)型、故障距離、測(cè)試波速、鎖屏信號(hào)。

所述波速設(shè)置按鍵通過(guò)左右兩個(gè)按鍵控制波速加減，默認(rèn)值為0.6倍光速。對(duì)于波速不確定的待測(cè)線纜可以找一根完好的該型線纜，先測(cè)量其長(zhǎng)度L，再對(duì)其進(jìn)行故障測(cè)試；在測(cè)試過(guò)程中通過(guò)波速設(shè)置按鍵調(diào)整波速，直至故障距離等于L，此時(shí)的波速即為該型線纜的波速。

所述測(cè)距旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)可選長(zhǎng)度分別為10米、50米、100米、500米、1000米。該功能可對(duì)線纜的待測(cè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)置，即可以增加線纜測(cè)試的靈活性，又可對(duì)分叉線纜進(jìn)行分區(qū)測(cè)量。

所述鎖屏按鍵通過(guò)自鎖按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕的鎖定，片上可編程系統(tǒng)SOPC實(shí)時(shí)讀取該按鍵狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，停止刷新屏幕，方便用戶(hù)記錄測(cè)試信息。

所述電源模塊采用4節(jié)可充電鋰電池供電，通過(guò)MiniUSB充電，內(nèi)置電壓轉(zhuǎn)換模塊，同步輸出5V、3.3V，供片上可編程系統(tǒng)SOPC、FPGA控制邏輯模塊、 4通道模數(shù)采集模塊、升壓模塊、TFT彩屏使用。

綜上所述，以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。