專(zhuān)利名稱(chēng)：高智能電纜故障閃測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電纜故障的測(cè)試儀器，特別是一種高智能電纜故障閃測(cè)儀。
目前，測(cè)試各種電纜故障，特別是電力電纜各種故障的儀器，主要采用低壓脈沖測(cè)試法和閃絡(luò)測(cè)試法，其基本原理是雷達(dá)的脈沖測(cè)距原理。大致有三種處理測(cè)試信息的辦法其一，將測(cè)試信號(hào)的兩相鄰拐點(diǎn)進(jìn)行處理，形成閘門(mén)信號(hào)，讓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)在閘門(mén)開(kāi)通期間通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，然后通過(guò)數(shù)碼管顯示出所需的信息，這即所謂的數(shù)字式電纜故障測(cè)試儀，如國(guó)內(nèi)的DGC-2數(shù)字式電纜故障閃測(cè)儀，DCY-微型電纜故障測(cè)試儀等。但在實(shí)際中的測(cè)試信號(hào)很復(fù)雜，儀器很難形成一致的閘門(mén)信號(hào)，顯示的數(shù)字不很穩(wěn)定，測(cè)試不夠準(zhǔn)確方便;其二，由于閃絡(luò)測(cè)試法是瞬間脈沖信息，可利用貯存示波管進(jìn)行記錄，并顯示未經(jīng)任何處理的原始模擬信號(hào)，通過(guò)人員分析測(cè)試信號(hào)并計(jì)算標(biāo)定出故障點(diǎn)的位置。如國(guó)內(nèi)普及使用的DGC-711型電纜故障閃測(cè)儀，但由于貯存示波管記錄的瞬態(tài)模擬信號(hào)在屏幕上一般只能顯示幾秒到幾十秒，若要繼續(xù)顯示，必須再重新起動(dòng)儀器，而每次得到的測(cè)試信號(hào)不盡完全相同，測(cè)試操作比較困難。其三，將測(cè)試信號(hào)衰減放大后，經(jīng)高速A/D轉(zhuǎn)換及貯存后，由微處理機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)CRT(或LCD)顯示器顯示數(shù)字處理后的測(cè)試信號(hào)，顯示的波形比較穩(wěn)定，通過(guò)人工分析測(cè)試波形，由雙線游標(biāo)可自動(dòng)標(biāo)定出故障點(diǎn)的位置，如國(guó)內(nèi)91年新推出的DGC-智能型電纜故障閃測(cè)儀，但就其智能化程度而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮計(jì)算機(jī)的智能作用，操作使用還比較復(fù)雜，加之個(gè)別硬件設(shè)計(jì)的不合理性及功能的不完善，儀器的可靠性較差，智能化程度較低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常的辦法是在計(jì)算機(jī)及有關(guān)的軟硬件上進(jìn)行改進(jìn)，但至今尚無(wú)更高智能型的電纜故障測(cè)試儀器。
本發(fā)明的目的是提供一種高智能型的電纜故障測(cè)試儀器，在其使用過(guò)程中，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用通用的PC機(jī)及其兼容機(jī)作為微處理系統(tǒng)，研制了25MHz高速A/D轉(zhuǎn)換及貯存技術(shù)和相關(guān)的硬件電路，以及其操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理及電纜故障分析專(zhuān)家系統(tǒng)。
本發(fā)明主要由PC機(jī)及其兼容機(jī)，低壓脈沖產(chǎn)生器，CRT顯示器，程序貯存輸入電路高速A/D轉(zhuǎn)換及貯存電路，開(kāi)關(guān)控制電路及測(cè)阻放電判別電路，專(zhuān)用鍵盤(pán)及其接口，微型打印機(jī)及其接口等組成。
下面參照附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理。


圖1是本發(fā)明的組成方框2是高速A/D轉(zhuǎn)換存貯器及其它硬件電路3是程序貯存及漢卡電路原理4(a)是低壓脈沖信號(hào)產(chǎn)生器原理4(b)是繼電器開(kāi)關(guān)連接關(guān)系圖5是系統(tǒng)軟件流程6是為專(zhuān)用鍵盤(pán)示意圖本發(fā)明的儀器面板設(shè)置有15個(gè)功能按鍵、兩個(gè)旋鈕和1個(gè)復(fù)位鍵，通過(guò)15個(gè)按鍵、兩個(gè)旋鈕和1個(gè)復(fù)位鍵可完成儀器的所有操作。
對(duì)照?qǐng)D1，當(dāng)測(cè)阻時(shí)，儀器輸入端接電纜的一故障相，啟動(dòng)儀器后，經(jīng)過(guò)測(cè)阻電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PC機(jī)處理后，最后通過(guò)CRT顯示器顯示出電纜故障電阻，并判斷出電纜故障性質(zhì)，揭示出相關(guān)的測(cè)試線路，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)波形及有關(guān)注意事項(xiàng)。當(dāng)測(cè)試(或測(cè)速、測(cè)時(shí))時(shí)，儀器可進(jìn)行電纜故障測(cè)試、電纜的傳播速度測(cè)試等。在本狀態(tài)下，當(dāng)工作于“脈沖”位時(shí)，本機(jī)產(chǎn)生寬度可變的低壓脈沖信號(hào)加到被測(cè)電纜并進(jìn)入儀器。當(dāng)工作于“閃絡(luò)”位時(shí)，通過(guò)高壓使是電纜故障點(diǎn)產(chǎn)生瞬間閃絡(luò)放電形成反射波信號(hào)進(jìn)入儀器。低壓脈沖寬度及工作種類(lèi)選擇通過(guò)儀器“工作選擇”按鍵，由開(kāi)關(guān)控制電路控制。當(dāng)信號(hào)進(jìn)入儀器后，通過(guò)輸入電路啟動(dòng)高速A/D轉(zhuǎn)換器及貯存電路工作，將模擬信號(hào)變化成數(shù)字信號(hào)并貯存起來(lái)，然后經(jīng)PC機(jī)處理并通過(guò)CRT顯示器顯示出電纜測(cè)試信號(hào)及有關(guān)內(nèi)容。當(dāng)需要打印電纜的有關(guān)測(cè)試信息，可通過(guò)按“打印”鍵，啟動(dòng)儀器面板上的微型打印機(jī)工作。
程序主要存貯儀器的系統(tǒng)軟件及所有數(shù)據(jù)處理軟件。
圖2是高速A/D轉(zhuǎn)換器貯存及其它硬件電路，包括輸入電路、25MHz高速A/D轉(zhuǎn)換貯存電路、開(kāi)關(guān)控制電路、測(cè)阻及放電判別電路、過(guò)電壓指示電路等。
加電后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，當(dāng)測(cè)試信號(hào)通過(guò)輸入振幅電位W1后分成四路一路通過(guò)限幅及射隨器加到A/D轉(zhuǎn)換器KVS3208的模擬輸入端;另一路加到由U18等組成高速窗口電壓比較器，當(dāng)輸入電壓峰值超過(guò)某一特定值(一般為100Vpp～300Vpp)后，此比較器便輸出一脈沖信號(hào)向PC機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)(中斷2)，儀器屏幕立即顯示“輸入電壓過(guò)高，危險(xiǎn)！應(yīng)減小輸入振幅或降低沖擊電壓”等字樣;第三路加到由U17等組成的過(guò)零電壓比較器。當(dāng)輸入波形信號(hào)超過(guò)零電平時(shí)，便產(chǎn)生中斷1信號(hào)。第四路加到極性轉(zhuǎn)換電路，輸出一脈沖加到U21一端作為同步采樣信號(hào)，U21的另一端是低壓脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的同步采樣信號(hào)，當(dāng)儀器“采樣/保持”鍵處于采樣狀態(tài)時(shí)，同步信號(hào)通過(guò)U23使U19復(fù)位，25MHz時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)U25，A/D轉(zhuǎn)換器及存貯器工作，其中U14為高速靜態(tài)貯存器，U11、U12、U13組成讀寫(xiě)地址轉(zhuǎn)換器，U8、U9、U10等組成地址計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)刂酚?jì)數(shù)器累計(jì)到4096時(shí)，由U7產(chǎn)生一負(fù)極性脈沖信號(hào)，使U19置位，一次A/D轉(zhuǎn)換及存貯結(jié)束，并通過(guò)Q2并反相后向PC機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求(中斷3)，將U14中的信息取走進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)CRT顯示器顯示一次記錄結(jié)果。同時(shí)U19、Q1輸出高電平使外同步信號(hào)封鎖U22，以免CPU響應(yīng)中斷3后，外同步信號(hào)再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作。一次顯示結(jié)束后，由PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線，U2-＃輸出一控制信號(hào)通過(guò)U23使U19復(fù)位，開(kāi)啟外同步信號(hào)通道。
若一次測(cè)試記錄顯示的信息比較理想，可再按一次“采樣/保持”鍵，使儀器處于保持狀態(tài)，可長(zhǎng)時(shí)間顯示測(cè)試結(jié)果，以便操作人員分析觀察。
以上操作過(guò)程，通過(guò)如圖硬件及有關(guān)實(shí)時(shí)控制軟件的實(shí)施，使得儀器的操作使用更為簡(jiǎn)單方便，克服了DGC-711型閃測(cè)儀記錄信號(hào)時(shí)因不能完全封鎖外同步信號(hào)帶來(lái)的顯示波形不重合性和顯示信息時(shí)間暫短的缺點(diǎn);同時(shí)也克服了DGC智能型閃測(cè)儀每記錄一次信息存在的兩個(gè)主要缺陷其一，按一次“采樣”鍵，儀器最多只記錄顯示一次;其二，儀器是否已接受“采樣”信息，操作人員完全不知道，如此可能丟失寶貴的測(cè)試信息。
上述原理只是實(shí)施連續(xù)采樣并可隨時(shí)保持顯示的一種可行方案。
由U4、U5、U6等組成了測(cè)阻和判斷故障點(diǎn)閃絡(luò)放電電路，其中U5為通用3 1/2 A/D轉(zhuǎn)換器，如MC14433，ICM7216，7226等，U4構(gòu)成三態(tài)門(mén)U5與PC機(jī)的數(shù)據(jù)接口。U6為8選1模擬開(kāi)關(guān)，測(cè)阻時(shí)由PC機(jī)通過(guò)U2使被測(cè)電阻(電纜故障電阻)與R1～R7進(jìn)行自動(dòng)比較測(cè)量，最后由CRT顯示器顯示出被測(cè)電阻值，并隨后顯示出故障性質(zhì)、測(cè)試方法、測(cè)試線路，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試波形，注意事項(xiàng)等項(xiàng)內(nèi)容。
測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)U5來(lái)比較測(cè)量U16信號(hào)輸入端的直流電平與輸入信號(hào)電平的相對(duì)變化量以及用U17等組成的電壓比較器來(lái)判斷測(cè)試信號(hào)是否過(guò)零的方法判斷閃絡(luò)測(cè)量時(shí)電纜故障點(diǎn)是否閃絡(luò)放電，若未放電，儀器屏顯示“故障點(diǎn)未放電，應(yīng)提高沖擊電壓或加大貯能電容容量”等字樣。U2、U3、J2、J3、J4等組成開(kāi)關(guān)控制電路，由PC機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)繼電器J1～J4組成的開(kāi)關(guān)去執(zhí)行預(yù)定操作。其中J1通過(guò)儀器面板“測(cè)量種類(lèi)”按鍵控制，J2、J3、J4通過(guò)儀器面板“工作選擇”按鍵控制。
圖3是程序貯存原理電路，包括存放系統(tǒng)DOS、電纜故障測(cè)試專(zhuān)家系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理軟件ROM、漢字庫(kù)，專(zhuān)用操作鍵盤(pán)及其接口，掉電保護(hù)貯存器等。ROM盤(pán)由U2～U7等組成，以PC機(jī)的高地址段256KROM區(qū)為空間組成ROM盤(pán)，由PC機(jī)A14～A19通過(guò)U5～U7形成片選信號(hào)，由專(zhuān)用鍵盤(pán)控制調(diào)用不同的程序或內(nèi)容，U2～U4為通用64K字節(jié)ROM。小漢卡由U1、U9～U14等組成，U11、U12為通用16×16點(diǎn)陣1、2級(jí)國(guó)標(biāo)漢字及字符芯片，U9、U10、U1組成與PC機(jī)的接口。
專(zhuān)用鍵盤(pán)由15個(gè)按鍵通過(guò)U15直接與PC機(jī)相連，U15為專(zhuān)用單片機(jī)，內(nèi)部EPROM存放著鍵盤(pán)的專(zhuān)用處理程序，15個(gè)功能按鍵及一個(gè)復(fù)位鍵按排如圖6。
掉電保護(hù)貯存器由U5～U8等組成，其中U8為8KB字節(jié)E2PROM芯片，具有可重復(fù)寫(xiě)入讀出，不怕掉電等特點(diǎn)，U5～U7形成U8的片選信號(hào)，U8內(nèi)連續(xù)存放兩次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試信息，每組數(shù)據(jù)占4KB字節(jié)，可通過(guò)按“貯存”鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)貯存。當(dāng)一次測(cè)試較理想，儀器在保持狀態(tài)下，按該鍵后，屏顯“正在存圖…”字樣，三秒后又回到“保持狀態(tài)”，一次貯存結(jié)束。
圖4是低壓脈沖產(chǎn)生器原理圖及繼電器開(kāi)關(guān)連接線路。低壓脈沖產(chǎn)生器由兩部分組成第一部分由一片共有6個(gè)反相器的集成電路形成低壓脈沖產(chǎn)生器及同步信號(hào)，門(mén)1、2、C1、R1、R2等組成自由多諧振蕩器，振蕩周期約20MS左右，經(jīng)過(guò)門(mén)3隔離整形后分作兩路一路通過(guò)R2、C2微分后再經(jīng)門(mén)4反相輸出形成低壓脈沖，作為測(cè)量時(shí)的同步信號(hào)，另一路通過(guò)R4、C3積分，經(jīng)門(mén)4輸出遲延1～3μs的方波信號(hào)，再經(jīng)C4、R5微分，門(mén)5整形，最后由三級(jí)管BG推動(dòng)經(jīng)變壓器偶合形成閘流管G的觸發(fā)信號(hào)。另一部分由閘流管G及仿真線T等組成低壓脈沖形成電路，輸出幅度一定，寬度可調(diào)的低壓脈沖信號(hào)。通過(guò)繼電器J3、J4來(lái)控制脈沖寬度。
圖5(a)是系統(tǒng)軟件流程圖，(b)是數(shù)據(jù)采集流程圖，(c)是打印程序流程圖。
權(quán)利要求
1.一種高智能電纜故障閃測(cè)儀，是由電子線路(硬件)及與之相配的軟件、CRT顯示器(或LCD液晶顯示器)、面板控制旋鈕、專(zhuān)用鍵盤(pán)、面板式微型打印機(jī)等組成，硬件電路包括PC機(jī)及其兼容機(jī)、輸入電路、高速A/D轉(zhuǎn)換貯存器、開(kāi)關(guān)控制電路、測(cè)阻與放電判別電路、低壓脈沖產(chǎn)生電路、程序貯存卡及鍵盤(pán)接口電路，其特征在于儀器的軟硬件與PC機(jī)及其兼容機(jī)通過(guò)15個(gè)功能鍵及兩個(gè)旋鈕完成儀器的各種操作，可連續(xù)記錄采集瞬態(tài)或連續(xù)高低速測(cè)試信號(hào)并處理顯示，在保持狀態(tài)下可對(duì)測(cè)試信息進(jìn)行分析，由開(kāi)關(guān)控制電路驅(qū)動(dòng)繼電器開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)操作鍵盤(pán)化，自動(dòng)判斷電纜故障性質(zhì)并顯示相應(yīng)的提示，自動(dòng)判斷電纜故障點(diǎn)是否閃絡(luò)放電，并給予提示，由一片集成電路完成低壓脈沖的同步采樣及觸發(fā)脈沖形成電路，設(shè)置小漢卡，可顯示操作說(shuō)明，實(shí)現(xiàn)操作提示漢字化，可現(xiàn)場(chǎng)貯存測(cè)試數(shù)據(jù)，不怕掉電，自動(dòng)判斷指示是否輸入過(guò)電壓，與硬件相配合的軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試波形的連續(xù)壓縮、擴(kuò)展、左右位移、實(shí)現(xiàn)6種不同的顯示方式(“顯示1”“顯示2”“比較顯示”、“比較標(biāo)準(zhǔn)”、“內(nèi)存1”、“內(nèi)存2”)，通過(guò)4個(gè)移位鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)字的預(yù)置、實(shí)現(xiàn)“測(cè)試”、“測(cè)速”、“測(cè)阻”、“測(cè)時(shí)”及脈沖寬度，脈沖和閃絡(luò)測(cè)試的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高智能電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于連續(xù)記錄采樣并可隨機(jī)保持瞬間測(cè)試信息的關(guān)鍵是應(yīng)用KUS3208高速A/D芯片，6408、7164高速靜態(tài)貯存器及相關(guān)的控制電路實(shí)現(xiàn)了25MHz的高速A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，并應(yīng)用了RS觸發(fā)器(如各種RS觸發(fā)器，帶RS端的JK，D型觸發(fā)器等)及相關(guān)硬件電路和控制程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高智能電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于自動(dòng)判斷電纜故障性質(zhì)及故障點(diǎn)閃絡(luò)放電是通過(guò)一個(gè)3 1/2 A/D轉(zhuǎn)換器與高速A/D轉(zhuǎn)換器及外電路的特殊連接以及過(guò)零電壓比較器(如LM339，LM319等)并通過(guò)相應(yīng)的處理軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高智能電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于通過(guò)應(yīng)用窗口電壓比較器(如LM319、LM339等)實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高智能電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于15個(gè)功能鍵通過(guò)8749單片計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的直接接口，完成儀器的各種操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高智能電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于將PC機(jī)及其兼容機(jī)與其它硬件電路、CRT顯示器、微型打印機(jī)集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，組成一個(gè)小巧的獨(dú)立測(cè)試儀器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電纜故障的測(cè)試儀器，特別是一種高智能電纜故障閃測(cè)儀。本發(fā)明主要是采用通用的PC機(jī)及其兼容機(jī)系統(tǒng)、25MHz高速A/D轉(zhuǎn)換及貯存技術(shù)和相關(guān)的硬件電路以及本機(jī)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電纜的檢測(cè)。本發(fā)明將PC機(jī)及其兼容機(jī)、其它硬件電路、CRT顯示器、微型打印機(jī)等集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，組成一個(gè)小巧的獨(dú)立電纜故障測(cè)試儀。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1095163SQ9310542
公開(kāi)日1994年11月16日 申請(qǐng)日期1993年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月7日
發(fā)明者韓伯鋒 申請(qǐng)人:韓伯鋒