便携式电缆断点定位仪的研究 ⑵

安徽理工大学在对便携式电缆断点定位仪的测试功能进行了总结。

⑴断离测定

①断距测量的工作原理。在对断点精确定位前，他们根据波的反射原理对断点的位置进行大致的确定。在电缆的一端馈入有一定宽度的正脉冲，电缆开路时反射回来的是正脉冲，通过测量原始脉冲经过断点反射回始端的时间t，再根据电磁波在电缆中传播的速度v，计算出断点到始端的距离d。d=vt/2。在已知所测的是何种介质电缆的情况下，电磁波在其中传播的速度v是可以测得的。

②测试脉冲的选取。使用脉冲法测试需要考虑两个方面：一是测量的最大距离，一是测量的“盲区”（即可测量的最小距离）。测量的最大范围取决于入射脉冲所携带的能量，在脉冲幅度一定时，脉冲宽度与其所携带的能量成正比，脉冲宽度越大携带能量越大，所测得的距离越大；脉冲的宽度又决定测量的最小距离，若脉冲宽度一定，当被测点与测量端口过于接近时被测点所反射的脉冲与入射脉冲不能完全分开而有部分重叠在一起，形成1个反射点，造成被测点不能显示出来。要想测量反射点必须满足：l≥τv/2或τ≤2l/v。式中，l为被测点到端点的距离，km；τ为脉冲宽度，s；v为脉冲电磁传播速度，km/s。如果将l看作两个不均匀点之间的距离，则称它为脉冲的分辨能力，脉冲宽度决定系统的分辨力。

③断距的测量。在得到脉冲后，经过整形及电平转换使脉冲幅度达到15V，将该脉冲馈入另一端开路的电缆就可得到断点的反射波；入射波与反射波同时放大后，用入射波的下降沿打开级联的串行十进制计数器，并用反射波的下降沿作计数的终止信号。计数器所计的脉冲个数即为入射波与反射波之间的脉冲个数，将其转换为距离。d=nτv/2。式中，d为断点到端点的距离，km；n为脉冲个数；τ为脉冲宽度，s；v为电磁波在电缆中的传播速度，km/s。

⑵断点定位

①工作原理。将音频振荡器产生的音频信号馈入被测电缆的一端，此时被馈入信号的电缆线相当于1个线状天线，在它的周围会产生电磁场。当探头与被测电缆之间靠近时可构成小容量电容，在两者接近到一定程度时就可以将部分音频信号藕合到探头上。同时，断点的存在使被测电缆线芯分为两部分，部分与音频振荡器相连，其本身被馈入音频信号，而远端部分与音频信号断开。其周围不存在电磁场，利用这一原理可对断点进行精确定位。在实际应用中，多数电缆都有2根或多根线芯，各线芯之间的分布电容有可能使断点被“屏蔽”起来，这时只需将被测线芯以外的线芯全部接地就切断了信号耦合到远端的电容通路，同时也避免其它线芯的信号耦合到探头上。由探头拾取的音频信号经放大整理后送声光显示部件。

②音频信号源。音频信号发生器选用的是单片精密函数发生器ICL8038。它是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需调整个别外部器件就能产生0.001Hz～300kHz低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比也可以由电流或电阻控制。

③信号源对应输入电缆线芯的自动切换。为了对电缆中的断点进行定位，就需要将信号源的正弦波馈入到被测电缆的断线上。首先由第一阶段对电缆线芯进行判断，然后对被测断线的一端加上测试信号，同时需要将多芯线中的其它线接地。

④信号的拾取。高阻抗缓冲，输入被测电缆与探头之间的阻抗在1kHz以上的振荡频率时是很高的，为了获取“耦合到探测器”电路的适当音频信号就需要极高的输入阻抗，为此他们在探测电路的输入端引入高阻抗缓冲级，以提供10MΩ输入阻抗。整流、放大，经过带通滤波器后的信号，首先经过前级放大，提升信号的幅度，再经过半波整流电路进行整流，成为正半周波形，然后通过RC的充放电，波形平滑。通过上述步骤可使探头拾取到的交流信号变为直流信号，最终经过后级放大，驱动声、光指示器。AGC放大电路，对于感应器——探头而言，它在时变场中被感应而产生的电动势为：e=-dφ/dt=-d∫∫Bds/dt=-∫∫ðBds/ðt。由于探头在拾取信号的时刻静止，所以对曲面积分和对时间微分可以互换次序。由此可见，在探头上产生的感应电动势是由磁场变化而来的，由于电缆的内部含有不同线径的线芯，需要调节信号源的输出。在测细线时增加信号的输出幅度，提高信噪比；测粗线时降低信号的输出幅度，减小探头能感应到的信号强度。

⑶短路点检测

①电缆内部线芯短路的判断。将被测线芯接高电平，而其余线芯接地如果被测线芯与其中1根或几根短路，那么被测缆芯电平将被拉低。以此作判断，1根线芯的判断只需1次。在电缆的被测线芯上加1个高电平，而将其余线芯与地连接，如果线芯未短路时反相器的输入为高电平，其输出为低电平，此时状态显示正常（黄灯亮，红灯灭，蜂鸣器不响）；若被测线与其它线短路时状态就发生改变，反相器的输入被拉低，其输出亦变高，这时状态显示短路（黄灯灭，红灯亮，蜂鸣器报警）。线芯的切换是通过多路转换器和模拟开关来完成的。

②短路点到测试端距离的测量。从波的反射形状看，如果电缆远端短路且测试脉冲为一正脉冲，反射回来的则为1个负脉冲。对于2个极性相反的波，通过全波整流可使其成为单一极性的波，然后测量入射波与反射波的时间间隔，通过换算即可求取短路点到测试端的距离。其测试原理与断点距离测试原理相同。                             （李剑峰）