智能电力电缆故障闪测仪

摘要

本发明既是一种电力电缆故障测试方法，又是一种测试仪器。它是通过采用微处理技术实现对信息的采集与处理，改变用存贮示波管记录测试的方法测试电力电缆故障，使电力电缆及通信电缆故障的测试智能化、自动化、提高了测试精度。实现本发明的关键技术是采用了30MHz高频采样和存贮技术，完成了高速高压单次瞬态信号的处理和显示。本发明还具有操作汉字化和打印功能，所以操作简单，使用方便。

说明书

本发明涉及一种电力电缆故障的测试仪器。

目前国内外测试电力电缆的低阻、高阻闪络与泄漏性故障的方法均可采用电感冲闪法、直闪法、终端闪络法及低压脉冲法。但对信息的处理方法却存在本质的不同。如国内已经普及的DGC-711型闪测仪就是用贮存示波管记录测试时电缆上产生的瞬态脉冲信息，并显示未经任何处理的原始模拟信号。由于贮存示波管记录的模拟信号在屏幕上显示数秒钟以后，便被示波管上逐渐明亮起来的背景所淹没，所以无法继续观察与判读。若要继续观察，必须再加高压闪络，而每次闪络获得的波形又不可能完全重合，给观察和判读带来很大困难。另外，在测试长距离故障时，由于回波信号较弱，反射回波波形严重畸变，判读的波形拐点圆滑，加上距离电刻度又非常密集，所以更增加判读困难，引起较大的读数误差，甚至超过100米。为了解决这一问题，国外开始采用计算机辅助分析电缆故障的方法，如EEA1989Vol92no1093、473，81.30BPower    Cables    6565文章所讲的就是这种。但至今为止尚没有成型的智能型电力电缆故障检测设备。

本发明的目的是改变现有电力电缆故障闪测仪的信息处理方法，甩掉现有设备的贮存示波管记录测试，采用微处理技术实现对信息的处理，即经一次闪络采样后就可在监视屏幕上稳定清晰地显示测试波形，以便精确判读故障;本发明的进一步目的是做成以CPU为中心，以只读存贮器、随机存贮器及其它特定功能为外设构成的智能化整体型电力电缆故障信号处理检测仪器。

实现本发明的技术方案是研制了30MHz高速A/D变换和高速存贮技术，以及数据处理和实时显示软件。其中30MHzA/D芯片选用了闪光式A/D超大规模集成芯片，并根据其时序关系设计出一套控制电路及存贮板。为使高速A/D变换及存贮板能够正常准确的工作，采用的方法为：

1、将90MHz晶体振荡器产生的信号经三分频后变为占空比约为1∶3的30MHz信号。其高电平“1”为10ns，低电平“0”为23ns，满足闪光式A/D的采样脉冲时钟信号的要求。

2、经启停控制电路的控制在闪络信号的触发下打开30MHz采样时钟脉冲，该启停控制电路在非同步触发的情况下确保脉冲完整输出。

3、采样脉冲CLOK信号加于高速A/D的CLK输入端，同时也加于和数据锁存器74F374的CLK端，完成锁存高速A/D变换器输出的数字信号，该信号直接与高速RAM的数据总线相接。

4、采样脉冲CLOK信号经两级门的时延后，加于地址计数器74F161的CP端，作为高速地址计数器的时钟脉冲，同时也作为高速存贮器RAM的WR写信号，完成高速A/D变换器输出信号稳定期间地址计数器发出写地址信号和写信号，保证将高速A/D变换器变换出的结果正确地存放于高速存贮器之中。

实现本发明的技术方案除整机必须配备一定的硬件保证外，还必须有一套功能齐全、控制灵活的软件支持，本系统的软件程序主要有：数据采集信号处理程序;双游标控制自动测距程序;CRT图形显示程序;汉字提示操作及12种特征故障波形库程序;电波测速、介质选择、频率选择人机交换程序;图形打印、报表程序。

本发明智能电力电缆故障闪测仪主要由中央微处理机CPU和ROM、RAM以及各种I/O接口设备（显示接口、打印机接口、键盘接口、高速A/D接口）与定型的外设（显示器、打印机、专用键盘）组成，高速A/D接口主要完成数据的高速采集和存贮，是本发明的特征所在。

本发明的附图图面说明如下：

图1是智能电力电缆故障闪测仪原理图。

图2是高速数据采集时序关系图。

图3是高速A/D及存贮板。

图4是系统的软件流程图，其中：

图4a是系统监控软件流程图;

图4b是系统中断服务程序。

现结合附图-本发明的实施例对发明作进一步说明。

图1所示闪测仪原理图是一部单次瞬态信号处理机，要实时不失真地观测到闪络信号，整机硬件的关键技术是30MHz高速A/D变换和高速存贮技术。加电复位系统初始化以后，计算机处于等待状态，一旦几万伏特高压经球间隙放电瞬间，启动高速A/D变换器工作，同时按距离量化单元的顺序依次将所采到的数据存放于2k字节的高速缓冲存贮器中，采完2048个距离单元时向CPU发出中断请求，CPU响应中断取走高速缓冲存贮器中的数据，以达到高速运行的外设与主处理机之间的速度匹配。CPU将采到的数据加工处理之后送往CRT图形显示器上进行直观地显示。

图2为高速数据采集时序关系图。现以最高采样频率30MHz为例，采样脉冲CLK信号的“1”电平为10ns，“0”电平为23ns。A/D转换器在该脉冲的上升沿开始进行转换，在该脉冲的下降沿A/D转换数据有效，与此同时高速存贮器地址有效，数据稳定时刻发出存贮器写信号。在短暂33ns时间内完成了高速A/D转换和存贮，将模拟-数字转换的结果正确地写入存贮器中。

在图3高速A/D及存贮板中，由BG₁、R₁、R₂、C₁、C₂、90MHz晶体及U₁₆组成的主振荡器产生90MHz脉冲信号，该信号经U₁₇、U₁₈构成三分频电路产生出“1”电平为10ns，“0”电平为23ns的标准采样时钟信号。30MHz的信号经二分频、三分频、二分频产生15MHz、10MHz、5MHz的不同频率的采样脉冲，在测试不同距离的故障时选择不同采样频率。要将A/D变换器输出的数据正确地存放在2k字节的高速缓冲存贮器中，必须设计一套时序关系紧密配合的控制电路，加电复位以后U₁₃、U₁₄、U₁₅地址计数器处于关闭状态，这时采样脉冲不能加到地址计数器的CP端，只有在闪络信号的触发下，U₂₇、U₂₈、U₂₉、U₃₀、U₃₁、U₃₂、U₃₃、U₃₄启动，采样脉冲门U₂₆打开。A/D变换器开始变换，地址计数器同时计数，相应的存贮写信号由U₂₁提供，U₂₃控制将高速地址计数器的地址通过U₁₀、U₁₁、U₁₂接到U₄、U₅、U₆、U₇高速存贮器地址线上。当采够2048个数据时，U₃₄产生判断信号，切断采样脉冲CLK信号;U₂₃控制将存贮器的地址总线通过U₁₀、U₁₁、U₁₂组成的地址切换器转接到CPU的地址总线上，并使存贮器处于读状态，U₂₄、U₂₅产生中断请求信号INT通知CPU取走数据。U₁、U₈、U₉组成总线缓冲器，完成CPU的数据总线和地址总线缓冲隔离作用。U₂、U₃为高速A/D变换器和数据锁存器，完成对外面输入闪络回波信号转换成数字信号，在采样时钟作用下锁存以后，便于存贮在RAM中。U₂₀、U₂₂组成频率选择器，可根据测距的要求，CPU发出命令选择不同的采术频率。图中U₄、U₅、U₆、U₇组成2k字节的缓冲存贮器，其采用较低速的2148-H芯片组成，它的存访周期为45ns，要达到33ns的采样速率还低了一点。为了用较低速度的存贮器完成较高速率的工作，本发明采用两个1k字节的存贮器交替工作方式，即奇偶字节分别进行存放，CPU读取数据也按奇偶字节进行读取。

图4a系统监控软件流程的工作过程为：加电系统复位后，首先设置系统堆栈指针，待系统初始化后堆栈指针为1FE7H，然后对显示控制器CRTC进行初始化，按照显示模式、显示规范进行预置参数。接着是主机系统进行自检自校，如果有故障在显示器上即出现提示符“！”，若没有故障则显示：“欢迎使用DGC智能电力电缆故障闪测仪”等字幕内容。这时再对键盘接口、打印机接口初始化。键盘接口初始化主要为寻键判读值作准备。打印机接口初始化主要为主机与打印机之间信息交换沟通联系。再往后就是系统参数预置，如一些常量变量缓存单元，定义中断向量表地址，开中断。完成以上准备工作之后，在CRT显示器上显示出坐标（时间轴x，幅度轴y，在时间轴的下方显示距离暂为0米）、游标和预置各种参数（如采样频率是多少兆赫;电缆介质是什么性质，若不是常用的油浸纸介质、交联乙烯电缆、不滴流电缆、全塑电缆等四种已在本发明中预置的电介质，还可以自选介质，并设定电波传播的速率。上述操作完成以后，系统进入寻键盘，根据键盘扫描的结果如果有键按下，则读取键值，经键门译码进入相应的处理程序。这里主要有采样波形显示、游标移动、介质选择、采样频率选择、标准波形显示、打印等六个模块子程序。

图4b表明了数据采样完成以后中断服务程序。

本发明是将先进的微处理技术用于电缆故障测试技术上，实现了电力电缆及通信电缆故障测试智能化、自动化，使测试精度大大提高。用30MHz高频采样和存贮技术完成了高速高压单次瞬态信号的处理和显示。所有操作汉字化，且具有打印功能，所以操作简单，使用方便。