一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置

摘要

一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置属于高压电缆无损检测领域，尤其涉及一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置。本发明提供一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置。本发明包括发射探针、接收探针、蓄电池、DC/15电源模块JP1、DC/15电源模块JP2、DC/15电源模块JP3、DC/15电源模块JP4、DC/15电源模块JP5、DC/15电源模块JP7、VSM025A升压模块U2和Atmage8单片机U7。

说明书

技术领域

本发明属于高压电缆无损检测领域，尤其涉及一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置。

背景技术

随着国民经济的飞速发展，各种电线电缆得到了广泛的应用，电线电缆行业得到迅速发展，生产规模逐渐壮大，市场占有率逐年提升。电缆作为重要的无损检测类商品，国家标准对精度要求很高。然而，目前电线电缆市场上存在的计量问题日臻突出，如何准确、迅速、经济的实现对电缆无损检测的测量，具有重要的理论意义和研究价值。

几乎所有架在高空的高压电缆表面都是裸露的，由于电压很高，危险系数极高。对于已经发生断路故障的高压电缆，其检测方法已经是多种多样了，可以快速精确的发现其故障位置，进行修复。然而对于高压运行的电缆，其维护很小，由于很难判断出未知的故障点，一旦突然损坏或者断路对工业生产以及生活等带来了很大的影响与损害。如果电缆发生局部放电，极大程度增加了电缆的危险系数。因此如何利用反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测，预防电缆故障的发生是我们所研究的难点。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种新型反射电子衍射技术对高压电缆的无损检测装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括发射探针、接收探针、蓄电池、DC/15电源模块JP1、DC/15电源模块JP2、DC/15电源模块JP3、DC/15电源模块JP4、DC/15电源模块JP5、DC/15电源模块JP7、VSM025A升压模块U2和Atmage8单片机U7；其结构要点所述蓄电池的正极BAT+端分别与JP1的正极输入端、JP2的正极输入端、JP3的正极输入端、JP4的正极输入端、JP5的正极输入端、JP7的正极输入端相连；蓄电池的负极BAT-端分别与JP1的负极输入端、JP2的负极输入端、JP3的负极输入端、JP4的负极输入端、JP5的负极输入端、JP7的负极输入端相连。

蓄电池的负极BAT-端通过电容C1分别与JP1的CAP端、JP2的CAP端、JP3的CAP端、JP4的CAP端、JP5的CAP端、JP7的CAP端相连；JP1的-Vo端与JP2的+Vo端相连，JP3的-Vo端接GND1端，JP3的+Vo端接15V_1端，JP4的-Vo端接JP5的+Vo端，JP4的+Vo接+15V_2端，JP5的-Vo端接-15V_2端，JP7的-Vo端接GND3端，JP7的+Vo端接15V_3端。

所述BAT+端分别与电阻R1一端、电阻R2一端、电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R8一端相连，电阻R1另一端、电阻R2另一端、电阻R3另一端、电阻R4另一端、电阻R8另一端、U2的2脚相连，U2的3脚接-15V端，U2的4脚接+15V端，U2的5脚分别与BATV端、电阻R13一端相连，R13另一端接GND端。

所述BATV端通过电阻R15与TLP250芯片2脚相连，TLP250芯片6、7脚通过电阻R17分别与PNP三极管Q2基极、NPN三极管Q4基极相连，Q2集电极接-15V端，Q4集电极接+15V端，Q2发射极分别与电阻R18一端、Q4发射极相连，R18另一端分别与JFET-P管Q6的B极、JFET-P管Q7的B极相连，Q6的G极、Q7的G极接GND端，Q6的C极、Q7的C极接发射探针J6。

所述接收探针J5通过电阻R20分别与PNP三极管Q3发射极、NPN三极管Q5发射极相连，Q5集电极接+15V_2端，Q3集电极接-15V_2端；Q3基极、Q5基极接电阻R19一端，R19另一端接TLP250芯片U5的6、7脚，U5的2脚通过电阻R16接U7的15脚。

作为一种优选方案，本发明还包括VSM025A升压模块U3和备用电源，U3的2脚分别与电阻R9一端、电阻R10一端、电阻R11一端、电阻R12一端相连，电阻R9另一端、电阻R10另一端、电阻R11另一端、电阻R12另一端接备用电源的正极SUN+端，U3的1脚接备用电源的正极SUN-端，U3的3脚接-15V端，U3的4脚接+15V端，U3的5脚分别与电阻R14 一端、SUNV端相连，R14 另一端接GND；单片机检测BATV端电压输出异常时，通过开关电路接SUNV端与R15相连。

作为另一种优选方案，本发明检测时，发射探针对着被测电缆的检测输入端，发射探针与被测电缆的检测输入端的间距为1～2米；接收探针对着被测电缆的检测接收端，接收探针与被测电缆的检测接收端的间距为1～2米。

作为另一种优选方案，本发明将接收探针获得的高能电子衍射谱的轨迹和“故障轨迹”进行叠加，两个轨迹将有一个清楚的发散点；这个发散点就是故障点的反射波形点。

作为另一种优选方案，本发明所述U7的26脚分别与电阻R23一端、电阻R24一端相连，R23另一端接BATV端，R24另一端接GND端。

其次，本发明所述U7的15脚通过电阻R5分别与电阻R6一端、二极管D1阴极、电容C6一端、U7的27脚相连，电阻R6另一端、二极管D1阳极、电容C6另一端接GND端。

另外，本发明所述U7分别与复位芯片MAX809 U1、基准电源芯片 U8相连， U7、U1、U8构成反馈计算单元；反馈信号经过采样电路后，通过PWM1管脚进入单片机，单片机计算电压的差异，如果电缆有损伤，那么探针两端的电压差值必定不为0V；把这个差值（BAAD的值减去PVAD的值）结算出来后通过连接插座JP6上的管脚（DATA0～7并行数据速度快）发送给显示屏或者上位机电脑，后者会显示不同光谱，以判断不同的故障情况。

本发明有益效果。

本发明可对高压电缆内部进行RHEED高能衍射谱进行测试分析，内部电缆导电端，RHEED技术产生的高能电子沿着高压电缆内部进行传播，当遇到内部缺陷或者障碍时，电子所反映的图谱会出现异常，在信号接收端收集到故障信号进行确认缺陷位置。

本发明利用可采用反射电子衍射技术对高压电缆进行无损检测，可以带电对电缆进行无任何损耗的测试，可以测试出在线运行的高压带电电缆的缺陷点，及时进行维修处理，避免电缆故障的发生。

本发明对电缆不会造成损坏，不受电缆芯数和无损检测的限制，对电缆线路技术资料的依赖性小，无损精度高，体积可以做到很小，易于携带，成本低，特别适于工程布线及半成品的检测，得到了广泛的重视。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本发明的实施方案路线流程图。

图2为本发明无损伤缺陷的电缆图谱。

图3为本发明有一定损伤缺陷的电缆图谱。

图4 为本发明损伤缺陷严重的电缆图谱。

图5 高能电子监测电缆原理图。

图6～图10为本发明电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括发射探针、接收探针、蓄电池、DC/15电源模块JP1、DC/15电源模块JP2、DC/15电源模块JP3、DC/15电源模块JP4、DC/15电源模块JP5、DC/15电源模块JP7、VSM025A升压模块U2和Atmage8单片机U7；所述蓄电池的正极BAT+端分别与JP1的正极输入端、JP2的正极输入端、JP3的正极输入端、JP4的正极输入端、JP5的正极输入端、JP7的正极输入端相连；蓄电池的负极BAT-端分别与JP1的负极输入端、JP2的负极输入端、JP3的负极输入端、JP4的负极输入端、JP5的负极输入端、JP7的负极输入端相连。

蓄电池的负极BAT-端通过电容C1分别与JP1的CAP端、JP2的CAP端、JP3的CAP端、JP4的CAP端、JP5的CAP端、JP7的CAP端相连；JP1的-Vo端与JP2的+Vo端相连，JP3的-Vo端接GND1端，JP3的+Vo端接15V_1端，JP4的-Vo端接JP5的+Vo端，JP4的+Vo接+15V_2端，JP5的-Vo端接-15V_2端，JP7的-Vo端接GND3端，JP7的+Vo端接15V_3端。

所述BAT+端分别与电阻R1一端、电阻R2一端、电阻R3一端、电阻R4一端、电阻R8一端相连，电阻R1另一端、电阻R2另一端、电阻R3另一端、电阻R4另一端、电阻R8另一端、U2的2脚相连，U2的3脚接-15V端，U2的4脚接+15V端，U2的5脚分别与BATV端、电阻R13一端相连，R13另一端接GND端。

所述BATV端通过电阻R15与TLP250芯片2脚相连，TLP250芯片6、7脚通过电阻R17分别与PNP三极管Q2基极、NPN三极管Q4基极相连，Q2集电极接-15V端，Q4集电极接+15V端，Q2发射极分别与电阻R18一端、Q4发射极相连，R18另一端分别与JFET-P管Q6的B极、JFET-P管Q7的B极相连，Q6的G极、Q7的G极接GND端，Q6的C极、Q7的C极接发射探针J6。

所述接收探针J5通过电阻R20分别与PNP三极管Q3发射极、NPN三极管Q5发射极相连，Q5集电极接+15V_2端，Q3集电极接-15V_2端；Q3基极、Q5基极接电阻R19一端，R19另一端接TLP250芯片U5的6、7脚，U5的2脚通过电阻R16接U7的15脚。

本发明还包括VSM025A升压模块U3和备用电源，U3的2脚分别与电阻R9一端、电阻R10一端、电阻R11一端、电阻R12一端相连，电阻R9另一端、电阻R10另一端、电阻R11另一端、电阻R12另一端接备用电源的正极SUN+端，U3的1脚接备用电源的正极SUN-端，U3的3脚接-15V端，U3的4脚接+15V端，U3的5脚分别与电阻R14 一端、SUNV端相连，R14 另一端接GND；单片机检测BATV端电压输出异常时，通过开关电路接SUNV端与R15相连。

本发明检测时，发射探针对着被测电缆的检测输入端，发射探针与被测电缆的检测输入端的间距为1～2米；接收探针对着被测电缆的检测接收端，接收探针与被测电缆的检测接收端的间距为1～2米。

本发明将接收探针获得的高能电子衍射谱的轨迹和“故障轨迹”进行叠加，两个轨迹将有一个清楚的发散点；这个发散点就是故障点的反射波形点。该方法的特点是易操作、多功能的优点是，可以避开故障点闪络是引起的强烈电磁干扰；时域脉冲宽度可以调节；较长线路也能记录到清晰的信号波形，提高测量精度。对于高能电子衍射谱法对于故障的电缆，反射波幅值几乎可达到100％，该方法测试简单、操作容易、精度高，正好适用于我们的电缆无损检测的测量。高能电子衍射法测试电缆故障，其安全性好、无伤害性、易操作、携带方便、易实现，它无损检测的可靠性和精度在理论上不受线路类型、过渡电阻及两侧系统的影响，是早期研究的一个热点。它为无损探伤测试提供了一个有力的新颖手段，并可进一步扩展到对长电缆内部的故障点位置进行检测的研究。

所述U7的26脚分别与电阻R23一端、电阻R24一端相连，R23另一端接BATV端，R24另一端接GND端。

所述U7的15脚通过电阻R5分别与电阻R6一端、二极管D1阴极、电容C6一端、U7的27脚相连，电阻R6另一端、二极管D1阳极、电容C6另一端接GND端。

所述U7分别与复位芯片MAX809 U1、基准电源芯片 U8相连， U7、U1、U8构成反馈计算单元；反馈信号经过采样电路后，通过PWM1管脚进入单片机，单片机计算电压的差异，如果电缆有损伤，那么探针两端的电压差值必定不为0V；把这个差值（BAAD的值减去PVAD的值）结算出来后通过连接插座JP6上的管脚（DATA0～7并行数据速度快）发送给显示屏或者上位机电脑，后者会显示不同光谱，以判断不同的故障情况。

本发明采用高能电子衍射对在线运行电缆进行无损伤检测，该设备采取电子监测的方法技术产生的高能电子沿着高压电缆内部导电电缆芯进行高能电子的传播，当遇到电缆的缺陷或者障碍时，电子的路径就会发生变化，电子所反映的图谱会出现异常，在信号接收端收集到故障信号进行确认缺陷位置。典型的反射高能电子衍射设备包含两组叉指换能器，如图5所示，高压加速的高能电子通过一组换能器（发射探针）耦合为电缆表面信号，随后到达另一组换能器（接收探针）后转换为电信号输出。

具体步骤参数为，反射高能电子衍射谱（RHEED），其检测电缆的参数为：电子加速的电子束流为10-20A，电子加速电压为30kV，电子束波长是0.10nm。

图1是该技术测试分析电缆样品的流程图，本发明测试了3种不同情形下的电缆测试图谱。采用反射高能电子衍射谱针对完整无损的电缆进行了检测与分析，如图2所示，图2电子的移动路线为连续的路径，没有明显的缺陷出现，说明该电缆为无损伤缺陷的电缆。然后本发明对有一定缺陷的电缆进行了检测分析，如图3所示， 图3的电子移动轨迹没有之前的那么平坦，说明该电缆有一定的缺陷。之后本发明对缺陷严重一些的电缆进行了测试分析，发现该电缆的电子轨迹明显断断续续，如图4所示，说明该电缆损伤缺陷严重。

如图6～10所示，电源模块JP1、JP2、JP3、JP4、JP5、JP7提供电子束的额定电流。

升压模块U2、U3来提供电子束的额定电压。

电路图的执行原理如下。

将探针分别连接被测电缆的两端，打开设备开关，设备会产生高能电子束之后，通过光电开关TLP250（U4），因为图腾柱驱动电路（R17、Q2、Q4、R18）的驱动，使得功率管Q6、Q7导通，这样，高能电子束的能量就加载到探针J6上，并发射出去。由R23、R24、D3、C8组成的采样电路检测发出的电压值，发送给单片机引脚。

于此同时，另一个反馈探针J5，接收到了这个高能信号，通过图腾柱驱动电路（R19、Q3、Q5、R20由于元件型号参数不同，所以此电路只是稳定开关作用）的开启，通过光电开关TLP250（U5），反馈给接收单元。

由于被测量的电缆样品可能存在损伤，所以，接收到的反馈信号还要传递给计算单元来进行判断，因为单片机管脚的最高接收电压不能高于5V，所以需要将反馈信号进行电压转换，类似于电压采样原理，这部分功能由转换电路（R5、R6、D1、C6）完成。

单片机Atmage8（U7）、复位芯片MAX809（U1）、基准电源芯片（U8）构成反馈计算单元。反馈信号经过采样电路后，通过PWM1管脚进入单片机，在其程序中计算电压的差异，如果电缆有损伤，那么探针两端的电压差值必定不为0V。把这个差值（BAAD的值减去PVAD的值）结算出来后通过连接插座JP6上的管脚（DATA0~7并行数据速度快）发送给显示屏或者上位机电脑，后者会显示不同光谱，以判断不同的故障情况。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。