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基于脉冲反射法的电缆故障检测仪设计

发布时间:2020-07-21 18:13:06 阅读: 来源:壁灯厂家

摘要:介绍了一种以嵌入式缀处理器Nios为核心的电缆故障检测仪。该仪器应用A/D器件和FPGA组成可变频率的高速数据采集系统,利用低压脉冲反射法原理来实现对电缆的断路、短路等故障的检测与定位。关键词:电缆;故障检测仪;低压脉冲反射法;可编程逻辑器件引言 电缆是通信、测试等系统信号传输的重要载体,随着电缆数量的增多及运行时间的延长,电缆也越来越频繁地发生故障。电缆线路的隐蔽性及测试设备的局限性,使电缆故障的查找非常困难。本文设计了一种以嵌入式微处理器Nios为核心的电缆故障检测仪,应用A/D器件和FPGA组成可变频率的高速数据采集系统,利用低压脉冲反射法原理来实现线缆的断路、短路、断路点、短路点的检测与定位。该仪器可广泛应用于通信维护、工程施工和综合布线,对市话电缆、同轴电缆等各种线缆进行测试和障碍维护。1 系统总体结构 利用低压脉冲反射法检测电缆故障。主要原理是:向电缆发送一个电压脉冲,当发射脉冲在传输线上遇到故障时,由于故障点阻抗不匹配,产生反向脉冲,通过计算二者的时间差△T,并分析反射脉冲的特性来进行故障的定性与定位。该方法适用于断线、接触不良、低电阻或短路故障的测试。 故障点距离L为:L=V·△T/2。式中,V是脉冲在电缆中的传播速度。根据反向脉冲的极性可判断故障性质:断线或接触不良引起的反向脉冲为正,低电阻或短路故障引起的反向脉冲为负。 该仪器是一个便携式电缆故障检测设备,可利用现代电子技术(如高速A/D技术、异步FIFO技术、现场可编程逻辑阵列FPGA等)来提高集成度和灵活性。系统总体结构如图1所示。

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脉冲发生电路产生探测脉冲,高速的A/D转换器对脉冲及其反射回波信号进行采样,使用异步FIFO作为A/D采样数据的缓存。软核Nios作为系统核心,控制检测任务的启动和结束、脉冲发送接收模式的选择、A/D采样数据的处理计算、故障性质和位置的判断及显示等。其中,软核处理器和逻辑功能都是在现场可编程逻辑器件中编程实现的。2 功能及性能指标 短路测试:检测电缆芯线之间是否有不必要的连接及其位置。 断路测试:检测电缆中某芯线是否断路及其位置。 显示:显示测试结果,即测量中开路及短路的位置。 测量范围:2~1000 m。 测试精度:可选择2 m和10 m两种精度。 脉冲振幅:负载开路5 V。 脉冲宽度:20 ns,100 ns。 最大采样速率:100 MHz。 波形记录长度:1024点。

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