电缆故障检测仪的设计

发布时间：2020-06-14 15:19

【摘要】：本文基于扩展频谱时域反射法(SSTDR)设计了一种电缆故障检测仪,对电缆进行在线故障检测和故障定位。本文分析了电缆故障类型和电缆故障原因,通过建立电缆故障模型,研究了电缆阻抗不匹配时行波信号的反射和透射现象,对SSTDR法故障检测序列进行论证分析,对电缆故障测距原理进行了分析,并对电缆故障定位算法进行了阐述,设计了电缆故障检测系统总体架构。根据电缆故障检测系统总体框架,进行电缆故障检测系统硬件设计,故障测试信号产生模块主要使用FPGA进行DDS故障检测信号数字调制,控制DAC输出电缆故障测试模拟信号;信号采集及存储模块主要使用FPGA控制ADC对电缆故障反射信号进行采集,使用SDRAM作为FPGA的外部存储器,将采集的数据储存在SDRAM中;数据运算模块主要使用DSP对FPGA采集的数据进行数据处理,然后输出故障测试结果和故障点距离。编写了直接数字式合成器DDS、SDRAM动态随机存储器控制程序、静态随机存储器SRAM控制程序、FPGA与ADC、DAC芯片接口程序和DSP的相关算法程序。制作了电缆故障检测仪样机,通过对故障电缆的实验测试验证了 SSTDR法的可行性,实验结果表明所设计的电缆故障检测仪能够准确判断电缆故障类型,并较为精准地计算出电缆故障距离,电缆故障检测仪样机满足相关设计要求。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75
【图文】：

线性移位寄存器

码、Ｋａｓａｍｉ码等，常见的非线性序列码包括二次剩余序列（又称为Ｌｅｇｅｎｄｒｅ序列）、逡逑双素数序列以及Ｍ序列等作为二进制的伪随机序列，除Ｈａｄａｍａｒｄ、Ｗａｌｓｈ码外，逡逑所有ＰＮ序列的自相关波形都具有明显的峰值点。相比于！１１序列，Ｋａｓａｍｉ、Ｇｏｌｄ逡逑码的旁瓣值较大，且不再具有ｍ序列的双值特性。观察Ｗａｌｓｈ码的自相关波形发逡逑现，该函数的边叶值较大，且具有多个极值点，自相关性能非常不理想，显然不逡逑适合于ＳＳＴＤＲ的电缆故障在线检测，与Ｗａｌｓｈ码类似的序列还有Ｈａｄａｍａｒｄ码【２４］。逡逑通过比较各伪随机序列的峰值点不难知道，ｍ码、Ｂａｒｋｅｒ序列、以及Ｌｅｇｅｎｄｒｅ、逡逑双素数序列皆有较好的自相关性能。如果待测电缆长度较短，可选用Ｂａｒｋｅｒ码作逡逑为该故障检测系统的测试序列。Ｋａｓａｍｉ码具有高度正交性与较好的互相关性能，逡逑适合于对多根电缆的故障检测，但是同步检测的电缆总数须小于序列的码数。逡逑根据ｍ序列自相关函数的二值特性以及Ｇｏｌｄ序列的三值特征，两者均可作为逡逑单根电缆故障检测的发射序列，ｍ序列最佳。逡逑ＰＮ序列的选取往往影响电缆故障检测系统性能以及故障测距精度，同种ＰＮ逡逑序列在不同应用场合也效果不一，伪随机序列一般使用伪随机序列ｍ码，这种码逡逑元具有良好的自相关特性和抗噪声特性。逡逑

自相关

拓展频谱时域反射法与传统的ＴＤＲ法相比，在于其是拓展的频谱，它将测试逡逑序列调制到正弦波上以ＢＰＳＫ信号，二相相移键控（ＢＰＳＫ）是指通过二进制基带信逡逑号对载波进行二相调制的方法，其在信号处理和通信领域有着重要的作用。使用逡逑ＢＰＳＫ信号可以实现对频谱的扩展［２６］。逡逑ＢＰＳＫ调制是通过将二进制伪随机序列加载到正余弦载波上，它使用了基准的逡逑正弦波和相位反转的波浪，使一方相位保持不变，另一方相位反转，从而可以同逡逑时传送接受调制信号的信息［２７］。ＢＰＳＫ信号可利用相位翻转来携带调制信号，在进逡逑行ＢＰＳＫ的调制时可使用乘法器将调制信号加载到载波信号上，ＢＰＳＫ调制原理为逡逑假设载波为NB．（0邋＝邋ｃｏｓ（叫；Ｔ邋＋邋６＞。），基带为／（0，其中％为载波频率，０。为载波的逡逑初相位，ｇ（0是矩形脉冲，ｒ是码元宽度，由式（２－２１）那么ＢＰＳＫ信号在经过调制逡逑后为逡逑＋00逡逑７（0＝邋Ｚ邋ａｎＳ｛ｔ－＾Ｔ）逦（２－２０）逡逑ｎ＝－ｃｃ逡逑－ＨＸ）逡逑＝＝￣－

【参考文献】