專利名稱：智能電力電纜故障閃測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電纜故障的測(cè)試儀器。
目前國內(nèi)外測(cè)試電力電纜的低阻、高阻閃絡(luò)與泄漏性故障的方法均可采用電感沖閃法、直閃法、終端閃絡(luò)法及低壓脈沖法。但對(duì)信息的處理方法卻存在本質(zhì)的不同。如國內(nèi)已經(jīng)普及的DGC-711型閃測(cè)儀就是用貯存示波管記錄測(cè)試時(shí)電纜上產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖信息，并顯示未經(jīng)任何處理的原始模擬信號(hào)。由于貯存示波管記錄的模擬信號(hào)在屏幕上顯示數(shù)秒鐘以后，便被示波管上逐漸明亮起來的背景所淹沒，所以無法繼續(xù)觀察與判讀。若要繼續(xù)觀察，必須再加高壓閃絡(luò)，而每次閃絡(luò)獲得的波形又不可能完全重合，給觀察和判讀帶來很大困難。另外，在測(cè)試長距離故障時(shí)，由于回波信號(hào)較弱，反射回波波形嚴(yán)重畸變，判讀的波形拐點(diǎn)圓滑，加上距離電刻度又非常密集，所以更增加判讀困難，引起較大的讀數(shù)誤差，甚至超過100米。為了解決這一問題，國外開始采用計(jì)算機(jī)輔助分析電纜故障的方法，如EEA1989Vol92no1093、473，81.30BPowerCables6565文章所講的就是這種。但至今為止尚沒有成型的智能型電力電纜故障檢測(cè)設(shè)備。
本發(fā)明的目的是改變現(xiàn)有電力電纜故障閃測(cè)儀的信息處理方法，甩掉現(xiàn)有設(shè)備的貯存示波管記錄測(cè)試，采用微處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的處理，即經(jīng)一次閃絡(luò)采樣后就可在監(jiān)視屏幕上穩(wěn)定清晰地顯示測(cè)試波形，以便精確判讀故障;本發(fā)明的進(jìn)一步目的是做成以CPU為中心，以只讀存貯器、隨機(jī)存貯器及其它特定功能為外設(shè)構(gòu)成的智能化整體型電力電纜故障信號(hào)處理檢測(cè)儀器。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是研制了30MHz高速A/D變換和高速存貯技術(shù)，以及數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)顯示軟件。其中30MHzA/D芯片選用了閃光式A/D超大規(guī)模集成芯片，并根據(jù)其時(shí)序關(guān)系設(shè)計(jì)出一套控制電路及存貯板。為使高速A/D變換及存貯板能夠正常準(zhǔn)確的工作，采用的方法為1、將90MHz晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)三分頻后變?yōu)檎伎毡燃s為1∶3的30MHz信號(hào)。其高電平“1”為10ns，低電平“0”為23ns，滿足閃光式A/D的采樣脈沖時(shí)鐘信號(hào)的要求。
2、經(jīng)啟?？刂齐娐返目刂圃陂W絡(luò)信號(hào)的觸發(fā)下打開30MHz采樣時(shí)鐘脈沖，該啟?？刂齐娐吩诜峭接|發(fā)的情況下確保脈沖完整輸出。
3、采樣脈沖CLOK信號(hào)加于高速A/D的CLK輸入端，同時(shí)也加于和數(shù)據(jù)鎖存器74F374的CLK端，完成鎖存高速A/D變換器輸出的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)直接與高速RAM的數(shù)據(jù)總線相接。
4、采樣脈沖CLOK信號(hào)經(jīng)兩級(jí)門的時(shí)延后，加于地址計(jì)數(shù)器74F161的CP端，作為高速地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，同時(shí)也作為高速存貯器RAM的WR寫信號(hào)，完成高速A/D變換器輸出信號(hào)穩(wěn)定期間地址計(jì)數(shù)器發(fā)出寫地址信號(hào)和寫信號(hào)，保證將高速A/D變換器變換出的結(jié)果正確地存放于高速存貯器之中。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案除整機(jī)必須配備一定的硬件保證外，還必須有一套功能齊全、控制靈活的軟件支持，本系統(tǒng)的軟件程序主要有數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理程序;雙游標(biāo)控制自動(dòng)測(cè)距程序;CRT圖形顯示程序;漢字提示操作及12種特征故障波形庫程序;電波測(cè)速、介質(zhì)選擇、頻率選擇人機(jī)交換程序;圖形打印、報(bào)表程序。
本發(fā)明智能電力電纜故障閃測(cè)儀主要由中央微處理機(jī)CPU和ROM、RAM以及各種I/O接口設(shè)備(顯示接口、打印機(jī)接口、鍵盤接口、高速A/D接口)與定型的外設(shè)(顯示器、打印機(jī)、專用鍵盤)組成，高速A/D接口主要完成數(shù)據(jù)的高速采集和存貯，是本發(fā)明的特征所在。
本發(fā)明的附面說明如下

圖1是智能電力電纜故障閃測(cè)儀原理圖。
圖2是高速數(shù)據(jù)采集時(shí)序關(guān)系圖。
圖3是高速A/D及存貯板。
圖4是系統(tǒng)的軟件流程圖，其中圖4a是系統(tǒng)監(jiān)控軟件流程圖;
圖4b是系統(tǒng)中斷服務(wù)程序。
現(xiàn)結(jié)合附圖-本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1所示閃測(cè)儀原理圖是一部單次瞬態(tài)信號(hào)處理機(jī)，要實(shí)時(shí)不失真地觀測(cè)到閃絡(luò)信號(hào)，整機(jī)硬件的關(guān)鍵技術(shù)是30MHz高速A/D變換和高速存貯技術(shù)。加電復(fù)位系統(tǒng)初始化以后，計(jì)算機(jī)處于等待狀態(tài)，一旦幾萬伏特高壓經(jīng)球間隙放電瞬間，啟動(dòng)高速A/D變換器工作，同時(shí)按距離量化單元的順序依次將所采到的數(shù)據(jù)存放于2k字節(jié)的高速緩沖存貯器中，采完2048個(gè)距離單元時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷取走高速緩沖存貯器中的數(shù)據(jù)，以達(dá)到高速運(yùn)行的外設(shè)與主處理機(jī)之間的速度匹配。CPU將采到的數(shù)據(jù)加工處理之后送往CRT圖形顯示器上進(jìn)行直觀地顯示。
圖2為高速數(shù)據(jù)采集時(shí)序關(guān)系圖?，F(xiàn)以最高采樣頻率30MHz為例，采樣脈沖CLK信號(hào)的“1”電平為10ns，“0”電平為23ns。A/D轉(zhuǎn)換器在該脈沖的上升沿開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在該脈沖的下降沿A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有效，與此同時(shí)高速存貯器地址有效，數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)刻發(fā)出存貯器寫信號(hào)。在短暫33ns時(shí)間內(nèi)完成了高速A/D轉(zhuǎn)換和存貯，將模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換的結(jié)果正確地寫入存貯器中。
在圖3高速A/D及存貯板中，由BG1、R1、R2、C1、C2、90MHz晶體及U16組成的主振蕩器產(chǎn)生90MHz脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)U17、U18構(gòu)成三分頻電路產(chǎn)生出“1”電平為10ns，“0”電平為23ns的標(biāo)準(zhǔn)采樣時(shí)鐘信號(hào)。30MHz的信號(hào)經(jīng)二分頻、三分頻、二分頻產(chǎn)生15MHz、10MHz、5MHz的不同頻率的采樣脈沖，在測(cè)試不同距離的故障時(shí)選擇不同采樣頻率。要將A/D變換器輸出的數(shù)據(jù)正確地存放在2k字節(jié)的高速緩沖存貯器中，必須設(shè)計(jì)一套時(shí)序關(guān)系緊密配合的控制電路，加電復(fù)位以后U13、U14、U15地址計(jì)數(shù)器處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)采樣脈沖不能加到地址計(jì)數(shù)器的CP端，只有在閃絡(luò)信號(hào)的觸發(fā)下，U27、U28、U29、U30、U31、U32、U33、U34啟動(dòng)，采樣脈沖門U26打開。A/D變換器開始變換，地址計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)數(shù)，相應(yīng)的存貯寫信號(hào)由U21提供，U23控制將高速地址計(jì)數(shù)器的地址通過U10、U11、U12接到U4、U5、U6、U7高速存貯器地址線上。當(dāng)采夠2048個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，U34產(chǎn)生判斷信號(hào)，切斷采樣脈沖CLK信號(hào);U23控制將存貯器的地址總線通過U10、U11、U12組成的地址切換器轉(zhuǎn)接到CPU的地址總線上，并使存貯器處于讀狀態(tài)，U24、U25產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)INT通知CPU取走數(shù)據(jù)。U1、U8、U9組成總線緩沖器，完成CPU的數(shù)據(jù)總線和地址總線緩沖隔離作用。U2、U3為高速A/D變換器和數(shù)據(jù)鎖存器，完成對(duì)外面輸入閃絡(luò)回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在采樣時(shí)鐘作用下鎖存以后，便于存貯在RAM中。U20、U22組成頻率選擇器，可根據(jù)測(cè)距的要求，CPU發(fā)出命令選擇不同的采術(shù)頻率。圖中U4、U5、U6、U7組成2k字節(jié)的緩沖存貯器，其采用較低速的2148-H芯片組成，它的存訪周期為45ns，要達(dá)到33ns的采樣速率還低了一點(diǎn)。為了用較低速度的存貯器完成較高速率的工作，本發(fā)明采用兩個(gè)1k字節(jié)的存貯器交替工作方式，即奇偶字節(jié)分別進(jìn)行存放，CPU讀取數(shù)據(jù)也按奇偶字節(jié)進(jìn)行讀取。
圖4a系統(tǒng)監(jiān)控軟件流程的工作過程為加電系統(tǒng)復(fù)位后，首先設(shè)置系統(tǒng)堆棧指針，待系統(tǒng)初始化后堆棧指針為1FE7H，然后對(duì)顯示控制器CRTC進(jìn)行初始化，按照顯示模式、顯示規(guī)范進(jìn)行預(yù)置參數(shù)。接著是主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自檢自校，如果有故障在顯示器上即出現(xiàn)提示符“！”，若沒有故障則顯示“歡迎使用DGC智能電力電纜故障閃測(cè)儀”等字幕內(nèi)容。這時(shí)再對(duì)鍵盤接口、打印機(jī)接口初始化。鍵盤接口初始化主要為尋鍵判讀值作準(zhǔn)備。打印機(jī)接口初始化主要為主機(jī)與打印機(jī)之間信息交換溝通聯(lián)系。再往后就是系統(tǒng)參數(shù)預(yù)置，如一些常量變量緩存單元，定義中斷向量表地址，開中斷。完成以上準(zhǔn)備工作之后，在CRT顯示器上顯示出坐標(biāo)(時(shí)間軸x，幅度軸y，在時(shí)間軸的下方顯示距離暫為0米)、游標(biāo)和預(yù)置各種參數(shù)(如采樣頻率是多少兆赫;電纜介質(zhì)是什么性質(zhì)，若不是常用的油浸紙介質(zhì)、交聯(lián)乙烯電纜、不滴流電纜、全塑電纜等四種已在本發(fā)明中預(yù)置的電介質(zhì)，還可以自選介質(zhì)，并設(shè)定電波傳播的速率。上述操作完成以后，系統(tǒng)進(jìn)入尋鍵盤，根據(jù)鍵盤掃描的結(jié)果如果有鍵按下，則讀取鍵值，經(jīng)鍵門譯碼進(jìn)入相應(yīng)的處理程序。這里主要有采樣波形顯示、游標(biāo)移動(dòng)、介質(zhì)選擇、采樣頻率選擇、標(biāo)準(zhǔn)波形顯示、打印等六個(gè)模塊子程序。
圖4b表明了數(shù)據(jù)采樣完成以后中斷服務(wù)程序。
本發(fā)明是將先進(jìn)的微處理技術(shù)用于電纜故障測(cè)試技術(shù)上，實(shí)現(xiàn)了電力電纜及通信電纜故障測(cè)試智能化、自動(dòng)化，使測(cè)試精度大大提高。用30MHz高頻采樣和存貯技術(shù)完成了高速高壓?jiǎn)未嗡矐B(tài)信號(hào)的處理和顯示。所有操作漢字化，且具有打印功能，所以操作簡(jiǎn)單，使用方便。
權(quán)利要求
1.一種用微處理技術(shù)進(jìn)行電力電纜故障測(cè)試的方法，其特征在于采用了30MHz高速A/D變換和高速存貯技術(shù)，以及數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)顯示軟件，30MHzA/D變換及存貯板正常工作的關(guān)系為a、將90MHz晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)三分頻后變?yōu)檎伎毡燃s為1∶3的30MHz信號(hào)，其高電平“1”為10ns，低電平為23ns，滿足高速A/D轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘信號(hào)的要求；b、經(jīng)啟?？刂齐娐返目刂圃陂W絡(luò)信號(hào)的觸發(fā)下打開30MHz采樣時(shí)鐘脈沖，該啟?？刂齐娐吩诜峭接|發(fā)的情況下確保脈沖完整輸出；c、采樣脈沖CLOK信號(hào)加于高速A/D的CLK輸入端，同時(shí)也加于數(shù)據(jù)鎖存器74F374的CLK端，完成鎖存高速A/D變換器輸出的數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)直接與高速RAM的數(shù)據(jù)總線相接；d、采樣脈沖CLOK信號(hào)經(jīng)兩級(jí)門的時(shí)延后，加于地址計(jì)數(shù)器74F161的CP端，作為高速地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖，同時(shí)也作為高速存貯器RAM的WR寫信號(hào)，完成高速A/D變換器輸出信號(hào)穩(wěn)定期間地址計(jì)數(shù)器發(fā)出寫地址信號(hào)和寫信號(hào)，將高速A/D變換器變換結(jié)果存放在高速存貯器中。
2.一種電力電纜故障閃測(cè)儀，其特征在于閃測(cè)儀主要由中央微處理機(jī)CPU和ROM、RAM以及顯示、打印、鍵盤、高速A/D等I/O接口設(shè)備和顯示器、打印機(jī)、專用鍵盤等定型外設(shè)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)顯示軟件主要包括系統(tǒng)監(jiān)控軟件的主流程和波形顯示、游標(biāo)移動(dòng)、介質(zhì)選擇、采樣頻率選擇、標(biāo)準(zhǔn)波形顯示、打印等六個(gè)模塊子程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閃測(cè)儀，其特征在于高速A/D芯片選用了閃光式超大規(guī)模集成芯片，并設(shè)制有以此芯片時(shí)序關(guān)系而設(shè)計(jì)的存貯板與控制電路。
全文摘要
本發(fā)明既是一種電力電纜故障測(cè)試方法，又是一種測(cè)試儀器。它是通過采用微處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集與處理，改變用存貯示波管記錄測(cè)試的方法測(cè)試電力電纜故障，使電力電纜及通信電纜故障的測(cè)試智能化、自動(dòng)化、提高了測(cè)試精度。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是采用了30MHz高頻采樣和存貯技術(shù)，完成了高速高壓?jiǎn)未嗡矐B(tài)信號(hào)的處理和顯示。本發(fā)明還具有操作漢字化和打印功能，所以操作簡(jiǎn)單，使用方便。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1084639SQ92110989
公開日1994年3月30日 申請(qǐng)日期1992年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月20日
發(fā)明者韓伯峰, 王民發(fā), 張棟國, 喬立民, 孫廷 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)