时域反射仪的硬件设计与实现

论文摘要

电力电缆故障是电力系统中的常见故障,电缆测距是排除电缆故障的前提条件,准确的电缆测距可以缩短发现故障点的时间,有利于快速排除故障,减小由电缆故障带来的损失。本设计以数字存储示波器技术为基础,根据传输线理论,从时域角度考虑,利用电信号在电缆上的传输与反射原理,设计出一款既具有数字示波器功能,又具有时域反射测量的实用型多功能仪器。通过对发射脉冲和反射脉冲的时间间隔的测量,从而达到对电缆长度的准确的测量和故障的判断,测量分辨率小于0.5m。本文详细介绍了时域反射仪的硬件部分整体设计。通过时钟计数的方式产生不同宽度的脉冲信号,并利用游标卡尺原理对脉冲信号做顺序延时。脉冲信号经过放大后被分别送往测量通道和参考通道。发射脉冲和反射脉冲经过高速模拟通道调理以后被送往高速数据采集系统,然后由处理器将采集到的脉冲信号以及电缆测试结果直接显示在液晶屏幕上方。经过两个通道的脉冲波形相减运算,还可以将测量盲区减小到1m以内。本文还设计了时域反射仪的便携电源电路和软硬件开关电路。最后针对时域反射仪的设计要求进行测试和验证,并给出了实际电缆测试诊断波形样图,通过实际测量,本设计基本达到了最初的设计要求,为产品成功推向市场提供了保证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 技术现状及发展趋势
• 1.3 设计要求与研究内容
• 第二章 时域反射测量方法
• 2.1 时域反射的原理
• 2.2 时域反射测量方法
• 2.3 本设计时域反射测量方法
• 2.4 脉冲信号对时域反射测量的影响
• 2.4.1 脉冲形状
• 2.4.2 脉冲宽度
• 2.4.3 脉冲幅度
• 2.5 其它因素对时域反射测量的影响
• 2.5.1 线路衰耗对信号传输的影响
• 2.5.2 不均匀性对信号传输的影响
• 第三章 系统总体方案
• 3.1 硬件总体设计
• 3.1.1 脉冲产生和送出
• 3.1.2 测量和参考通道
• 3.1.3 数据采集和存储
• 3.1.4 液晶显示与控制
• 3.1.5 电源及开关电路
• 3.2 软件总体设计
• 第四章 关键电路设计
• 4.1 低压窄脉冲源设计
• 4.1.1 脉冲信号产生
• 4.1.2 脉冲信号延时
• 4.1.2.1 脉冲延时原理
• 4.1.2.2 脉冲延时实现
• 4.1.3 脉冲信号放大和分离
• 4.1.3.1 脉冲信号放大
• 4.1.3.2 脉冲信号分离
• 4.2 测量和参考通道设计
• 4.2.1 衰减和阻抗变换电路
• 4.2.2 可变增益放大电路
• 4.2.3 差分变换和垂直位移电路
• 4.2.4 前端基本控制电路
• 4.3 采样与存储设计
• 4.3.1 模数转换器
• 4.3.2 峰值检测
• 4.3.3 时域测量下的触发
• 4.4 便携电源和开关电路设计
• 4.4.1 铿电池充电管理
• 4.4.2 DC-DC转换电路
• 4.4.3 开关机控制电路
• 第五章 测试与验证
• 5.1 时域反射测试
• 5.1.1 无电缆下的测试
• 5.1.2 电缆校准测试
• 5.1.3 实际电缆测试
• 5.1.4 减小盲区测试
• 5.2 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及研究成果