基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪设计和实现

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要电缆作为一种重要的通信媒介，广泛应用于仪器仪表、电力、通信等重要领域。但是电缆会受到外力的破坏、自然的浸蚀和老化，电缆故障是不可避免的，怎样发现潜在的故障进行及时的维护和如何在故障出现后及时的修复，最大限度的降低因电缆故障造成的损失，这些都迫切要求高性能的电缆故障检测仪。当今的电缆故障检测仪根据测量原理主要有电桥检测仪，时域反射检测仪(TDR)和频域反射检测仪(FDR)。电桥检测仪由于本身的测量原理限制不可能实现高精度；时域反射检测仪精度完全依赖于时基电路和数据采样频率，高精度的实现必须用高昂的成本作为代价，同时TDR只能检测传输直流和基带信号电缆明

2、显的断线混线故障，无法识别潜在的故障和对高频射频电缆的检测；FDR主要基于频谱和矢量分析技术，测量精度高，同时算法复杂度高，成本和硬件实现要求都高，不利于携带和普及。因此，具有高精度、小体积和低成本三者协调统一的电缆故障检测仪的设计和实现是一个意义重大的课题。本文的主要工作和结果有：(1)针对市场需求和电缆故障检测仪表行业的发展，研究了当今现有的主流电缆故障检测仪的检测方法和实现方案，分析了电桥测量方法、TDR和FDR的优缺点；(2)针对TDR无法识别潜在的故障和不能准确地对高频射频电缆的检测，以及FDR算法复杂导致体积和成本不便于控制的不足之处，一方面从测量原理上进行了改进，结合

3、时域反射和频域反射检测的优点，提出了基于时频域联合分析的反射检测方法(TFDR)，时频域联合分析方法选用了具有良好数学特性和易于硬件实现的魏格纳．威利变换，另一方面引进新兴的片上可编程系统(soPc)，软件实现算法，降低成本和减小体积；(3)针对TDR和FDR对于反射信号检测可能存在的误判，摒弃了TDR简单的电压门限判决和FDR单一的频率判决的方法，在全行业率先采用时频域交叉相关函数检测和判决；(4)将高精度、小体积和低成本三者最大限度的协调统一作为基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪方案设计和实现的最终目标，遵循精度优先，兼顾体积和成本的设计原则，采用了TFDR的测量原理，主要

4、基于高性价比的FPGA芯片EP2C8Q208C8实现的soPc作为设计方案，按照测量仪的企业标准实现了基于soPc和TFDR的电缆故障检钡4仪；利用基于SOPC和TFDR的电缆故障检测仪进行了实验验证和现场测试，结果为：精度全测量范围内0．6,-,0．8米，体积200minxl20mmx60mm，达到便携式的要求，综合成本控制在2000元人民币以内。在成本和体积相当的情况下，比现有的时域反射检测仪精度上提高5倍，故障距离从时域反射检测仪的3米重庆大学硕士学位论文中文摘要或者测量范围的2e提高到全测量范围内0．6,-4)．8米；在测量精度大致相当的条件下，综合成本比频域反射检测仪和高

5、性能的时域反射检测仪降低到五分之一。实现了高性能、低成本和微型化最大限度的协调统一，达到了设计要求。关键词：片上可编程系统，时频分析，魏格纳．威利变换，电缆故障检测仪H重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTCableasacommunicationmediaiswidelyappliedintomanyimportantdomainsuchasinstrument、electricpower、communicationandSOon．Thereissomethingwrongwithcableontheconditionofdestroying、submergingandag

6、ing，whichisinevitable．SOthat，itisurgentforgoodperformancedetectorofthedefectivecabletodecreasetheloss，howtodetectthepotentialfaultsandhowtoresumethedefectivecableswiththeimplements．Therearemainlyelectric·bridgedetectors、time-domainreflectors(TDR)andfrequency-domainreflectors(FDR)onthebasisofde

7、tectingprincipium．Electric-bridgedetectorsarelimitedtorealizehighprecisionbytheirdetectingprincipium；TDR’Sprecisionisentirelyreliedontime-basecircuitsandsamplingfrequency,hi曲precisionmeansexpensivecost，onthesametime，TDRcan’tdetectpotent