电缆断点检测作者：学院：仪器科学与电气工程引言 “ 电缆断裂位置探测器”主要运用两根电缆间产生耦合电容的原理来实现对电缆断裂处的探测，能快速方便地发现电缆的断裂处，及时准确地对电缆实施维修电路是由TL07ICP探测器构成，探测器引线的一端（a端）产生音信号，用探头夹子接于待测缆线的一端探测器的另一根引线(b端)作为耦合电容的一个极板沿着待测电缆移动，用来接收从音频信号端发出的音频信号当缆线无断裂时，（b端）可接收到从（a端）耦合过来的信号，耳机接收声音连续稳定当（b端）移动到缆线断裂处时，无耦合电容（b端）接收到音频信号发生明显衰减，耳机端响声明显减弱此处就是缆线断裂位置 随着电子时代的到来，大量的电子通信产品使用都要用到电缆，电缆在当中的作用越来越显著，如在交通技术中，在船舶和海上设备中，在海底铺设海缆，在矿山中，在配电网中等等都用到电缆电缆的性能状态良好与否直接关系到通信线路等方面的通断，探测器能方便电缆故障点的确定，及时进行维修，节约了人力和时间提高通信线路的通信效率而电缆断裂是故障中较严重常见的一种，由于电缆一般外表都由一层很厚的绝缘材料包裹，如果直接对缆线进行检测，就面积破坏绝缘材料，损失惨重。
而本设计能间接地探测电缆断裂的位置电缆断裂处探测器在实际应用中发挥很重要的作用，其开发的前景也很好，可以通过测试不同的参数来判断电缆的断裂与否，电缆测试的方法，很早以来就对电缆断裂位置测定开发了很多方法，如Murray电桥探测法，Wurmbach电流方向探测法Graf点探测法,绝缘检测，精测法，电缆探测车，福禄克公司的620电缆测试仪是业界唯一一台能够在任意地方测试连通性的仪器，在电缆的另一端既不需要远端单元，还有很多用于电缆探测仪探测地层中电缆的断裂情况，其应用可算是相当广泛，其开发空间极其宽阔一 方案设计1． 方案选择备选方案 （ a ）: 万用表检测电缆故障 检测原理: 将有开路或者短路的故障电缆两头卸下，电缆内外导体都分开，若电缆有短路故障，表针一定会指到零位；当电缆开路时，应将电缆的另一头短接起来，再用万用表检查，若表针仍不摆动，证明该电缆有断开之处 优点:检测设备简单缺点：a .大幅度破坏缆线绝缘层,因为在每次直接检测前必须毁坏缆线绝缘层b .大量耗费资金:大面积损坏缆线,补修缆线耗费资金.备选方案（ b）：测寻低阻故障的反射法 检测原理：反射法，也叫脉冲回波法。
它利用评价波阻抗发生变化的点，例如故障点上产生的高频脉冲的原理，进行故障测寻这种方法适用于初测低阻故障和段线故障故障点距离可由下式求出： 在断线故障时或在电缆终端时产生正振幅，在接地或短路故障时产生负振幅比较可看出故障点的位置方案的优点：（1）能够很直观得判断电缆发生故障的位置和故障的类别（2）测量简便准确，操作很简单方案的缺点：（1）测量仪器比较昂贵，需要产生脉冲波2）脉冲波易受障碍物的影响，若前方有障碍物脉冲波易被反射，使测量发生误差或错误 （3）利用脉冲波的反射法不适宜远距离的探测2．方案确定: 电容耦合法检测电缆断裂故障 实验要求:间接检测电缆断裂位置.实验现象：电缆无断裂时，耳机中会发出吱吱均匀间细的响声；如发现缆线断裂处时，耳机接收响声明显减弱工作条件:所测环境周围信号不易过强优点:a.操作方便:可连续，间接检测缆线连接情况,检测缆线长度不受限制. b.节省时间,节省资金:可直接对缆线进行检测,测前不会对原有缆线带来任何毁坏. c.准确可靠:近用一次就可检测出缆线断裂位置. d.可同时检测各种粗细导线的断裂处， e.发射信号频率可调，使在不同环境中最大限度地减小工频干扰3． 方案论证 工作原理:(1) 音频振荡器 音频振荡器由ICI及其外围元器件组成，它是个处于标准不稳态模式的低功率555计时器，产生890HZ典型频率的矩形波，其中为了与输出信号串联起限流作用，用R3作保护电阻它与输出信号串联起限流作用.(2) 缓冲器与高通滤波器 IC2为探测器的同相缓冲器，利用输入偏压电阻R6把它的输入阻抗调到10M欧姆。
信号从缓冲级馈入高通滤波器滤波器的截止频率大约为765Hz,所以测试信号没有产生显著的衰减,它对50Hz的频率产生巨大的衰减.(3) 输出放大器 输出放大器主要由IC3-2及其外围的有关元件共同构成采用同相放大电路,由R12与R13电阻分压将该电路的电压增益调到刚好50以下.为了监听注入信号的大小以判断故障的位置，C9用于将IC3-2的7脚输出的信号耦合到耳机插座XSP,用以监听注入信号的大小,以判断故障的位置.各项技术指标:(1) 音频振荡器: 产生890HZ典型频率的方波.(2) 缓冲器与高通滤波器:滤除50HZ交流信号干扰.(3) 放大器: 放大音频信号二 总体设计1.电缆断裂处探测器检测原理方框图：音频振荡器高阻抗缓冲器高通滤波器放大大器输出被测电缆屏蔽引线探头夹子2．各单元作用(1) 音频振荡器:为电路提供一个高频信号2) 缓冲器与高通滤波器:对50HZ交流哼声的影响产生80dB巨大衰减,从而提高检测器的灵敏度,供晶体耳机判断结果.(3) 输出放大器: 放大高频滤波器输出的微弱信号,以便将信号耦合到耳机插座,判断故障位置.3．各单元间的匹配关系首先，由音频振荡器IC1输出890HZ频率的矩形波信号,该信号耦合到缓冲器IC2的输入端，并经串联保护电阻R3限流作为缓冲器IC2的输入信号；缓冲器IC2的输出信号馈入由IC2-1组成的四级高通滤波器，对其进行滤波，此时由滤波器输出端输出的信号中已无交流哼声的干扰，此时滤波器的输出端只有频率高于高通滤波器下限截止频率1KHZ的高频信号。
此信号作为放大器IC3-2的输入信号被放大50倍以下，再由IC3-2的输出端经电容C9耦合到耳机插座XSP，以便检测电缆断裂故障的位置三 各单元电路设计 电缆断裂处探测电路由三个单元电路所组成，包括音频振荡器，高阻抗缓冲器和高通滤波器，放大器为实现用所听到的音频信号的有无来确定电缆断裂位置 1． 音频振荡器设计原理：音频振荡器由ICI及其外围元器件组成，它是个处于标准不稳态模式的低功率555计时器，产生890HZ频率的矩形波，其中为了与输出信号串联起限流作用，加入R3作保护电阻IC2作为探测器的同相缓冲器，利用输入偏压电阻R6把它的输入阻抗调到10M欧姆信号从缓冲级馈入高通滤波器 由AN555的原理可知，接通电源后，电容C2被充电，Vc（2脚电压）上升，当Vc上升到2/3Vcc（电源电压）时，触发器被复位，同时电容C放电,BJT T导通，此时3脚输出为0则7脚内部接地电容C2通过R2和T放电，使Vc下降，当Vc下降到1/3Vcc时触发器又被置位，3脚输出电压电平翻转为高电平即为1电容器C放电所需时间为T1 ；当电容C2放电结束时，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器C2充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc当3脚输出为1，则7脚内部断开，电容C2充电，充电时间为 T2，则音频振荡器产生852.2KHZ频率的矩形波，其周期为T，频率f其中为了与输出信号串联起限流作用，用R3作保护电阻。
计算公式: T1 = R2×C×In2 = 220k×3300pF×㏑2 = 0.0050322 s T2 =（R1+R2）×C×㏑2 = (51k +220k) ×3300pF×㏑2 = 0.0061988 sT = T1+T2=0.0050322+0.0061988 = 0.0112310sF = 1/T = 1.443/(R1+2×R2) = 889.7588 HZ图中方框为CMOS斯密特触发器音频震荡器备选方案：COMS斯密特触发器作为方波发生器a）备选方案的缺点：其特殊处是其充放电不是同一个电阻，占空比可调b）不被采取的原因：本设计采用的音频振荡器由555器件构成，其价格低廉功能齐全2．缓冲器与高通滤波器(1)缓冲器原理：由于在振荡器的工作频率下，从待测电缆到探测器之间的阻抗时很高的，因此在电路的输入端采用高阻抗的缓冲级产生10M欧姆的输入阻抗，电路中R6为输入偏压电阻使输入阻抗调到10M欧姆. 缓冲器电路图高通滤波器电路图(2)滤波器原理：一般对于单级RC滤波器来说，从通带到阻带的过渡是缓慢的若要求快速过渡，可将多级RC滤波器组合在一起，最后构成较理想的RC高通滤波器，这样从通带到阻带的过渡加快了但每增加一级其电压衰减就增加6dB。
由于电路的高灵敏度使探测器易受50HZ交流哼声影响，则采用高通滤波器来减弱低于1KHZ信号，在50HZ产生80dB的衰减提高检测器的灵敏度，其截止频率为f=1/6.28RC计算结果大约为1KHZ（3）高通滤波器备选方案：二阶巴特沃斯高通滤波器 其下限截止频率：f = 1/（2×3.14×R×C） （a）优点：二阶巴特沃斯高通滤波器在通带内有最大的平坦区，阻带到通带迅速上升，有较好的选择性b) 缺点：二阶巴特沃斯高通滤波器的项频特性是非线性的，通带内有一定的波动3． 输出放大器（1）输出放大器原理：输出放大器主要由IC3-2及其外围的有关元件共同构成采用同相放大器为了使该放大器的电压增益可以正好调到50左右采用R12和R13分压，R12取值100K，R13取值2K其中电容C9起到滤波作用为了监听注入信号的大小以判断故障的位置，利用C9将IC3-2的（7）脚输出的信号耦合到耳机插座XSP由电路参数可计算出放大倍数：A =（R12+R13）/R13 = （100 + 2）/251 = 51（2）放大器备选方案：高频放大器LA4100接成OTL电路(a)缺点：集成器件管脚多，彼此容易受相互影响。
b)优点：对输入信号进行有选择的放大，同时起到滤波的作用 ，对输入信号再一次过滤，提取并放大有效输入信号c)不被采取的原因：本设计主要放大输入信号中890Hz的音频信号，由于输入信号已经通过高通滤波器，公频信号已经滤除，所以放大器输出信号主要就是音频信号，公频信号对信号的检测可忽略不计如果采用LA4100高频放大器，只起到再次滤除公频信号和放大高频信号的作用，而对此设计结果意义可忽略并且集成器件且价格昂贵，若用在本设计中其他没有被有效利用，浪费资源四 各单元电路测试单元（1）音频振荡器的测试 对应指标：输出频率 f = 890Hz 占空比为 Q = 3：3.4 实测数据：输出频率 f = 852.2Hz 占空比为 Q = 3：3.4实测曲线：单元（2）缓冲器与高通滤波器 对应指标： 输出频率 f = 890Hz 占空比为 Q = 3：3.4 实测数据： 输出频率 f = 852.2Hz 占空比为 Q = 3：3.4 实测曲线：单元（3）输出放大器 对应指。