非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置的製作方法

2023-09-18 12:51:20 1

專利名稱：非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種監測高壓闖入音頻電纜傳感裝置，具體是一種非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置。用於信號檢測與處理技術領域。
背景技術：
音頻電纜一般具有1200對以上通話線路，在長距離信號傳輸過程中必須考慮到由於導線絕緣質的破損或者人為的破壞時常會出現高於60V乃至220V以上的交流電壓等高壓電闖入的可能性。當這種交流電壓闖入音頻電纜時，一旦構成高壓迴路，設備立即會遭遇嚴重破壞。然而，在絕大多數情況下，交流電壓單端闖入時(即尚未構成高壓迴路時)，要將其及時檢測出來，目前還沒有十分成熟的實用技術可以被直接採用。鑑於此類事故隱患的嚴重性，工程上對這種高壓電與音頻電纜發生接觸而又未形成迴路的現象早就向技術界提出了解決問題的要求，其實際上就是要解決對音頻電纜中是否存在50Hz低頻市電高壓電場場強的非接觸檢測和信息處理的技術。
經文獻檢索發現，中國專利申請號00100661.4，專利名稱為通信電纜的市電侵入監測裝置，該專利技術是一種通信電纜的市電侵入監測裝置，由通信電纜的市電侵入監測器和手持式定位器兩部分組成，其中侵入監測器包括有由鎖相環晶片構成的電流檢測電路、電壓檢測電路和電源電路所組成的控制電路以及分別採用非電接觸方式的電流和電壓檢測探頭，其中手持式定位器由機殼內置的檢測探頭和控制電路所組成。本發明用於總配線架通信電纜市電侵入故障的監測、告警和定位，可以與計算機和通信技術相結合，組成一套集監測、告警、定位、資料庫管理和通信為一體的總配線架遠端集中監測系統。
上述專利基本立足於「當總配電線架上帶負載的用戶線中有市電侵入時，該用戶線上就立刻產生大電流。」也就是說，採用非電接觸式感應線圈感應出市電侵入時所產生的大電流。儘管在「市電侵入沒有形成迴路」時，該專利採用了「非電接觸方式的電壓檢測探頭」，即「呈凹圓弧狀的感應金屬片」對感應電場進行感應檢測。但是，這種結構由於各種市電幹擾信號，容易發生誤告警。為了解決上述致命缺陷，該專利中的「電壓檢測電路」採用「多級施密特觸發器延時觸發的智能判決功能」。這是一種不可靠，也是不經濟的技術方案。

發明內容
本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供一種非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，使其可以實時正確無誤地檢出事故的隱患，既經濟又可靠。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明由非接觸式附葉感應器和信息預處理器兩大部分構成一個傳感與識別整體。前者是一種管狀結構體，由兩個可以隨意合閉活動的附葉半圓管狀器件構成，便於現場安裝。在附葉半圓管狀器件內側含有附葉，使其處於工作狀態時能夠深入至電纜的軸線位置，因此可以均勻接收分布於不同徑向的被測信息。兩個附葉半圓管狀器件依靠扣簧實現開/閉兩種狀態。每個附葉半圓管狀器件內沿圓柱面粘貼兩層金屬感應薄膜，同時在金屬感應薄膜的並排位置粘貼單層金屬薄膜在外加正電壓的作用下作為抗負靜電屏蔽發生器。金屬感應薄膜與抗負靜電屏蔽發生器通過引線與信號引腳相連接構成信號輸出接口，非接觸式附葉感應器的信號輸出接口通過信號連接電纜與信息預處理器的輸入口相連接。音頻電纜上的所有信號就是通過上述非接觸式附葉感應器輸出至信息預處理器。因為附葉可以深入音頻電纜的所有位置層次以克服1200對(2400根)電纜線的相互屏蔽作用，因此可以拾取電纜中任何一根的市電闖入信息，獲得足夠強弱大小的感應信號並消除闖入點空間位置感應差異。
信息預處理器由選頻電路、多級放大電路和比較電路組成。其連接關係為非接觸式附葉感應器的信號輸出接口連接到第一級放大電路首先進行增益提升。經第一級放大電路放大後的信號輸入選頻電路。選頻電路包括窄頻寬帶阻和窄頻寬帶通兩組電路。選頻電路的信號輸出端連接到第二級放大電路的信號輸入端。第二級放大電路的信號輸出端通過阻抗跟隨電路與比較電路連接。由非接觸式附葉感應器的信號輸出接口輸出的信號是包含多種信息的混合信號，第一級放大後的信號送入選頻電路進行頻率篩選。選頻電路的中心頻率分別為25Hz和50Hz的窄頻寬帶阻和窄頻寬帶通兩組電路串接組成，因此可以在排除震鈴信號的同時獲得高信噪比的50Hz信號輸出。由選頻電路獲得的高信噪比50Hz信號輸入至第二級放大電路後即可向下一級輸出足夠增益的信號電壓輸出。為了提高放大電路拖帶負載的能力，在將其信號與多個比較器連接前增加一級阻抗跟隨電路，即通過阻抗跟隨電路將放大後的信號與最後級的多個比較電路連接。比較電路數的設置由信息預處理器輸出指示形式確定，即比較電路數與闖入電壓分級相對應。比較電路以高/低電平輸出，可以十分方便地為後處理技術提供信號。
本發明實現過程在程控交換機近端剝離外屏蔽層的音頻電纜段安裝附葉感應器。當市電等高壓闖入通信工程中的傳輸媒介，即使闖入電壓未構成迴路，採用非接觸式附葉感應器可以將所有存在於電纜中的電勢信息全部拾取出來。附葉感應器拾取到的信息即刻通過第一級放大後送入選頻電路阻止非市電信號(包括振鈴信號)通過，而讓50Hz的市電信號以最小的衰減通過。因此可以在排除震鈴信號的同時獲得高信噪比的50Hz信號輸出。由選頻電路輸出的信號進入第二級放大電路以進一步提高被拾取信息的增益。被第二級放大後的信號通過阻抗跟隨電路與最後級的比較電路連接以提高放大電路拖帶負載的能力。比較電路在與設定的基準電壓比較後即輸出高/低兩種狀態電平以指示當前時刻音頻電纜是否遭受到市電的闖入。比較電路數的設置與闖入電壓分級水平相對應。本發明可以根據使用場合或用戶的特殊要求將闖入的市電電壓分成若干區段進行區別顯示和輸出相對應的特徵信號以供後處理技術使用。
本發明對具有1200對以上大容量音頻電纜中存在的非音頻信號實時進行拾取和分離，可以使其高靈敏地在線實時檢測音頻電纜中所存在的市電高壓信息，並通過信息處理算法與技術實現各種非音頻信號的分離，按照工程技術的要求提供相關信號輸出。
本發明明顯的有益效果當市電闖入音頻電纜而又未構成迴路時，常規技術是通過逐路巡迴檢測的方式將各路信號檢測出來進行分析。面對1200對線路就需要1200個數據採集通道，從硬體成本投入上看這是個相當大的數字。假定選用32通道的採集卡，就需使用38張卡。如果每張卡按照當前市場價￥5000元計算，僅採集卡就合計￥160000元。假使採用通道擴展技術，儘管可以使硬體成本下降一些，但卻要犧牲了相當大的數據採集速率。假定一個通道數據採集周期(含預處理)為30ms，則每巡迴周期就要達到3600ms(即36s)。如果採用採用通道擴展技術，則使用的時間還將增加。這在自動化技術中根本不能容許。而且，還要在機房額外地增加1200根以上的信號布線。
非接觸式檢測技術不僅僅是因為它可以省去大量的布線，最實質性的優點是可以將1200對線路中所有信號一次性地在數據採集周期內輸入至數據處理單元。而且可以通過選頻等電路迅速地將信號進行初分，因此可以大幅度地省卻了中央處理單元軟體處理的時間。
儘管背景技術中的通信電纜的市電侵入監測裝置已經採用了非接觸式檢測技術，但是由於該裝置僅能對侵入市電在出現迴路電流情況時才具有較高的靈敏度，加上「電壓檢測電路」採用「多級施密特觸發器延時觸發」用以克服各種市電幹擾信號避免發生誤告警等技術的缺陷，限制了該技術的使用價值和範圍。
也就是說，本發明的優點是至今為止同類技術所無法比擬的，概括起來1、靈敏度極高。在音頻電纜中只要存在市電電勢時即可將其檢出。
2、由於附葉的作用徹底克服了市電闖入點的極端分布(受侵音頻線分別處於電纜近外層和近中心兩種極端狀況)所造成的傳感信號差異極大的現象。
3、非接觸式附葉感應器中的抗負靜電屏蔽發生器具有克服因電纜線的相互屏蔽作用而產生接地屏蔽和負靜電屏蔽而影響信號採集的強大功能。
4、運行速度極快。數據採集周期＜1ms，而且是在一個採集周內即可將所需要檢測的信息準確無誤地檢出來。
5、經本發明檢出的信息不會產生誤報警信號和市電電壓值層次等級差錯。
6、布線極為簡單。除了提供後處理輸出的信號線外，無需任何布線。傳感是非接觸式的，不必對交換機的任何布線進行改動。
7、體積可以做到非常小，非接觸式附葉感應器工作狀態下的管狀圓柱體的外圍尺寸僅為高90mm×直徑80mm，信號處理電路的體積僅為長80mm×50mm×30mm。
8、造價成本很低，整個發明裝置材料成本可以控制在￥100元以下。
通過某電信部門的實際應用已經對程控交換機的安全運行提供了有力的技術保障，並已多次正確無誤地檢出事故的隱患。本發明具有很高附加值。將本發明與後處理技術連接可以構成性能非常豐富的高新技術成品。


圖1本發明結構示意1-a處於工作狀態的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置圖1-b非接觸式附葉感應器合閉狀態圖1-c非接觸式附葉感應器張開狀態圖2本發明信息預處理器結構框圖具體實施方式
如圖1所示，本發明由非接觸式附葉感應器1和信息預處理器2兩大部分構成一個傳感與識別整體。非接觸式附葉感應器1是一種管狀結構體，由兩個可隨意合閉活動的附葉半圓管狀器件構成。非接觸式附葉感應器1的信號輸出接口3通過信號連接電纜與信息預處理器2的輸入口相連接。音頻電纜上的所有信號通過非接觸式附葉感應器1輸出至信息預處理器2。因為附葉7可以深入音頻電纜的所有位置層次以克服1200對(2400根)電纜線的相互屏蔽作用，因此可以拾取電纜中任何一根的市電闖入信息，獲得足夠強弱大小的感應信號並消除闖入點空間位置感應差異。因為在非接觸式附葉感應器1中設置抗負靜電屏蔽發生器4，因此本發明具有克服因電纜線的相互屏蔽作用而產生接地屏蔽和負靜電屏蔽而影響信號採集的強大功能。
如圖1-a所示，將非接觸式附葉感應器1安裝於程控交換機近端剝離外屏蔽層的音頻電纜段上。通過信號傳輸電纜線將附葉感應器1上的信號輸出接口3與信息預處理器2連接。信息預處理器2的輸出系高/低電平信號，可以提供給多種後處理器做進一步運算和識別技術使用。
如圖1-b所示，非接觸式附葉感應器1的內側含有附葉7使其處於工作狀態時能夠深入至電纜的軸線位置，因此可以均勻接收分布於不同徑向的被測信息。兩個附葉半圓管狀器件依靠扣簧6實現開/閉兩種狀態。每個附葉半圓管狀器件內沿圓柱面粘貼兩層金屬感應薄膜5，同時在金屬感應薄膜5的並排位置粘貼單層金屬薄膜在外加正電壓的作用下作為抗負靜電屏蔽發生器4，金屬感應薄膜5與抗負靜電屏蔽發生器4通過引線與信號引腳相連接構成非接觸式附葉感應器1信號輸出接口3。通過扣簧6十分方便地將非接觸式附葉感應器1安裝於音頻電纜上。當市電闖入音頻電纜時，即使未構成迴路，非接觸式附葉感應器1會通過其中的金屬感應薄膜5及其附葉7在抗負靜電屏蔽發生器4的幫助下實時將所有存在於電纜中的電勢信息全部拾取出來。拾取到的信息即刻輸入第一級放大電路8以提高信號增益。
如圖1-c所示，非接觸式附葉感應器1處於非工作時的開啟狀態。
如圖2所示，信息預處理器2由第一級放大電路8、選頻電路9、第二級放大電路10和比較電路12組成。其連接關係為非接觸式附葉感應器1的信號輸出接口連接到第一級放大電路8首先進行增益提升。經第一級放大電路8放大後的信號輸入選頻電路9的信號輸入端。選頻電路9包括窄頻寬帶阻和窄頻寬帶通兩組電路。選頻電路9的信號輸出端連接到第二級放大電路10的信號輸入端。第二級放大電路10的信號輸出端通過阻抗跟隨電路11與比較電路12連接。由非接觸式附葉感應器1的信號輸出接口3輸出的信號是包含多種信息的混合信號，由於選頻電路9由中心頻率分別為25Hz和50Hz的窄頻寬帶阻和窄頻寬帶通兩組電路串接組成，因此可以在排除震鈴信號的同時獲得高信噪比的50Hz信號輸出。由選頻電路9獲得的高信噪比50Hz信號輸入至第二級放大電路10後即可向下一級輸出足夠增益的信號電壓輸出。為了提高第二級放大電路10拖帶負載的能力，增加一級阻抗跟隨電路11再與最後級的多個比較電路12連接。比較電路數的設置由信息預處理器2輸出指示形式確定，即比較電路數與闖入電壓分級相對應，可以增加也可減少。比較電路12以高/低電平輸出，可以十分方便地為後處理技術提供信號。
附葉7的形態結構除了圖1中所示形式外，還包含阿基米德螺線等其它彎曲形式。
以下提供本發明裝置具體應用的實施例首先將程控交換機前端音頻電纜的外層屏蔽撤除，然後將本發明的非接觸式附葉感應器安裝於音頻電纜上。通過信號輸入/輸出接口將非接觸式附葉感應器與信息預處理器相連接。通過信息預處理器的輸出接口與後處理器相連接可以實現數據的遠傳合遙控。
完成上述連接後，本發明即處於工作狀態，可以在線實時地監測音頻電纜中的市電闖入情況，起到通信線路的保護作用，對程控交換機的安全運行提供了有力的技術保障。一旦出現市電闖入，本發明即會實時正確無誤地檢出事故的隱患。
當闖入市電的電壓在60V以上各種可能出現的情況時，如果分60～120VAC、120～220VAC和220VAC以上的三種市電闖入方式進行輸出提示，則本發明通過三個比較器即可設置三種對應的輸出顯示方式。令高電平為1表示有市電闖入、低電平為0表示無市電闖入或已被復位清零，則輸入輸出對應關係可參見表1。
表1對應不同闖入市電電壓的輸出方式設置與關係

使用本發明在確保在線實時非接觸式檢出市電闖入信息的同時可以可靠地排除振鈴等正常非市電信號的誤判。
權利要求
1.一種非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵在於，由非接觸式附葉感應器(1)與信息預處理器(2)兩大部分構成一個傳感與識別整體，非接觸式附葉感應器(1)是一種管狀結構體，由兩個能隨意合閉活動的附葉半圓管狀器件構成，非接觸式附葉感應器(1)的信號輸出接口(3)通過信號連接電纜與信息預處理器(2)的輸入口相連接。
2.根據權利要求1所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的非接觸式附葉感應器(1)的內側含有附葉(7)，兩個附葉半圓管狀器件通過其上設置的扣簧(6)實現開/閉，每個附葉半圓管狀器件內沿圓柱面粘貼兩層金屬感應薄膜(5)，同時在金屬感應薄膜(5)的並排位置粘貼單層金屬薄膜在外加正電壓的作用下作為抗負靜電屏蔽發生器(4)，金屬感應薄膜(5)與抗負靜電屏蔽發生器(4)通過引線與信號引腳相連接構成非接觸式附葉感應器(1)信號輸出接口(3)。
3.根據權利要求2所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的非接觸式附葉感應器(1)通過扣簧(6)安裝於音頻電纜上。
4.根據權利要求1所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的信息預處理電路(2)由第一級放大電路(8)、選頻電路(9)、第二級放大電路(10)和比較電路(12)組成，其連接關係為非接觸式附葉感應器(1)的信號輸出接口連接到第一級放大電路(8)，經第一級放大電路(8)放大後的信號輸入選頻電路(9)的信號輸入端，選頻電路(9)的信號輸出端連接到第二級放大電路(10)的信號輸入端，第二級放大電路(10)的信號輸出端與比較電路(12)連接，比較電路(12)以高/低電平輸出。
5.根據權利要求4所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的信息預處理電路(2)或者在第二級放大電路(10)的信號輸出端增加一級阻抗跟隨電路(11)，第二級放大電路(10)的信號輸出端通過阻抗跟隨電路(11)與最後級的比較電路(12)連接，提高第二級放大電路(10)拖帶負載的能力。
6.根據權利要求4或5所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的比較電路(12)的數量由信息預處理器(2)輸出指示形式確定。
7.根據權利要求4所述的非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置，其特徵是，所述的選頻電路(9)由中心頻率分別為25Hz和50Hz的窄頻寬帶阻和窄頻寬帶通兩組電路組成。
全文摘要
一種非接觸式附葉感應監測高壓闖入音頻電纜裝置。用於信號檢測與處理技術領域。本發明非接觸式附葉感應器與信息預處理器兩大部分構成一個傳感與識別整體，非接觸式附葉感應器是一種管狀結構體，由兩個可隨意合閉活動的附葉半圓管狀器件構成，非接觸式附葉感應器的信號輸出接口通過信號連接電纜與信息預處理器的輸入口相連接。本發明靈敏度極高，運行速度極快，布線極為簡單，體積可以非常小，造價成本很低，可以將1200對線路中所有信號一次性地在數據採集周期內輸入至數據處理單元，而且可以通過選頻等電路迅速地將信號進行初分，因此可以大幅度地省卻了中央處理單元軟體處理的時間。
文檔編號H04M3/22GK1585437SQ20041002469
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月27日 優先權日2004年5月27日
發明者計長安, 張秀彬, 曾國輝, 吳潔, 周雪蓮, 肖杭 申請人:上海交通大學