一種船舶多芯電纜的故障檢測系統和檢測方法與流程

2024-02-05 23:54:15

本發明屬於電氣技術與設備技術領域，具體涉及一種船舶多芯電纜的故障檢測系統和檢測方法。

背景技術：

船舶多芯電纜作為船舶信號和能量傳輸的重要載體，應用越來越廣泛。但是，船舶電纜常常受到腐蝕、潮溼以及高低溫環境的影響，加上部分電纜作為移動鋪設，往往會受到擠壓彎曲等外力作用，從而使得船舶電纜無法避免的發生故障。

另外由於船舶電纜芯數多，現有設備無法對多芯電纜進行快速的故障檢測以及故障測距定位，使得大多數的多芯電纜浪費。對於船舶電纜，人們常常完全採用人工測試電纜的方法進行檢測，時間長而且準確性差，嚴重影響力船舶的正常使用。目前，迫切地需要對船舶多芯電纜的故障進行檢測以及故障測距定位，只有解決了多芯電纜的故障問題，才能使得船舶更加安全的運行，從而能減少因船舶電纜故障而造成的經濟損失。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足提供一種船舶多芯電纜的故障檢測系統和檢測方法，本船舶多芯電纜的故障檢測系統和檢測方法能夠實時對電纜內多個線芯進行檢測，檢測速度快，準確性高。

為實現上述技術目的，本發明採取的技術方案為：

一種船舶多芯電纜的故障檢測系統，包括單片機控制系統、鍵盤輸入模塊、顯示屏模塊、時序模塊、數據採集模塊、絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路、電纜故障測距電路、第一繼電器陣列、第二繼電器陣列和電源模塊， 所述單片機控制系統分別與電源模塊、鍵盤輸入模塊、顯示屏模塊、時序模塊、數據採集模塊、絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路電連接，所述時序模塊分別與第一繼電器陣列和第二繼電器陣列電連接，所述數據採集模塊分別與絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路電連接，所述絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路分別與第一繼電器陣列連接，所述第一繼電器陣列連接有被測的電纜內的不同線芯的一端，所述第二繼電器陣列與被測的電纜內的不同線芯的另一端連接。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述絕緣檢測電路包括電阻R1、電阻R2、滑動變阻器R3、檢流計、二擋三腳撥動開關、電流變送器、電壓變送器和直流電源，所述直流電源的正極分別與電阻R1的一端和電阻R2的一端連接，所述電阻R1的另一端分別與檢流計的一端和滑動變阻器R3的一端連接，所述滑動變阻器R3的另一端分別與直流電源的負極和二擋三腳撥動開關的引腳1連接，所述二擋三腳撥動開關的引腳2與被測的電纜內的不同線芯活動連接，所述二擋三腳撥動開關的引腳3與第二繼電器陣列連接，所述電阻R2的另一端分別與檢流計的另一端和第一繼電器陣列連接，所述電流變送器與滑動變阻器R3串聯且用於檢測流過滑動變阻器R3的電流，所述電壓變送器與滑動變阻器R3並聯且用於檢測滑動變阻器R3的電壓，所述電壓變送器和電流變送器分別與數據採集模塊連接，所述直流電源的正極與單片機控制系統連接。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述第一繼電器陣列內包括的繼電器的數量、第二繼電器陣列內包括的繼電器的數量和電纜內的線芯的數量均相同，所述電阻R2的另一端分別與第一繼電器陣列內的每個繼電器連接，所述二擋三腳撥動開關的引腳3分別與第二繼電器陣列內的每個繼電器連接。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述電纜故障檢測電路包括低壓脈衝發生器和示波器，所述低壓脈衝發生器與第一繼電器陣列內的每個繼電器連接，所述示波器與第一繼電器陣列內的每個繼電器連接，所述示波器與數據採集模塊連接，所述低壓脈衝發生器與單片機控制系統連接。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述電纜故障測距電路主要包括調壓器，高壓試驗變壓器，儲能電容和線性電流耦合器，所述調壓器與高壓試驗變壓器連接，所述高壓試驗變壓器與儲能電容連接，所述儲能電容與第一繼電器陣列內的每個繼電器連接，所述線性電流耦合器位於第一繼電器陣列和第二繼電器陣列之間，所述線性電流耦合器與數據採集模塊連接，所述調壓器與單片機控制系統連接。

作為本發明進一步改進的技術方案，所述數據採集模塊包括採樣控制器、A/D轉換器和數據緩衝器，所述採樣控制器與AD轉換器連接，所述AD轉換器與數據緩衝器連接，所述數據緩衝器與單片機控制系統連接。

本發明採取的另一個技術方案為：

一種船舶多芯電纜的故障檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

（1）通過鍵盤輸入模塊將電纜的線芯的數量發送到單片機控制系統內；

（2）單片機控制系統對時序模塊進行控制，時序模塊依次對第一繼電器陣列和第二繼電器陣列內的繼電器的開關進行控制；

（3）單片機控制系統對絕緣檢測電路進行控制，絕緣檢測電路將自身檢測的數據通過數據採集模塊發送到單片機控制系統，單片機控制系統分析並計算出被測的電纜中兩條線芯之間的絕緣電阻值以及被測的電纜中線芯的接地絕緣電阻值並通過顯示屏模塊顯示出來；

（4）單片機控制系統對電纜故障檢測電路內的低壓脈衝發生器發出控制命令，低壓脈衝發生器向被測的電纜內的線芯中注入低壓發射脈衝，示波器採集低壓脈衝發生器中的低壓發射脈衝和來自線芯內的反射波形並通過數據採集模塊發送到單片機控制系統，單片機控制系統判斷電纜的故障性質，當低壓發射脈衝與反射脈衝同極性時，電纜的故障性質為斷線故障，反之為短路故障， 單片機控制系統發送電纜的故障性質到顯示屏模塊，顯示屏模塊顯示電纜的故障性質；

（5）當步驟（4）中電纜的故障性質為短路故障時，單片機控制系統控制電纜故障測距電路中的調壓器，調壓器不斷升高電壓並通過高壓試驗變壓器對儲能電容進行充電，儲能電容對電纜內的線芯輸入電壓，電纜內的線芯中的故障點擊穿放電並產生電流行波，線性電流耦合器採集電流波形並通過數據採集器發送到單片機控制系統，單片機控制系統對電流波形進行提取分析從而確定電纜內線芯的故障距離並通過顯示屏模塊顯示出來。

本發明所達到的有益效果：本發明能夠實時在線對電纜多個線芯的絕緣電阻依次進行檢測，同時可以對多條線芯進行故障性質的判斷，另外還可以對電纜的故障距離進行測距。由此可以及時準確對故障點進行判斷，從而減少船舶多芯電纜因故障而導致的經濟損失，有很大的經濟使用價值，本發明檢測速度快，準確性高。

附圖說明

圖1本發明的結構示意圖。

圖2是本發明的絕緣檢測電路的電路原理示意圖。

圖3是本發明的電纜故障測距電路的電路原理示意圖。

圖4是數據採集模塊的電路原理示意圖。

圖5是本發明工作流程圖。

具體實施方式

下面根據圖1至圖5對本發明的具體實施方式作出進一步說明：

如圖1所示 ，一種船舶多芯電纜的故障檢測系統，包括單片機控制系統、鍵盤輸入模塊、顯示屏模塊、時序模塊、數據採集模塊、絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路、電纜故障測距電路、第一繼電器陣列1、第二繼電器陣列2和電源模塊， 所述單片機控制系統分別與電源模塊、鍵盤輸入模塊、顯示屏模塊、時序模塊、數據採集模塊、絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路電連接，所述時序模塊分別與第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2電連接，所述數據採集模塊分別與絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路電連接，所述絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路和電纜故障測距電路分別與第一繼電器陣列1連接，所述第一繼電器陣列1連接有被測的電纜內的不同線芯3的一端，所述第二繼電器陣列2與被測的電纜內的不同線芯3的另一端連接。

本實施例中，如圖2所示，所述絕緣檢測電路包括電阻R1、電阻R2、滑動變阻器R3、檢流計G、二擋三腳撥動開關K、電流變送器、電壓變送器和直流電源E，所述直流電源E的正極分別與電阻R1的一端和電阻R2的一端連接，所述電阻R1的另一端分別與檢流計G的一端和滑動變阻器R3的一端連接，所述滑動變阻器R3的另一端分別與直流電源E的負極和二擋三腳撥動開關K的引腳1連接，所述二擋三腳撥動開關K的引腳2手動與被測的電纜內的不同線芯3活動連接，所述二擋三腳撥動開關K的引腳3與第二繼電器陣列2連接，所述電阻R2的另一端分別與檢流計G的另一端和第一繼電器陣列1連接，所述電流變送器與滑動變阻器R3串聯且用於檢測流過滑動變阻器R3的電流，所述電壓變送器與滑動變阻器R3並聯且用於檢測滑動變阻器R3的電壓，所述電壓變送器和電流變送器分別與數據採集模塊連接，所述直流電源E的正極與單片機控制系統連接。

本實施例中，如圖2所示，所述第一繼電器陣列1內包括的繼電器的數量、第二繼電器陣列2內包括的繼電器的數量和電纜內的線芯3的數量均相同，所述電阻R2的另一端分別與第一繼電器陣列1內的每個繼電器連接，所述二擋三腳撥動開關的引腳3分別與第二繼電器陣列2內的每個繼電器連接。

本實施例中，所述電纜故障檢測電路包括低壓脈衝發生器和示波器，所述低壓脈衝發生器與第一繼電器陣列1內的每個繼電器連接，所述示波器與第一繼電器陣列1內的每個繼電器連接，所述示波器與數據採集模塊連接，所述低壓脈衝發生器與單片機控制系統連接。

本實施例中，如圖3所示，所述電纜故障測距電路主要包括調壓器，高壓試驗變壓器，儲能電容和線性電流耦合器，所述調壓器與高壓試驗變壓器連接，所述高壓試驗變壓器與儲能電容連接，所述儲能電容與第一繼電器陣列1內的每個繼電器連接，所述線性電流耦合器位於第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2之間且用於採集被測的線芯3中的故障點產生的電流行波，所述線性電流耦合器與數據採集模塊連接，所述調壓器與單片機控制系統連接。

本實施例中，如圖4所示，所述數據採集模塊包括採樣控制器、A/D轉換器和數據緩衝器，所述採樣控制器與AD轉換器連接，所述AD轉換器與數據緩衝器連接，所述數據緩衝器與單片機控制系統連接。

電源模塊為單片機控制系統、鍵盤輸入模塊、顯示屏模塊、時序模塊、數據採集模塊、絕緣檢測電路、電纜故障檢測電路、電纜故障測距電路、第一繼電器陣列1、第二繼電器陣列2提供電能，單片機控制系統內包含控制程序而且將電纜內的線芯3進行了編號，鍵盤輸入模塊發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統控制時序模塊和絕緣檢測電路，時序模塊控制第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2的吸合與斷開，絕緣檢測電路檢測信號並通過數據採集模塊發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統分析並計算出不同的兩個線芯3之間的絕緣電阻值以及每一個線芯3的接地電阻值，並在顯示屏模塊上顯示出來，當單片機控制系統判斷電纜內的每個線芯3均測量完成後，單片機控制系統停止控制時序模塊和絕緣檢測電路；鍵盤輸入模塊再次發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統控制時序模塊和電纜故障檢測電路，時序模塊控制第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2的吸合與斷開，電纜故障檢測電路檢測每一個線芯3是否存在故障並通過數據採集模塊發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統根據接收的信號分析被測的線芯3的故障問題為短路故障或斷路故障，單片機控制系統根據接收的信號還可以分析電纜內的線芯3的斷線故障距離，電纜故障檢測電路對於每條線芯3檢測完成後，單片機控制系統自動記錄線芯3為短路故障的編號並通過顯示屏模塊顯示出來，單片機控制系統此時停止控制時序模塊和電纜故障檢測電路；鍵盤輸入模塊發送線芯3為短路故障的編號的信號到單片機控制系統，單片機控制系統控制時序模塊，時序模塊控制第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2的吸合與斷開，從而使第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2同時與同一個且為短路故障的線芯3導通，單片機控制系統控制電纜故障測距電路，電纜故障測距電路工作並通過數據採集模塊發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統分析電纜內線芯3的故障距離並通過顯示屏模塊顯示出來。

如圖5所示，本發明根據上述的船舶多芯電纜的故障檢測系統，提供了基於船舶多芯電纜的故障檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

（1）通過鍵盤輸入模塊將電纜的線芯3的數量發送到單片機控制系統內。

（2）單片機控制系統接收鍵盤輸入模塊發送的信號後，時序模塊根據單片機控制系統的控制指令依次對第一繼電器陣列1和第二繼電器陣列2內的繼電器的開關進行控制。

（3）單片機控制系統在對時序模塊進行控制的同時也對絕緣檢測電路進行控制，絕緣檢測電路將自身檢測的數據通過數據採集模塊發送到單片機控制系統，單片機控制系統分析並計算出電纜內被測的兩條線芯3之間的絕緣電阻值以及被測的單個線芯3的接地絕緣電阻值並通過顯示屏模塊顯示出來；

具體地，單片機控制系統對絕緣檢測電路進行控制，絕緣檢測電路中的直流電源E開始工作，時序模塊依次控制第一繼電器陣列1內的繼電器吸合和斷開以及第二繼電器陣列2內的繼電器吸合和斷開，從而保證每兩個線芯3之間與絕緣檢測電路可以形成一條迴路，第一繼電器陣列1內的每個繼電器與被測電纜內的線芯3連接之間還串聯了發光二極體，時序模塊控制第一繼電器陣列1內的某一個繼電器吸合時，與繼電器串聯的發光二極體就會發光，此時可以判斷時序模塊控制的第一繼電器陣列1內的哪一路繼電器吸合或者斷開，電阻R2通過第一繼電器陣列1內的繼電器吸合和斷開從而與被測電纜內的不同線芯3依次導通和斷開；人工將二擋三腳撥動開關K的引腳1和引腳2合上，人工再根據與繼電器串聯的發光二極體的亮滅從而確定電阻R2與哪一個線芯3導通，再手動將二擋三腳撥動開關K的引腳2與另一個線芯3連接從而使不同的兩根線芯3之間形成了一條迴路，每次在不同的兩個線芯3之間形成迴路的時候，手動滑動滑動變阻器R3從而使檢流計G內的指針保持在中間位置，此時電路達到電橋平衡，電流變送器採集流過滑動變阻器R3的電流並過數據採集模塊實時發送信號到單片機控制系統，電壓變送器採集滑動變阻器R3兩端的電壓並過數據採集模塊實時發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統通過流過滑動變阻器R3的電流和滑動變阻器R3兩端的電壓計算出滑動變阻器R3的阻值，再通過電橋平衡的計算方法，計算出被測的兩個線芯3之間的絕緣電阻值，通過觀察顯示屏模塊可以觀察出當檢流計G內的指針保持在中間位置的時候顯示屏模塊所顯示的絕緣電阻值；按照上述的方法測量所有的不同線芯3之間的絕緣電阻值，當線纜中的每兩個線芯3之間的絕緣電阻值測量完成後；手動將二擋三腳撥動開關K的引腳1與二擋三腳撥動開關K的引腳3合併，時序模塊依次控制第一繼電器陣列1內的繼電器吸合和斷開以及第二繼電器陣列2內的繼電器吸合和斷開，從而使電阻R2的一端通過第一繼電器矩陣與一個線芯3的一端導通的同時，二擋三腳撥動開關K的引腳3也通過第二繼電器矩陣與該線芯3的另一端導通，此時，手動滑動滑動變阻器R3從而使檢流計G內的指針保持在中間位置，達到電橋平衡，電流變送器和電壓變送器通過數據採集模塊發送信號到單片機控制系統，單片機控制系統通過電流變送器採集的流過滑動變阻器R3的電流和電壓變送器採集的滑動變阻器R3兩端的電壓計算出滑動變阻器R3的阻值，再通過電橋平衡的計算方法，計算出被測的線芯3的接地絕緣電阻值，通過觀察顯示屏模塊可以觀察出當檢流計G內的指針保持在中間位置的時候顯示屏模塊所顯示的接地絕緣電阻值。

（4）當絕緣檢測電路測量完成後，單片機控制系統自動停止控制，手動將第二繼電器陣列2內的每個繼電器均與地線連接從而使電纜內的線芯3與地線連接，再次通過鍵盤輸入模塊將電纜的線芯3的數量信息再次發送到單片機控制系統內；單片機控制系統對電纜故障檢測電路內的低壓脈衝發生器發出控制命令，同時時序模塊根據單片機控制系統的控制指令依次控制第一繼電器陣列1內的繼電器吸合和斷開以及第二繼電器陣列2內的繼電器吸合和斷開，保證第一繼電器陣列1內的繼電器與第二繼電器陣列2內的繼電器同時與同一個線芯3導通，低壓脈衝發生器向被測的電纜內的線芯3中注入低壓發射脈衝，示波器採集低壓脈衝發生器中的低壓發射脈衝和來自線芯3內的反射波形並通過數據採集模塊發送到單片機控制系統，單片機控制系統判斷電纜的故障性質，當低壓發射脈衝與反射脈衝同極性時，電纜的故障性質為斷線故障，反之為短路故障， 單片機控制系統發送電纜的故障性質到顯示屏模塊，顯示屏模塊顯示電纜的故障性質；同時，當電纜的故障性質為斷線故障時，單片機控制系統結合示波器得到的電壓模型，便可以得到電纜內的線芯3的斷線故障距離。如果是短路故障，則採取故障測距電路進行進一步處理；如果線芯3不存在故障問題，就不會有反射脈衝。

（5）電纜故障檢測電路檢測完成後，單片機控制系統自動停止控制，當步驟（4）的線芯3的故障性質為短路故障時，通過鍵盤輸入模塊將存在短路故障的線芯3的編號發送到單片機控制系統內，時序模塊根據單片機控制系統的控制指令將第一繼電器陣列1內的繼電器與第二繼電器陣列2內的繼電器同時與存在短路故障的且同一根線芯3導通，單片機控制系統控制電纜故障測距電路中的調壓器，調壓器不斷升高電壓並通過高壓試驗變壓器對儲能電容進行充電，儲能電容對電纜內的線芯3輸入電壓，電纜內的線芯3中的故障點擊穿放電並產生電流行波，線性電流耦合器採集電流波形並通過數據採集器發送到單片機控制系統，單片機控制系統對電流波形進行提取分析從而確定電纜內線芯3的故障距離並通過顯示屏模塊顯示出來，時序模塊再根據單片機控制系統的控制指令將第一繼電器陣列1內的繼電器與第二繼電器陣列2內的繼電器同時與另外的存在故障的線芯3導通，按照上述的方法依次測量存在短路故障的線芯3，直到測量結束。

所述的數據採集模塊中的採樣控制器進行採集數據，經過A/D轉換器轉換後將數據儲存在數據緩衝器內，通過單片機控制系統對數據進行整合處理，得到電纜故障檢測情況。本實施例中的單片機控制系統使用8098控制系統。本實施例中的絕緣檢測電路中的直流電源E可以為可充電電池。

本發明通過自動和手動結合對電纜內的線芯3進行檢測，檢測結果準確，而且可以根據手動連接從而靈活的使用，檢測的時間相對於全部使用人工檢測的時間較少，通過本發明實現了對船舶多芯電纜的故障進行檢測以及故障測距定位，從而有效的提醒工作人員電纜的故障點，使工作人員可以及時維修，最終解決了電纜的故障問題，使得船舶更加安全的運行，從而能減少因船舶電纜故障而造成的經濟損失。

本發明的保護範圍包括但不限於以上實施方式，本發明的保護範圍以權利要求書為準，任何對本技術做出的本領域的技術人員容易想到的替換、變形、改進均落入本發明的保護範圍。