CN110426598A - 一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及*** - Google Patents

一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及***，包括：对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；判断两组数据集的数据一致性；对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集；设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，判断电缆破损是否超过了阈值并告警；如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距。本发明可以提高对电缆屏蔽层长距离破损位置的定位以及故障报警。

Description

一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及***
技术领域
本发明涉及通信电缆屏蔽效能技术领域，尤其涉及一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在有线通信中，电缆屏蔽层用以有效地遮断内部芯线中的高频信号向周围环境的电磁波发射，从而确保信息安全；而屏蔽层屏蔽效能的发挥，是以屏蔽层本身的完整性和良好的接地为前提的。屏蔽层是为减少外电磁场对电源或通信线路的影响而专门采用的一种带金属编织物外壳的导线。这种屏蔽线也有防止线路向外辐射电磁能的作用。
来自电缆外部的电磁干扰，将影响语音通信的质量并造成数据通信的误码。屏蔽层在阻止内部电磁信息向外发射的同时，也阻止外部电磁辐射的侵入，保证了通信质量和可靠性。
在发生雷电时，完整和接地性能良好的屏蔽层能够有效地将雷电形成的散流导入大地，从而最大限度地减轻雷电对人身安全和通信设备的危害。
通信电缆屏蔽层一旦发生破损，屏蔽层对通信芯线的电磁场就不能被屏蔽在电缆内，来自外界的电磁场会对屏蔽层内的电磁场产生影响，会使通信质量产生噪声，同时也会直接造成通信信息被窃听的危险性。
目前检测电缆屏蔽层破损位置的方法主要为时域反射法，通过在电缆屏蔽层的一端施加信号，根据反射信号时间判断屏蔽层破损位置。但该方法只能对屏蔽层完全断开的情况有效，当屏蔽层产生破损，并没有完全断开时，入射信号只有一小部分产生反射，剩余信号会继续向前传播，并不能定位破损位置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法及***，可以提高对电缆屏蔽层长距离破损位置的定位精度以及故障报警准确度。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，包括：
对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性；
对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集；
设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，所述均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警；
如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种通信电缆屏蔽层故障定位的***，包括：
用于对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号的装置；
用于采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据的装置；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
用于比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性的装置；
用于对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集的装置；
用于设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，所述均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警的装置；
用于如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距的装置。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的通信电缆屏蔽层故障定位的方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的通信电缆屏蔽层故障定位的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明可以提高对电缆屏蔽层长距离破损位置的定位以及故障报警。目前，检测电缆屏蔽层破损状态以及定位位置的方法主要是用时域反射法，即通过电缆一端施加信号，根据反射信号返回的时间，计算破损距离。这个方法在定位屏蔽层完全断开时比较有效，但当屏蔽层产生破损但仍然有接续部分时，时域反射法就完全不能定位破损位置。本专利的方法可以有效改善这一问题，通过扫频测量的方法，当屏蔽层产生不同程度的破损时，其反射信号的强弱会产生变化，经过不同频率的信号累积，最终能比较准确的对电缆屏蔽层破损位置进行定位。
附图说明
图1为实施例一中终端设备采集数据方式示意图；
图2为实施例一中屏蔽层破损状态的测量情况示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，具体包括以下步骤：
对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
采集的频率响应的数据即为每个频率下发射信号的幅值以及反射信号的幅值之比，相位差。在数据上表现为一个复数，该复数包含了一个频率下幅值比、相位差的信息。
采集两组完整状态的数据的意义在于，判断当前时刻环境因素对电缆屏蔽层的影响是否差异存在较大干扰，以及为后续判断故障位置做准备。
比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性；
将第一组电缆完整状态下采集的原始数据(即复数形式的数据)做时频变换，转变为时域数据，作为基准数据。第二组电缆完整状态下的原始数据做相同处理后得到的时域数据与第一组数据做一致性比较，每组数据为1024个频率的数据信息，所以每组数据包含1024个数据，用第二组的1024个数据点除第一组的1024个数据，得到新的1024个数据；如果新的数据中所有值均在1附近，则两组数据一致性高，认为此时的环境因素对电缆屏蔽层的干扰可以忽略。
如果数据一致性不好：在判断数据一致性是否满足需求时，采用的方式是多次评判标志，例如连续采集五次，其中有三次一致性良好，则将这三次中的一组数据作为基准数据，通常来说，只要没有极端恶劣的环境因素影响，相同条件下采集的电缆屏蔽层信号一致性会比较好。包括在判断是否故障的问题上，也不是根据单次的判断结果来定义电缆屏蔽层是否出现破损，只有重复出现故障特征时，认定电缆屏蔽层处于破损状态。
对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集；
设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，将均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警；
破损告警阈值包括：阈值S和阈值P；
当均方根误差小于阈值S时，不告警；
当均方根误差在阈值S和阈值P之间时，电缆轻微破损告警；
当均方根误差大于阈值P时，电缆重度破损告警。
如果均方根误差超过了某一设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距。
对基准数据集和待测电缆数据集中的数据做时频变换，将频域数据转变为时域数据；
将待测电缆数据集中的时域数据与基准数据集中相应位置的时域数据一一进行点除运算，得到新的数据集；确定新的数据集中与数据1差距最大的数据点，确定为故障位置。
此时，进行故障定距计算，具体为：
t＝n/(fs*N)
其中，L是疑似故障点到屏蔽效能终端的距离，t是传播时间，c是(真空中)光速3*108m/s，Vf是电缆介质相对光速变换系数，聚乙烯是0.66，聚四氟乙烯是0.7。
n为时域状态下，基准数据集和待测电缆数据集对比后得到的新的数据集中，与数据1差距最大的数据点，fs为扫频间隔频率，N为扫频点数，t代表最大差值处时间信息。
通过每个频点的扫描取测量信号传输和反射的幅度与相位变化量值。
其中|Γ|是反射系数的幅值，它等于反射电压和入射电压幅值之比；∠Φ是反射系数的相位，它等于反射电压和入射电压的相位差。
公式(2)为采集的原始数据的形式，反射信号与入射信号的比值，这个比值包含两部分，幅值比与相位差，数据的体现形式为复数。
电缆屏蔽层发生破损，必然导致局部特性阻抗的不连续，阻抗的不连续又将反映在该点对信号的反射特性上。矢量反射系数与传输线阻抗的关系表述为下式。
式中，Z0是电缆的特性阻抗，ZL是破损处的阻抗。
公式(3)是解释|Γ|的值。|Γ|为反射信号与入射信号的幅值比，|Γ|的值本质上是由电缆阻抗特性的变化改变。
本实施例中，电缆屏蔽层完整性监测采用扫频测量法，通过对电缆施加不同频率的扫频测量信号，进行信号衰减、反射等特征参数的测量，得到电缆在不同频点的频率响应数据，再通过专家***分析模型和运算，判断电缆屏蔽层的完整性。图1为终端设备采集数据方式。
下面通过对某一电缆进行试验分析来验证本发明实施例方法的有效性。
对于已知正常电缆，首先进行数据采集，采集的数据是由不同频率扫频测量得到的。扫频频率的起始频率为100k赫兹，间隔1000赫兹，扫频点数为1024个点。采集到的数据包含测量电缆屏蔽层的幅值和相位信息，所以1024个扫频数据是1024个复数形式的数据，数据的含义如式(2)所示。
上述的数据采集过程进行两次，得到两组数据集；判断两组电缆完整状态下数据集的一致性，如果一致性高，认为此时的环境因素对电缆屏蔽层的干扰可以忽略。
对采集数据进行故障定位是基于故障发生时的状态与线路完整无破损时的状态对比。
当判断两组电缆完整状态下的测量数据不受外界因素影响时，在电缆屏蔽层某一位置制造破损，破损程度可以制造轻微破损与重度破损，采集此时破损状态下的数据集。计算数据集相对于第一组测量的正常电缆数据集均方根误差，检查是否超过告警阈值。
如果超过某一设定的告警阈值，则产生告警；此时，对频域数据进行傅里叶逆变换，将频域数据转变为时域数据，然后用当前测量数据的时域数据与第一组完整状态下的时域数据进行点除计算，得到的数组值与1做比较，得到最大差值的数据点位置，判断为故障发生位置。
然后利用公式(1)进行故障定距计算，得到疑似故障点到屏蔽效能终端的距离。
图2为3500米处屏蔽层破损状态的测量情况，其中包括：基准线，完整状态情况下测量数据与另一组完整状态情况下测量数据经过变换后的比值，以及屏蔽层在3500米位置处破损测得的数据与另一组完整状态测得数据的比值；从图2可以看出，两组完整状态下测量数据经过变换后的比值在1(即基准线)附近波动。而屏蔽层在3500米位置处破损测得的数据与完整状态测得数据的比值，在3500米附近位置，有较大的尖端，可以判定破损位置发生在3500米附近。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种通信电缆屏蔽层故障定位的***，包括：
用于对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号的装置；
用于采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据的装置；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
用于比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性的装置；
用于对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集的装置；
用于设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，所述均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警的装置；
用于如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距的装置。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的通信电缆屏蔽层故障定位方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的通信电缆屏蔽层故障定位方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，包括：
对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性；
对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集；
设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，所述均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警；
如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距。
2.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性，具体为：
对所述基准数据集和对比数据集中的数据做时频变换，将频域数据转变为时域数据；
将对比数据集中的时域数据与基准数据集中相应位置的时域数据一一进行点除运算，得到新的数据集；如果新的数据集中所有的数据均接近于1，则判定两组数据集的数据一致性好，忽略当前时刻环境因素对电缆屏蔽层的影响。
3.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，所述不同频点的频率响应数据包括：每个频率下发射信号的幅值、反射信号的幅值之比和相位差。
4.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，设定破损告警阈值，所述破损告警阈值包括：阈值S和阈值P；
所述均方根误差小于阈值S时，不告警；
所述均方根误差在阈值S和阈值P之间时，电缆轻微破损告警；
所述均方根误差大于阈值P时，电缆重度破损告警。
5.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置，具体为：
对所述基准数据集和待测电缆数据集中的数据做时频变换，将频域数据转变为时域数据；
将待测电缆数据集中的时域数据与基准数据集中相应位置的时域数据一一进行点除运算，得到新的数据集；确定所述新的数据集中与数据1差距最大的数据点，确定为故障位置。
6.如权利要求1所述的一种通信电缆屏蔽层故障定位的方法，其特征在于，进行故障定距，具体为：
t＝n/(fs*N)
其中，n为时域状态下，基准数据集和待测电缆数据集对比后得到的新的数据集中，与数据1差距最大的数据点，fs为扫频间隔频率，N为扫频点数，t代表最大差值处时间信息；c是光速，Vf是电缆介质相对光速变换系数，L为疑似故障点到屏蔽效能终端的距离。
7.一种通信电缆屏蔽层故障定位的***，其特征在于，包括：
用于对正常电缆一端施加不同频率的扫频测量信号的装置；
用于采集两组正常电缆在不同频点的频率响应数据的装置；选取其中一组数据作为基准数据集，另一组数据作为对比数据集；
用于比较基准数据集与对比数据集，判断两组数据集的数据一致性的装置；
用于对待测电缆一端施加不同频率的扫频测量信号，得到待测电缆在不同频点的频率响应数据集的装置；
用于设定破损告警阈值，计算待测电缆数据集与基准数据集的均方根误差，所述均方根误差与破损告警阈值进行对比，判断电缆破损是否超过了阈值并告警的装置；
用于如果所述均方根误差超过设定的告警阈值，则比较待测电缆数据集与基准数据集的数据一致性，确定故障位置并进行故障定距的装置。
8.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6任一项所述的通信电缆屏蔽层故障定位的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6任一项所述的通信电缆屏蔽层故障定位的方法。
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Denomination of invention: A method and system for fault location of communication cable shielding layer

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Pledgor: Conway Communication Technology Co.,Ltd.

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Granted publication date: 20210813

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Registration number: Y2022370000072

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Denomination of invention: A Method and System for Fault Location of Communication Cable Shielding Layer

Effective date of registration: 20230321

Granted publication date: 20210813

Pledgee: Overpass Branch of Jinan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: Conway Communication Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023370000057

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