CN116773602A - 电缆中线芯切割损伤检测***及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电缆中线芯切割损伤检测***及检测方法，包括：信号发生模块，所述信号发生模块能够产生恒定的直流电流，所述信号发生模块的一端与金属导管电性连接，所述信号发生模块的另一端与切刀电性连接，其中，待切割电缆由金属导管内穿设而出；检测模块，其能够检测电缆所在支路的电学信号；当切刀切割电缆并触碰到电缆内的线芯时，所述金属导管和电缆等效为微电容，所述信号发生模块对所述微电容充电，所述检测模块检测到电学信号突变；当切刀切割电缆且未触碰到电缆内的线芯时，所述检测模块检测不到电学信号突变。其方便实时检测，效果好，检测效率高。
Description
技术领域
本发明涉及线芯损伤检测技术领域，尤其是指一种电缆中线芯切割损伤检测***及检测方法。
背景技术
电缆包括金属线芯和设置在金属线芯外侧的绝缘层。在进行电缆加工过程中，通常在电缆外侧加装件数导线管，以此对电缆进行导向和校直。
通常，在对电缆进行剥皮加工过程中，需要使用切刀切除金属线芯上的绝缘层，以此露出金属线芯，然而，由于操作缘故，切刀有时候会切割至金属线芯上，导致金属电芯发生轻微损伤，而这种损伤会影响后续电缆的使用，造成电缆工作不良。目前，对于这种切割损伤，人肉眼检测困难，需要较为精密的仪器进行检测，造价高，费时费力。且现有的检测方法实时性差、无法及时发现损伤并报警，导致不合格品数量不断增加和线材资源的浪费。
因此，亟需一种能够快速检测电缆加工过程中线芯是否损伤的***。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电缆剥皮加工过程中，电芯损伤影响后续使用效果，检测困难的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电缆中线芯切割损伤检测***，包括：
信号发生模块，所述信号发生模块能够产生恒定的直流电流，所述信号发生模块的一端与金属导管电性连接，所述信号发生模块的另一端与切刀电性连接，其中，待切割电缆由金属导管内穿设而出；
检测模块，其能够检测电缆所在支路的电学信号；
当切刀切割电缆并触碰到电缆内的线芯时，所述金属导管和电缆等效为微电容，所述信号发生模块对所述微电容充电，所述检测模块检测到电学信号突变；
当切刀切割电缆且未触碰到电缆内的线芯时，所述检测模块检测不到电学信号突变。
作为优选的，所述检测模块包括：
放大电路，其用于放大电缆所在支路的电学信号，获得放大的电学信号；
采样电路，所述采样电路对放大的电学信号进行采样以供在线判断线芯是否损伤。
作为优选的，所述信号发生模块包括：
标准皮安电路，其能够产生预设皮安级电流；
电源电路，其与标准皮安电路电性连接，所述电源电路输出预设电压信号以对标准皮安电路供电；
信号源电路，其与所述标准皮安电路并联，所述信号源电路的一端与金属导管电性连接，所述信号源电路的另一端与切刀电性连接；
所述检测模块检测标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号。
作为优选的，所述检测模块包括：
放大与转换电路，其采集标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号，并对电流信号放大，获得放大的电流，将放大的电流信号转换成电压信号；
采样电路，其与放大与转换电路连接，所述采样电路采集放大与转换电路的电压信号值。
作为优选的，所述放大与转换电路和采样电路之间还设置有工频陷波器电路，所述工频陷波器电路用于减小工频干扰。
作为优选的，所述工频陷波电路为中心频率为50HZ的双T型有源陷波器。
作为优选的，所述电源电路为双电源电路，所述双电源电路包括第一电压源、稳压器和运算放大器；
所述第一电压源在稳压器的作用下稳压成第一电压；
所述第一电压经运算放大器分成双电源，为标准皮安电路进行供电。
作为优选的，所述标准皮安电路为1PA标准电流电路。
作为优选的，所述采样电路为带有计算机接口的万用表，所述万用表进行信号的采集。
本发明公开了一种电缆中线芯切割损伤检测方法，基于上述的电缆中线芯切割损伤检测***，通过观测检测模块检测到电学信号是否突变来判断线芯是否切割损伤；
当电学信号发生突变，则线芯切割损伤；
当电学信号恒定不变，则电芯未切割损伤。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明中，由于金属导管和线芯皆为导线材质，金属导管和线芯之间设置有绝缘层，那么，金属导管和电缆即可等效为微电容。通过信号发生模块产生恒定的直流电流，当切刀未切割到线芯时，相当于短路，此时，检测模块检测不到微电容所在电路的电流变化，然而，当切刀切割到线芯时，即相当于微电容接入电路，此时，微电容所在电路的电流发生变化，检测模块检测到突变信号。
2、通过本发明中的电缆中线芯切割损伤检测***，可以在切刀切割电缆进行加工过程中，实时检测切刀是否损伤线芯，若检测到突变的电学信号，则切刀接触与损伤线芯，在后续的电缆剥皮操作过程中，需要对切刀的切割操作进行调整；若未检测到突变的电学信号，则切刀未接触线芯。
3、本发明造价低，效果好，检测效率高。
4、本发明可以进行实时检测，能够及时检测出不合格的剥皮操作，方便及时调整剥皮操作，提高线缆加工良率。
附图说明
图1为电缆和金属导管的结构示意图；
图2为电缆中线芯切割损伤检测***示意图一；
图3为电缆中线芯切割损伤检测***示意图二；
图4为电缆中线芯切割损伤检测***示意图三；
图5(a)为信号源电路对微电容充放电的理论图，图5(b)为信号源电路对电缆与金属导管充放电的示意图；
图6为双电源电路的示意图；
图7为标准1pA电流电路示意图；
图8为放大电路示意图；
图9为工频陷波电路示意图；
图10为检测原理图，其中，(a)为线芯检测的电路原理图，(b)为实物检测的原理图；
图11为检测电路图；
图12为检测***的仿真结果示意图；
图13为实际测试中数据采集示意图，其中，(a)为第一次数据采集示意图，(b)为第二数据采集示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，电缆包括金属线芯和设置在金属线芯外侧的绝缘层。在进行电缆加工过程中，通常在电缆外侧加装金属导管，通过金属导管对电缆进行导向和校直。
参照图2所示，本发明公开了一种电缆中线芯切割损伤检测***，包括信号发生模块和检测模块。
信号发生模块能够产生恒定的直流电流，信号发生模块的一端与金属导管电性连接，信号发生模块的另一端与切刀电性连接，其中，待切割电缆由金属导管内穿设而出。
检测模块能够检测电缆所在支路的电学信号。
当切刀切割电缆并触碰到电缆内的线芯时，金属导管和电缆等效为微电容，信号发生模块对微电容充电，检测模块检测到电学信号突变。
当切刀切割电缆且未触碰到电缆内的线芯时，检测模块检测不到电学信号突变。
本发明的工作原理是：本发明中，由于金属导管和线芯皆为导线材质，金属导管和线芯之间设置有绝缘层，那么，金属导管和电缆即可等效为微电容。通过信号发生模块产生恒定的直流电流，当切刀未切割到线芯时，相当于短路，此时，检测模块检测不到微电容所在电路的电流变化，然而，当切刀切割到线芯时，即相当于微电容接入电路，此时，微电容所在电路的电流发生变化，检测模块检测到突变信号。通过本发明中的电缆中线芯切割损伤检测***，可以在切刀切割电缆进行加工过程中，实时检测切刀是否损伤线芯，若检测到突变的电学信号，则切刀接触与损伤线芯，在后续的电缆剥皮操作过程中，需要对切刀的切割操作进行调整；若未检测到突变的电学信号，则切刀未接触线芯。本发明造价低，方便实时检测，效果好，检测效率高。
参照图3所示，检测模块包括放大电路和采样电路。放大电路用于放大电缆所在支路的电学信号，获得放大的电学信号。通过放大电路，可以将电缆所在支路的电学信号放大,便于后续信号采集，提高检测精度。采样电路对放大的电学信号进行采样以供在线判断线芯是否损伤。
参照图4所示，信号发生模块包括标准皮安电路、电源电路和信号源电路。
标准皮安电路能够产生预设皮安级电流。
电源电路与标准皮安电路电性连接，电源电路输出预设电压信号以对标准皮安电路供电。电源电路可为双电源电路，从而便于对标准皮安电路进行恒压供电。
信号源电路与标准皮安电路并联，信号源电路的一端与金属导管电性连接，信号源电路的另一端与切刀电性连接。
检测模块检测标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号。本实施例中，检测模块检测的两组电流，其一，由标准皮安电路产生的恒定的电流，其二，由信号源电路产生的突变电流，当切刀未切割到线芯时，微电容断开，此时，突变电流为0，即不发生电流突变，那么，检测模块检测到的总的电流信号是恒定的；当切刀切割到线芯时，微电容接入电路，此时，产生突变电流，那么，检测模块检测到的总的电流信号即发生突变。
参照图4所示，检测模块包括放大与转换电路和采样电路。
放大与转换电路采集标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号，并对电流信号放大，获得放大的电流，将放大的电流信号转换成电压信号。
采样电路与放大与转换电路连接，采样电路采集放大与转换电路的电压信号值。如此，最终输出的电压信号值，通过观测电压信号值是否发生突变，以此判断线芯是否被切刀切割刀。
进一步的，放大与转换电路和采样电路之间还设置有工频陷波器电路，工频陷波器电路用于减小工频干扰。工频陷波电路为中心频率为50HZ的双T型有源陷波器。
本实施例中，电源电路为双电源电路，双电源电路包括第一电压源、稳压器和运算放大器；第一电压源在稳压器的作用下稳压成第一电压；第一电压经运算放大器分成双电源，为标准皮安电路进行供电。通过双电源电路，可以对标准皮安电路提供恒定的电压。而标准皮安电路内设置有大电阻，如此，即可保证标准皮安电路内具备皮安级别的电流。
进一步的，标准皮安电路为1PA标准电流电路。
本发明中，采样电路为带有计算机接口的万用表，万用表进行信号的采集。
本发明公开了一种电缆中线芯切割损伤检测方法，基于上述的电缆中线芯切割损伤检测***，通过观测检测模块检测到电学信号是否突变来判断线芯是否切割损伤；当电学信号发生突变，则线芯切割损伤；当电学信号恒定不变，则电芯未切割损伤。
下面，结合具体实施例，对本发明的工作原理及技术方案做进一步说明与解释。
本发明提出的一种线芯损伤自动检测装置，包括信号源电路、双电源电路、标准1pA电流电路、放大电路、工频陷波电路。
参照图5所示，信号源电路以切刀与线芯的接触和分离，实现电路导通与断开对微电容进行充放电，以此产生电流信号。
参照图5(a)为信号源电路对微电容充放电的理论图，参照图5(b)为信号源电路对电缆与金属导管充放电的示意图。
参照图6所示，双电源电路中，24V电源在三端稳压器的作用下稳压成5V，然后通过运算放大器分成±2.5V双电源，为标准1pA电路进行供电。
参照图7所示，为标准1pA电流电路示意图。利用两个电阻R16和R19进行分压，形成100mV标准电压，在经过100GΩ电阻形成1pA标准电流。
参照图8所示，为放大电路示意图。放大电路利用I-V转换电路可以将微电容充放电产生的微电流进行转换和放大，输出一个较大的电压信号。利用双运放的另一半形成I-V转换电路，电阻R17提供保护，防止偶然因素导致运放损坏。
参照图9所示，工频陷波电路是一个中心频率为50Hz的高性能双T型有源陷波器，由于被测信号非常微弱，容易受到干扰，尤其是工频干扰对实验的影响很大，为了减少工频信号的参与设计了该工频陷波电路。
为降低研究开发周期，直接选取已有的带有计算机接口的商品万用表进行信号的采集，可以将电压输出信号转变成数字数据保存起来不对采集模块和上位机采集画面做设计。
将上述电路模块进行整合，形成了一个线芯检测电路的原理图。为验证该电路的有效性，使用Proteus进行了仿真。并制作检测电路PCB板进行实验。
本发明点的工作原理如下：
同轴型电缆具有一定量的电容，通常在pF级别。这个电容的大小与电极间距离、电极形状以及极板间填充介质的介电常数有关。微电容由电缆和金属导向管构成，其中线束内导体和金属导向管形成微电容的两个电极，而线束绝缘层和空气则构成介电层。可以使用公式2-1计算工作电容。
式中：C为工作电容，单位pF/m；εr为绝缘介质的相对介电常数；D为金属导向管内径，单位mm；d为外导体内径，单位mm。
参照图10所示，为检测原理图。其中，(a)为线芯检测的电路原理图，(b)为实物检测的原理图。
根据电容原理，线芯和金属导向管构成一个电容器，其中线芯和金属导向管是电容器的两个极板，而绝缘层和空气则构成介电层，防止电荷之间的交换，形成了自制的微电容。电容法检测原理如图10所示，保护电路由直流电源、电容C1和负载电阻R1组成。直流电源给电容C1充电并充满后停止充电，此时电路断开，电路中没有电流。PA级电流表与自制微电容CX形成并联电路，其中SW1的一端与金属导线管相连，一端与刀具相连。在未切割到线芯时，电路一直处于开路状态，没有电流。当刀具触碰到线芯时，形成电路通路，直流电源与电容C1同时给微电容CX充电，当刀具离开线芯时，微电容自行放电。微电容充电和放电时，电流的方向是不同的，PA级电流表可以检测电路中电流从无到有以及电流方向的变化，从而判断刀具是否与线芯接触。
当Usr瞬间加到电容电阻串联电路上时，因为电容两端的电压不允许突变，此时电容相当于被短路。在初始时刻，流过电容的电流为式2-2。
接着，电容开始充电过程，电流随之越来越小，在大约5倍RC的时间后，电容充电基本结束，电流为零，此后进入稳态。充电过程中，电容的两端电压为式2-3。
按照pA电流表检测到的结果，当刀片接触绝缘外皮且施加力时，不会出现电流变化；只有当刀片接触金属线芯时，才会出现瞬间电流变化，pA电流表的读数从0～20pA瞬间变为100～200pA甚至更高，后逐渐趋于平稳；在切刀离开线芯时，此时电流值再次发生突变，且电流的方向改变。充电时电流为正，放电时电流为负。
将上述电路模块进行整合，形成了一个线芯检测电路的原理图。为验证该电路的有效性，使用Proteus进行了仿真。检测电路图如图11所示，其中开关SW3用于模拟切刀与线芯的接触和分离，C9代表微电容，假设其为100pF。
仿真结果如图12所示，每次开关闭合、打开都会形成一次电压的突变。1PA标准电路接在-2.5V电压上，形成的标准电流为负。当检测到线芯损伤时，微电容充放电会产生相应的电流，导致输出电压出现向下的突变，之后逐渐恢复平衡；当切割分离时，电压向上突变代表放电状态，同样逐渐恢复平衡。通过仿真验证可得出结论：该方案可用于线芯损伤检测。
由于线束在剥皮加工过程中，会因为误差问题导致线芯的损伤，一方面要提高控制精度，另一方面要设计出用于线芯损伤检测的装置来提示工作人员对设备进行实时的调整，以提高生产效率和质量。根据前文设计的电路图进行PCB板的加工制作，进行电路板的搭建。
将电路板连接到切刀和导向管上，数据采集使用胜利仪器的VC98C+智能型数字高精度万用表测量，该万用表带电脑接口和上位机软件U盘，可以记录数据并形成图表。测量数据如图13所示，切刀未切割到线芯时，电压保持一个相对稳定的状态，每次切刀切割到线芯的时候都会使电压发生一个突变，切刀和线芯分离后，再次回归到稳定状态。以此突变信号为检测是否发生线芯切割损伤的标志，经验证是可行的。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，包括：
信号发生模块，所述信号发生模块能够产生恒定的直流电流，所述信号发生模块的一端与金属导管电性连接，所述信号发生模块的另一端与切刀电性连接，其中，待切割电缆由金属导管内穿设而出；
检测模块，其能够检测电缆所在支路的电学信号；
当切刀切割电缆并触碰到电缆内的线芯时，所述金属导管和电缆等效为微电容，所述信号发生模块对所述微电容充电，所述检测模块检测到电学信号突变；
当切刀切割电缆且未触碰到电缆内的线芯时，所述检测模块检测不到电学信号突变。
2.根据权利要求1所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述检测模块包括：
放大电路，其用于放大电缆所在支路的电学信号，获得放大的电学信号；
采样电路，所述采样电路对放大的电学信号进行采样以供在线判断线芯是否损伤。
3.根据权利要求1所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述信号发生模块包括：
标准皮安电路，其能够产生预设皮安级电流；
电源电路，其与标准皮安电路电性连接，所述电源电路输出预设电压信号以对标准皮安电路供电；
信号源电路，其与所述标准皮安电路并联，所述信号源电路的一端与金属导管电性连接，所述信号源电路的另一端与切刀电性连接；
所述检测模块检测标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号。
4.根据权利要求3所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述检测模块包括：
放大与转换电路，其采集标准皮安电路和信号源电路的总的电流信号，并对电流信号放大，获得放大的电流，将放大的电流信号转换成电压信号；
采样电路，其与放大与转换电路连接，所述采样电路采集放大与转换电路的电压信号值。
5.根据权利要求4所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述放大与转换电路和采样电路之间还设置有工频陷波器电路，所述工频陷波器电路用于减小工频干扰。
6.根据权利要求5所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述工频陷波电路为中心频率为50HZ的双T型有源陷波器。
7.根据权利要求3所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述电源电路为双电源电路，所述双电源电路包括第一电压源、稳压器和运算放大器；
所述第一电压源在稳压器的作用下稳压成第一电压；
所述第一电压经运算放大器分成双电源，为标准皮安电路进行供电。
8.根据权利要求3所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述标准皮安电路为1PA标准电流电路。
9.根据权利要求2或4所述的电缆中线芯切割损伤检测***，其特征在于，所述采样电路为带有计算机接口的万用表，所述万用表进行信号的采集。
10.一种电缆中线芯切割损伤检测方法，其特征在于，基于权利要求1-9任一项所述的电缆中线芯切割损伤检测***，通过观测检测模块检测到电学信号是否突变来判断线芯是否切割损伤；
当电学信号发生突变，则线芯切割损伤；
当电学信号恒定不变，则电芯未切割损伤。
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2023
- 2023-07-03 CN CN202310808555.8A patent/CN116773602B/zh active Active
Patent Citations (6)
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