專利名稱：電纜長度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳輸線測量技術(shù)，尤指一種電纜長度的測量方法。
現(xiàn)有技術(shù)常用的電纜長度測量方法有脈沖法，閃絡法等。中國專利CN88204787·6公開了一種“電纜智能測長儀”，為脈沖法測長儀，克服了以往的機械測長法精度低的缺點，利用發(fā)生器輸出的脈沖個數(shù)與電纜長度成正比的原理，測定電線電纜長度。蘇聯(lián)專利SU1580570公開了一種測量電線電纜長度測量裝置，其特點在于倍頻器與正弦信號發(fā)生器相連，并且在測量前信號進行同相轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有技術(shù)還有利用激光脈沖測量電線電纜的長度等等。共同的不足在于測量存在盲區(qū)，即當電線電纜短到一定程度時，難以準確測量。
本發(fā)明的目的在于提供一種新型電纜長度測量方法，消除測量盲區(qū)，提高測量精度和可靠性。
本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的(1)同步器分別產(chǎn)生時序脈沖①和時序脈沖②;
(2)時序脈沖①觸發(fā)采樣鎖定器(簡稱采鎖器)產(chǎn)生采鎖鋸齒波電壓信號，時序脈沖②經(jīng)驅(qū)動器，由被測電纜傳輸后，觸發(fā)采樣鎖定器產(chǎn)生回波鋸齒波電壓信號;
(3)兩鋸齒波在零位校準時，它們的兩個斜邊有一個起始相交點設(shè)為a，作為數(shù)顯裝置的參考零位;
(4)接人被測電纜后，利用寬脈沖在終端匹配電纜中的傳輸特性，時序脈沖②經(jīng)被測電纜產(chǎn)生一個與其長度成正比關(guān)系的位移，即產(chǎn)生一個時間差△t，回鋸波的起始點亦時移△t;
(5)同時，采鋸波和回鋸波的斜邊相交點時移△t，由a點移到b點，b點所對應的電壓值，經(jīng)采樣保持，由數(shù)顯表盤顯示，顯示值即為被測電纜的長度值。
利用本發(fā)明測量電纜線長度，精度高，沒有測量盲區(qū)。


圖1為本發(fā)明原理框2為同步器原理示意3為驅(qū)動器原理示意4為采樣鎖定器原理示意5為自動量程切換器原理示意6為自校準器原理示意7為本發(fā)明工作原理波形8為精確度修正器原理示意圖下面對照附圖進一步闡述本發(fā)明。
如圖1所示，本實施例由同步器、采樣鎖定器、驅(qū)動器、自校準器、精確度修正器、自動量程切換器、數(shù)顯裝置及電源電路組成。其中，電源電路有+5V、±18V、±12V及+30V共六種直流穩(wěn)壓電源，作為整個電路的工作電源。同步器由整形器、時序器和單穩(wěn)態(tài)器三部分組成，原理如圖2所示。整形器中含有比較器LM319和施密特整形器CD40106;時序器中含有晶體振蕩器，二只十進分配器CD4017①和②，一只十四級二進制分頻器CD4020，一只反相器CD4069及二只輸入與門CD4068①和②。由5兆赫晶體振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號，輸入比較器LM319的反相輸入端4，電路的同相端5接地，比較結(jié)果，產(chǎn)生9V的近似方波信號，輸入施密特整形器CD40106，經(jīng)二次整形后，產(chǎn)生出5兆赫、12伏的脈沖信號Q整。由電壓表盤輸出的復位信號ST(負窄脈沖，幅度5伏。)加到LM319的反相輸入端9與同相輸入端10上加的直流參考電壓(約4伏)相比較，產(chǎn)生出正窄脈沖輸出，加到CD4017①②及CD4020的清零端，控制測長儀內(nèi)部電路同步工作。
二次整形產(chǎn)生出的Q整脈沖信號輸入第一級十進分配器CD4017①，由它的輸出端12輸出500千赫、12伏的方波信號QC，再輸入第二級十進分配器CD4017②，再由它的輸出端12輸出50千赫、12伏的方波信號Q′c作為時鐘脈沖，經(jīng)分壓器分壓成5伏，由G端輸出到電壓表盤的時鐘脈沖輸入端。
方波信號Q′c，輸入CD4020，經(jīng)分頻后，分別由輸出端14、15、1、2、3輸出Q10、Q11、Q12、Q13、Q14五個方波信號，其中方波信號Q10至Q13，直接輸入CD4068①，Q14經(jīng)反相器CD4069輸出變換為
14后，再輸入CD4068①，相與結(jié)果取出Q10方波信號。
在CD4068②的輸入端2、3、4、5上分別加有四個信號，它們是a.方波信號Q10b.脈沖信號Q整c.經(jīng)繼電器J1的觸點“Y”輸來的脈沖信號Q8(進入擴展量程時為Q3)d.經(jīng)繼電器J2的觸點“S”輸來的脈沖信號Q′1(進入擴展量程時為Q′2)設(shè)a、b、c、d四個信號相與后得到的信號為Q′整n?，F(xiàn)將對應Q8的Q′整8作為時序窄脈沖①，經(jīng)頂部零電平箝位后，用上升沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)器CD4538中單穩(wěn)態(tài)電路①，產(chǎn)生時序負脈沖①，通過F端輸出加到采鎖器輸入端，同時，從自校準器中取某一個位置的Q′整n作為時序窄脈沖②，經(jīng)頂部零電平箝位，用其上升沿，經(jīng)同步器D端觸發(fā)雙單穩(wěn)態(tài)器中單穩(wěn)態(tài)電路②，產(chǎn)生出負脈沖Q負1，再經(jīng)底部零電平箝位，由同步器E端，輸入驅(qū)動器。
同步器中設(shè)有CD4017①輸出端H0，輸出Q11脈沖信號，其中含有Q0至Q9十個時間位置的脈沖信號及CD4017②輸出端A′Q輸出Q′n脈沖信號，其中含有Q′0至Q′9十個時間位置的脈沖信號，這些信號供自校準器和自動量程切換器選用。
提取的Q′整8(或與其他時間位Qn對應的Q′整n脈沖信號)是間隔為2μs約500個脈沖的脈沖串，存在時間10ms位于Q10時間段，每隔320ms出現(xiàn)一次，在測長儀工作周期約800ms內(nèi)共出現(xiàn)三次，出現(xiàn)的脈沖串中能起到時序窄脈沖觸發(fā)功能的是每次出現(xiàn)的脈沖串中的第一個Q′整8，這是因為同步器中雙單穩(wěn)態(tài)器CD4538經(jīng)第一次Q′整8觸發(fā)產(chǎn)生的時序負脈沖①和負脈沖信號Q負1的持繼時間約100ms，而脈沖串在觸發(fā)后只存在10ms，正處在單穩(wěn)態(tài)器工作時間內(nèi)，因此脈沖串中第二個Q′整n直至最后一個Q′整n均不能再次觸發(fā)單穩(wěn)器，起不到時序窄脈沖觸發(fā)的功能。
脈沖串在測長儀工作周期內(nèi)共出現(xiàn)三次，就有三個第一個Q′整n能三次觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)器，產(chǎn)生時序負脈沖①和負脈沖Q負1，但第二第三個時序負脈沖①和負脈沖Q負1均出現(xiàn)在直流數(shù)字電壓表盤取樣時間之外，對數(shù)字顯示毫無影響。
驅(qū)動器由可控的脈沖源，電平轉(zhuǎn)換器和一對專用連接端子A、B組成，原理如圖3所示?？煽卦从赡M門電路CD4066，可調(diào)穩(wěn)壓塊W317等元件組成，產(chǎn)生一個加到被測電纜中去的負寬脈沖信號，其中，可調(diào)穩(wěn)壓塊的輸出端3通過端子A連接被測電纜，調(diào)整端1與模擬門輸出端連接;電平轉(zhuǎn)換器由比較器LM393和箝位器組成，專用端子A、B連接被測電纜。
同步器輸出端E，在負脈沖Q負1來到之前(約160ms內(nèi))，可控源輸出+6伏直流電壓加在專用端子A，經(jīng)被測電纜傳輸?shù)竭_B端，由于B端接有匹配電阻，因此全部被吸收，B端的電壓亦為+6伏。當負脈沖Q負1經(jīng)E端加到模擬門CD4066的控制端后，模擬門呈現(xiàn)10歐姆的低電阻值，它與電阻R(2.4千歐姆)相并聯(lián)，使W317的輸出電壓立即降為1伏，產(chǎn)生5伏的躍降電壓;使A端電壓躍降+5伏，這一躍降信號，經(jīng)傳輸?shù)紹端，亦使B端的電壓從+6伏躍降5伏，降到+1伏。負脈沖Q負1持續(xù)100ms之后消失，A端電壓躍升到+6伏，B端亦隨之躍升到+6伏。這樣在電纜線上傳輸著寬度為100ms，幅度為5V的負寬脈沖。
由于在電纜線上傳輸?shù)氖堑膶捗}沖，因此該寬脈沖在電纜線上的損耗和畸變都很小。
A、B兩端子接入被測電纜前(即短接)后，B端的躍變電壓的躍降時刻時間差△t及其大小是由被測電纜的長度所引起和決定的。
B端的躍變電壓即負寬脈沖加到比較器LM393的同相輸入端上，與反相輸入端上的+4伏參考電壓相比較，在比較器的輸出端產(chǎn)生一個寬度為100ms幅度為12V的負脈沖信號Q負2，完成電平轉(zhuǎn)換，再經(jīng)頂部零電平箝位后，通過J端，作為時序負脈沖②加到采鎖器輸入端。負脈沖信號Q負2又通過L端，經(jīng)量程開關(guān)K中的K0分開關(guān)輸入自動量程切換器。
采樣鎖定器由兩個鋸齒波電壓發(fā)生器、保持器和調(diào)整器三部分組成，原理如圖4所示。其中，兩個鋸齒波電壓發(fā)生器采用的是自舉電路，根據(jù)它們所起作用，一個稱為采鎖鋸齒波電壓發(fā)生器，另一個稱為回波鋸齒波電壓發(fā)生器;保持器由比較器LM393和采樣保持放大器AD582KD(簡稱采保器)組成;調(diào)整器由跟隨器(1/2LM358構(gòu)成)和減法器(1/2LM358構(gòu)成)組成。
來自同步器F端的時序負脈沖①，觸發(fā)鋸齒波發(fā)生器①產(chǎn)生采鎖鋸齒波電壓(寬度為100ms)，加到采保器AD582KD的輸入端，經(jīng)放大后，輸入比較器LM393的反相輸入端“6”。
來自驅(qū)動器J端的時序負脈沖②觸發(fā)鋸齒波發(fā)生器②，產(chǎn)生回波鋸齒波電壓(寬度為100ms)，輸入到比較器LM393的同相輸入端“5”。
放大后的采鎖鋸齒波電壓和回波鋸齒波電壓在比較器LM393中進行比較，當兩個鋸齒波電壓的斜邊相交于一點的一瞬間，比較器LM393立即輸出一個寬度約100ms、幅度為5V的正脈沖信號，去控制采保器A2582KD的“S/H”端，置采保器AD582KD于保持狀態(tài)，將相交一瞬間對應的電壓值保持下來。
保持值加到減法器的同相輸入端“3”，由跟隨器輸出端即LM358第“7”端輸出的直流電壓加到減法器的反相端“2”，“2”、“3”端上電壓相減后，得到的差值V，經(jīng)精度修正器加到電壓表盤的輸入端。
在驅(qū)動器專用連接端子短接時，兩鋸齒波電壓的斜邊相交于a點，調(diào)節(jié)加在減法器“2”端上的跟隨器輸出的直流電壓使電壓表盤數(shù)顯為零，即零位校準。當驅(qū)動器上專用連接端子A、B接上被測電纜后，驅(qū)動器J端輸出的時序負脈沖②的下降沿時移了△t的時間，那么兩鋸齒波電壓斜邊的相交時刻，也跟隨著時移了△t的時間，相交點由a點移到了b點，此時，減法器的差值輸出V，經(jīng)精確度修正器，輸入電壓表盤后的顯示值為被測電纜的長度值。
跟隨器的同相輸入端“5”，經(jīng)繼電器J2的觸點P，連接到精確度修正器的分壓網(wǎng)絡。根據(jù)量程不同，由自動量程切換器控制，使分壓網(wǎng)絡在不同的量程檔，提供不同的直流電壓值給跟隨器(輸入端5)，跟隨器的輸出電壓也按量程不同而不同，進而減法器輸出的差值也跟著量程不同而變，這樣可調(diào)節(jié)各量程檔內(nèi)的起始數(shù)量值。在0～180米基本量程檔內(nèi)，調(diào)節(jié)分壓網(wǎng)絡提供的直流電壓使數(shù)顯為零，即零校。同理在180～360米擴展量程檔內(nèi)的起始數(shù)顯調(diào)為180米。
自校準器由一塊八輸入與門CD4068，一只一位自鎖量程開關(guān)K和一只七位互鎖長度校準開關(guān)K長組成，原理如圖6所示。來自同步器HQ，A′Q，B和C四個輸出端的脈沖信號Qn(Q0至Q9中某一個)、Q′n(Q′1至Q′9中某一個)Q整及Q10，分別輸入與門CD4068的四個輸入端。前二個脈沖信號分別經(jīng)K3觸點和K5觸點后加來，后兩個脈沖信號是直接加來，這四個脈沖信號在與門中相與，從Q整中選出Q′整n脈沖信號。Q′整n的位置就是參與相與的Qn脈沖信號的位置，若用Q1脈沖信號參與相與，則Q′整n的位置就出現(xiàn)在Q1位置上，稱Q′整1，它的形狀就是Q整經(jīng)與門后的形狀。具體取出所需位置的Q′整n的過程為不按下開關(guān)K，測長儀處于0～180米的基本量程內(nèi)，此時K5觸點選中Q′3，在Q′3脈寬時間內(nèi)，出現(xiàn)Q1至Q7七個時間位置上的脈沖信號，可用開關(guān)K長選出其中一個，送入與門CD4068即可取出Q′3時段位置的Q′整n。
按下開關(guān)K，繼電器J1和J2啟動，測長儀處于180～360米擴展程檔內(nèi)。
再按下開關(guān)K長上的1＃至4＃位按扭，Q′3參與相與，在Q′3脈寬時間內(nèi)出現(xiàn)Q6至Q9四個脈沖信號，取出位于Q6至Q9的Q′整6至Q′整9四個脈沖信號，按下K長上的5＃至7＃按扭，Q′4參與相與，在Q′4脈沖寬度時間內(nèi)，出現(xiàn)Q0至Q2三個脈沖信號，取出位于Q0至Q2的Q′整0至Q′整2三個脈沖信號。產(chǎn)生的各位置上的Q′整n由與門CD4068輸出，經(jīng)D端觸發(fā)同步器中的單穩(wěn)態(tài)電路②，產(chǎn)生負脈沖Q負1。由于在CD4068中相與的四個信號中Q整最窄，相與后得到的Q′整n脈沖信號完整無缺(即前沿未被切除)，這樣提取出的不同位置的Q′整n脈沖信號間保持著精確(與晶振相等)的時間間隔。
若在基本量程檔內(nèi)校準120米則先按下開關(guān)K長上的1＃按鈕，在Q′3時間內(nèi)，在Q1位置上產(chǎn)生Q′整1，數(shù)顯調(diào)為零(校零)，然后按下5＃按扭，在Q′3時間內(nèi)，在Q5位置上產(chǎn)生Q′整5，數(shù)顯應為120。
若在擴展量程校準300米。
則先按下開關(guān)K長上的1＃按鈕，在Q3時間內(nèi)，在Q6位置上產(chǎn)生Q′整6，數(shù)顯調(diào)為180，然后按下5＃按鈕，在Q′4時間內(nèi)，Q0位置上產(chǎn)生Q′整0。數(shù)顯應為300。
自動量程切換器由一塊三輸入與門CD4073、一塊單穩(wěn)態(tài)器CD4538、一塊驅(qū)動器1413和兩只繼電器J1、J2組成。自動量程切換器的功能是在被測電纜長度超過180米時使測長儀的量程從基本量程檔(0～180米)自動轉(zhuǎn)換到擴展量程檔(180～360米)，原理如圖5所示。
來自同步器HQ，AQ′和C三個輸出端的脈沖信號Q9，Q′8，Q10，分別加到與門CD4073①(1/3CD4073)輸入端H0，A′Q，C上，這三個脈沖信號相與后，取出脈沖信號Q9，加到與門CD4073②(1/3CD4073)的一個輸入端，在CD4073(2)另一個輸入端M上，在量程轉(zhuǎn)換開關(guān)K未按下時，加有驅(qū)動器中比較器經(jīng)L端輸出的負脈沖信號Q負2當被測電纜長度超過基本量程(180米)時，與門CD4073②M端上加的負脈沖信號Q負2的下降沿躍降的時刻進入Q9脈沖的時間內(nèi)，相重合部分相與后產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖Q觸去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)器CD4538，由4538的輸出信號推動驅(qū)動器1413，啟動繼電器J1和J2，完成了量程自動切換的功能。
人工轉(zhuǎn)換量程時，只要按下開關(guān)K，分開關(guān)K0將與門CD4073②輸入端M接地，該與門關(guān)閉，自動量程切換電路失效，同時繼電器J1和J2加電啟動，進入擴展量程。
繼電器J1啟動后，回鋸波起始點則從180米開始。繼電器J2啟動后，起始零位值為180米。
在采鎖器及電壓表盤之間接有精確度修正器原理如圖8所示其中，可調(diào)電位器SW1、SW2并聯(lián)。為獲得基本量程檔的起始值，可調(diào)節(jié)SW1，將a″點電壓經(jīng)繼電器J2觸點u1和P點輸入采鎖器中的減法器后，使減法器輸出為零，數(shù)顯成“000，0”，為獲得擴展量程檔的起始值可調(diào)節(jié)電位器SW2，將a′點電壓經(jīng)繼電器J2觸點u2和P點輸入采鎖器中的減法器后，使減法器輸出為1.5V，數(shù)顯成“150.0”。
使用的數(shù)顯表盤用7135芯片組裝的PZ91型四位半直流數(shù)字電壓表盤，它向同步的提供復位信號ST，同時接受同步器提供的時鐘信號。
同步器產(chǎn)生一個時序負脈沖信號①經(jīng)采鎖器F輸入端，觸發(fā)采鎖器，產(chǎn)生一個采鋸齒波電壓，經(jīng)十幾納秒后，同步器又產(chǎn)生一個負脈沖信號，經(jīng)被測電纜傳輸，由驅(qū)動器輸出，再經(jīng)采鎖器J輸入端觸發(fā)采鎖器，產(chǎn)生一個回波鋸齒波電壓，兩鋸齒波電壓相交于一點，采鎖器將相交點對應的電壓值(已校準為距離值)保持下來，經(jīng)精確度修正器，輸入數(shù)字電壓表盤顯示。各階段的原理波形如圖7所示，其中，W1為時序窄脈沖(1)，W2為時序窄脈沖(2)，W3為時序負脈沖(1)，W4為時序負脈沖(2)，W5為采鋸波和回鋸波，W6為a點對應的保持控制信號，W7為b點對應的保持控制信號，W8為a點對應電壓保持值，W9為b點對應電壓保持值。
權(quán)利要求
1.一種電纜長度測量方法，其特征在于同步器分別產(chǎn)生時序脈沖①和時序脈沖②；時序脈沖①觸發(fā)采樣鎖定器產(chǎn)生采鎖鋸齒波電壓信號，時序脈沖②經(jīng)驅(qū)動器，由被測電纜傳輸后觸發(fā)采樣鎖定器產(chǎn)生回波鋸齒波電壓信號；兩鋸齒波在零位校準時，它們的兩個斜邊有一個起始相交點，設(shè)為a，作為數(shù)顯裝置的參考零位；接入被測電纜后，利用寬脈沖在終端匹配電纜中的傳輸特性，時序脈沖②經(jīng)被測電纜產(chǎn)生一個與其長度成正比關(guān)系的位移，即產(chǎn)生一個時間差△t，回鋸波的起始點亦時移△t；同時，采鋸波和回鋸波的斜邊相交點時移△t，由a點移至b點，b點所對應的電壓值，經(jīng)采樣保持，由數(shù)顯表盤顯示，顯示值即為被測電纜的長度值。
2.由權(quán)利要求1所述的電纜長度測量方法，其特征在于驅(qū)動器中利用可調(diào)穩(wěn)壓塊將直流信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號，可調(diào)穩(wěn)壓塊輸出端連接被測電纜，調(diào)整端與模擬門輸入輸出端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電纜長度測量技術(shù)，利用寬脈沖在電纜中的傳輸特性，并結(jié)合一定的數(shù)學方法，消除了測量盲區(qū)，提高了測量可靠性。
文檔編號G01B7/02GK1080995SQ93100088
公開日1994年1月19日 申請日期1993年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月6日
發(fā)明者江志力 申請人:北京振興計量控制技術(shù)開發(fā)公司