专利名称：电缆障碍探测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于探测电缆芯线的混线、接地、绝缘等障碍的电缆障碍探测仪，该探测仪由振荡器和接收器两大部分组成，振荡器包括超低频信号源、放大电路、断续振荡控制电路及电源；接收器包括探头、低噪声输入级、选频电路、整流电路、指示电路、信号幅度监听电路及电源。
直接探测电缆障碍的仪器，是在电缆的一端，由振荡器向选定的障碍线对送入探测信号，此信号经障碍部位芯线接触电阻(芯线绝缘材料进潮或进水形成的导通电阻)构成回路，接收器通过探头沿电缆接收该信号形成的电磁场，根据障碍点前后信号幅度的变化，来确定障碍部位，其使用操作简单，特别是能在现场对障碍部位定点，这是该类仪器区别于电缆障碍测试仪的独有优点。目前公知的是6405类型的电缆障碍探测器，包括A、B、C三种型号，其结构采用全晶体管电路，振荡器输出信号频率为400赫，适应的障碍芯线接触电阻范围在0～2KΩ内，不同型号仅电路结构、机箱结构及附加功能有差异，就其探测障碍的基本性能而言，变化不大。后来出现的GK－1型高抗干扰电缆障碍探测仪，将振荡器输出的探测信号频率提高到825赫，接收器采用集成电路，提高了抗50赫工业频率及其高次谐波干扰的能力，但其适应障碍芯线接触电阻的范围仍在0～2KΩ以内，实际上因探测信号频率的提高，其适应接触电阻的范围还略有减小。
上述公知装置的不足之处在于电缆障碍芯线间的接触电阻须在2KΩ以内，才能对障碍部位进行有效地探测，超过2KΩ就难以识别，这是因为上述探测仪所输出的探测信号频率较高，为400赫或825赫，过障碍点后，芯线间的分布参数(主要是分布电容)将对该探测信号构成一定回路，形成分流，障碍点之后，仍有相当强度的探测信号，使其难以识别，这就大大限制了该类仪器的适用场合，使其探测障碍的效能受到显著制约。
障碍芯线接触电阻超过2KΩ时，上述已有装置必须采取补救措施才能适用，其补救方法是采用高压击穿障碍芯线，使障碍部位形成死短路，接触电阻为零。这种补救装置已有定型产品，即QXZ－03型电缆障碍击穿器。但运用该方法也并非百分之百能击穿，特别是当电缆较长，芯线环路电阻较大时就更难凑效，况且该装置需用交流电源，其体积、重量、价格均远远超过电缆障碍探测器本身，既不方便，也不化算。
本实用新型的目的在于避免上述已有装置的不足之处，而提出一种采用集成化、高稳定、高分辨的电路结构，通过大幅度降低探测信号频率及采用压扩措施、能大幅度扩展适应障碍芯线接触电阻的范围，提高电缆障碍定点探测效能的电缆障碍探测仪。
本实用新型的目的可采用以下结构及原理实现本实用新型振荡器中采用了高稳定性的石英谐振器，经高倍率分频后，再经滤波选频电路，便得到十分稳定和准确的超低频正弦信号，经功率放大和升压后，送至障碍线对。其中分频电路为多级IC分频，选频电路为RC有源带通滤波器，此外，为节省电能和探测信号易于识别，振荡器中还设有断续振荡电路及LED显示。超低频探测信号的获得，也可采用方波振荡器加选频电路构成或采用文氏电桥振荡器或函数发生器，但这些电路需用高稳定性RC元件。采用上述措施的目的在于大幅度降低探测信号频率即降低振荡器输出信号频率，使之在50赫以下的超低频范围内，由于芯线间分布参数的分流作用是信号频率的函数，大幅度降低探测信号频率，就显著削弱了芯线间分布参数对探测信号的分流作用，或者说对较低频率的探测信号，分布参数呈现了更高的阻抗，也就相应地突出了探测信号流经障碍芯线接触电阻的“短路”效果，从而使本实用新型适应障碍芯线接触电阻的范围得到扩展，其阻值范围从0～2KΩ，扩展到0～20KΩ。
接收器中采用了结构复杂，由多个运放滤波电路组成的高性能，高阶双二次椭园函数带通滤波器，实现了对50赫工业频率及其高次谐波干扰的强有力抑制和对探测信号的精确选频。接收器在二阶有源带通滤波器部分设有由电阻开关及运放组成的扩张电路，在其末端还设有与扩张电路同步调节的压缩电路，对所探测信号的低电平和高电平区段分别进行了压缩和扩张处理，以增大障碍点前后、接收器输出信号幅度变化的差别，这也使得本实用新型适应障碍芯线接触电阻的范围得到扩展。扩张和压缩是分别通过其电路中的开关实现，并且两电路的开关是联动的。此外，扩张电路除设在二阶带通滤波器的输入端外亦可设在二阶带通滤波器的输出端，并可用一个电位器代替分离电阻。
接收器输出信号除可以通过指示电路表头定量显示外，为方便操作，还送出了可闻信号。由于探测信号为超低频，已不便直接监听，为此设置了一个600赫的音频信号源，其输出的音频信号经放大后送入耳机，该信号幅度受所接收超低频探测信号的直流分量控制，因而耳机中的信号幅度间接地反映了所接收超低频信号的幅度。
探测信号经接收器探头感应后送入低噪声输入级放大，放大信号经高阶有源带通滤波器精确选频后至二阶有源带通滤波器进一步选频提高增益，并对信号幅度进行扩张调节，其输出信号经整流电路倍压整流，由此输出的直流分量一路送指示电路，并由压缩电路进行压缩调节，进一步扩展适应障碍芯线接触电阻范围，另一路送信号幅度监听电路监听。
本实用新型与已有技术相比具有如下优点通过采用降低探测信号频率、使之在50赫以下的超低频范围，和压缩扩张信号幅度的措施，把本实用新型适应障碍芯线接触电阻的范围，从现有技术的0～2KΩ扩展到0～20KΩ，显著地提高了电缆障碍探测的能力和效率，而操作与现有技术一样方便简单，同时，本仪器采用全集成化、高稳定、高分辨电路结构，使整机具有较高的性能价格比。
本实用新型说明书附图如下附
图1.本实用新型振荡器电路图(实施例一)。
附图2.本实用新型接收器电路图(实施例一)。
附图3.本实用新型振荡器分频电路图。
附图4.本实用新型接收器高阶有源带通滤流器电路图。
附图5.本实用新型方波振荡器及选频电路图(实施例二)。
附图6.本实用新型文氏电桥振荡器电路图(实施例三)。
附图7.本实用新型振荡器函数发生器电路图(实施例四)。
附图8.本实用新型接收器二阶有源带通滤波器及扩张电路图(实施例五)。
本实用新型将结合附图进一步详细描述如下实施例一.
一、振荡器电路见附
图1.电源开关K1闭合后，电路进入工作状态。由非门F1F2及阻容R1C1和石英晶体谐振器JT组成的高稳定晶振信号源(2)输出480千赫信号，经非门F3缓冲整形后，送入分频电路(3)，见附图3，分频电路为IC四级分频，分频系数IC1、IC2为10，IC3为5，其型号均为CD4017；IC4为32，其型号为CD4024。总分频系数为16000。分频电路(3)输出为30赫方波，由阻容R3C2预处理后，为高次分量大为减少的近似三角波，然后送至选频电路(4)，选频电路为RC有源带通滤波器，即二阶无限增益带通滤波器，由运放A1电阻R4～R6电容C3C4构成，其输出为波形良好且频率十分精确稳定的30赫超低频正弦波，上述三部分即构成本机的超低频信号源(1)。经C5藕合至运放A2放大，R8R7决定A2增益，输出经RW1调节由C6藕合至末前级BG1基极放大，R9R10为直流偏置电阻，BG1放大后的信号由推挽输入变压器B1次级线圈分别送至末级功放管BG2、BG3基级进行功率放大。末级工作在乙类状态，由R11R12偏置电阻决定，末级信号功率经变压器B2升压后输出，C7为改善放大管非线性失真，滤除杂波用。为适应障碍芯线不同的接触电阻阻值，使回路电流形成的交变电磁场达到接收器所要求的强度范围，B2次级设有多个抽头，由开关K2进行选择，最后由端子J1、J2接入电缆障碍线对。跨接在输出线上的交流电压表头V1显示输出信号幅度，电阻R13可确定电压表V1的灵敏度。
为使探测时信号易于识别和节省电耗，振荡器输出的探测信号采用断续方式，因而设计了断续振荡控制电路，该电路由断续振荡源(6)、非门F6、二级管D1及电流开关(7)组成，断续振荡源(6)由非门F4F5及阻容R15C8构成，断续功能的实现是受控于断续振荡源(6)产生的很低频率的方波信号，此方波信号周期约为2秒，由R15C8参数确定，经非门F6缓冲输出，断续控制原理如下当非门F6输出端为高电平时(持续约1秒)，此时二极管D1切止，经非门F3输出的480千赫晶振信号能顺利地进入分频电路(3)，同时，电流开关(7)因其控制端获得高电平而闭合，例如TWH8778类开关IC，功放级直流电源加上，开始正常工作，变压器B2输出30赫探测信号。
当非门F6输出端为低电平时(持续时间约1秒)，分频电路(3)的输入端被二极管D1钳位到低电平，使此期间分频电路(3)无输入脉冲信号，即晶振电路(2)的信号送不进分频电路(3)，这样也就没有信号输出，同时电流开关(7)将因其控制端处于低电平而关断，使功放级直流电源被切断，静态电流也没有，使得电耗更省。电阻R2的作用，是当此期间非门F3输出为脉冲高电平瞬间时，限制D1的钳位电流，保护非门F3F6不过载。
LED显示(8)可显示功放极电源状态，它将随着电流开关(7)的通断而闪亮，R14为LED的限流电阻。
二、接收器电路附图2中，K5K6联动闭合电路进入工作状态。探头(9)中的L1为绕在软磁材料上的线圈，沿电缆接收探测信号的交变电磁场(主要是磁场)，C9可滤除部分干扰波的高频分量，信号经C10藕合至高阻抗，低噪声前置放大级(10)，此放大级由运放A3，电阻R16R17构成，R17与R16的比值决定其增益。输出信号经运放A4缓冲隔离后送入高阶有源带通滤波器(11)，见附图4，其电路结构为性能很高的六阶双二次椭园函数带通滤波器，由形式相同的三节运放滤波电路构成，运放A5、A6、A7，电容C11C12，电阻R18～R25组成第一节(12)；运放A8～A10，电容C13、C14，电阻R26～R33组成第二节(13)；运放A11～A13，电容C15C16电阻R34～R41组成第三节(14)。接收器对30赫探测信号的精确选频，以及对50赫工业频率及高次谐波干扰的强有力的抑制衰减，主要由此滤波器完成，同时也提供相当的增益。
滤波器(11)输出信号经运放A14缓冲后由C17藕合至二阶双二次有源带通滤波器(15)，该滤波器由运放A15～A17，电容C18，C19及电阻R42～R50构成，其输入端设有由运放A15，反馈电阻R46，扩张电阻R42～R45开关K3构成的扩张电路(16)。该滤波器(15)除了进一步选频和提高增益外，对探测信号幅度的扩张，也在此完成，因滤波器的增益可在大范围受扩张电路(16)中K3所选接电阻的阻值控制，实际是反馈电阻R46与K3实际接入的扩张电阻阻值之比值决定，当K3在“0”档位时，滤波器(15)增益最低，即无扩张时的正常增益；K3分别选接“1”“2”“3”档位时，扩张电路(16)中接入的电阻值将逐渐减小，滤波器(15)增益逐渐加大，相对于K3置“0”档位时，意味着将信号幅度扩张了。
滤波器(15)输出信号经运放A18缓冲，送至倍压整流电路(17)，该电路由二极管D2D3，电容C20C21组成，C21滤波并保持直流分量，A19缓冲输出。由于30赫探测信号是按2秒周期断续变化的，为使运放A19输出直流分量也按此周期变化(电压表V2则周期摆动)。C21容量与运放A19的输入阻抗所构成的放电时间常数应控制在200～300毫秒。此直流分量缓冲后分两路输出。
一路进入指示电路(18)，经二极管D4，微调电位器RW2送给电压表头V2指示信号幅度大小，压缩电路(19)对探测信号低电平段进行压缩处理，压缩电路(19)由压缩微调电位器RW3及压缩电阻R51～R54和开关K4构成，压缩值由压缩电阻R51～R54及电位器RW3与电源回路的分压比值决定，由开关K4调节，当K4处于“0”档位时，无压缩，当K4置于其他档位时，因相应档位端存在一个由电源支路，即R51～R54支路形成的确定的压缩电压(相对于电源低电位VEE而言)，这时仅当运放A19输出电压高于此电压时，电压表V2才有指示(信号幅度与压缩电压之差，实际上D4还要消耗掉一点电压)，低于此电压的信号，电压表均无指示，意味着压缩掉。K4所接端子号越大，压缩量也越大。RW3可进行压缩微调。在压缩状态，当A19输出端电压为零或低幅度信号时，为使电压表表针不反转，设置了二极管D4。RW2可调节电压表V2的灵敏度，同时也起扩张微调作用。
另一路送至信号幅度监听电路(20)，该电路由音频信号源(21)和音量控制电路(22)及耳机T组成。600赫音量控制电路(22)介于600赫音频信号源(21)与耳机T之间，由信号源(21)产生的音频信号经R57适当衰减，C24藕合后送入音量控制电路(22)，音频信号源(21)由二阶无限增益带通滤波器简化而来，由运放A20，阻容R55、R56、C22、C23组成；音量控制电路(22)由晶体管BG4、BG5、电阻R58～R61组成，BG4是信号源(21)所产生的600赫信号流至耳机T中必经的放大管、BG5起开关作用，BG4、BG5的基极分别经R58，R59，受控于来自A19输出端的探测信号整流后的直流分量，即运放A19输出电压高时，BG4工作点升高，BG5趋于饱和，这样耳机T中的600赫信号强，反之BG4工作点下降，BG5趋于切止，耳机T中的600赫信号就弱，也就把30H2探测信号的幅度变化转化为耳机中的600赫信号幅度变化，由于A19输出的直流分量是按探测信号断续变化的，所以耳机T中听到的600赫音频信号也是断续变化的。有此功能后，一般情况无须看电压表指示，当需要精确判定时，才看表头，可方便操作。
为方便操作，扩张和压缩电路的K3、K4联动，使电路成为同步调节电路，无扩张对应无压缩，小扩张对应小压缩，大扩张对应大压缩。
采用压扩措施后，能增大障碍点前后接收器输出信号变化的差别，下举例说明如某一电缆障碍芯线接触电阻较大，无压扩时，即K3、K4均在零档位，若障碍点以前接收器输出信号为2.0V，过障碍点后，接收器输出还有1.5V。此时，扩张2倍即变为6.0V和4.5V，同时又压缩掉4.0V，最后就变为2.0V和0.5V。这就将障碍点前后接收器输出信号的幅度比，由无压扩时的21.5变为压扩后的20.5，后者的差别当然显著了，意味着因此使本实用新型适应障碍芯线接触电阻的范围扩大了。
实施例二见附图5，振荡器中超低频信号源(1)也可采用方波振荡器(25)与选频电路(4)构成，非门F10、F11及阻容R80C30构成方波振荡器(25)，其频率由阻容R80C30参数确定，通过调节其参数，可使之产生要求的超低频方波。输出经非门F12缓冲隔离，由阻容R3C2预处理，成为高次分量较少的近似三角波，再送入选频电路(4)选出基波。选频电路输出即为波形良好的超低频正弦波，选频电路(4)的结构及振荡器其余各部分电路结构及工作原理与实施例一相同，仅二极管D1支路取消。
实施例三见附图6，振荡器超低频信号源(1)还可由文氏电桥振荡器(26)代替，它由运放A30、文氏电桥(27)、电位RW10、电阻R81及热敏电阻RT构成。振荡频率由文氏电桥中的R82、R83、C31、C32的参数决定。R81为反馈电阻，热敏电阻RT限幅，RW10波形调整。振荡器其余各部分结构及原理同实施例一，仅二极管D1支路取消。
实施例四见附图7，振荡器超低频信号源(1)还可由函数发生器(28)取代，它是集成化的多种波形发生器，本实施例采用ICL8038型，仅用正弦波，由端子2输出。频率由C33、RW11、RW12三元件参数确定。RW11、RW12除可调节频率外，还调节波形的对称性。。R84改善波形，R85为IC的负载电阻。振荡器其余部分与实施例一相同，仅二极管D1支路取消。
实施例五。
见附图8。接收器扩张电路也可置于二阶有源带通滤波器的输出端，如图8中(29)。其滤波器(30)增益固定(因R46与R62的比值固定)，输出信号接至扩张电路(31)，扩张电路(31)由相串联的电阻R42～R45及选择开关K3构成。滤波器输出信号由此被分成几个幅度档次。K3置“0”档位时无扩张，输出信号幅度正常，当K3置其他档位时，输出幅度即增加一个相应的数值，意味着信号幅度扩张。K3档位越高，扩张亦越大，由于K3，K4联动，此时压缩也越大，接收器其余各部分电路及工作原理与实施例一相同。其扩张电路(31)中的R42～R45及K3也可由一个电位器代替，此时扩张量可连续调节，且不再与K4联动。
此外，振荡器与接收器的电路结构变化可相互组合，有多种方式。
权利要求1.一种电缆障碍探测仪，由振荡器和接收器两部分组成，振荡器由超低频信号源(1)、放大电路(5)和断续振荡控制电路及电源组成；接收器由探头(9)、低噪声输入级(10)、选频电路(11)(15)、整流电路(17)、指示电路(18)、信号幅度监听电路(20)及电源组成，其特征在于超低频信号源(1)采用晶体振荡源(2)、数字分频电路(3)和选频电路(4)构成；或采用方波振荡器(25)与选频电路(4)构成；再或采用文氏电桥振荡器(26)，或函数发生器(28)，断续振荡控制电路由断续振荡源(6)、非门F6、二级管D1及电流开关(7)组成，此外，振荡器部分还设有LED显示(8)，接收器选频电路包括高阶有源带通滤波器(11)和二阶有源带通滤波器(15)两部分；信号幅度监听电路(20)由音频信号源(21)和音量控制电路(22)及耳机T组成；指示电路(18)中设有微调电位器RW2，此外，接收器末级设有压缩电路(19)。
2.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于振荡器数字分频电路(3)为多级IC分频，选频电路(4)为RC有源带通滤波器。
3.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于振荡器晶体振荡源(2)产生的高频高稳定信号经非门F3缓冲整形后，送入数字分频电路(3)降频，由阻容R3C2预处理、进入选频电路(4)选频，选频后的正弦超低频信号进入放大电路(5)放大，并由变压器B2升压后送入障碍电缆。
4.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于接收器高阶有源带通滤波器(11)由形式相同的三节运放滤波电路组成。
5.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于接收器二阶有源带通滤波器(15)中设有一扩张电路(16)，该电路由运放A15、扩张电阻R42～R45、反馈电阻R46及开关K3组成，且扩张电阻设置在滤波器的输入端。
6.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于也可将扩张电路(31)设置在接收器二阶有源带通滤波器(30)的输出端，该扩张电路仅由扩张电阻R42～R45和开关K3组成，或者采用一个电位器即可。
7.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于压缩电路(19)由电阻R51～R54，压缩微调电位器RW3和开关K4组成。
8.根据权利要求5和7所述的探测仪，其特征在于扩张电路(16)和压缩电路(19)为同步调节电路，由开关K3K4联动实现。
9.根据权利要求5和7所述的探测仪，其特征在于扩张幅度由反馈电阻R46与扩张电阻R42～R45的比值决定，由开关K3调节；压缩值由压缩电阻R51～R54及电位器RW3与电源回路的分压比值决定，由开关K4调节。
10.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于电缆探测信号经探头(9)感应由C10藕合送入低噪声输入级(10)放大，放大信号经运放A4缓冲隔离送入高阶有源带通滤波器(11)选频，其输出信号经运放A14缓冲后由C17藕合至二阶有源带通滤波器(15)，进一步选频提高增益，并对信号幅度进行扩张调节，然后，输出信号经A18缓冲送至整流电路(17)，由此输出的直流分量一路送指示电路表头指示，并由压缩电路(19)通过K4进行压缩调节；另一路送信号幅度监听电路(20)监听。
11.根据权利要求1和10所述的探测仪，其特征在于由音频信号源(21)产生的600赫音频信号经R57适当衰减，C24藕合后送入音量控制电路(22)，由运放A19输出的探测信号整流后的直流分量经放大管BG4和开关管BG5控制，由C25藕合至耳机T监听。
专利摘要本实用新型振荡器由晶振源，经分频放大产生一精确超低频探测信号，送电缆障碍线对；接收器沿电缆探测，信号被精确选频，高倍率放大后，由其幅度变化来确定障碍部位，这即是本电缆障碍探测仪的基本构成及原理，因采用降低探测信号频率至超低频范围及进行压扩措施，从而使本机对障碍芯线接触电阻的适用范围从现有技术的0～2KΩ，扩展到0～20KΩ，显著地提高了障碍探测的效能，其适用范围更为广泛。
文档编号G01R31/08GK2133849SQ9122929
公开日1993年5月19日 申请日期1991年11月23日 优先权日1991年11月23日
发明者邱礼儒 申请人:邱礼儒