УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ, ИДЕНТИФИКАЦИИ И ДИАГНОСТИКИ МНОГОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 2010 года по МПК G01N27/87 

Изобретение относится к измерительной технике. Конкретно - к устройствам обнаружения, идентификации, диагностики многопроводных структур.

Наиболее близким по техническому решению является устройство импульсной рефлектометрии (http://www.reis205.narod.ru/article.htm, "Состояние и перспективы импульсных измерений силовых кабельных линий", автор Н.А.Тарасов), применяемое для определения мест повреждения в двух- и многопроводных структурах, выбранное за прототип, содержащее блок управления, предназначенный для координации работ всех узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов, предназначенный для генерации зондирующих импульсов, приемный блок, предназначенный для приема импульсов с входа линии, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления, блок обработки, предназначенный для обработки сигналов, принятых с входа зондируемой линии.

Недостатком этого способа является ограничение определения места повреждения в случаях, когда сопротивление в месте повреждения значительно выше (в 10÷20 раз и более), чем волновое сопротивление линии. В этом случае отражение от места повреждения имеет малую амплитуду и его сложно обнаружить по рефлектограмме на фоне помех. Стоит отметить, что устройство импульсной рефлектометрии требует подключения к зондируемой линии. Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи этого не требует.

Известно устройство модального зондирования [Патент РФ на полезную модель № 800100], содержащее блок управления, предназначенный для координации работ всех узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов, предназначенный для генерации зондирующих сигналов, приемный блок, предназначенный для приема сигналов с входа/выхода подключаемой линии, блок обработки, предназначенный для обработки сигналов, принятых с входа/выхода подключаемой линии, подключаемую линию между генератором импульсов и приемным блоком, отличающееся тем, что в результирующей структуре, образованной подключаемой линией и внешними проводниками в неоднородном диэлектрическом заполнении, зондирующий сигнал возбуждает моды, распространяющиеся в результирующей структуре с неравными задержками, причем разность этих задержек меньше длительности зондирующего сигнала. Недостатком этого устройства является использование зондирующего сигнала с длительностью большей, чем разности задержек мод. Это приводит к тому, что зондирующий сигнал не полностью распадается на импульсы меньшей амплитуды, что уменьшает информативность зондирующего сигнала. Предлагаемое устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи в своей работе использует явление полного разложения импульсов.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1.

Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи, содержащее блок управления 1, предназначенный для координации работ всех узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов 2, предназначенный для генерации зондирующих сигналов, приемный блок 3, предназначенный для приема сигналов с входа/выхода подключаемой линии, блок обработки 4, предназначенный для обработки сигналов, принятых с входа/выхода подключаемой линии, подключаемую линию 5 между генератором импульсов и приемным блоком, отличающееся тем, что в результирующей структуре, образованной подключаемой линией и внешними проводниками 6 в неоднородном диэлектрическом заполнении, зондирующий сигнал возбуждает моды, распространяющиеся в результирующей структуре с неравными задержками, причем минимальная разность этих задержек больше длительности зондирующего сигнала.

Техническим результатом является создание устройства, позволяющего производить обнаружение, идентификацию, диагностику проводных структур, в том числе без прямого физического доступа к ним.

Поставленная задача решена за счет того, что при распространении импульса в многопроводной структуре с неоднородным диэлектрическим заполнением, из N проводников (не считая опорного) он может подвергаться модальным искажениям, в виде разложения на N импульсов меньшей амплитуды из-за различия погонных задержек мод в линии. Таким образом, если зондируемые проводники имеют различные электрические и магнитные связи с зондирующим проводником (что приводит к различию задержек мод), то информацию о зондируемых проводниках можно получить по форме сигнала в зондирующей линии.

Краткое описание чертежей, в котором приводится перечень фигур с кратким пояснением того, что изображено на каждой из них, приведено ниже.

На фиг.2 показаны формы сигнала на входе и выходе двухполосковой микрополосковой линии. Приведено поперечное сечение и эквивалентная схема структуры.

На фиг.3 показаны формы сигнала на входе и выходе трехполосковой микрополосковой линии. Приведено поперечное сечение и эквивалентная схема структуры.

На фиг.4 показано поперечное сечение кабеля марки ПУГНП 3×4 с обозначением проводников, в которые подается зондирующий сигнал (активный и опорный), и обозначением внешнего проводника (пассивный). Приведена эквивалентная схема структуры.

На фиг.5 показаны формы сигнала на ближнем и дальнем концах активного проводника структуры, приведенной на фиг.4 без разрыва пассивного провода и при его разрыве на расстоянии 0,5; 1; 1,5 м от начала.

Принцип работы устройства обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи пояснен на примере компьютерного моделирования распространения импульса в N-проводном отрезке длиной l обычной микрополосковой линии (ее параметры и моделирование подробно описаны в работе "Исследование модальных искажений импульсного сигнала в многопроводных линиях с неоднородным диэлектрическим заполнением". Электромагнитные волны и электронные системы, № 11. 2004. С.18-22) для N=2, l=1,5 м (фиг.2) и N=3, 1=3,0 м (фиг.3).

В обоих случаях значения резисторов в активном проводнике соответствуют псевдосогласованию (50-60 Ом), а в пассивных - 10 кОм. Таким образом, граничные условия на концах пассивных линий близки к режиму холостого хода, что соответствует, например, пассивным проводникам, оторванным на концах от опорного проводника. Как видно из фиг.2, наличие одного пассивного проводника приведет к тому, что в конце активного проводника будет не один импульс такой же амплитуды, как в начале линии, а два импульса вдвое меньшей амплитуды. Таким образом, можно говорить о решении задачи обнаружения одного проводника. Как видно из фиг.3, наличие двух пассивных проводников приведет к тому, что в конце активного проводника будет три импульса. Таким образом, можно говорить о решении задачи обнаружения одного и другого проводников или задачи идентификации, например определения количества проводников в кабеле.

На примере компьютерного моделирования распространения импульса в кабеле марки ПУГНП 3×4 (фиг.4a) продемонстрирована возможность диагностики, а именно определение разрывов в линии. Моделировались ситуации с разрывом в пассивном проводе и без разрыва. Ситуация с разрывом пассивного провода моделировалась двумя отрезками кабеля (фиг.4б), при R3=R4=5·10⁹ Ом. Общая длина структуры равна 2 м, точка разрыва пассивного проводника перемещалась: 0,5; 1; 1,5 м от начала линии. (Параметры зондирующего импульса: амплитуда 2 В, длительность переднего фронта 100 пс, длительность заднего фронта 100 пс, длительность плоской вершины импульса 100 пс.) Результаты моделирования приведены на фиг.5.

По результатам моделирования видно, что в случае без разрыва пассивного провода (фиг.5a) к концу активного проводника вместо одного импульса приходят два импульса, что вызвано различием задержек мод в исследуемой структуре. При разрыве пассивного провода происходит увеличение числа импульсов на конце активного провода (фиг.5б-г). При разрыве пассивного провода на расстоянии 0,5 м от начала структуры происходит удвоение количества импульсов на конце активного провода. Это связано с тем, что в месте обрыва зондирующий импульс разлагается на два импульса, если разница задержек мод до места обрыва будет больше длительности импульса. При разрыве пассивного провода на расстоянии 1 м от начала структуры к концу активного провода приходят 3 импульса: происходит наложение импульсов, поэтому средний импульс больше по амплитуде. Таким образом, информация, полученная в конце активного провода, позволяет определить наличие разрыва пассивного провода. Информативны и отражения в начале активного проводника, что позволяет определить расстояние до разрыва или неоднородности.

Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи содержит блок управления, предназначенный для координации работ всех узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов, предназначенный для генерации зондирующих сигналов, приемный блок, предназначенный для приема сигналов с входа/выхода подключаемой линии, блок обработки, предназначенный для обработки сигналов, принятых с входа/выхода подключаемой линии, подключаемую линию между генератором импульсов и приемным блоком, при этом в результирующей структуре, образованной подключаемой линией и внешними проводниками в неоднородном диэлектрическом заполнении, зондирующий сигнал возбуждает моды, распространяющиеся в результирующей структуре с неравными задержками, причем минимальная разность этих задержек больше длительности зондирующего сигнала. Техническим результатом является создание устройства, позволяющего производить обнаружение, идентификацию и диагностику многопроводных структур, в т.ч. без прямого физического доступа к ним. 5 ил.

Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных структур, содержащее блок управления, предназначенный для координации работ всех узлов, входящих в состав устройства, генератор импульсов, предназначенный для генерации зондирующих сигналов, приемный блок, предназначенный для приема сигналов с входа/выхода подключаемой линии, блок обработки, предназначенный для обработки сигналов, принятых с входа/выхода подключаемой линии, подключаемую линию между генератором импульсов и приемным блоком, отличающееся тем, что в многопроводной структуре, образованной подключаемой линией и внешними проводниками в неоднородном диэлектрическом заполнении, зондирующий сигнал возбуждает моды, распространяющиеся в результирующей структуре с неравными задержками, причем минимальная разность этих задержек больше длительности зондирующего сигнала.