基于虚拟仪器的电缆故障定位系统研究

摘要

本文首先对电缆故障定位系统的国内外发展现状进行了介绍。之前测量电缆故障多使用简单的电桥法做人工测量，一些较为智能的电缆故障定位仪器多使用以单片机为核心的系统，但功能少，操作繁琐，而且测距是否准确更多地依靠原始经验，智能化自动化较差，在仪器使用时外界的干扰和电缆材料不的同情况会给反射波形的识别与波速的计算带来问题，进而影响故障定位精度。此外先前的电缆故障定位设备的基本功能受硬件因素影响，从出厂开始就被定义，很难更改。如何进行简单安全的操作，提高电缆故障定位的准确性，进而减小测距误差是本文的研究目的。
　　文章对电缆故障定位常用的各种方法进行研究比较，采用目前最先进的三次脉冲法作为电缆故障定位系统的基本方法;同时引入虚拟仪器平台（NI公司的LabVIEW软件平台）来搭建基于计算机操作系统的自动化虚拟仪器系统。通过平台程序把计算机与其相应的硬件模块结合起来，为用户实现不同的测量功能提供系统支持。用户可通过用户操作界面的仪器面板来操作整套系统，实现对被测对象的采集、传输、存储、处理、显示等功能。选定小波分析为本系统的核心算法，通过将LabVIEW与Matlab联合编程，实现二者优势互补。将采集卡采集到的电缆故障信号由虚拟仪器平台预处理后送入Matlab进行小波分析，去噪。最终通过提取模极大值点确定信号奇异点的方法实现电缆故障点的定位工作。
　　最后，仿真和具体实验表明，系统运行稳定，实现了波形数据的采集工作和传输存储等要求，实现电缆故障定位，误差在控制范围内，较为精确。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 电缆故障类型

1．3 电缆故障定位方法简介

1．3．1 电缆故障定位步骤概述

1．3．2 电桥法概述

1．3．3 音频感应法

1．3．4 低压脉冲法

1．3．5 三次脉冲法

1．4 电缆故障定位技术的发展和国内外现状

1．5 本论文主要研究内容

第2章 虚拟仪器技术

2．1 虚拟仪器及定位系统概述

2．1．1 虚拟仪器技术

2．1．2 虚拟定位系统的构成

2．2 虚拟仪器软件开发平台LabVIEW

2．2．1 LabVIEW概述

2．2．2 LabVIEW编译环境及其优势

2．2．3 LabVIEW开发步骤

2．3 系统软件部分整体功能设计

2．4 混合编程接口选择

2．5 虚拟仪器特点及发展

2．5．1 虚拟仪器特点

2．5．2 虚拟仪器的发展

2．6 本章小结

第3章 电缆故障放电脉冲信号波形处理与分析

3．1 小波变换基本理论

3．1．1 小波的概念

3．1．2 小波变换概念

3．1．3 不同类型的小波变换

3．1．4 Mallat算法

3．1．5 常用小波函数

3．2 小波阈值去噪

3．3 波形信号奇异点检测

3．3．1 信号奇异点理论

3．3．2 信号奇异点检测方法

3．3．3 模极大值提取与奇异点选择

3．4 本章小结

第4章 电缆故障定位系统平台搭建

4．1 系统硬件结构

4．1．1 数据采集卡

4．1．2 采样回路

4．2 系统软件功能的实现

4．2．1 对采集卡的编译技术

4．2．2 数据采集卡编译

4．2．3 数据波形存储与回放

4．2．4 波形预处理模块

4．2．5 前面板UI设计

4．3 本章小结

第5章 系统软件混合编程与仿真测试实验

5．1 与波速无关的三次脉冲法

5．2 小波的选取

5．2．1 小波基函数的选取

5．2．2 小波尺度的选取

5．2．3 小波去噪

5．3 结合小波分析的电缆故障仿真

5．3．1 建立电缆故障系统模型

5．3．2 小波分析电缆故障波形及定位

5．4 结合小波变换分析的电缆故障定位实验

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢