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基于脉冲反射法的导线长度测量的研究

作　者: 张桂华
导　师: 丁振良
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 脉冲反射法长度测量高速计数
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 163次
引　用: 3次
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内容摘要

随着我国经济建设的高速发展,各种类型的导线得到了广泛应用。因而需要对各种类型导线(包括各种电缆)的长度进行测量,并且测量精度要求越来越高。导线长度测量技术的应用范围是广泛的,在电工器材的交易过程中,都需要对成盘电缆进行测量。国外已经出现相关的测量仪器,但由于其价格昂贵,很难在国内被广泛应用。本文基于脉冲反射法研制了的导线长度测量系统,可大大节省时间,提高经营效率,降低测量成本,具有广阔的应用前景。由于电缆数量的增多和铺设路径的繁杂,电缆运行时间过长可能出现各种各样的故障。因此,基于脉冲反射法的导线长度测量系统的另一个用途是确定电缆断线故障的位置。本论文首先详细讨论了基于脉冲反射法的导线长度测量的方法。在对脉冲在导线中传播的理论进行分析的基础上,根据脉冲在导线阻抗不匹配点会发生反射的原理,提出了如下方案:向被测导线注入发射脉冲,接收于导线终点处反射的反射脉冲,根据发射脉冲与反射脉冲的往返时间差和脉冲在导线中传播的波速度,便可计算出故障点离测试点的距离。在理论分析的基础上,借助MATLAB的Simulink仿真平台,对脉冲反射法导线长度测量系统进行了仿真研究,证明了脉冲反射法的可行性。在实验装置设计方面,研制了幅值可选的脉冲产生和发送接收电路部分,根据导线长度的不同,选择注入幅值为5V或12V的脉冲给待测导线,同时接收反射脉冲。通过比较电路来将接收到的模拟量的反射脉冲转换为数字量,作为D触发器的输入来控制高频脉冲的插入和计数部分的计数操作。其次,研制了1.2GHz高频脉冲发生器。为准确测得从发射脉冲到接收到反射脉冲的时间差,采用向此高电平范围内插入1.2GHz高频脉冲,通过检测脉冲个数确定以使其更加精确。再次,开发了高速计数系统。由于要对1.2GHz的高频模拟脉冲计数,一般的计数芯片都无法满足要求,因此针对性地设计了高速计数系统,实现了对1.2GHz的高频模拟脉冲计数。最后,用实验装置对不同长度的导线进行了测量,并对实验数据进行了分析,验证了设计的正确性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题的来源和背景  10
  1.2 导线长度测距方法的发展现状  10-16
    1.2.1 电桥法  11-12
    1.2.2 低压脉冲反射法  12-13
    1.2.3 脉冲电压法  13-14
    1.2.4 脉冲电流法  14-15
    1.2.5 二次脉冲法  15
    1.2.6 各测量方法的总结  15-16
  1.3 论文的主要工作和章节安排  16-18
第2章脉冲反射法相关理论  18-26
  2.1 长线模型  18-19
  2.2 均匀传输线的一次参数  19-20
  2.3 电磁波的反射  20-21
  2.4 脉冲反射法测距原理  21-24
  2.5 发射脉冲的选择  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章计算机仿真技术的应用  26-32
  3.1 仿真技术简介  26-27
    3.1.1 计算机仿真  26-27
    3.1.2 Simulink简介  27
  3.2 仿真模型的建立  27-30
  3.3 仿真结果  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章测距实验装置的设计  32-54
  4.1 系统总体设计方案  32-35
  4.2 单片机系统  35-36
  4.3 脉冲发射和接收电路  36-38
  4.4 反射脉冲整形部分电路  38-40
  4.5 1.2GHz频率脉冲产生电路部分  40-43
  4.6 高频计数电路部分  43-47
  4.7 系统的电源电路  47-49
  4.8 系统的软件设计  49-53
  4.9 本章小结  53-54
第5章实验及实验数据分析  54-59
  5.1 实验过程  54-55
    5.1.1 脉冲在导线中传播速度的测量  54-55
    5.1.2 对多组不同长度导线的测量  55
  5.2 实验数据分析  55-58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
附录  63-65
致谢  65

基于脉冲反射法的导线长度测量的研究

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