基本信息
- 项目名称：
- 基于小波与虚拟仪器的铁路信号电缆故障检测技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该论文为解决铁路信号电缆故障自动检测与准确定位，采用小波算法、利用CPLD和LabVIEW设计了智能测试系统，该方法自动化程度高、检测精度和效率也很高，而且在硬件条件不变的情况下，可通过软件改变来增加系统的新功能，具有很好的灵活性。在当前铁路发展迅猛的形势下，该方法具有广阔的应用前景。 该作品创新性强、思路清晰、方案可行、值得推荐。
- 详细介绍：
- 铁路信号电缆大多敷设隐蔽，运行环境复杂，通常对电缆的故障诊断比较困难。为实现铁路信号电缆故障的自动定位和故障性质的自动判断，在传统低压脉冲反射法测试基础上，以单片机及CPLD为核心设计了硬件外围电路，借助虚拟仪器编程语言LabVIEW，将小波的多辨分析及模极大理论应用到铁路信号电缆故障自动测距中，最终实现铁路信号电缆故障智能测试。并且通过现场试验数据来验证系统的性能指标及测试方法的有效性。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：由于铁路信号电缆大多敷设隐蔽，运行环境复杂，通常对电缆的故障诊断比较困难，因此迫切需要一种既高效而又方便灵活的铁路信号电缆故障自动测试手段。 基本思路：在传统低压脉冲反射法测试基础上，以单片机及CPLD为核心设计硬件外围电路，借助虚拟仪器语言LabVIEW，将小波变换的多辨分析及模极大理论应用到铁路信号电缆故障自动测距中，实现铁路信号电缆故障自动定位和故障性质的自动判断。
科学性、先进性及独特之处
- （1）将小波变换的多分辨分析和模极大值理论应用到铁路信号电缆故障智能测试中； （2）采用CPLD技术设计外围硬件电路； （3）充分利用LabVIEW开发平台的优越性设计各软件模块； （4）实现了自动检测与准确定位铁路信号电缆故障。
应用价值和现实意义
- 基于小波变换和虚拟仪器技术的铁路信号电缆故障智能测试系统，精度高，自动化程度高，易使用，并能根据现场不同需求及时更改功能及操作步骤，极大地满足了现场测试需求。同时，LabVIEW具有很好的数据库接口，有利于历史数据的存储和比较，并且整个系统的功能扩展更为方便，还可以扩展其他更多的铁路信号电缆故障定位的功能，如声磁同步铁路信号电缆故障定点法等。
学术论文摘要
- 铁路信号电缆大多敷设隐蔽，运行环境复杂，通常对电缆的故障诊断比较困难。为实现铁路信号电缆故障的自动定位和故障性质的自动判断，在传统低压脉冲反射法测试基础上，以单片机及CPLD为核心设计了硬件外围电路，借助虚拟仪器编程语言LabVIEW，将小波的多辨分析及模极大理论应用到铁路信号电缆故障自动测距中，最终实现铁路信号电缆故障智能测试。并且通过现场试验数据来验证系统的性能指标及测试方法的有效性。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 在当前铁路发展迅猛的形势下，该方法具有广阔的应用前景。 该作品创新性强、思路清晰、方案可行、值得推荐。
参考文献
- [1] 王建立，张志利. 小波变换和自相关分析法在电力电缆故障测距中的应用[J]. 电气技术. 2009(02): 46-49. [2] 常媛媛,张晨,范季陶,李天石. 电气化铁路电力电缆故障电流对信号电缆的电磁影响[J]. 中国铁道科学.2010(04): 85-91. [3] 韩伟，吴杰. 基于小波变换的信号相关技术在电力电缆故障测距中的应用[J]. 电网技术. 2005(11): 69-72. [4] 王星海，许珉，谢志棠，等. 基于小波变换和自相关分析的电力电缆故障测距[J]. 继电器. 2005(12): 32-35. [5] 王征. 小波分析检测线缆故障的应用研究[J]. 高电压技术. 2007(05): 155-157. [6] 刁彦华，陈国通. 小波变换在电缆故障精确定位中的应用[J]. 仪器仪表学报. 2003(S2): 17-18. [7] 熊小伏，林金洪. 基于小波重构的电力电缆故障测距方法[J]. 电网技术. 2003(06): 36-38. [8] 许珉，王星海，王钰. 基于虚拟仪器的电力电缆故障测距仪的研究[J]. 电网技术. 2005(02): 68-72.
同类课题研究水平概述
- 传统铁路信号电缆故障检测方法有阻抗法和行波法。由于阻抗法检测精度易受信号电缆故障点过渡电阻影响，因此使得以低压脉冲反射法（TDR）和冲闪法为主的行波法在铁路信号电缆故障测距中广泛应用。 目前基于行波法的铁路信号电缆故障检测设备，由于线芯绝缘介质损耗引起的行波信号衰减，中间接头等的反射和其他干扰等因素，直接实现自动测量较困难，一般是依靠操作人员确定发射脉冲和反射脉冲的起始点，因而受到操作人员主观影响较大，测距精度不高。另外，受仪器本身条件所限，无法充分利用现代数字信号处理技术如小波技术等，以实现自动测量。还有，目前铁路信号电缆故障检测产品主要是以微处理器为核心，以大规模集成芯片为外围电路设计，一旦成型则其检测功能固化，很难更改，不具备可扩充性，无法随用户需求及时调整功能。 因此，迫切需要一种高效而又方便灵活的现场铁路信号电缆故障自动测试手段。基于此，本文以单片机与CPLD为核心设计外围硬件电路，并在LabVIEW平台下进行电缆检测系统各软件模块设计，实现了铁路信号电缆故障信号的实时采集、分析、处理、存储等多种功能，并应用数字信号处理技术及小波变换等复杂数学运算，实现了自动测距，提高了铁路信号电缆故障智能检测仪器的可靠性、检测精度和效率。同时，在硬件条件不变的情况下，可通过软件改变来增加系统的新功能，具有很好的灵活性与较高的性能价格比。
