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[摘 要]本文通过分析高频信号在电境中的侍感特性，在信号传导的基础上，对信号的反射及部分反射状态作了分析，进而提出了应用于高速系统速度测量的一个新的应用方案，并通过实验验证了方案的可行性。
[关键词]高频电缆；传感特性；应用研究
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0193-01
引言
高频信号在有线系统传输过程中，不可避免会存在反射或部分反射问题，从而对信号的传输产生影响.另一方面，也可以利用反射现象开发许多的应用领域，如电缆断点或短路点检测，间歇高频信号施加于电缆也已应用于速度检测系统。
一、基于电容耦合原理研制了用于高压
金属屏蔽高频电缆及其附件检测的内置圆环传感器，通过电容耦合的电路模型，分析了影响传感器性能的各参数。实测结果表明，研制的传感器频率响应特性优异，能有效传感有效的脉冲信号，并且振荡也比较小，其检测频带可达到500 MHz，能用于电缆附件的超高频检测。并且在选取超高频段对高频电缆附件进行监测时，为避免放电脉冲因长距离传播衰减带来传感器信号减小而引起的灵敏度降低，传感器应尽可能安放在接头附近。同时，可利用电缆对超高频衰减较快的特点，来提高对电缆接头内部缺陷产生检测的抗干扰能力。
二、常使电缆绝缘并引发击穿闪络的严重事故
1.大量统计数据表明，常使电缆绝缘并引发击穿闪络是造成电缆绝缘破坏的主要原因之一，而电缆附件又是电缆线路绝缘品质最薄弱的环节口，因此，对高频电缆线路尤其是附件的绝 缘进行监测有着重要意义。电缆监测时会产生持续时间仅为纳秒级的陡脉冲电流，其等值频率可达到吉赫兹级。对电缆而言，虽然内部信号具有很宽的频谱，但是由于电缆独特的分层半导电绝缘以及复杂的金属屏蔽结构，使得高频电磁波信号不易向外辐射且沿电缆本体传输时严重衰减。
2.为了有效检测电缆监测信号，目前国外普遍采用将测量单元装设在电缆或附件的内部，研究方法包括有电容耦合法，方向耦合法、超高频电感法等；国内则主要采用外置电磁耦合法，与内置传感器相比外部电磁耦合法检测频带窄，且易受到现场干扰的影响，灵敏度和抗干扰能力较差。笔者从电气测量的角度，对检测电缆附件用的内置传感器进行研究，利用高压高频电缆的皱纹金属屏蔽结构研制了一种宽频带电容型内置传感器，在建立的传感器电路模型上系统态方波响应法分析传感器响应的频率特性，并在实验室对构建电缆附件绝缘缺陷产生的信号进行实测，以此检验传感器的综合性能。
3.内置传感器结构与电路模型研制的电容型内置传感器安装方式和结构，切开电缆外护套和皱纹金属屏蔽，置入厚度为0.5mm、宽度为30 mm的金属铜环并用聚丙烯薄膜支撑将其固定在电缆外半导电层上，再通过两个钳式圆形法兰跨接金属断层，恢复电缆屏蔽。在工频电压下，由于外半导电层与金属外屏蔽电位几乎相等，所以置入的圆环电极不会对电缆主绝缘 性能产生影响。考虑到高频电缆的同轴结构，且内置圆环电极的尺寸较小，传感器的作用在整个测量频域内可视为一电容分压器，以静电耦合的方式传感信号。
4.对于电容型的耦合传感器，影响其频率特性最主要的因素是杂散电感，而在本传感器设计中，其主要存在于圆环电极到信号电缆接头间的金属连线，为了防止与低压臂电容形成高频振荡，在圆环电极和金属法兰之间并联有阻尼电阻， 其等效电路模型。为圆环电极与缆芯之间形成的耦合电容；为传感器与金属之间的等值杂散电容；为测量系统总的输入阻抗；高频电缆的特性阻抗，其值可以通过电缆单位长度下的内置传感器，传感器等效电路电容和单位长度下的电感。为绝缘层外径；为导电线芯外径含内半导电层；绝缘层的相对介电常数；真空介电常数；绝缘层的相对磁导率；真空的磁导率。当电缆某处发生信号时，其脉冲信号沿电缆线芯传播，当到达另一点时，径向位移电流流经第三个点时产生电压输出电压。
三、高频信号在有线系統传输过程中出现的问题
高频信号在有线系统传输过程中不可避免会存在反射或部分反射问题，从而对信号的传输产生影响.另一方面，也可以利用反射现象开发许多的应用领域，如电缆断点或短路点检测，间歇高频信号施加于电缆也已应用于速度检测系统口，在一些速度检测具有特殊意义和要求的场合，例如爆炸速度检测，其速度极高口，现场检测显得很困难.以往的检测方案均为分段测试平均速度，例如电导检测方案.恃炸药长度方向间隔设置电极对，爆炸产生的电离气体使电极对导通，依次记录各电极出现电脉冲的时间间隔与电极设置间距来得到相邻电极间的平均爆速.其缺点是电极数目限制检测点，且得到的是分段平均值.光纤检测也遇到同样的问题.目前比较先进的方式为沿炸药长度方向放置一根电缆，向电缆施加间歇高频信号，通过信号发出
高频电缆的传感特及返回的时间间隔检测总长度，从而得到总长度的变化速率.该方案虽克服了电极繁多的问题，但其精度受到诸多因素的限制，且结果仍然为分段平均值，装置复杂，昂贵.分析电缆中信号的反射及部分发射现象，可以发现电缆中信号呈现为驻波与行波的
叠加.任取电缆上一定点，检测其信号幅度，当反射点与检测点距离固定时，检测点的幅度恒定.当反射点与检测点距离变化时幅度呈周期性变化，检测并分析幅度的变化规律可以得到距离的变化速度.
四、高频信号在电缆中的传输
1.高频信号在电缆中传输时，电流流过导体使导线发热表征了分布电阻，导体周匿存在磁场表征了分布电感工，导线间存在漏电流表征了分布电导，导线间存在电场表征了分布电容。考虑距传输线始端处线的两项分别代表了沿传输线传播的两个波，前者为人射波沿一端的正方向传播，后者为反射波沿一端的反方向传播.具有阻抗量纲，称传输线特征阻抗.常用同轴电缆线的特征阻抗有两种.定义反射系数波峰与波谷的幅值及位置，通过一系列实验分析，我们得出，对于有耗线和无耗线.其上任一点的电压和电流均是距离的单值函数，只是有耗线的该点电压电流值均有衰减.因此，有耗线与无耗线均将出现波节点和波腹点，且波节点与波腹点相距为二分之一峰值，当高频信号在固定长度的电缆中形成驻波时，其波腹点与波节点相对于电缆终端是固定的.当把电缆在终端减短时，驻波的波腹点与波节点相对于固定测量点是移的，那么，把测量点固定不动，每当传输线终端改变，测量点电压变化了一个周期.
2.实验结果及讨论
通过前面的分析，可以得知高频信号在电缆中的传输具有传感特性，可用于速度测量.通过对测量点电压信号采样，分析测量点电压的变化规律，从而实现速度测量.
压电式传感器常用于力、压力、振动的加速度和声发射的测量，也用于声学的测试。对它的特性许多文献都作了详细研究和论述，本文建立压电式传感器的传递函数，研究改善其特性的方法，并为研究其对任意信号的响应，为后续测量电路及系统的设计提供了一个方便的数学模型.
结论：
本文所提出的频域统计算法能适应悬架阻尼随行程而变化的情况，使得汽车舒适性的计算更为准确、合理.该算法还有利于运用更为复杂的减振器阻尼模型，并为主动式、半主动式悬架的有关计算提供参考思路和方法.我们实验室在材料的声发射、振动的加速度测量实验中运用了压电式传感器，并采用本文方法进行理论指导，取得了预期的效果。
参考文献
[1]罗俊华，邱毓昌，杨黎明.10 kV及以上高频电缆运行.
[2]林丽 故障统计分析[J].高电压技术，2003 （6）.
[3]徐阳；钟力生；曹晓珑 XLPE电缆及接头局部放的超高频测量与分析电工电能新技术 2002（01）.
[4]韦斌；王伟；李成榕 VHF钳型传感器在线检测 kV XLPE电缆局放[期
[5]龚宁涛，唐炬，张晓星，魏钢，李伟 高频电缆附件局部放电超高频检测与分析 2008（4）.
[关键词]高频电缆；传感特性；应用研究
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0193-01
引言
高频信号在有线系统传输过程中，不可避免会存在反射或部分反射问题，从而对信号的传输产生影响.另一方面，也可以利用反射现象开发许多的应用领域，如电缆断点或短路点检测，间歇高频信号施加于电缆也已应用于速度检测系统。
一、基于电容耦合原理研制了用于高压
金属屏蔽高频电缆及其附件检测的内置圆环传感器，通过电容耦合的电路模型，分析了影响传感器性能的各参数。实测结果表明，研制的传感器频率响应特性优异，能有效传感有效的脉冲信号，并且振荡也比较小，其检测频带可达到500 MHz，能用于电缆附件的超高频检测。并且在选取超高频段对高频电缆附件进行监测时，为避免放电脉冲因长距离传播衰减带来传感器信号减小而引起的灵敏度降低，传感器应尽可能安放在接头附近。同时，可利用电缆对超高频衰减较快的特点，来提高对电缆接头内部缺陷产生检测的抗干扰能力。
二、常使电缆绝缘并引发击穿闪络的严重事故
1.大量统计数据表明，常使电缆绝缘并引发击穿闪络是造成电缆绝缘破坏的主要原因之一，而电缆附件又是电缆线路绝缘品质最薄弱的环节口，因此，对高频电缆线路尤其是附件的绝 缘进行监测有着重要意义。电缆监测时会产生持续时间仅为纳秒级的陡脉冲电流，其等值频率可达到吉赫兹级。对电缆而言，虽然内部信号具有很宽的频谱，但是由于电缆独特的分层半导电绝缘以及复杂的金属屏蔽结构，使得高频电磁波信号不易向外辐射且沿电缆本体传输时严重衰减。
2.为了有效检测电缆监测信号，目前国外普遍采用将测量单元装设在电缆或附件的内部，研究方法包括有电容耦合法，方向耦合法、超高频电感法等；国内则主要采用外置电磁耦合法，与内置传感器相比外部电磁耦合法检测频带窄，且易受到现场干扰的影响，灵敏度和抗干扰能力较差。笔者从电气测量的角度，对检测电缆附件用的内置传感器进行研究，利用高压高频电缆的皱纹金属屏蔽结构研制了一种宽频带电容型内置传感器，在建立的传感器电路模型上系统态方波响应法分析传感器响应的频率特性，并在实验室对构建电缆附件绝缘缺陷产生的信号进行实测，以此检验传感器的综合性能。
3.内置传感器结构与电路模型研制的电容型内置传感器安装方式和结构，切开电缆外护套和皱纹金属屏蔽，置入厚度为0.5mm、宽度为30 mm的金属铜环并用聚丙烯薄膜支撑将其固定在电缆外半导电层上，再通过两个钳式圆形法兰跨接金属断层，恢复电缆屏蔽。在工频电压下，由于外半导电层与金属外屏蔽电位几乎相等，所以置入的圆环电极不会对电缆主绝缘 性能产生影响。考虑到高频电缆的同轴结构，且内置圆环电极的尺寸较小，传感器的作用在整个测量频域内可视为一电容分压器，以静电耦合的方式传感信号。
4.对于电容型的耦合传感器，影响其频率特性最主要的因素是杂散电感，而在本传感器设计中，其主要存在于圆环电极到信号电缆接头间的金属连线，为了防止与低压臂电容形成高频振荡，在圆环电极和金属法兰之间并联有阻尼电阻， 其等效电路模型。为圆环电极与缆芯之间形成的耦合电容；为传感器与金属之间的等值杂散电容；为测量系统总的输入阻抗；高频电缆的特性阻抗，其值可以通过电缆单位长度下的内置传感器，传感器等效电路电容和单位长度下的电感。为绝缘层外径；为导电线芯外径含内半导电层；绝缘层的相对介电常数；真空介电常数；绝缘层的相对磁导率；真空的磁导率。当电缆某处发生信号时，其脉冲信号沿电缆线芯传播，当到达另一点时，径向位移电流流经第三个点时产生电压输出电压。
三、高频信号在有线系統传输过程中出现的问题
高频信号在有线系统传输过程中不可避免会存在反射或部分反射问题，从而对信号的传输产生影响.另一方面，也可以利用反射现象开发许多的应用领域，如电缆断点或短路点检测，间歇高频信号施加于电缆也已应用于速度检测系统口，在一些速度检测具有特殊意义和要求的场合，例如爆炸速度检测，其速度极高口，现场检测显得很困难.以往的检测方案均为分段测试平均速度，例如电导检测方案.恃炸药长度方向间隔设置电极对，爆炸产生的电离气体使电极对导通，依次记录各电极出现电脉冲的时间间隔与电极设置间距来得到相邻电极间的平均爆速.其缺点是电极数目限制检测点，且得到的是分段平均值.光纤检测也遇到同样的问题.目前比较先进的方式为沿炸药长度方向放置一根电缆，向电缆施加间歇高频信号，通过信号发出
高频电缆的传感特及返回的时间间隔检测总长度，从而得到总长度的变化速率.该方案虽克服了电极繁多的问题，但其精度受到诸多因素的限制，且结果仍然为分段平均值，装置复杂，昂贵.分析电缆中信号的反射及部分发射现象，可以发现电缆中信号呈现为驻波与行波的
叠加.任取电缆上一定点，检测其信号幅度，当反射点与检测点距离固定时，检测点的幅度恒定.当反射点与检测点距离变化时幅度呈周期性变化，检测并分析幅度的变化规律可以得到距离的变化速度.
四、高频信号在电缆中的传输
1.高频信号在电缆中传输时，电流流过导体使导线发热表征了分布电阻，导体周匿存在磁场表征了分布电感工，导线间存在漏电流表征了分布电导，导线间存在电场表征了分布电容。考虑距传输线始端处线的两项分别代表了沿传输线传播的两个波，前者为人射波沿一端的正方向传播，后者为反射波沿一端的反方向传播.具有阻抗量纲，称传输线特征阻抗.常用同轴电缆线的特征阻抗有两种.定义反射系数波峰与波谷的幅值及位置，通过一系列实验分析，我们得出，对于有耗线和无耗线.其上任一点的电压和电流均是距离的单值函数，只是有耗线的该点电压电流值均有衰减.因此，有耗线与无耗线均将出现波节点和波腹点，且波节点与波腹点相距为二分之一峰值，当高频信号在固定长度的电缆中形成驻波时，其波腹点与波节点相对于电缆终端是固定的.当把电缆在终端减短时，驻波的波腹点与波节点相对于固定测量点是移的，那么，把测量点固定不动，每当传输线终端改变，测量点电压变化了一个周期.
2.实验结果及讨论
通过前面的分析，可以得知高频信号在电缆中的传输具有传感特性，可用于速度测量.通过对测量点电压信号采样，分析测量点电压的变化规律，从而实现速度测量.
压电式传感器常用于力、压力、振动的加速度和声发射的测量，也用于声学的测试。对它的特性许多文献都作了详细研究和论述，本文建立压电式传感器的传递函数，研究改善其特性的方法，并为研究其对任意信号的响应，为后续测量电路及系统的设计提供了一个方便的数学模型.
结论：
本文所提出的频域统计算法能适应悬架阻尼随行程而变化的情况，使得汽车舒适性的计算更为准确、合理.该算法还有利于运用更为复杂的减振器阻尼模型，并为主动式、半主动式悬架的有关计算提供参考思路和方法.我们实验室在材料的声发射、振动的加速度测量实验中运用了压电式传感器，并采用本文方法进行理论指导，取得了预期的效果。
参考文献
[1]罗俊华，邱毓昌，杨黎明.10 kV及以上高频电缆运行.
[2]林丽 故障统计分析[J].高电压技术，2003 （6）.
[3]徐阳；钟力生；曹晓珑 XLPE电缆及接头局部放的超高频测量与分析电工电能新技术 2002（01）.
[4]韦斌；王伟；李成榕 VHF钳型传感器在线检测 kV XLPE电缆局放[期
[5]龚宁涛，唐炬，张晓星，魏钢，李伟 高频电缆附件局部放电超高频检测与分析 2008（4）.