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专利名称：用于检查流过绞合线的单股线的电流的方法以及执行该方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检查流过绞合线的单股线的电流的方法，其中
这些单股线相互之间以一定的绞距(Schlaglaenge )绞合在一起，其中 通过绞合线传导电流，并且通过传感器采集和分析由于流过电流的绞合 线而形成的磁场。本发明还涉及一种用于执行该方法的设备。
该方法用于无损伤地检查绞合线的故障位置，也就是尤其是检查断 裂的单股线。
背景技术：
JP2005020813A 乂^开了一种用于检查绞合线的方法，其中借助多个 围绕绞合线设置的传感器采集围绕该绞合线构成的磁场。其中，分析该 磁场的强度分布。如果一个区域具有骤降的磁场强度，则推导出在该处 存在断裂的单股线形式的故障位置。
这种对/P兹场进行分析的方法与分析电场(电容测量)的测量相比具 有更高的灵敏度。但是，由导线断裂所引起的磁场变化很�。�因此需要 具有高灵敏度的测量和分析装置，以便获得尽可能可靠的结果。

发明内容
本发明要解决的技术问题是实现对绞合线确定损伤位置的简单以及 安全和可靠的检查。
按照本发明，该技术问题通过具有权利要求1特征的方法解决。为 了分析绞合线是否存在故障位置、尤其是断裂的单股线，在此规定，如 果所测得的磁场具有长度为绞合线的所谓绞距的数倍的振荡就推断故障 位置。尤其地，如果磁场的振荡对应于绞距，则推断故障位置。为了测量，在此尤其规定，绞合线和用于采集磁场的传感器相互相对移动。基 于该相对移动，采集在绞合线的长度上取决于位置的磁场强度。研究已 经表明，在故障位置的区域中，磁场与位置有关地在绞合线的纵向上以
特征性方式变化，并且具有特征性的振荡长度(Oszillationslaenge)。该 振荡长度尤其对应于绞合线的绞距。因此，为了进行分析采用该特征性 振荡，以便能够可靠和唯一地推导故障位置。同样可能导致磁场变化的 其它千扰效应-例如绞合线和传感器之间的距离由于绞合线的弯曲而 发生的微小变化-在此被消除。就这点而言，该方法与只对所测得的 场的振幅进行分析的分析相比具有更好的分析精度。作为推导故障位置 的另一标准，优选还补充地引入磁场的振幅超过定义的阈值。
绞距在此应当理解为各绞合的单股线在绞合线的纵向上旋转360°时 由于该单股线的绞合而移动的长度。对于用作导电缆线并且例如具有少 至几十个单股线的电绞合线来说，绞距为几厘米。对于具有7到19个 单股线、并且单股线直径在0.2mm的范围中的铜绞合线，绞距通常为 大约15到40mm，尤其是大约20mm。
特征性振荡可以如下解释在测量时电流流过绞合线。单股线由于 它们的绞合而基本上螺线形地延伸。因此，电流运输 (Stromtransport)首先在单股线的纵向上螺旋形地进行。由于单股线 相互之间通常没有绝缘，因此另外还存在以下可能性，即所馈入的电流 可能还与单股线垂直地从一个单股线流入另一单股线。但是，与单股线 的纵向相比产生明显更高的接触电阻，从而通常在横向上不出现电流。
绞合线的单股线中电流的总和对应于该绞合线纵向上的总电流，通 过单股线的螺旋形电流传导在总电流中通过叠加而至少很大程度上被消 除，从而基本上，电流在绞合线的纵向上流动。其前提是，在所有单股 线中馈入相同大小的电流，并且在所有单股线中电流均匀地 (gleichmaessig)和不中断地流动。
如果现在某个单股线中的电流中断，例如由于单股线断裂，则由此 需要在横向上在不同的单股线之间流动电流。这导致在这种故障位置的 区域中总电流的不均匀性。只有在离故障位置一定距离处才又产生均匀 的总电流。研究已经表明，在其中电流必然不均匀地流过绞合线的整个横截面的该故障位置的区域内形成螺旋形的电流，从而围绕导体的磁 场不是均匀地分布，而是以与绞合线的绞距成固定比例地振荡。尤其 地，磁场在该非均匀区域中以绞合线的绞距振荡。
此外，根据本发明，该技术问题还通过具有权利要求2的特征的方 法解决。在该方法中，通过又通过绞合线传导电流来检查接触元件与绞 合线的接触连接的质量。为了检查接触连接的质量，现在与接触连接间 隔开地通过传感器采集并分析所形成的磁场。借助远离接触连接所测得 的磁场，如果例如磁场相对于基准或比较信号具有特征性偏差，例如超 过阈值的振幅和/或特征性分布，尤其是长度尤其对应于绞合线的绞距 的振荡，则推断出接触连接处的故障位置。
因此，通过这另一种方法可以非常灵敏和无千扰地检查接触连接以 确定绞合线的所有单股线是否都均匀地接触良好，或者是否有一些单个 绞合线没有或仅很少地参与接触连接中的电流流动。
本发明的这些实施变形也基于以下认识，即在流过单股线的电流中 断的情况下，现在由于缺乏与接触元件的接触，或者电流的一部分必须 在横向上从一个单股线流到另 一单股线，并且因此在断裂区域中越过绞 合线的长度，磁场被干扰并且具有不均匀性。尤其地，磁场具有特征性 的振荡长度。因此，总之，在该替换方案中，利用基于损伤位置的远程 作用，从而即使远离真正的故障位置，即流过单股线的电流由于接触区 域中缺乏接触而导致的中断，也能识别该故障位置。因此，即使在接触 连接被挤压包封的情况下，如如今在预成型的电缆组中常见的，也可以 无损伤地检查接触连接。
因此，两种替换方案都基于相同的考虑，即在通过单股线的电流中 断的情况下，电流必定已经与故障位置有间距地在横向上流动，这导致 所采集的磁场中的特征性偏差。
在一种合适的扩展方案中，利用远程作用(Fernwirkimg )来推断 故障位置。合适地，在此，在离故障位置的距离在2到10倍绞距的范 围内进行测量。尤其是在检查接触连接的情况下，由此也可以在远离的 区域中进行安全和可靠的分析。定的空间扩展。特征性的振荡由此在实际故障位置的两侧延伸一定的路 段。因此，合适地，绞合线的对应于特征性振荡的空间中心、即空间扩 展的中心的位置被识别为故障位置。替换地，绞合线的其中振荡磁场具 有最大振幅的位置被定位为故障位置。
根据一种合适的扩展方案，为了调整尽可能高的灵敏度，采集磁场 的梯度。为此，尤其采用所谓的梯度计作为传感器。这种梯度计是能够 采集一个或多个空间方向上的磁场变化的唯一部件。这样的例子是所谓
的Squid梯度计，例如在DE10304225B4中所描述的。替换地，为了构 造梯度计，还可以是将多个单磁性传感器桥接成一个整体部件的方式。 这些单传感器在此例如是霍耳传感器或磁阻传感器，它们分别被构造为 半导体器件。通过使用梯度计，几乎滤掉了基本上均匀的背景磁场-例如地磁场-的影响，从而只采集由故障位置所引起的干扰信号。
在该方法中，例如大约1A的安培范围中的电流传导通过绞合线， 从而所产生的磁场具有大约只为地磁场的2到3倍的强度，因此具有与 地磁场大约相同的数量级。
对于尽可能简单的实施方式，合适地，仅用一个传感器、尤其是仅 借助一个梯度计采集磁场。由于特殊的分析技术，即分析振荡长度，不 需要多个传感器围绕绞合线地被设置。
在一种替换的合适扩展方案中，采用多个例如在切线方向上相互错 开设置的传感器。由此可以确定与位置有关的不同的磁场强度或还有梯 度。
合适地，由在此通过传感器所提供的单信号计算地形成目标信号， 其中已经滤掉了不是归因于故障位置的干扰效应。因此，由此尤其是消 除了噪声效应。优选地，由于单股线的绞合而引起的磁场波动通过合适 的、例如经过相位和振幅校正地对单信号求和来加以消除。为此，尤其 是在三个独立的空间方向上采集磁场的变化。这些空间方向优选是绞合 线的纵向、绞合线的切线方向以及径向。
补充地，在使用多个传感器的情况下还可以确定流过绞合线的电流的重心位置，并在此检查在绞合线内是否存在均匀的电流分布。
在该方法中，优选规定，绞合线被施加以直流电。为了提高和改善 灵敏度，按照一种合适的扩展方案，补充规定，调制交流电分量。原则
上还可以只为绞合线施加交流电。通过根据锁定(Lockin)技术类型对 交流电分量的调制来提高灵敏度和精度。锁定技术是一种依据相位的滤 波，因为只分析与外加的(aufgepraegt)交流电分量之间存在预定相移 或者具有与外加的交流电相同的相位的那些信号分量。
为了保证安全可靠的检测，在一种合适的扩展方案中，绞合线在必 要时除了其相对移动之外还朝着传感器移动，或者替换或补充地，在绞 合线上施加力。移动或力作用在此被选择为使得损伤位置发生变化，并 由此磁场发生变化。该实施方式基于以下考虑，即在不利的情况下，尽 管单股线断裂，但是在该单股线的纵向上存在良好的接触，从而几乎不 产生所测得的磁场的非均匀性。通过整个绞合线的移动或者还通过力作 用，故障位置被施加机械负载，从而提高了故障位置可以在磁场中被明 显注意到的概率。为此，例如在测量期间在绞合线上施加连续的振动， 或者对绞合线施加机械交变力，该交变力例如作用在绞合线的纵向或也 作用在绞合线的横向。替换地，还可以执行两次测量过程，并在这些测 量过程之间移动绞合线或者在绞合线上施加力。
该方法合适地被使用，以便检查电缆以确定可能的绞合断裂。尤其 地，该方法用于检查缆线的电接触连接，因为这决定性地取决于尽可能 小的接触电阻。
替换地，利用该方法检查机械承重钢索，该承重钢索在其应用领域 中不再用于传导电流。这样的承重钢索例如用在电梯、吊车、缆车道、 桥梁中，其中承重钢索通常处于动态或静态的牵引负荷下。
该方法在此可以选择性地在检查站进行，或者借助移动检查装置还 现场进行，例如在堵隔的承重钢索上。
在此，在所有应用领域中，有利的是绞合线是非磁的、尤其是不可 磁化的材料。该方法原则上也适用于磁性材料。在检查电缆的情况下， 绞合线尤其是铜绞合线或铝绞合线。所描述的方法尤其用于这样的绞合线中的质量检查。优选地，该方 法用于在例如用于汽车领域的电缆组成型的情况下的质量检查中。在 此，尤其是还检查与被固定的以及部分还被挤压包封的接触元件的接触 性。这种接触元件例如是通过焊接接触、熔接接触和/或巻边接触而与 各自的绞合线连接的插接连接器。也可以设置卡夹接触或切割卡夹接 触。
在优选实施方式中，只用一个或最多少量传感器来工作，该传感器 相对于绞合线移动。替换地，进行静态测量，其中在绞合线的长度上在 多个位置处分布地安装传感器。
在另一实施方式中，可以向绞合线施加高频电流，使得绞合线根据 天线类型而具有特殊的辐射特性。在此，可以对辐射特性由于故障位置 而发生的变化进行分析。这样的检查尤其被提供用于在以后的应用领域 中作为天线结构和/或发射器结构设置并被施加以高频的绞合线。此 外，作为磁场测量的补充，还可以借助于电容测量来采集并分析电场。
在一种替换应用中，合适的是，借助所测得的信号推导实际的绞 距，其中因此借助对磁场的分析来测量该绞距。为此，对由于单股线的 绞合而产生的磁场的先前被描述为噪声效应的变化进行分析。


下面借助附图详细解释本发明的实施例。分别以示意性和强烈简化
的图示出
图1示出在巻边套筒(Crimphuelse)的区域中以及电缆的去绝缘 端部区域与磁场传感器和测量装置的接触连接的透视剖面图， 图2示出绞合线的侧视图，
图3示出故障位置区域中所测得的磁场的特征性信号变化曲线，
图4示出测量装置的截面图。
在附图中，作用相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
根据图1，以剖面图的形式示出端部去绝缘的(abisoliert)电缆 2，从而在端部，该电缆用于与在该实施例中被实施为巻边套筒的接触 元件8接触连接6的电导体、即绞合线4被暴露出来。在接触连接6的 区域中，缆线2以及接触元件8被包封(Umhudhmg) 10包围。尤其 地，接触元件8和缆线2被挤压包封。
绞合线4由多个相互绞合的单股线12构成。这些单股线12尤其是 单股线直径在0.1到0.25mm范围内的未绝缘的铜单股线。在该实施例 中，大约7个到30个单股线12相互绞合。绞合线4本身被绝缘体14 包围，从而形成电缆2。
在图1中还示出了》兹性传感器(Magnetsensor) 22，其中该>磁性传 感器尤其被构造为梯度计。另外，仅示意性地示出通过信号导线25与 传感器22连接的分析单元24。此外还设置电流源26，其中该电流源为 了馈送电流I而在一侧与接触元件8连接，在另一侧与绞合线2连接。 分析单元24也与电流源26连接，并控制该电流源。电流源26在该实 施例中尤其被实施为直流电源，其中另外还可以对交流电分量进行调 制。
从图2中可以借助图2中示出的绞合线4 #^好地识别单股线12的 绞合。根据图2的绞合线4例如只是没有进一步的电功能的机械承重钢 缆，或者也是用于缆线2的导体。这里，为了表示绞合，单股线12A通 过阴影(Grauschattierung)突出显示。总体上，单股线12以所谓的绞 距L相互绞合。绞距L在此被定义为各单股线12旋转360。所需要的长 度。对于为几安培范围中的电流设计的电缆2，绞距L通常在15mm到 40mm之间。
利用下面描述的方法检查绞合线4以确定可能的故障位置28。故障 位置28在此一方面被理解为例如在绞合线4中心中、或其它任意位置 处的单股线断裂，如在图2中所示。另一方面，故障位置28也可以被 理解为当单股线12不参与与接触元件8的电接触连接，从而没有电流 或只有非常小的电流通过单股线12流入接触元件8时绞合线4的去绝 缘端部与接触元件8之间缺乏的接触连接。因此，在该方法中，检查流过单股线12的电流。如果没有故障位 置28，则分别有相同强度的分电流i被馈入单股线12中，其中该分电 流的电流传播方向在单股线12的纵向上(参见图2)。由于单股线的绞 合，各分电流i以大致成螺旋线的形状传播。通过这些分电流的叠加， 在绞合线4的纵向上产生近乎理想的总电流I，并且对应于流过电流的 导体的磁场B形成基本上均匀的磁场。由于绞合，产生一定的干扰信号 或噪声。信号变化曲线的一个例子在图3中示出。在所示图中，相对于 位置x (绞合线4的纵向延伸)绘制出磁场B。
在故障位置28的情况下，也就是如果流过单股线12的电流中断， 则流过该单股线12的分电流i必然转移到其它单股线12，如在图2中 通过点划线箭头示出的。由此，在故障位置28的区域中产生电流中的 干扰，并由此产生被检测的磁场B中的干扰。由于单股线12以绞距L 绞合，所以电流的不均匀性具有特征性的振荡，并且因此，磁场B的不 均匀性也具有特征性的振荡。磁场B在故障位置28的区域内以绞距L 振荡。
借助传感器22，采集磁场信号。在此，传感器22沿着缆线2在箭 头方向上相对于缆线2移动。在此，可以既移动传感器22又移动绞合 线2。采集到的传感器信号被传送给分析单元24。然后，在该分析单元 中对传感器信号进行分析。如果将交流电分量调制到直流电上，则分析 单元24根据锁定:l支术方式将传感器22所接收的测量信号针对其相位与 经过调制的交流电分量进行比较。
在故障位置28的区域内，得到图3中示出的与位置有关地测得的 磁场B的信号变化曲线的典型例子。
如可以明显看出的那样，与其它变化过程相比，所测得的信号在故 障位置28的区域内具有明显的变化。更确切地说，在故障位置28的区 域中，该信号表示出明显的振荡，该振荡具有对应于绞距L的确定的振 荡长度A。
信号中的特征位置P对应于绞合线4中故障位置28的位置。位置 P位于特征性振荡的空间上的中心。特征性振荡被理解为其中信号以特征性振荡长度A振荡的信号区域。
如果振荡具有对应于绞距L的振荡长度A，则现在只推断存在故障 位置28。作为进一步的标准，优选采用对一定振幅的超过，以便不考虑 噪声信号。
为了获得尽可能高的灵敏度，传感器22优选被实施为梯度计，其 中该梯度计例如在到绞合线2的径向上釆集与位置有关的^f兹场变化。
如图3所示，故障位置28 (位置P)具有明显的远程作用，即故障 位置28在与绞距L的数倍相对应的相当大的长度上对磁场B产生作 用。尤其地，特征性信号在故障位置28的区域中总共具有在该实施例 中大约为10cm的长度。由于该远程作用，可以还与实际的故障位置28 间隔开地检查流过各单股线12的电流。由此，可以可靠和安全地分析 如图1所示的接触元件8与绞合线2的接触连接。
在围绕故障位置28的特征性区域的两侧，信号表示出噪声或干扰 信号。通过以下方式，该噪声或干扰信号可以净先基本上抑制，即例如多 个传感器22，例如两个或三个传感器分布地围绕绞合线2设置，并且这 些传感器22 —起沿着绞合线2移动。由这样采集到的单信号形成最终 的目标信号或总信号(未示出)。通过单信号的适当的相移和叠加，可
以明显减小干扰信号。干扰信号至少部分地是通过单股线12的绞合引 起的，从而采集由于传感器22的高灵敏度而可测量的非均匀磁场。由 于该非均匀性是通过绞合引起的，因此可以通过以下方式按计算方式消 除干扰信号，即例如在切线方向上相互错开的传感器22的单信号适当 地相互叠力口并相互计算(verrechnen )。
最后，从图4中还看出测量装置的一种示例性结构。绞合线4在此 被设置到检查块32的V槽30中并且沿着纵向在V槽30底部延伸。在 V槽30中，传感器22设置在不连续的(diskret)位置上。因此，在该 不连续的测量位置处，绞合线4在传感器22之上延伸。按照需要，另 外还可以设置另一个移位卯。的传感器22，该传感器通过虚线示出。该 传感器22在此优选还在轴向上与第一传感器22错开地设置。两个通道 34从V槽30出发延伸，其中一个通道34用于将信号导线25引导至传感器22。在另一通道34中设置磁体，尤其是永久磁体38，其中该磁体 用于传感器22的工作点调节。为了保证在绞合线4和传感器22之间限 定的保持相同的距离，优选地以未示出的方式相对于传感器22推压绞 合线。200880000736.1
说明书第1V11页
附图标记列表
2缆线 4绞合线 6接触连接 8接触元件 10包封 12单股线 14绝缘层 22传感器 24分析单元 25信号导线 26电流源 28故障位置 30 V槽 32检查块 34缆线 38永久磁体 A振荡长度 B磁场 I电流 i分电流 L绞距
P故障位置在测量信号中的位置
权利要求
1.一种用于检查流过绞合线(4)的单股线(12)的电流的方法，其中所述单股线相互之间以绞距(L)绞合在一起，其中通过所述绞合线(4)传导电流(I)，并且通过传感器(22)采集和分析由于流过电流的绞合线(4)而形成的磁场(B)，其特征在于，如果所测得的磁场(B)具有长度(A)为绞距(L)的数倍、并且尤其是对应于绞距(L)的特征性振荡，则推断故障位置(28)。
2. 尤其是根据权利要求1的方法，其特征在于，通过以下方式检查 接触元件(8)与绞合线(4)的接触连接(6)的质量，其中所述绞合 线(4)由多个以绞距(L)相互绞合的单股线(12)构成，即通过所述 绞合线(4)传导电流(I),其中与所述接触连接(6)间隔开地通过传 感器(22)采集并分析由于流过电流的绞合线(4)而形成的磁场(B)，其中借助于远离所述接触连接(6)而测得的^兹场(B),推导所 述接触连接(6)处的故障位置(28)。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述绞合线(4)的 纵向上远离所述故障位置(28)地分析磁场(B)，并且推断所述故障位 置(28)。
4. 根据权利要求3的方法，其特征在于，与所述故障位置(28)的 距离位于2到IO倍绞距(L)的范围内。
5. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述特征性振荡表示出空 间扩展，并且所述扩展的中心被定位为所述绞合线(4)的故障位置(28 )。
6. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，尤其是借助于 梯度计作为传感器来采集所述》兹场(B)的梯度。
7. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，仅用一个传感 器(22 )来采集所述磁场(B )。
8. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，借助多 个尤其是在所述绞合线(4)的切线方向上相互错开的传感器(22)来采集磁场(B )。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，由通过所述传感器 (22)所提供的单信号计算地形成目标信号，其中不归因于所述故障位置(28)的干扰效应被滤除。
10. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为所述绞合线 (4)施力口直流电。
11. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，交流电分量被 调制到直流电上。
12. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述绞合线 (4)移动或者在所述绞合线(4)上施加力，使得所述磁场(B)发生变化。
13. 根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述绞合线 (4)是电缆(2)。
14. 根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，所述绞合 线(4)是机械承重钢索。
15. —种用于执行根据上述权利要求之一所述的方法的装置，包括 -电流源(26)，用于将电流(I)馈入绞合线(4),其中所述绞合线(4)由多个以绞距(L)相互绞合的单股线(12)组成，-传感器(22)，用于釆集由于流过电流的绞合线(4)而形成的磁 场(B)，以及國分析单元(24),用于分析由所述传感器(22)采集的磁场(B)，其中國所述分析单元(24)被设计为使得如果所测得的磁场(B)具有长 度(A)为绞距(L)的数倍并且尤其是对应于绞距(L)的特征性振 荡，则推断故障位置(28)。
全文摘要
为了安全和可靠地以高的响应灵敏度确定在由多个单股线(12)组成的绞合线(4)中的故障位置，通过绞合线(4)传导电流(I)，并且通过传感器(22)采集和分析由于流过电流的绞合线(4)而形成的磁场(B)。如果所测得的磁场(B)具有特征性振荡，该特征性振荡的长度(A)是绞距(L)的数倍并且尤其是对应于绞距(L)，就推断有故障位置。该方法尤其是还用于无干扰地检查接触元件(8)与绞合线(4)的接触连接(6)的质量。
文档编号G01R31/02GK101542301SQ200880000736
公开日2009年9月23日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月23日
发明者J·恩格伯灵, J·汉肯, M·埃博特 申请人:莱尼线束系统有限公司