TI 杯2019年全国大学生电子设计竞赛题C-线路负载及故障检测装置

线路负载及故障检测装置（C 题）

【本科组】

一、任务

设计并制作线路负载及故障检测装置，示意图如图 1 所示。 检测装置只通过两个连接端子与两根导线连接。导线上 A、B 两点距离各自 连接端子约 5cm，远端 30cm 范围内为连接负载和故障区域。 负载由电阻（额定功率 0.25W）、电容（耐压 16V）和电感（额定电流 50mA） 3 个元件中任意 2~3 个元件串联或者并联组成。其中电阻值范围：200Ω~2kΩ， 电容值范围：200nF~2μF，电感值范围：100μH~1mH。 检测装置由 5V 单电源供电，能实时检测和显示负载网络结构，负载开路、 短路故障报警，以及短路故障点位置测量。响应时间不大于 5s。

二、要求

    1．基本要求 

    （1） 具有负载开路和短路故障分别指示的报警功能。 

    （2） 测试现场给出电阻、电容和电感 3 个元件，分别测量每个元件值并稳 定显示，相对误差的绝对值不大于 5%。每个元件测量时间不大于 5s。 

    （3） 可检测由给定电阻、电容和电感 3 个元件中，任意 2~3 个元件串联或 者并联组成负载的网络结构。

2．发挥部分

两根导线上的短路故障点与各自的 A 点或 B 点距离相等。 

    （1） 测量短路故障点与 A 点（或 B 点）的距离并稳定显示，误差的绝对 值不大于 1.0cm。 

    （2） 由信号发生器产生扫频信号 1（信号参数见说明（3），信号发生器的 “地”与电源“地”相连），其输出端串接 1pF 电容后，接入导线上 A 点处（见图 1 所示），用于模拟环境噪声。测量短路故障点与 A 点 （或 B 点）的距离并稳定显示，误差的绝对值不大于 1.0cm。 

    （3） 在发挥部分（2）的基础上，由另一台信号发生器产生扫频信号 2（信 号参数见说明（3）），其输出端串接 1pF 电容后，接入导线上 B 点处 （见图 1 所示）。测量短路故障点与 A 点（或 B 点）的距离并稳定显 示，误差的绝对值不大于 1.0cm。 

    （4） 其他。

三、说明 

    （1） 测试现场提供元件，并用高精度仪器测量元件值（测量频率 1kHz）。 每个元件的两端接有线夹，用于负载网络搭建和与导线的连接。 

    （2） 导线采用网线（直径 0.51mm ~ 0.58mm）内的铜芯，导线和短路线由 参赛者自带。 

    （3） 扫频信号 1 参数：方波，峰峰值 5V，均值 0，线性方式，初始频率 100Hz，终止频率 1kHz，扫描时间 100ms，重复扫描。 扫频信号 2 参数：方波，峰峰值 5V，均值 0，线性方式，初始频率 1MHz，终止频率 10MHz，扫描时间 10ms，重复扫描。 

    （4） 在负载和故障检测环节，要求无需人工干预，装置能实时自动检测负 载变化、故障报警和短路故障点定位。短路故障点位置显示稳定。

    （5） 发挥部分测试中，允许短路线与导线通过焊接相连。 

    （6） 参赛作品中不得使用测距传感器。