線纜測(cè)試儀拓展應(yīng)用的研究

卜顯武+++彭惺惺

摘 要：隨著電子裝備技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，布線越來越復(fù)雜，線束間連接有各種分立元器件，布線的正確性測(cè)試具有相當(dāng)大的技術(shù)難度，且傳統(tǒng)測(cè)試難度大、周期長(zhǎng)、有損壞產(chǎn)品或相關(guān)儀器設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)，迫切需要用自動(dòng)測(cè)試來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工導(dǎo)通測(cè)試與整機(jī)檢測(cè)相結(jié)合的較為落后的生產(chǎn)測(cè)試工藝，本文介紹了線纜測(cè)試儀的基本測(cè)試原理和在機(jī)載電子裝置外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備布線測(cè)試中的應(yīng)用和技巧。

關(guān)鍵詞：線纜測(cè)試；自動(dòng)測(cè)試；四線測(cè)；拓展應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.概述

線纜測(cè)試儀普遍應(yīng)用于航天、航空、航海、新能源汽車、通信領(lǐng)域的主要電子設(shè)備中復(fù)雜線束測(cè)試，它對(duì)復(fù)雜線纜、線束、網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)通、絕緣、耐壓等指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試和檢驗(yàn)，是線纜裝配、生產(chǎn)過程中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。其綜合測(cè)試功能可代替手動(dòng)和單項(xiàng)測(cè)試儀進(jìn)行分步測(cè)試的方式，減少人為干擾因素，提高檢測(cè)效率，保證測(cè)試準(zhǔn)確，但限用于純線纜的測(cè)試。而現(xiàn)在集成度越來越高的機(jī)載電路盒、外場(chǎng)測(cè)試儀等產(chǎn)品在模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，在復(fù)雜的線束中連接了各種常用的分立電子元器件，傳統(tǒng)的人工導(dǎo)通測(cè)試不僅效率極低，尤其對(duì)錫渣、導(dǎo)線絲等多余物和線束破損等引起的短路故障難以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品通電時(shí)將造成產(chǎn)品或關(guān)聯(lián)設(shè)備不同程度的損壞，無法滿足測(cè)試要求。本文討論的是利用線纜測(cè)試儀對(duì)該類檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試的一種拓展應(yīng)用，深入了解其測(cè)試原理，結(jié)合對(duì)常用電子元器件特性的分析，找到適合的檢測(cè)方法，將其測(cè)試融入普通的線纜測(cè)試當(dāng)中，從而完成高效率、100%準(zhǔn)確、極速找到故障點(diǎn)的自動(dòng)化測(cè)試。

1.系統(tǒng)測(cè)試原理

完整的線纜測(cè)試系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、適配工裝（如線纜轉(zhuǎn)接箱）及待測(cè)對(duì)象組成。

測(cè)試系統(tǒng)分為兩線測(cè)和四線測(cè)兩類，其中兩線測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量點(diǎn)多、成本低，但測(cè)量精度較差；四線測(cè)，又叫開爾文四線檢測(cè)（Kelvin Four-terminal sensing）或4點(diǎn)探針法，這是一種電阻抗精準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)，它使用單獨(dú)的對(duì)載電流和電壓檢測(cè)電極，相比傳統(tǒng)的兩線測(cè)能夠進(jìn)行更精確的測(cè)量，但是測(cè)量點(diǎn)相比兩線測(cè)減少了一半，因而成本更高。四線檢測(cè)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是分離的電流和電壓的電極，消除了內(nèi)部布線和接觸電阻的阻抗，使得測(cè)量更為精確，采用四線測(cè)的線纜測(cè)試儀現(xiàn)已能做到將線纜電阻測(cè)量精確提高到0.001Ω，甚至更高。

無論是導(dǎo)通、短路、絕緣還是耐壓測(cè)試，測(cè)試基本原理都是歐姆定律。一類是給檢測(cè)對(duì)象輸入恒定電流，檢測(cè)其兩個(gè)端點(diǎn)間的電壓降，計(jì)算出電阻抗值；另一類是通過對(duì)兩點(diǎn)間加載測(cè)試要求的恒定高電壓，檢測(cè)漏電流值，計(jì)算出兩導(dǎo)體間的絕緣阻抗。

繼電器矩陣是線纜測(cè)試儀的測(cè)試核心部分，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)試軟件完成測(cè)試單元的掃描測(cè)試，繼電器矩陣按時(shí)序轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集點(diǎn)連接關(guān)系自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)識(shí)別的結(jié)果是編制測(cè)試程序的基礎(chǔ)。系統(tǒng)軟件是測(cè)試程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，提供了測(cè)試狀態(tài)顯示、測(cè)試參數(shù)的設(shè)置和參考點(diǎn)建立；測(cè)試程序建立在被測(cè)對(duì)象的連接網(wǎng)絡(luò)上，適配工裝確定了系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)與采集點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.針對(duì)含有特殊對(duì)象的測(cè)試方法

實(shí)際生產(chǎn)中，我們有許多重要的產(chǎn)品急切需要用自動(dòng)測(cè)試來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工測(cè)試。這樣的測(cè)試對(duì)象內(nèi)含復(fù)雜線束網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)又包含一些功率電阻、電感、電容、二極管、繼電器、達(dá)林頓管、波段開關(guān)等電子元器件，針對(duì)該需求，對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行了分析和研究。

2.1針對(duì)功率電阻、電容、電感

功率電阻阻值范圍通常在幾歐姆到幾百歐姆，通過對(duì)設(shè)備輸出的電壓進(jìn)行鉗位來限制設(shè)備輸出功率，當(dāng)設(shè)置電流流過電阻并在兩端產(chǎn)生的電壓降超過鉗位電壓時(shí)，輸出電流將瞬間自動(dòng)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，以保護(hù)測(cè)試對(duì)象及測(cè)試設(shè)備本身不會(huì)損壞。以電阻的標(biāo)稱阻值為測(cè)試目標(biāo)值，合理設(shè)置判據(jù)窗口，如目標(biāo)值加減1Ω為合格范圍。對(duì)含有電容的端點(diǎn)間測(cè)試配置電容測(cè)量模塊，對(duì)連接電容的導(dǎo)線按理想導(dǎo)體對(duì)待。因?yàn)榧尤氲氖侵绷麟娏?，電感可按測(cè)量導(dǎo)線的方法測(cè)試。

2.2針對(duì)二極管

二極管（包括LED）是非線性器件，具有單向?qū)ㄐ?，以及固定的管壓降等特點(diǎn)。對(duì)含有二極管的線路的測(cè)試，采用分別對(duì)P、N兩端加正、反向電壓來進(jìn)行測(cè)試，如：常見的硅管管壓降約為0.7V，可正向加載10mA直流電流（測(cè)二極管時(shí)電壓鉗位可設(shè)置為2V，既能保證正向加載導(dǎo)通，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反向擊穿電壓），測(cè)得壓降為0.7V，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出一個(gè)70Ω的測(cè)量結(jié)果，若正向加載1mA的直流電流，因管壓降仍為0.7V，系統(tǒng)將給出700Ω的測(cè)量結(jié)果，因此合格判據(jù)應(yīng)根據(jù)所加載的電流而定。反向加載電流時(shí)，二極管截止，測(cè)量結(jié)果為開路（OPEN）。一正一反的測(cè)試，將導(dǎo)線的連接和二極管的類型、極性和是否損壞均包含在測(cè)試當(dāng)中。

2.3針對(duì)繼電器

對(duì)含有繼電器的環(huán)路測(cè)試，加裝繼電器測(cè)試模塊即可完成測(cè)試。由于大多數(shù)線纜測(cè)試設(shè)備沒有增加該模塊，可以通過導(dǎo)線與繼電器線包形成環(huán)路的特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)常開點(diǎn)采用鉤針短接線進(jìn)行斷開和閉合的兩次測(cè)量。產(chǎn)品設(shè)計(jì)者常常會(huì)在線包兩端反向并聯(lián)一個(gè)二極管用于釋放瞬間大電流，這種情況需要分別對(duì)線包兩端加載正向和反向電流進(jìn)行測(cè)試，加載正向電流時(shí)，測(cè)得結(jié)果為線包通過直流電流時(shí)的阻抗；加載反向電流時(shí)，得到二極管導(dǎo)通的結(jié)果。

2.4針對(duì)達(dá)林頓管

達(dá)林頓管是兩個(gè)三極管串聯(lián)，組成了一只等效的新的三極管?；鶚O與發(fā)射極間看作兩個(gè)二極管串聯(lián)，電壓為兩個(gè)管壓降。編程時(shí)，將鉗位電壓設(shè)置增加一倍，用測(cè)試二極管的方法測(cè)試。

2.5針對(duì)開關(guān)

各類開關(guān)的接線端子經(jīng)過與導(dǎo)線的焊接后，可能會(huì)存在損壞的情況，或閉合時(shí)接觸不良，或處于常閉故障狀態(tài)。編程時(shí)，設(shè)置分支測(cè)試1、分支測(cè)試2（根據(jù)開關(guān)檔數(shù)確定分支數(shù)），對(duì)開關(guān)閉合和斷開的兩種狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。既檢測(cè)了導(dǎo)線連接的對(duì)錯(cuò)，同時(shí)檢測(cè)了開關(guān)在裝配后是否能正常工作。

2.6其他

對(duì)于測(cè)試對(duì)象含有液晶屏、DC-DC電源模塊、集成電路等，編程時(shí)需將與之相連接的端點(diǎn)進(jìn)行屏蔽，一方面防止損壞器件，另一方面避免出現(xiàn)不確定的網(wǎng)絡(luò)串接現(xiàn)象，影響整個(gè)測(cè)試結(jié)果。

3.測(cè)試程序編制

導(dǎo)線表建立是測(cè)試程序編制中最重要的步驟，包含了所有對(duì)象的連接關(guān)系、測(cè)試時(shí)應(yīng)加載的電流、鉗位電壓、合格判據(jù)、對(duì)象注釋等內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)正確測(cè)試的關(guān)鍵。根據(jù)測(cè)試對(duì)象的裝配接線表，分析各采集點(diǎn)連接關(guān)系和特點(diǎn)，列出直通導(dǎo)線表，再對(duì)含有電子元器件的網(wǎng)絡(luò)逐一分解，理出關(guān)系后轉(zhuǎn)化成導(dǎo)線表。其余部分可按編程向?qū)Х植酵瓿?。雖然該導(dǎo)線表的建立和完善需要耗費(fèi)工程師大量精力，一旦完成并固化，將對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試帶來巨大的方便，測(cè)試工只需調(diào)用程序進(jìn)行一鍵測(cè)試，徹底解決了傳統(tǒng)測(cè)試存在的檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、系統(tǒng)測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)、測(cè)試覆蓋率低和故障排除困難等問題。

結(jié)語

通過線纜測(cè)試儀自動(dòng)測(cè)試的拓展應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)的人工導(dǎo)通測(cè)試與整機(jī)通電檢測(cè)相結(jié)合的落后測(cè)試手段所存在的各種問題，滿足產(chǎn)品檢測(cè)的要求，為眾多電子設(shè)備生產(chǎn)廠家解決類似問題提供了具體方法或參考方案。

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