一種車(chē)輛快速電纜檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)?

張 鑫 師俊玲 段三星 薛陽(yáng)宏

（中國(guó)北方車(chē)輛研究所車(chē)輛傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100072）

一種車(chē)輛快速電纜檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)?

張 鑫 師俊玲 段三星 薛陽(yáng)宏

（中國(guó)北方車(chē)輛研究所車(chē)輛傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100072）

為了實(shí)現(xiàn)電纜的自動(dòng)測(cè)試維護(hù)，針對(duì)部隊(duì)維護(hù)使用特點(diǎn)，研制了一種小型、便攜、實(shí)用的電纜測(cè)試儀；該產(chǎn)品采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，硬件電路模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，便于測(cè)量通道擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了電纜的導(dǎo)通測(cè)試和絕緣測(cè)試能及時(shí)快速地檢測(cè)設(shè)備電纜存在的故障隱患，縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率。

測(cè)試電纜；故障定位；檢測(cè)

1 引言

電纜是電子設(shè)備及設(shè)備子單元間互連的物理介質(zhì)，用于傳輸信號(hào)，能量等重要信息，是電子裝備及系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。其連接的可靠性直接影響電子設(shè)備的綜合性能，而電纜通訊故障也成為電子設(shè)備工作異常的主要故障原因之一，因此，如何高效地完成電纜檢驗(yàn)及故障定位電纜檢驗(yàn)主要集中于通斷性檢驗(yàn)和絕緣性檢驗(yàn)。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法是人工使用萬(wàn)用表或蜂鳴器進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試，該方法只適用于小數(shù)量、小芯數(shù)電纜的常規(guī)檢驗(yàn)，并存在準(zhǔn)確性差、測(cè)試效率低等缺點(diǎn)，無(wú)法適應(yīng)大批量，多芯電纜檢驗(yàn)和電纜故障的快速排查。為解決上述問(wèn)題研制了一種手持式電纜測(cè)試儀，該設(shè)備具有128芯以下各種電纜的自動(dòng)測(cè)試能力，可以對(duì)現(xiàn)行的各種線(xiàn)纜完成測(cè)試，并具有體積小、功耗低、測(cè)試準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，其手持式設(shè)計(jì)為外場(chǎng)排故、野外測(cè)試等惡劣條件下工作提供了有力保障，符合現(xiàn)階段及未來(lái)電纜測(cè)試的需求。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

1）輸入電源：AC220V或DC+12V。

2）電源功率：6OW。

3）測(cè)試電壓5V，單機(jī)測(cè)試電纜芯數(shù)640，通過(guò)并機(jī)擴(kuò)展可以達(dá)到十萬(wàn)通道以上。640芯電纜測(cè)試時(shí)間小于9s。

4）繼電器矩陣開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電纜任意兩點(diǎn)之間的導(dǎo)通電阻和絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量。

5）測(cè)試儀支持單機(jī)和分布式測(cè)試；內(nèi)置WINDOWS系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，可以獨(dú)立運(yùn)行所有的測(cè)試程序，WIRETEST軟件支持所有的產(chǎn)品系列，方便用戶(hù)擴(kuò)展升級(jí)。

6）工作環(huán)境溫度：-20℃～70℃，存儲(chǔ)溫度-30℃～80℃。

7）整機(jī)重量2.5KG。

系統(tǒng)外觀如圖1所示。

圖1 電纜測(cè)試儀外觀圖

3 測(cè)試原理

快速電纜檢測(cè)設(shè)備采用精密、快速、可靠的測(cè)試原理和自動(dòng)測(cè)試方式，提供5V到最高6000V的電壓測(cè)試范圍，能同時(shí)進(jìn)行16點(diǎn)到10萬(wàn)點(diǎn)以上的測(cè)試，足以滿(mǎn)足用戶(hù)嚴(yán)格的高可靠性測(cè)試要求，并能克服人工測(cè)試所無(wú)法解決的缺陷，工作原理系統(tǒng)工作原理為：CPU板發(fā)出控制命令，通過(guò)I∕O板控制繼電器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)繼電器矩陣中相應(yīng)的繼電器閉合或者斷開(kāi)，從而起到將需要測(cè)試的測(cè)試芯線(xiàn)接入到測(cè)試電路的目的。測(cè)試完成后，將測(cè)試電壓濾波，隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行A∕D轉(zhuǎn)換處理，最后將數(shù)據(jù)送回CPU板進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷并顯示，如圖2所示［1］。

快速電纜檢測(cè)設(shè)備采用了快速掃描測(cè)試法，自動(dòng)、快速檢測(cè)導(dǎo)線(xiàn)通斷，1000點(diǎn)∕秒的掃描速度可以使幾千點(diǎn)的復(fù)雜電纜能在數(shù)秒中完成通斷檢測(cè)并能夠自動(dòng)分組排列組合短路測(cè)試，檢測(cè)出所有的可能存在的短路錯(cuò)誤（即錯(cuò)接、多接），同時(shí)在進(jìn)行高壓測(cè)試時(shí)，可以隨意調(diào)整高壓（絕緣∕耐壓）測(cè)試參數(shù)，快速組合檢測(cè)任意兩根芯線(xiàn)間的絕緣∕耐壓，查出所有可能存在的絕緣不良、耐壓過(guò)流等缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，滿(mǎn)足不同線(xiàn)纜不同芯線(xiàn)測(cè)試要求，提高測(cè)試效率，保證測(cè)試精度［2］。

快速電纜檢測(cè)設(shè)備采用兩線(xiàn)或四線(xiàn)測(cè)試方法，將電流表和電壓表通過(guò)矩陣開(kāi)關(guān)分別接到測(cè)試產(chǎn)品的兩端，測(cè)出的電壓值及電流值更接近產(chǎn)品本身的真實(shí)值，故測(cè)試精度更高，測(cè)試結(jié)果更可靠；在保證測(cè)試精度的前提下可以查找出各種線(xiàn)纜缺陷：

圖2 電纜測(cè)試儀系統(tǒng)原理組成方框圖

接線(xiàn)錯(cuò)誤：導(dǎo)線(xiàn)連接錯(cuò)誤，錯(cuò)接、漏接或重復(fù)連接等；

絕緣層損傷：剝線(xiàn)或受外力擠壓等對(duì)導(dǎo)線(xiàn)絕緣層的機(jī)械性損傷；

焊接缺陷：焊接連接時(shí)的橋接、虛焊等故障；

冷壓缺陷：冷壓膜具不匹配或焊接不到位；

導(dǎo)線(xiàn)斷股：帶刃口剝線(xiàn)方式或極端彎曲導(dǎo)致的芯線(xiàn)斷股；

線(xiàn)規(guī)錯(cuò)誤：線(xiàn)纜裝配過(guò)程中未按規(guī)定使用錯(cuò)誤線(xiàn)規(guī)導(dǎo)線(xiàn)；

分布參數(shù)超標(biāo)：導(dǎo)線(xiàn)超長(zhǎng)或間接過(guò)緊導(dǎo)致分布電阻，電容或電感超出設(shè)計(jì)要求；

接插件接觸不良：接插件插針插孔電接觸不良；

絕緣∕耐壓不良：導(dǎo)線(xiàn)絕緣體損傷、接插件受潮、受污染、接插件絕緣體性能下降等。

4 硬件設(shè)計(jì)

4.1 通斷測(cè)試電路設(shè)計(jì)

通斷測(cè)試電路采用串聯(lián)測(cè)壓原理，具體電路如圖3所示［8］。

圖3 通斷測(cè)試原理圖

測(cè)試電源采用5V，工頻50Hz的交流電源，R1是一個(gè)高精度數(shù)控可變電阻，變化范圍0-5MΩ，U。是采樣電壓，它經(jīng)過(guò)濾波，隔離放大后送入數(shù)據(jù)采集模塊，Rx是被測(cè)電纜。不同的電纜種類(lèi)有不同的規(guī)范，根據(jù)數(shù)控電阻R1的阻值，如將R1調(diào)至50Ω，則一般測(cè)得的電壓值在4。2～5V之間可以視此電纜芯線(xiàn)為導(dǎo)通，0～0.8V視為斷路。

4.2 濾波電路設(shè)計(jì)［10］

濾波電路用來(lái)消除對(duì)50Hz工頻電壓信號(hào)的干擾，本測(cè)試儀采用的視無(wú)源雙T型濾波電路，具體電路如圖4所示。

圖4 濾波工作原理

4.3 繼電器矩陣電路設(shè)計(jì)

繼電器分為行控制和列控制，其工作原理為：繼電器線(xiàn)圈的正極采用三極管放大器進(jìn)行電流輸入驅(qū)動(dòng)，當(dāng)其邏輯輸入電壓為5V時(shí)，輸入電流為O.5mA時(shí)則集電極的電流為βXO.5mA，其中β為三極管的放大倍數(shù)，選取適當(dāng)β的三極管，可使其最大輸出電流為1A左右，可知列驅(qū)動(dòng)電路中的繼電器能夠達(dá)到工作要求，其輸出的電流也為1A左右，因而滿(mǎn)足列驅(qū)動(dòng)的電流要求，實(shí)現(xiàn)了推電流的功能［6］。繼電器線(xiàn)圍的負(fù)極采用ULN2004來(lái)吸收通過(guò)繼電器線(xiàn)圈負(fù)端的電流ULN2004的輸入端接5V的邏輯信號(hào)電壓時(shí)，其要求輸入電壓為0.35～0.50mA，而對(duì)其輸出端，實(shí)際上它是作電流輸入用途，當(dāng)供電電壓為12V時(shí)，其工作電流在350～500mA之間。當(dāng)輸入端無(wú)電壓輸入時(shí)，輸出端和地之間處于開(kāi)路狀態(tài)，所以電流不能通過(guò)，此電路也就不能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電流的作用，而當(dāng)輸入端加載5V的信號(hào)電壓時(shí)，只需要0.5mA的電流，就可以使輸出端和地之間導(dǎo)通，從而使電流可以順利地通過(guò)實(shí)現(xiàn)“拉”電流的功能。只有當(dāng)繼電器的行列驅(qū)動(dòng)都工作的時(shí)候，繼電器矩陣中的繼電器才會(huì)工作，對(duì)應(yīng)測(cè)試電纜的通路才會(huì)接通［5］。繼電器工作原理如圖5所示［11］。

圖5 繼電器矩陣工作原理圖

5 主要測(cè)試功能

5.1 連接關(guān)系測(cè)試

包括由于導(dǎo)線(xiàn)的通路、短路、斷路、插針錯(cuò)位、連接不良等造成的連接關(guān)系混亂；通過(guò)測(cè)試分析普通導(dǎo)線(xiàn)的導(dǎo)通電阻完成導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)性能監(jiān)測(cè)；復(fù)雜系統(tǒng)可以支持分系統(tǒng)進(jìn)行線(xiàn)束測(cè)試；自學(xué)習(xí)測(cè)試功能：檢測(cè)未知線(xiàn)纜線(xiàn)束的連接關(guān)系及精確電阻值；查線(xiàn)號(hào)測(cè)試功能：輔助裝配，可迅速查找節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確線(xiàn)序線(xiàn)號(hào)；測(cè)試界面如圖6所示。

圖6 連接關(guān)系測(cè)試界面

5.2 絕緣/耐壓測(cè)試

主要包括快速接地組合測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)分組分項(xiàng)測(cè)試、測(cè)試電壓曲線(xiàn)控制、網(wǎng)絡(luò)分組交互測(cè)試、高壓屏蔽等測(cè)試步序。主要利用網(wǎng)絡(luò)分組交互測(cè)試法在一套線(xiàn)網(wǎng)中對(duì)不同單元的測(cè)試要求分別進(jìn)行測(cè)試，先做導(dǎo)通測(cè)試，再做短路測(cè)試，然后做絕緣耐壓測(cè)試，找出所有缺陷，大大提高測(cè)試速度［6］。

自動(dòng)完成多點(diǎn)的絕緣測(cè)試，升壓時(shí)間、測(cè)試時(shí)間均可調(diào)，測(cè)試電壓DC50V遞增；快速測(cè)試線(xiàn)與線(xiàn)間、線(xiàn)與殼體間絕緣電阻，測(cè)試界面如圖7所示。

圖7 絕緣∕耐壓測(cè)試界面

5.3 元器件測(cè)試功能

電阻測(cè)試功能，軟件可以測(cè)試線(xiàn)束中的特定電阻，如各種熱電阻；二極管測(cè)試功能，測(cè)試二極管的正向壓降，反向泄露電流等參數(shù)；電容測(cè)試功能，可以準(zhǔn)確分辨斷線(xiàn)的方向，測(cè)試界面如圖8所示。

圖8 元器件測(cè)試界面

5.4 離散線(xiàn)束點(diǎn)測(cè)功能

軟件支持導(dǎo)通和點(diǎn)測(cè)組合測(cè)試，對(duì)有連接和離散點(diǎn)的復(fù)雜線(xiàn)束一步即可完成短路，斷路測(cè)試，提高了線(xiàn)束測(cè)試效率；試驗(yàn)界面如圖9所示。

圖9 試驗(yàn)界面

5.5 故障定位及顯示功能

支持短斷路分邊功能支持線(xiàn)束端子號(hào)，位置號(hào)，管教好定位指示。如圖10所示。

圖10 故障定位及顯示功能

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)證明，該測(cè)試設(shè)備夠滿(mǎn)足武器裝備配套電纜的日常維護(hù)測(cè)試需求，是一種小型、快捷、方便、實(shí)用的電纜測(cè)試設(shè)備。能夠?qū)Ω鞣N型號(hào)設(shè)備和電纜的導(dǎo)通電阻、絕緣電阻等電氣性能參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，能及時(shí)快速地檢測(cè)設(shè)備電纜存在的故障隱患，提高測(cè)試速度，縮短設(shè)備使用前的檢測(cè)時(shí)間，提高設(shè)備的檢測(cè)效率［12］。在軍工產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、使用、維護(hù)過(guò)程中都要對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)，因此電纜測(cè)試儀是武器裝備測(cè)試保障系統(tǒng)的必備設(shè)備。

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Design of a Fast Cable Detection Equipment of Vehicles

ZHANG Xin SHI JunlingDUAN SanxingXUE Yanghong
（China North Vehicle Research Institute Key Lab of Vehicular Transmission，Beijing 100072）

For carrying out the automatic test maintenance of electric cable，aiming at the usage characteristics of the troops maintenance，a kind of small scaled，then hold，practical electric cable test instrument is developed.That product adopts a built-in calculator technique，the hardware electric circuit mold piece turns a design technique，ant it's easy to measure passage to expand，carrying out lead of electric cable a test and insulating a test can quickly examine equipments electric cable in time existent of break down concealed suffer from，shorten examination time，exaltation examination efficiency.

test electric cable，break down a fixed position，examine

TP216

10.3969∕j.issn.1672-9730.2017.10.027

Class Number TP216

2017年5月19日，

2017年6月22日

張?chǎng)?，女，碩士研究生，副研究員，研究方向：特種車(chē)輛電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及電纜設(shè)計(jì)。