程海峰，張 巖，焦榮惠，佟 雷

（1.中國(guó)空間技術(shù)研究院 通信衛(wèi)星事業(yè)部；2.北京東方計(jì)量測(cè)試研究所：北京 100094）

0 引言

目前，整星電纜網(wǎng)在星上的導(dǎo)通測(cè)試，是由測(cè)試人員按照星上電纜網(wǎng)接點(diǎn)表，將串聯(lián)了蜂鳴器的導(dǎo)線兩端分別插入到兩個(gè)電連接器的相應(yīng)點(diǎn)上，若蜂鳴器鳴響，則說明這兩個(gè)點(diǎn)導(dǎo)通。整星電纜網(wǎng)在星上的絕緣測(cè)試，是由測(cè)試人員按照星上電纜網(wǎng)接點(diǎn)表，每次將星上一個(gè)電連接器通過轉(zhuǎn)接電纜連接到地面的轉(zhuǎn)接盒上，再用絕緣表測(cè)量電連接器上每一個(gè)點(diǎn)和其他所有點(diǎn)的絕緣情況，以及電連接器上所有點(diǎn)與衛(wèi)星地和電連接器外殼之間的絕緣情況。

手工測(cè)試不但人力成本和時(shí)間成本都很高，且只能給出定性的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試的準(zhǔn)確性也不穩(wěn)定。為此，需要研制整星低頻電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀，以實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)導(dǎo)通絕緣狀態(tài)的自動(dòng)測(cè)試。

1 功能要求

電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀應(yīng)能夠?qū)⑿巧想娎|網(wǎng)格式（見表1）導(dǎo)入到上位機(jī)進(jìn)行解析，進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試時(shí)，由上位機(jī)自動(dòng)選擇電纜號(hào)和電連接器代號(hào)，同時(shí)對(duì)5 個(gè)電連接器之間的連接點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試；進(jìn)行絕緣測(cè)試時(shí)，上位機(jī)選中1 個(gè)電連接器，并自動(dòng)對(duì)電連接器內(nèi)部存在的并聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，控制內(nèi)部開關(guān)的切換，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄、判讀均由上位機(jī)自動(dòng)完成。

系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1）系統(tǒng)供電。蓄電池供電，電壓為250 V，同時(shí)保留交流220 V/50Hz 電源供電的接口。

2）導(dǎo)通測(cè)試。要求可以同時(shí)對(duì)5 個(gè)電連接器之間的導(dǎo)通進(jìn)行測(cè)試，滿足目前星上電纜網(wǎng)電連接器接點(diǎn)要求。

3）絕緣測(cè)試。要求可以對(duì)1 個(gè)電連接器的絕緣進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，包含電連接器全部接點(diǎn)對(duì)電連接器外殼和衛(wèi)星地的絕緣情況。

表1 星上電纜網(wǎng)格式 Table1 The format of satellite cable network 電纜號(hào)：XXX

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 總體技術(shù)方案

星上電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀主要由導(dǎo)通電阻測(cè)試單元、絕緣電阻測(cè)試單元、恒壓源單元、恒流源單元、數(shù)據(jù)采集單元和繼電器切換矩陣等組成（如 圖1所示）。

圖1 電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀總體框圖 Fig.1 The outline of cable test instrument

導(dǎo)通測(cè)試中，恒流源單元通過繼電器、測(cè)試接口插針向被測(cè)電纜提供一個(gè)已知的穩(wěn)定電流，由導(dǎo)通電阻測(cè)試單元測(cè)量被測(cè)電纜上的壓降后，即可計(jì)算出被測(cè)電纜的導(dǎo)通電阻值。絕緣測(cè)試中，恒壓源單元產(chǎn)生的直流高壓通過繼電器和測(cè)試接口的插針施加在被測(cè)電纜的1 根芯線上，由絕緣電阻測(cè)試單元測(cè)量被測(cè)芯線與其他芯線漏電流之和后，即可計(jì)算出該芯線和其他芯線間的絕緣電阻值。

2.1.1 導(dǎo)通電阻測(cè)量

導(dǎo)通電阻阻值較小，一般采用四線法測(cè)量，以消除測(cè)試線纜引入的誤差，其電路原理如圖2所示。設(shè)被測(cè)星上電纜的阻值為Rx，4 根測(cè)量導(dǎo)線的電阻分別為R1、R2、R3和R4；Ⅰs為恒流源輸出電流，故流過Rx的電流也為Ⅰs；測(cè)量端屬于高阻狀態(tài)，故可認(rèn)為測(cè)量端的電壓Um等于Rx兩端的電壓UR，因此Rx的阻值為

圖2 四線法測(cè)量電阻原理 Fig.2 The resistance measurement by the law of four lines

以測(cè)試分支1 和分支3 兩個(gè)連接器第6 個(gè)接點(diǎn)間的電纜芯線導(dǎo)通電阻為例：芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JA6 和繼電器JV1 接至恒流源的高端；芯線連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JD6 和繼電器JV2 接至恒流源的低端。當(dāng)JA6、JV1、JD6、JV2 全部閉合時(shí)，構(gòu)成一個(gè)電流通路（圖3中紅色粗實(shí)線所示），恒流源輸出的恒定電流流過被測(cè)芯線，產(chǎn)生一定壓降。四線法中測(cè)量信號(hào)回路應(yīng)該與主回路分開，因此該被測(cè)電纜芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JB6 和繼電器JS1 連接到信號(hào)采集的高端；連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JC6 和繼電器JS2 連接到信號(hào)采集的低端，當(dāng)JB6、JS1、JC6、JS2 全部閉合時(shí)，構(gòu)成另一信號(hào)采集回路（圖3中藍(lán)色虛線所示），芯線上的壓降施加到放大器輸入端，經(jīng)調(diào)理和放大后連接至AD 數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至主控單元。

圖3 導(dǎo)通電阻測(cè)試時(shí)電纜芯線間切換的原理 Fig.3 The principle of the cable core line switch for conduction test

2.1.2 絕緣電阻測(cè)量

圖4 絕緣電阻測(cè)試原理圖 Fig.4 The schematic diagram of insulation test

目前絕緣電阻最常用的測(cè)試方法是直流放大 法，通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓，并根據(jù)直流分壓原理計(jì)算出絕緣接點(diǎn)間的電阻，其測(cè)量原理如圖4所示。其中：Rz為電連接器中某一點(diǎn)和其他所有點(diǎn)之間的絕緣電阻；RF為標(biāo)準(zhǔn)電阻；Uout為標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓；Uin為測(cè)試輸入電壓，按照星上電纜網(wǎng)絕緣測(cè)試電壓的要求，設(shè)定Uin=250 V。那么， 以測(cè)試分支1 連接器第6 個(gè)接點(diǎn)與其他接點(diǎn)間的絕緣電阻為例：設(shè)第6 根芯線的一端經(jīng)過繼電器JA6 和繼電器JV1 連接到恒壓源的高端（圖5中紅色粗實(shí)線所示），從而使該芯線整體電位提升至設(shè)定電壓值；將分支1 的其他芯線通過對(duì)應(yīng)繼電器 JB1～JBn（除JB6 外）和JS1 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻（未畫出）連接至恒壓源的低端（圖5中藍(lán)色虛線所示），則其他芯線整體為低電勢(shì)。被測(cè)芯線和其他芯線間將產(chǎn)生微弱的漏電流，通過采集標(biāo)準(zhǔn)電阻上的壓降，即可計(jì)算出絕緣電阻阻值。

圖5 絕緣電阻測(cè)試時(shí)電纜芯線間切換的原理 Fig.5 The principle of the cable core line switch for insulation test

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

星上電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀的上位機(jī)與測(cè)試儀主控單元通過通信接口相連接，上位機(jī)可以發(fā)送用戶命令、接收返回?cái)?shù)據(jù)、設(shè)置測(cè)量參數(shù)等。上位機(jī)軟件將接收到的測(cè)量數(shù)據(jù)處理后，以清晰、簡(jiǎn)潔的方式顯示給用戶。軟件為中文操作界面，提供便捷的參數(shù)及功能設(shè)置窗口，能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和比對(duì)，創(chuàng)建和輸出統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)測(cè)量報(bào)告。

根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)和使用需求，為了便于軟件的設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改和集成，測(cè)量軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，將各種功能封裝為不同的功能模塊。以各個(gè)模塊為核心，根據(jù)測(cè)試流程詳細(xì)設(shè)計(jì)、靈活組合，可以實(shí)現(xiàn)完整的測(cè)試功能。

上位機(jī)軟件主要包括參數(shù)配置、項(xiàng)目測(cè)試、結(jié)果比對(duì)3 個(gè)功能模塊，它們的具體功能如圖6所示。

圖6 上位機(jī)功能模塊圖 Fig.6 The function block diagram of the computer

2.2.1 參數(shù)配置模塊

參數(shù)配置模塊用來進(jìn)行3 類數(shù)據(jù)的配置。第1類數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包含本機(jī)IP 地址、設(shè)備IP 地址和設(shè)備端口，用來進(jìn)行與下位機(jī)的連接；第2 類數(shù)據(jù)是測(cè)試數(shù)據(jù)，包含導(dǎo)通參數(shù)、絕緣參數(shù)、導(dǎo)通比對(duì)參數(shù)、絕緣比對(duì)參數(shù)，用來在測(cè)試時(shí)使用；第3類數(shù)據(jù)是保存路徑數(shù)據(jù)，用來設(shè)置保存數(shù)據(jù)的默認(rèn)地址。

2.2.2 項(xiàng)目測(cè)試模塊

項(xiàng)目測(cè)試模塊可以進(jìn)行3 項(xiàng)測(cè)試，第1 項(xiàng)是導(dǎo)入接點(diǎn)表測(cè)試，主要作用是可以讓用戶手動(dòng)導(dǎo)入符合特定格式的接點(diǎn)表，以接點(diǎn)表中的內(nèi)容為依據(jù)進(jìn)行導(dǎo)通以及絕緣測(cè)試；第2 項(xiàng)是自學(xué)習(xí)測(cè)試，用戶通過對(duì)所接電纜的自學(xué)習(xí)可以得到電纜內(nèi)部接點(diǎn)的連接關(guān)系；第3 項(xiàng)是手動(dòng)測(cè)試，可以讓用戶對(duì)所關(guān)心的接點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。

2.2.3 結(jié)果比對(duì)模塊

結(jié)果比對(duì)模塊以項(xiàng)目測(cè)試模塊中生成的導(dǎo)通或者絕緣文件為輸入，將不同時(shí)間、相同電纜號(hào)的導(dǎo)通文件或相同電連接器的絕緣文件進(jìn)行比對(duì)，可以找出兩個(gè)文件中的差異，方便用戶對(duì)不同時(shí)間的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。

3 測(cè)試介紹

進(jìn)行電纜網(wǎng)測(cè)試時(shí)，應(yīng)針對(duì)星上電纜網(wǎng)電連接器的型號(hào)準(zhǔn)備相應(yīng)的地面電纜，從自動(dòng)測(cè)試儀引出5 條地面電纜，分別和星上電纜網(wǎng)的5 個(gè)電連接器進(jìn)行對(duì)接（如圖7所示）。

圖7 整星低頻電纜網(wǎng)測(cè)試連接示意圖 Fig.7 The diagram of satellite cable network measurement

導(dǎo)通測(cè)試時(shí)，上位機(jī)通過解析電纜網(wǎng)接點(diǎn)表格式，對(duì)5 個(gè)電連接器之間的接點(diǎn)連接進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)試。針對(duì)星上電纜網(wǎng)某個(gè)電連接器在電纜的不同分支，導(dǎo)通測(cè)試時(shí)，每個(gè)電連接器需要插接多次。

絕緣測(cè)試時(shí)，按照整星低頻電纜網(wǎng)接點(diǎn)表格式，對(duì)1 個(gè)電連接器的全部接點(diǎn)進(jìn)行絕緣測(cè)試。在后續(xù)該電連接器在電纜的不同分支出現(xiàn)時(shí)，上位機(jī)提示該電連接器絕緣測(cè)試已完成，避免出現(xiàn)多次測(cè)量。

4 結(jié)束語

整星低頻電纜網(wǎng)自動(dòng)測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)了整星電纜網(wǎng)導(dǎo)通絕緣自動(dòng)測(cè)試，具有友好的人機(jī)界面以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄保存和比對(duì)功能，測(cè)試方法簡(jiǎn)單，易于操作，便于攜帶。該產(chǎn)品所用的測(cè)試轉(zhuǎn)接電纜和目前手動(dòng)測(cè)試使用的轉(zhuǎn)接電纜可以兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)各種型號(hào)電纜和電連接器的導(dǎo)通絕緣測(cè)試。

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