張 鑫 師俊玲 段三星 薛陽宏

（中國北方車輛研究所車輛傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100072）

一種車輛快速電纜檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)?

張 鑫 師俊玲 段三星 薛陽宏

（中國北方車輛研究所車輛傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100072）

為了實(shí)現(xiàn)電纜的自動測試維護(hù)，針對部隊(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)，便于測量通道擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了電纜的導(dǎo)通測試和絕緣測試能及時快速地檢測設(shè)備電纜存在的故障隱患，縮短檢測時間，提高檢測效率。

測試電纜；故障定位；檢測

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，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)方法是人工使用萬用表或蜂鳴器進(jìn)行逐點(diǎn)測試，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、測試效率低等缺點(diǎn)，無法適應(yīng)大批量，多芯電纜檢驗(yàn)和電纜故障的快速排查。為解決上述問題研制了一種手持式電纜測試儀，該設(shè)備具有128芯以下各種電纜的自動測試能力，可以對現(xiàn)行的各種線纜完成測試，并具有體積小、功耗低、測試準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，其手持式設(shè)計(jì)為外場排故、野外測試等惡劣條件下工作提供了有力保障，符合現(xiàn)階段及未來電纜測試的需求。

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）測試電壓5V，單機(jī)測試電纜芯數(shù)640，通過并機(jī)擴(kuò)展可以達(dá)到十萬通道以上。640芯電纜測試時間小于9s。

4）繼電器矩陣開關(guān)可實(shí)現(xiàn)對被測電纜任意兩點(diǎn)之間的導(dǎo)通電阻和絕緣電阻進(jìn)行測量。

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

6）工作環(huán)境溫度：-20℃～70℃，存儲溫度-30℃～80℃。

7）整機(jī)重量2.5KG。

系統(tǒng)外觀如圖1所示。

圖1 電纜測試儀外觀圖

3 測試原理

快速電纜檢測設(shè)備采用精密、快速、可靠的測試原理和自動測試方式，提供5V到最高6000V的電壓測試范圍，能同時進(jìn)行16點(diǎn)到10萬點(diǎn)以上的測試，足以滿足用戶嚴(yán)格的高可靠性測試要求，并能克服人工測試所無法解決的缺陷，工作原理系統(tǒng)工作原理為：CPU板發(fā)出控制命令，通過I∕O板控制繼電器驅(qū)動器驅(qū)動繼電器矩陣中相應(yīng)的繼電器閉合或者斷開，從而起到將需要測試的測試芯線接入到測試電路的目的。測試完成后，將測試電壓濾波，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］。

快速電纜檢測設(shè)備采用了快速掃描測試法，自動、快速檢測導(dǎo)線通斷，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)秒中完成通斷檢測并能夠自動分組排列組合短路測試，檢測出所有的可能存在的短路錯誤（即錯接、多接），同時在進(jìn)行高壓測試時，可以隨意調(diào)整高壓（絕緣∕耐壓）測試參數(shù)，快速組合檢測任意兩根芯線間的絕緣∕耐壓，查出所有可能存在的絕緣不良、耐壓過流等缺陷，確保產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，滿足不同線纜不同芯線測試要求，提高測試效率，保證測試精度［2］。

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

圖2 電纜測試儀系統(tǒng)原理組成方框圖

接線錯誤：導(dǎo)線連接錯誤，錯接、漏接或重復(fù)連接等；

絕緣層損傷：剝線或受外力擠壓等對導(dǎo)線絕緣層的機(jī)械性損傷；

焊接缺陷：焊接連接時的橋接、虛焊等故障；

冷壓缺陷：冷壓膜具不匹配或焊接不到位；

導(dǎo)線斷股：帶刃口剝線方式或極端彎曲導(dǎo)致的芯線斷股；

線規(guī)錯誤：線纜裝配過程中未按規(guī)定使用錯誤線規(guī)導(dǎo)線；

分布參數(shù)超標(biāo)：導(dǎo)線超長或間接過緊導(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 通斷測試電路設(shè)計(jì)

通斷測試電路采用串聯(lián)測壓原理，具體電路如圖3所示［8］。

圖3 通斷測試原理圖

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

4.2 濾波電路設(shè)計(jì)［10］

濾波電路用來消除對50Hz工頻電壓信號的干擾，本測試儀采用的視無源雙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：繼電器線圈的正極采用三極管放大器進(jìn)行電流輸入驅(qū)動，當(dāng)其邏輯輸入電壓為5V時，輸入電流為O.5mA時則集電極的電流為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，因而滿足列驅(qū)動的電流要求，實(shí)現(xiàn)了推電流的功能［6］。繼電器線圍的負(fù)極采用ULN2004來吸收通過繼電器線圈負(fù)端的電流ULN2004的輸入端接5V的邏輯信號電壓時，其要求輸入電壓為0.35～0.50mA，而對其輸出端，實(shí)際上它是作電流輸入用途，當(dāng)供電電壓為12V時，其工作電流在350～500mA之間。當(dāng)輸入端無電壓輸入時，輸出端和地之間處于開路狀態(tài)，所以電流不能通過，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的信號電壓時，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實(shí)現(xiàn)“拉”電流的功能。只有當(dāng)繼電器的行列驅(qū)動都工作的時候，繼電器矩陣中的繼電器才會工作，對應(yīng)測試電纜的通路才會接通［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 主要測試功能

5.1 連接關(guān)系測試

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

圖6 連接關(guān)系測試界面

5.2 絕緣/耐壓測試

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

自動完成多點(diǎn)的絕緣測試，升壓時間、測試時間均可調(diào)，測試電壓DC50V遞增；快速測試線與線間、線與殼體間絕緣電阻，測試界面如圖7所示。

圖7 絕緣∕耐壓測試界面

5.3 元器件測試功能

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

圖8 元器件測試界面

5.4 離散線束點(diǎn)測功能

軟件支持導(dǎo)通和點(diǎn)測組合測試，對有連接和離散點(diǎn)的復(fù)雜線束一步即可完成短路，斷路測試，提高了線束測試效率；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束端子號，位置號，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

通過試驗(yàn)證明，該測試設(shè)備夠滿足武器裝備配套電纜的日常維護(hù)測試需求，是一種小型、快捷、方便、實(shí)用的電纜測試設(shè)備。能夠?qū)Ω鞣N型號設(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)行自動測量，能及時快速地檢測設(shè)備電纜存在的故障隱患，提高測試速度，縮短設(shè)備使用前的檢測時間，提高設(shè)備的檢測效率［12］。在軍工產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、使用、維護(hù)過程中都要對電纜進(jìn)行檢測，因此電纜測試儀是武器裝備測試保障系統(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

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