线缆测试仪拓展应用的研究

卜显武+++彭惺惺

摘 要：随着电子装备技术的進步，产品结构更加紧凑，布线越来越复杂，线束间连接有各种分立元器件，布线的正确性测试具有相当大的技术难度，且传统测试难度大、周期长、有损坏产品或相关仪器设备的风险，迫切需要用自动测试来代替传统的人工导通测试与整机检测相结合的较为落后的生产测试工艺，本文介绍了线缆测试仪的基本测试原理和在机载电子装置外场测试设备布线测试中的应用和技巧。

关键词：线缆测试；自动测试；四线测；拓展应用

中图分类号：TM933 文献标识码：A

0.概述

线缆测试仪普遍应用于航天、航空、航海、新能源汽车、通信领域的主要电子设备中复杂线束测试，它对复杂线缆、线束、网络的导通、绝缘、耐压等指标的自动测试和检验，是线缆装配、生产过程中不可缺少的一个环节。其综合测试功能可代替手动和单项测试仪进行分步测试的方式，减少人为干扰因素，提高检测效率，保证测试准确，但限用于纯线缆的测试。而现在集成度越来越高的机载电路盒、外场测试仪等产品在模块化设计时，在复杂的线束中连接了各种常用的分立电子元器件，传统的人工导通测试不仅效率极低，尤其对锡渣、导线丝等多余物和线束破损等引起的短路故障难以发现，产品通电时将造成产品或关联设备不同程度的损坏，无法满足测试要求。本文讨论的是利用线缆测试仪对该类检测对象进行自动测试的一种拓展应用，深入了解其测试原理，结合对常用电子元器件特性的分析，找到适合的检测方法，将其测试融入普通的线缆测试当中，从而完成高效率、100%准确、极速找到故障点的自动化测试。

1.系统测试原理

完整的线缆测试系统由计算机控制系统、测试系统、适配工装（如线缆转接箱）及待测对象组成。

测试系统分为两线测和四线测两类，其中两线测的优点是测量点多、成本低，但测量精度较差；四线测，又叫开尔文四线检测（Kelvin Four-terminal sensing）或4点探针法，这是一种电阻抗精准测量技术，它使用单独的对载电流和电压检测电极，相比传统的两线测能够进行更精确的测量，但是测量点相比两线测减少了一半，因而成本更高。四线检测的关键优点是分离的电流和电压的电极，消除了内部布线和接触电阻的阻抗，使得测量更为精确，采用四线测的线缆测试仪现已能做到将线缆电阻测量精确提高到0.001Ω，甚至更高。

无论是导通、短路、绝缘还是耐压测试，测试基本原理都是欧姆定律。一类是给检测对象输入恒定电流，检测其两个端点间的电压降，计算出电阻抗值；另一类是通过对两点间加载测试要求的恒定高电压，检测漏电流值，计算出两导体间的绝缘阻抗。

继电器矩阵是线缆测试仪的测试核心部分，计算机控制系统测试软件完成测试单元的扫描测试，继电器矩阵按时序转换，实现对采集点连接关系自动识别，自动识别的结果是编制测试程序的基础。系统软件是测试程序设计的基础，提供了测试状态显示、测试参数的设置和参考点建立；测试程序建立在被测对象的连接网络上，适配工装确定了系统检测点与采集点的对应关系。

2.针对含有特殊对象的测试方法

实际生产中，我们有许多重要的产品急切需要用自动测试来代替传统的人工测试。这样的测试对象内含复杂线束网络，同时又包含一些功率电阻、电感、电容、二极管、继电器、达林顿管、波段开关等电子元器件，针对该需求，对测试方法进行了分析和研究。

2.1针对功率电阻、电容、电感

功率电阻阻值范围通常在几欧姆到几百欧姆，通过对设备输出的电压进行钳位来限制设备输出功率，当设置电流流过电阻并在两端产生的电压降超过钳位电压时，输出电流将瞬间自动降低一个数量级，以保护测试对象及测试设备本身不会损坏。以电阻的标称阻值为测试目标值，合理设置判据窗口，如目标值加减1Ω为合格范围。对含有电容的端点间测试配置电容测量模块，对连接电容的导线按理想导体对待。因为加入的是直流电流，电感可按测量导线的方法测试。

2.2针对二极管

二极管（包括LED）是非线性器件，具有单向导通性，以及固定的管压降等特点。对含有二极管的线路的测试，采用分别对P、N两端加正、反向电压来进行测试，如：常见的硅管管压降约为0.7V，可正向加载10mA直流电流（测二极管时电压钳位可设置为2V，既能保证正向加载导通，又远远低于反向击穿电压），测得压降为0.7V，系统会计算出一个70Ω的测量结果，若正向加载1mA的直流电流，因管压降仍为0.7V，系统将给出700Ω的测量结果，因此合格判据应根据所加载的电流而定。反向加载电流时，二极管截止，测量结果为开路（OPEN）。一正一反的测试，将导线的连接和二极管的类型、极性和是否损坏均包含在测试当中。

2.3针对继电器

对含有继电器的环路测试，加装继电器测试模块即可完成测试。由于大多数线缆测试设备没有增加该模块，可以通过导线与继电器线包形成环路的特点进行测试，对常开点采用钩针短接线进行断开和闭合的两次测量。产品设计者常常会在线包两端反向并联一个二极管用于释放瞬间大电流，这种情况需要分别对线包两端加载正向和反向电流进行测试，加载正向电流时，测得结果为线包通过直流电流时的阻抗；加载反向电流时，得到二极管导通的结果。

2.4针对达林顿管

达林顿管是两个三极管串联，组成了一只等效的新的三极管。基极与发射极间看作两个二极管串联，电压为两个管压降。编程时，将钳位电压设置增加一倍，用测试二极管的方法测试。

2.5针对开关

各类开关的接线端子经过与导线的焊接后，可能会存在损坏的情况，或闭合时接触不良，或处于常闭故障状态。编程时，设置分支测试1、分支测试2（根据开关档数确定分支数），对开关闭合和断开的两种状态进行测量。既检测了导线连接的对错，同时检测了开关在装配后是否能正常工作。

2.6其他

对于测试对象含有液晶屏、DC-DC电源模块、集成电路等，编程时需将与之相连接的端点进行屏蔽，一方面防止损坏器件，另一方面避免出现不确定的网络串接现象，影响整个测试结果。

3.测试程序编制

导线表建立是测试程序编制中最重要的步骤，包含了所有对象的连接关系、测试时应加载的电流、钳位电压、合格判据、对象注释等内容，是实现正确测试的关键。根据测试对象的装配接线表，分析各采集点连接关系和特点，列出直通导线表，再对含有电子元器件的网络逐一分解，理出关系后转化成导线表。其余部分可按编程向导分步完成。虽然该导线表的建立和完善需要耗费工程师大量精力，一旦完成并固化，将对产品的测试带来巨大的方便，测试工只需调用程序进行一键测试，彻底解决了传统测试存在的检测时间长、效率低、系统测试风险、测试覆盖率低和故障排除困难等问题。

结语

通过线缆测试仪自动测试的拓展应用，解决了传统的人工导通测试与整机通电检测相结合的落后测试手段所存在的各种问题，满足产品检测的要求，为众多电子设备生产厂家解决类似问题提供了具体方法或参考方案。

参考文献

[1]宋光，邓卫东.线缆测试仪在机箱测试中的应用[J].计测技术，2007，27（b11）：39-43.

[2]刘懿俊.开尔文四线测试方式在PCB测试机中的应用[J].机电工程技术，2013（9）：132-134.endprint