一种车辆快速电缆检测设备的设计∗

张 鑫 师俊玲 段三星 薛阳宏

（中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室 北京 100072）

一种车辆快速电缆检测设备的设计∗

张 鑫 师俊玲 段三星 薛阳宏

（中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室 北京 100072）

为了实现电缆的自动测试维护，针对部队维护使用特点，研制了一种小型、便携、实用的电缆测试仪；该产品采用嵌入式计算机技术，硬件电路模块化设计技术，便于测量通道扩展，实现了电缆的导通测试和绝缘测试能及时快速地检测设备电缆存在的故障隐患，缩短检测时间，提高检测效率。

测试电缆；故障定位；检测

1 引言

电缆是电子设备及设备子单元间互连的物理介质，用于传输信号，能量等重要信息，是电子装备及系统中不可或缺的组成部分。其连接的可靠性直接影响电子设备的综合性能，而电缆通讯故障也成为电子设备工作异常的主要故障原因之一，因此，如何高效地完成电缆检验及故障定位电缆检验主要集中于通断性检验和绝缘性检验。传统的检验方法是人工使用万用表或蜂鸣器进行逐点测试，该方法只适用于小数量、小芯数电缆的常规检验，并存在准确性差、测试效率低等缺点，无法适应大批量，多芯电缆检验和电缆故障的快速排查。为解决上述问题研制了一种手持式电缆测试仪，该设备具有128芯以下各种电缆的自动测试能力，可以对现行的各种线缆完成测试，并具有体积小、功耗低、测试准确率高等特点，其手持式设计为外场排故、野外测试等恶劣条件下工作提供了有力保障，符合现阶段及未来电缆测试的需求。

2 主要技术指标

1）输入电源：AC220V或DC+12V。

2）电源功率：6OW。

3）测试电压5V，单机测试电缆芯数640，通过并机扩展可以达到十万通道以上。640芯电缆测试时间小于9s。

4）继电器矩阵开关可实现对被测电缆任意两点之间的导通电阻和绝缘电阻进行测量。

5）测试仪支持单机和分布式测试；内置WINDOWS系统计算机，可以独立运行所有的测试程序，WIRETEST软件支持所有的产品系列，方便用户扩展升级。

6）工作环境温度：-20℃～70℃，存储温度-30℃～80℃。

7）整机重量2.5KG。

系统外观如图1所示。

图1 电缆测试仪外观图

3 测试原理

快速电缆检测设备采用精密、快速、可靠的测试原理和自动测试方式，提供5V到最高6000V的电压测试范围，能同时进行16点到10万点以上的测试，足以满足用户严格的高可靠性测试要求，并能克服人工测试所无法解决的缺陷，工作原理系统工作原理为：CPU板发出控制命令，通过I∕O板控制继电器驱动器驱动继电器矩阵中相应的继电器闭合或者断开，从而起到将需要测试的测试芯线接入到测试电路的目的。测试完成后，将测试电压滤波，隔离放大后送入数据采集板进行A∕D转换处理，最后将数据送回CPU板进行数据处理，判断并显示，如图2所示［1］。

快速电缆检测设备采用了快速扫描测试法，自动、快速检测导线通断，1000点∕秒的扫描速度可以使几千点的复杂电缆能在数秒中完成通断检测并能够自动分组排列组合短路测试，检测出所有的可能存在的短路错误（即错接、多接），同时在进行高压测试时，可以随意调整高压（绝缘∕耐压）测试参数，快速组合检测任意两根芯线间的绝缘∕耐压，查出所有可能存在的绝缘不良、耐压过流等缺陷，确保产品质量的可靠性，满足不同线缆不同芯线测试要求，提高测试效率，保证测试精度［2］。

快速电缆检测设备采用两线或四线测试方法，将电流表和电压表通过矩阵开关分别接到测试产品的两端，测出的电压值及电流值更接近产品本身的真实值，故测试精度更高，测试结果更可靠；在保证测试精度的前提下可以查找出各种线缆缺陷：

图2 电缆测试仪系统原理组成方框图

接线错误：导线连接错误，错接、漏接或重复连接等；

绝缘层损伤：剥线或受外力挤压等对导线绝缘层的机械性损伤；

焊接缺陷：焊接连接时的桥接、虚焊等故障；

冷压缺陷：冷压膜具不匹配或焊接不到位；

导线断股：带刃口剥线方式或极端弯曲导致的芯线断股；

线规错误：线缆装配过程中未按规定使用错误线规导线；

分布参数超标：导线超长或间接过紧导致分布电阻，电容或电感超出设计要求；

接插件接触不良：接插件插针插孔电接触不良；

绝缘∕耐压不良：导线绝缘体损伤、接插件受潮、受污染、接插件绝缘体性能下降等。

4 硬件设计

4.1 通断测试电路设计

通断测试电路采用串联测压原理，具体电路如图3所示［8］。

图3 通断测试原理图

测试电源采用5V，工频50Hz的交流电源，R1是一个高精度数控可变电阻，变化范围0-5MΩ，U。是采样电压，它经过滤波，隔离放大后送入数据采集模块，Rx是被测电缆。不同的电缆种类有不同的规范，根据数控电阻R1的阻值，如将R1调至50Ω，则一般测得的电压值在4。2～5V之间可以视此电缆芯线为导通，0～0.8V视为断路。

4.2 滤波电路设计［10］

滤波电路用来消除对50Hz工频电压信号的干扰，本测试仪采用的视无源双T型滤波电路，具体电路如图4所示。

图4 滤波工作原理

4.3 继电器矩阵电路设计

继电器分为行控制和列控制，其工作原理为：继电器线圈的正极采用三极管放大器进行电流输入驱动，当其逻辑输入电压为5V时，输入电流为O.5mA时则集电极的电流为βXO.5mA，其中β为三极管的放大倍数，选取适当β的三极管，可使其最大输出电流为1A左右，可知列驱动电路中的继电器能够达到工作要求，其输出的电流也为1A左右，因而满足列驱动的电流要求，实现了推电流的功能［6］。继电器线围的负极采用ULN2004来吸收通过继电器线圈负端的电流ULN2004的输入端接5V的逻辑信号电压时，其要求输入电压为0.35～0.50mA，而对其输出端，实际上它是作电流输入用途，当供电电压为12V时，其工作电流在350～500mA之间。当输入端无电压输入时，输出端和地之间处于开路状态，所以电流不能通过，此电路也就不能实现导通电流的作用，而当输入端加载5V的信号电压时，只需要0.5mA的电流，就可以使输出端和地之间导通，从而使电流可以顺利地通过实现“拉”电流的功能。只有当继电器的行列驱动都工作的时候，继电器矩阵中的继电器才会工作，对应测试电缆的通路才会接通［5］。继电器工作原理如图5所示［11］。

图5 继电器矩阵工作原理图

5 主要测试功能

5.1 连接关系测试

包括由于导线的通路、短路、断路、插针错位、连接不良等造成的连接关系混乱；通过测试分析普通导线的导通电阻完成导线的传导性能监测；复杂系统可以支持分系统进行线束测试；自学习测试功能：检测未知线缆线束的连接关系及精确电阻值；查线号测试功能：辅助装配，可迅速查找节点准确线序线号；测试界面如图6所示。

图6 连接关系测试界面

5.2 绝缘/耐压测试

主要包括快速接地组合测试、网络分组分项测试、测试电压曲线控制、网络分组交互测试、高压屏蔽等测试步序。主要利用网络分组交互测试法在一套线网中对不同单元的测试要求分别进行测试，先做导通测试，再做短路测试，然后做绝缘耐压测试，找出所有缺陷，大大提高测试速度［6］。

自动完成多点的绝缘测试，升压时间、测试时间均可调，测试电压DC50V递增；快速测试线与线间、线与壳体间绝缘电阻，测试界面如图7所示。

图7 绝缘∕耐压测试界面

5.3 元器件测试功能

电阻测试功能，软件可以测试线束中的特定电阻，如各种热电阻；二极管测试功能，测试二极管的正向压降，反向泄露电流等参数；电容测试功能，可以准确分辨断线的方向，测试界面如图8所示。

图8 元器件测试界面

5.4 离散线束点测功能

软件支持导通和点测组合测试，对有连接和离散点的复杂线束一步即可完成短路，断路测试，提高了线束测试效率；试验界面如图9所示。

图9 试验界面

5.5 故障定位及显示功能

支持短断路分边功能支持线束端子号，位置号，管教好定位指示。如图10所示。

图10 故障定位及显示功能

6 结语

通过试验证明，该测试设备够满足武器装备配套电缆的日常维护测试需求，是一种小型、快捷、方便、实用的电缆测试设备。能够对各种型号设备和电缆的导通电阻、绝缘电阻等电气性能参数进行自动测量，能及时快速地检测设备电缆存在的故障隐患，提高测试速度，缩短设备使用前的检测时间，提高设备的检测效率［12］。在军工产品研制、生产、检验、使用、维护过程中都要对电缆进行检测，因此电缆测试仪是武器装备测试保障系统的必备设备。

［1］苏建军，郑永丰.便携式电缆测试仪的设［J］.计算机测量与控制，2006，14（11）：1585-1587.

［2］姚雄、秦肖臻、王卓、汪秉文.基于嵌入式系统的网络测试仪［J］.微机发展，2005.

［3］罗大成，王仕成，刘刚鹏.弹绝缘电阻测试仪采样电路的研究［J］.计算机测量与控制，2005，13（12）：1382-1384.

［4］沙占友.新编实用数字化测量技术［M］.北京：国防工业出版社，1998.

［5］王士元.C语言高级实用程序设计［M］.北京：清华大学出版社，1995.

［6］罗大成，王士成，刘刚鹏.某导弹绝缘电阻测试仪采样电路的设计［J］.计算机测量与控制，2005，13（12）：1382-1384.

［7］苏建军.一种新颖实用的飞参控制器［J］.测控技术，2001，20（8）：34-36．

［8］宋承天，王克勇，宋链.迫弹引信涡轮电机模拟信号发生器设计［J］.仪器仪表学报，2008，29（3）：12-14.

［9］宋宏江，孟晓风，王琳.数字式电缆测试仪的设计与开发［J］.计算机测量与控制，2008，16（2）：228-290.

［10］王晓东.电缆测试箱的设计［J］.山西电子科技，2009（1）：34-35，67.

［11］许峰，闫清东，魏巍.某型装甲车综合传动装置故障诊断专家系统设计［J］. 现代制造工程，2008（3）：112-115.

［12］张豫南，黄涛，田鹏，等.装甲车辆电气设备虚拟维修训练系统［J］.计算机应用，2011（S1）：205-207.

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

张鑫，女，硕士研究生，副研究员，研究方向：特种车辆电控系统设计及电缆设计。