电缆导通绝缘智能化测试设备设计

葛 勇，王 军，方诗麟

（上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引言

电缆的导通电阻和绝缘电阻是电缆的重要性能，关系到电缆传输信号的质量及使用的安全性。传统的测试方法是使用手摇式兆欧表点对点测量，不仅测量误差大，接线繁琐，工作量大，而且测试结果无法自动保存、分析和打印输出[1]。现代工程生产中电缆数量成千上万，要求能快速完成电缆的性能测试，高效交付用户使用。

本文介绍了一种智能化电缆测试设备，测试前定义被测电缆的芯线和导通绝缘指标要求后，能够自动测试、自动判别结果的符合性，并可导出测试结果。

1 系统工作原理

系统由主测试设备和辅助测试设备共同组成，辅助测试设备用于导通测试时配合主测试设备。系统概念图如图1所示。

图1 系统概念图

在进行导通测试时，被测电缆通过适配电缆连接在主测试设备和辅助测试设备之间。根据系统命令，将主测试设备和辅助测试设备里的继电器动作到相应的被测芯线上，与适配电缆构成待测电阻Rx。将这一电阻放在恒流源电路上，利用AD采样芯片采到电阻两端的电压，即可算出电阻值。

在进行绝缘测试时，不需要辅助测试设备，只需将待测电缆通过适配电缆连接到主测试设备上。根据系统命令，将继电器动作到被测的两根芯线上，两根芯线间形成一个很大的绝缘电阻Rx就是待测电阻。将这一电阻放在500 V高压下，利用AD芯片采集某两处节点电压。采用电压比较法计算出绝缘电阻的值。

2 硬件设计

系统硬件框图如图2所示，主要由测试控制主板，导通测试电路，绝缘测试电路和继电器控制电路等组成。

图2 系统硬件框图

PC主机是一个Windows XP操作系统，带有液晶显示屏、网口、键盘/鼠标和USB口等。测试控制主板与PC主机通过串口连接，在硬盘中拷入系统软件程序，程序控制测试控制主板选择进行导通测试还是绝缘测试。测试控制主板根据温度感应判断是否启动风扇给主机降温。

2.1 导通测试电路设计

导通测试电路原理图如图3所示。

图3 导通测试电路原理图

电压 VCC 是一个 5 V 的电压；KA1、KA2、KC1、KC2等均为继电器，这些继电器受测试控制主板控制开启或闭合；恒流源I是让电路上的电流恒定；回线电缆是固定长度的5芯线电缆，包含正电压、地、RS485通讯正、RS485通讯负和回线，回线的电阻是固定的，回线与被测电缆线组成一个等效电阻Rx；RL为可变电阻，根据Rx的大小自动调整，保证AD（模拟信号转数字信号）芯片采集的电压在一个合适的值上。其等效电路如图4所示。

图4 导通测试电路等效电路

AD芯片采集到电压U1，根据公式Rx=U1/I计算出Rx的值，减去适配电缆和回线电缆的固定电阻，得到被测电缆的导通电阻值。

2.2 绝缘测试电路设计

绝缘测试电路原理图如图5所示。

图5 绝缘测试电路原理图

高压 U 在 500 V ～ 600 V 之间，K、KA1、KA2、KB1、KB2等均为继电器，这些继电器受测试控制主板控制开启或闭合。R1、R2和R L为已知电阻，Rx为芯线之间或芯线与外壳之间的虚拟的等效绝缘电阻。其等效电路如图6所示。

图6 绝缘测试电路等效电路

当要测量某两芯线之间的绝缘电阻时，如图5要测量第一根和第二根芯线的绝缘电阻，则将继电器K和KA1、KB2闭合，形成等效电路，利用公式

（V1、V2为采集到的电压，R1、R2和RL为已知）

计算出Rx的值，即为绝缘电阻值。

3 软件及测试设计

根据系统功能要求，在VC++平台上进行系统的软件开发，设计了系统的程序。

程序分为主测试程序和辅助测试程序。辅助测试程序接收主测试仪的操作命令，并依据主测试设备的命令来切换继电器。主测试程序分为上位机程序和下下位机程序，上位机程序流程图如图7所示，软件界面如图8所示。下位机程序包括单点号导通测试程序和两点间绝缘测试程序，主要依据上位机程序命令调用相应程序进行测试。

图7 系统软件流程图

图8 测试软件主界面

点击“电缆表”，可对电缆的名称、型号、芯点定义名称、导通要求指标、绝缘要求指标等进行设置，即电缆芯线及指标要求定义，定义好后可保存在系统中。

点击“测试配置”，选择本次测试要进行的测试点号或测试选项（导通测试和绝缘测试），默认为全选，即所有的点号全部进行导通和绝缘测试。

点击“开始/暂停”测试按钮，即开始进行电缆测试，界面显示进度条以及进度百分比。测试过程中，若结果超出指标要求，则在故障列表中显示。

点击“查看测试报表”，在word界面中查看测试的结果，当结果不合格时显示红色。

对某机器中实际电缆进行测试，选择一根电缆作为被测电缆，将被测电缆通过适配电缆与设备连接好后，打开主程序进行测试。测试设备见图9所示，测试结果表见图10所示。

图9 设备图

图10 测试结果表

4 结束语

本文主要研究了一种智能化电缆测试设备，对其硬件和软件的设计进行了详细的介绍。该设备使用简单，具有人机交互界面，测试结果准确、速度快，有效解决了传统测试方法带来的诸多问题，提高了工程生产的效率[2-3]。