CN112098899A - 一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，包括壳体，所述壳体内由下至上依次设置有通道板、测试板和电容屏，所述电容屏的内表面嵌于测试板上，其外表面位于壳体上，所述通道板上集成有128路测试点模块和驱动器；通道板用于切换128路测试通道，并驱动各模块工作；测试板上采样模块用于采集测试通路电压并上传微处理器；电阻检测模块和导通检测模块通过128路测试点模块进行对被测电缆导通及电阻的测试；程控档位模块用于接收被测电缆反馈的电阻和导通测试结果，并上传至微处理器；微处理器与电容屏相连，根据通信协议实现人机交互。本发明还公开了采用该检测仪进行被测电缆导通及电阻检测方法。

Description

一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪及检测 方法

技术领域

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪及检测方法。

背景技术

电缆是电子设备及设备子单元间进行信号传输的通信桥梁，是导弹武器装备及系统中不可或缺的组成部分。电缆导通性能是进行各项测试的基本保障，直接影响导弹武器系统的综合测试性能和测试结果的准确性。为保证导弹武器系统的可靠性，避免设计错误或生产错误带来的灾难性后果，就必须对弹上复杂的电缆连接关系进行全面准确的检测。传统的检测方法是人工使用万用表或蜂鸣器进行逐点测试，人工读数记录。该方法只适用于小数量、小芯数电缆的常规检测，并存在准确性差、测试效率低等缺点。为适应大批量、多芯电缆检测需求，提高导弹电缆的测试效率和自动化水平，开展电缆自动测试技术研究，改进电缆测试手段，提升后勤保障和技术支持部门的维护和保障能力显得尤为重要。

国外在电缆自动测试技术的研究领域起步早、发展快，其测试系统特别是军用自动测试系统的研制以通用化、标准化、模块化、数字化、智能化、网络化为主要特点，产品的性能稳定、功能集成度高，总体技术较国内处领先地位。例如德国Adaptronic(艾德普)，其系列化电缆测试设备广泛应用于汽车、火车、通讯、仪器制造、航空航天和军工产品等行业，测试速度高达15600点/分钟，测量精度为0.001Ω，其产品在国内很多军工单位都有应用。美国Dynalab公司的NX系列电缆测试仪，除可测试电缆的短路、断路外，还可以进行耐高压测试、低压和高压绝缘测试以及测试电缆中含有的电阻、电容、二极管和双绞线等功能，导通测试具有1024点/秒的检测速度，最大导通电阻测试量程2MΩ，最大绝缘测试电压1500V，配套硬件设备丰富，编程容易、扩展组网方便。波音飞机公司等国际大公司所采用DITMCO的9500系列仪器，可提供30000点以上、基于总线技术、可扩展的全机测试。

经过多年的发展，我国电缆测试技术也日趋成熟，电缆测试手段越来越多、覆盖范围越来越广、测试精度及准确度也越来越高。但相比之下，国内电缆测试设备很多是借鉴国外同类产品，且大多是针对某一特定的检测对象，在外观造型、技术性能、制造工艺方面相对落后，数字化、智能化、模块化、集成化、自动化程度较低。可靠性指标也低于国外同类产品，国产测试仪器可靠性指标一般在3000小时左右，而国外一般在10000小时以上，平均无故障工作时间为2-3万小时。因此，国内许多高档测试设备依然依赖进口，但由于这些进口设备的软、硬件功能相对比较专用和固定，难以满足导弹电缆测试的具体化、特殊化要求(如实现检测数据的存储和管理)，且出于保密及技术封锁等原因，提供的参考资料和可供二次开发的接口较少，应用范围受限，换代升级成本高昂且受制于人。

随着电缆测试技术的发展，国内电缆测试设备一直朝着功能集成化、测试容量扩大化可扩展化、自动化、智能化的方向发展。但针对主战武器装备的通用电缆测试设备品种不多，配套能力较弱，更新换代慢，技术性能还有待提高。

发明内容

本发明针对上述存在的技术问题，提出了一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，将传统测试的上位机和下位机相结合融到一体，其体积小、重量轻，有效提高电缆检测仪使用和维护管理的便利程度。

本发明采用的技术方案：

一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，

包括壳体，所述壳体内由下至上依次设置有通道板、测试板和电容屏，所述电容屏的内表面嵌于测试板上，其外表面位于壳体上，所述通道板上集成有128路测试点模块和驱动器；所述测试板上集成有微处理器、通信模块、采样模块、电阻检测模块、导通检测模块、程控档位模块；

所述通道板用于切换128路测试通道，并驱动各模块工作，所述采样模块用于采集测试通路电压并上传至微处理器；所述电阻检测模块和导通检测模块通过128路测试点模块进行对被测电缆导通及电阻的测试；所述程控档位模块用于接收被测电缆反馈的电阻及导通测试结果，并上传至微处理器，所述微处理器通过通信模块与电容屏相连，根据通信协议实现人机交互。。

优选的，所述微处理器与电容屏、采样模块、电阻检测模块、导通检测模块和程控档位模块相连，所述微处理器用于接收通过电容屏输入的控制指令，向程控档位模块发送档位选择控制信号；向电阻检测模块发送电阻检测控制信号，向导通测试模块发送导通测试控制信号；所述采样模块用于采集被测电缆电阻的电压和标准电阻的电压，并上传至微处理器，所述微处理器微处理器根据测试电路计算并输出电阻值与导通结果，并通过电容屏显示。

优选的，所述程控档位模块还与电阻检测模块和导通检测模块连接；所述程控档位模块接收微处理器的档位选择控制信号、来自被测电缆反馈回来的测试结果，并将其上传至微处理器；

所述程控档位模块共有4个档位，每个档位均包含继电器(K15、K23)、精密电阻(R35)、电阻(R27)和LED灯(D20)，继电器(K15、K23)各引2个管脚与精密电阻(R35)、电阻(R27)及LED灯(D20)连接成四线制测试电路，精密电阻(R35)和电阻(R27)用于计算被测电阻被测电缆的电阻值，LED灯用于测试调试；

每个档位表示不同数量级的电阻，由微处理器控制其进行换挡，且程控档位模块中的继电器采用AGQ200A4H型号继电器。

优选的，所述电阻检测模块和导通检测模块的测试电路均包括恒流源电路、信号调理电路、AD转换器和单片机，所述恒流源电路采集被测电缆两端的电压信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对电压信号进行差分放大处理，得到放大后的电压模拟信号并发送给AD转换器，所述AD转化电路将模拟信号转换为数字信号并发送给单片机，由单片机对数字信号进行处理，获得被测电缆电阻值。

优选的，所述恒流源电路采用双运放构成的程控精密恒流源电路，所述程控精密恒流源电路包括第一级跟随器(U8)、第二级运算放大器(U11)和精密电阻(R64、R66、R35、R67)，所述第一级跟随器(U8)、精密电阻(R64)、第二级运算放大器(U11)的正输入端和精密电阻(65)依次相连，所述精密电阻(35)与电阻(R40)串联，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，精密电阻(R67)与精密电阻(R66)相连，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，所述精密电阻(R66)与第二级运算放大器(U11)的负输入端耦接，所述电阻(R40)则连接至电阻测试回路上，向负载提供恒定电流，该恒定电流≤1mA；

所述第一级跟随器(U8)用于为第二级运算放大器(U11)基准引脚提供缓冲，所述第二级运算放大器(U11)的输出电压，即程控电压DAC1为电阻(R40)两端电压，所述电阻(R40)将其转换成电流，该电流减去第二级运算放大器(U11)的输入偏置电流后，向电阻测试回路提供恒定电流。

优选的，所述采集模块包括AD8421芯片和三路继电器，所述AD8421芯片与三路继电器相配合进行精密电阻的切换，所述AD8421芯片与第二级运算放大器(U11)的2、3引脚相连，实现采集电压的增益控制。

优选的，所述128路测试点模块由128路测试点构成，每一路测试点由四个MOS管组成，共计512个MOS管，其排布方式：将512个MOS管分成8组，每组2个MOS管板，每个MOS管板首末各32个MOS管，形成8个MOS管矩阵单元。

优选的，所述壳体的侧壁上设置有散热孔和通道输出接口，所述通道输出接口至少设置有两个，所述128路测试点模块通过通道输出接口与被测电缆相连。

优选的，还包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块集成于通道板上，用于向驱动器提供恒流源，所述第二电源模块集成于测试板上，用于向微处理器、采集模块、导通检测模块、电阻检测模块和程控档位模块提供恒流源。

一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪的检测方法，该检测方法包括电阻检测和导通检测；

导通检测过程：

所述导通检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行导通检测，在导通测试回路的输入端总线上施加直流低压信号，该低压信号通过通道板上任一MOS管切换到不同的测试回路，实现对被电缆内部线路的导通测试；

导通测试回路由1.5V恒压激励源、标准电压R为100Ω和被测电缆构成，通过信号调理电路后由AD转换器测得电阻R1及被测电缆上同一时刻的电压值U1、U2，其中，U1为标准电阻上的电压，U2为被测电阻上的电压，则可得：

即

利用已知的标准电阻值R1计算出待测电缆的通断阻值R2，将其发送给微处理器，将被测电缆的实际电阻与标准电阻值进行比较，以判断被测电缆有无导通；

电阻检测过程：

(1)单芯电缆

电阻检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行电阻检测，检测前，由微处理器控制程控档位模块选择中间档位，检测时，通过驱动器驱动测试点一d1_1端及测试点二d2_2端，恒流源经过程控档位模块从测试点一的L1流入经过被测电缆，从测试点二的L3流出到地，信号调理电路采集被测电缆的电压信号，将电压信号发送至AD转换器转化为数字信号并发送至单片机，由单片机进行计算得到电阻值，并发送至程控档位模块，将其与程控档位模块电阻进行比较，并将比较结果和电阻值发送至微处理器，由微处理器根据比较结果控制是否换挡；重复上述流程循环10次，将被测电阻值发送至微处理器，求其平均值，将结果通过电容屏显示；

(2)多芯电缆

由于在导通测试中已经测出了各个芯的通路，若对某一个芯电阻检测时，只需将导通检测中测得的测试点闭合一首端一末端便可获得该芯的电阻值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计了双运放构成的程控精密恒流源电路，保证测试电流小于1mA，有效消除了由测试激励源波动所产生的测量误差，既保证测试安全性又能保持测试数据的精度；本发明在满足多芯电缆导通及电阻测试要求的基础上，综合考虑经济成本和性能要求选用体积小、重量轻的元器件，将其集成于一个检测仪上，实现了便携式可移动检测，同时降低了工作强度，仅有一人边可完成电缆导通及电阻检测，提高了工作效率；本发明将激励源线路与测量线路分开，设计了四路连线法测试电路，消除部分转接线的阻值，有效排除了引线电阻对测量的影响，提高了系统测量的精度；本发明采用四线制无触点MOS管电子开关电路，实现128路测试点的自动切换，在节约成本、减小体积的同时，又能消除布线和接触电阻的阻抗对测试结果的干扰，保证回馈出的信号更加不容易失真，在测量电压或是电流时被检测性能更好，能有效提高电缆测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪的结构示意图；

图2为本发明的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪使用原理图；

图3为MOS管开关电路；

图4为通道板MOS管电路；

图5为采样电路；

图6为程控换挡电路；

图7为本发明中导通及电阻测试电路连接图；

图8为AD信号理调理电路；

图9为恒流源测试电路；

图10为恒流源导通测试电路；

图11为恒流源电阻测试电路；

图12为微安档恒流源电路；

图13为导通测试激励源电路；

图14为导通检测电路；

图15为电源切换电路；

图16为程控档位模块电路图；

图17为ADC采集增益电路图；

图18为本发明的检测仪的模块连接框图；

其中，1-测试板；101-微处理器；102-采集模块；103-电阻检测模块；104-导通检测模块；105-程控档位模块；106-通信模块；107-第二电源模块；2-通道板；201-128路测试点模块；202-驱动器；203-第一电源模块；3-电容屏。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体提供一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，如图1-2和图18所示，包括壳体，所述壳体内由下至上依次设置有通道板2、测试板1和电容屏3，所述电容屏3的内表面嵌于测试板2上，其外表面位于壳体上，所述通道板2上集成有128路测试点模块201和驱动器202；所述测试板1上集成有微处理器101、采样模块102、电阻检测模块103、导通检测模块104、程控档位模块105、通信模块106。

所述通道板2用于切换128路测试通道，并驱动各模块工作，所述采样模块102用于采集测试通路电压并上传至微处理器101；所述电阻检测模块103和导通检测模块104通过128路测试点模块201进行对被测电缆导通及电阻的测试；所述程控档位模块105用于接收被测电缆反馈的电阻及导通测试结果，并上传至微处理器101，所述微处理器101通过通信模块106与电容屏3相连，根据通信协议实现人机交互。

具体的，所述微处理器101与通信模块106、采样模块102、电阻检测模块103、导通检测模块104和程控档位模块105相连，所述微处理器101用于接收通过电容屏3输入的控制指令，向程控档位模块105发送档位选择控制信号；向电阻检测模块103发送电阻检测控制信号，向导通测试模块104发送导通测试控制信号；所述采样模块102用于采集被测电缆电阻的电压和标准电阻的电压，并上传至微处理器101，所述微处理器101根据测试电路计算并输出电阻值与导通结果，并通过电容屏3显示。

本发明中壳体的上端面还设置于电源按钮、运行按钮和报警显示灯。在壳体的侧面还设置有通道输出接口、开关钮和散热孔，所述开关钮与散热孔位于壳体的相互对称面上。所述通道输出接口位于壳体的前侧壁上，所述通道输出接口用于连接被测电缆，实现被测电缆与内部通道板连接。

本发明中的通道板2是进行导通及电阻测试的基板结构，电缆的各项测试都是依托通道板上各测试点来进行，被测电缆需要选用四线制的128路测试点进行测试，为了能够实现对这些测点间电阻的自动化测量，需要设计多路选通电路,本发明采用MOS管电子开关电路取代继电器矩阵电路，MOS管体积小、价格相对继电器低廉，效费比更高。MOS管开关电路连接关系如图3所示。恒流源从L1加入至L3接地，这样便可实现将恒流源加到电缆每根芯上的目的，电缆芯两端电压需要另外的两根导线L2、L4来测出，共需要四根总线。测试时，通过驱动器驱动测试点一d1_1端(首端)及测试点二d2_2(末端)，若被测线缆有导通关系，则导通信号自测试点一的L1流入经过被测线缆，从测试点二的L3流出到导通检测模块。对于多芯电缆，由单片机控制众多芯的一根“测试点1”首端工作，以及所有的“测试点2”末端工作。如果不存在导通关系，或者说该芯存在异常，那么在总线L3上就不会有电压信号。而如果存在导通关系，那么L3上存在电压信号，这时再利用二分法将与之对应的另一端找出。

因此，通道板2上的每个测试点由四个MOS管(型号为FDV303N)组成，那么128个测试点意味着有512个MOS管，其排布方式：将512个MOS管分成8组，每组2个MOS管板，每个MOS管板首末端各32个MOS管，形成8个MOS管矩阵单元，MOS管具体如图4所示，整个通道板的主体为128路测试点，通信模块、驱动器以及第二电源均为测试点服务。

本发明中被测电缆不止一根且为多芯电缆，如果直接将测试点插在所要测的电缆芯针或芯孔上，不仅难度大、需要耗费大量人力，而且容易造成接触不良，影响测量结果，为了确保电缆插接的准确、可靠，并快实现快速插拔，是检测接线不因电缆导通关系的变换而改变，因此设计成采用单端或两端适配电缆转接方式测试。

单端测试时，适配电缆一头为欧式插座头针连接测试仪，另一头为被测电缆头针。被测电缆一端固定在适配电缆对应的头针上，另一端散点。采用这种方式可将系统测试点缩小为27点，一次可测量四根26芯被测件，在一定程度上可以提高测试速度，但这种方式不能确定电缆两端芯线的导通关系是否正确，仅能测试当前电缆的导通电阻。

两端测试是指同时连接被测电缆两端进行测试，采用这种方式需要测试的点数多，共有52点，比单端测试所需测试点数增加了近一倍，一次最多能测量两根26芯被测电缆，测试速度有所降低。但采用这种测试方式，不仅可测试当前电缆的导通电阻，还可以准确测试出当前电缆的导通关系是否正确，更符合电缆测试要求。

本发明中微处理器是整个检测仪的控制处理核心，主要实现整个装置逻辑控制并将检测结果通过电容屏进行显示，实现人机交互，本发明采用STM32F107单片机微处理器，该处理器相对于ARM微处理器，支持多种低功耗运行模式，意味着在同等工作条件下，芯片功耗更小，并且STM32F107有自己的函数库。

本发明中电缆测试过程的采样环境比较复杂，为了提高采样精度，主要采取了一下措施：一是采用较高的采样频率，以拓宽原始信号的频域，确保原始信号能够做到最小失真的采样；二是选用高精度与高线性度的A/D转换芯片，确保高精度的A/D转换量化值；三是两个通道同时开始采样，从而测量得到相角差；四是设计触发电路实现固定频率采样。采样触发电路如图5所示。

在本发明中，所述程控档位模块105分别与微处理器101、电阻检测模块103和导通检测模块104连接，所述程控档位模块105接收微处理器101的档位选择控制信号，自被测电缆反馈回来的测试结果，并将其上传至微处理器。

如图16所示，所述程控档位模块105共有4个档位，每个档位均包含继电器(K15、K23)、精密电阻(R35)、电阻(R27)和LED灯(D20)，继电器(K15、K23)各引2个管脚与精密电阻(R35)、电阻(R27)及LED灯(D20)连接成四线制测试电路，精密电阻(R35)和电阻(R27)用于计算被测电阻被测电缆的电阻值，LED灯用于测试调试；每个档位表示不同数量级的电阻，由微处理器控制其进行换挡，且程控档位模块中的继电器采用AGQ200A4H型号继电器，该继电器共有八个管脚，适用于程控换挡模块管脚较多的电路，在继电器已接通的情况下，由恒流源出的电流经过程控换挡模块中的电阻，至通道板接地，形成闭合回路，然后，由采样电路将程控档位模块中电阻两端的电压采集至微处理器，与测试的电缆电阻进行比对，判断是否为一个数量级，是否符合精度要求，再由微处理器判断是否换档。其电路图如图6所示。

根据导通及电阻测试原理，导通电阻测量通过搭建A/D采集电路，采集待测电阻两端的电压后计算得到。因此，本发明设计的导通检测模块及电阻检测模块的测试电路(如图7所示)均包括恒流源电路、信号调理电路、AD转换器和单片机，所述恒流源电路采集被测电缆两端的电压信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对电压信号进行差分放大处理，得到放大后的电压模拟信号并发送给AD转换器，所述AD转化电路将模拟信号转换为数字信号并发送给单片机，由单片机对数字信号进行处理，获得被测电缆电阻值。

其中，AD转换器采用ADI公司的AD7609芯片，采样速率为200ks/s，既可以单点输入也可以差分输入，A/D转换前端的隔离与调理采用AD跟随电路完成，如图8所示。待测信号V幅度小于5V，输入AD204JY的IN+端和IN_COM端，经过AD204JY隔离运算放大器之后，输出端HI/LO产生与输入电压相等的隔离电压，进而经过OP07运算放大器产生电压跟随输出，输入到模数转换器AD7609进行模数转换。

在本发明中被测电缆为多芯电缆，需要逐芯测试电缆的导通电阻，如何将一个恒流源加到每根电缆芯上是导通测试电路设计的关键。比较简单的方式是将电缆两端都用一根导线连接，在各根芯之间用继电器常开触点隔开，当需要测试某根电缆芯的时候，闭合对应的常开触点，这样就基本能达到将恒流源加到电缆每根芯上的目的，也初步有了四线制的雏形。如图9所示。

根据上述原理，设计恒利源导通测试电路如图10所示，导通检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行电阻测试功能，在总线上施加直流恒流源，该直流恒流源通过通道板上任一电子开关切换到不同的测试回路，实现对测试回路中被测件内部导线以及标准电阻两端的电压降进行采集，嵌入式微处理器将采集的被测电缆AD值与标准电阻AD值上传至上位计算机，由上位计算机对测量电缆AD值与设定标准电阻AD值进行比较计算，得出被测电缆的实际电阻值，然后与标准电阻值进行比较，给出合格与否的结论。

恒流源导通电路采用高稳定、可程控调节恒流源，测试电流最大为1mA，测试电阻范围：10mΩ～10Ω。测试通道采用电子开关进行4线制切换，其中一路通过恒流源，一路进行被测电缆电压采集，这样可以最大限度保证测试值的精度。同时在信号处理阶段，采用高精度低温漂运算放大器，所使用的单片机内置18位高分辨率AD转换功能，进一步提高电阻测试精度。

恒流源电阻测试电路如图11所示，检测前，由微处理器控制程控档位模块选择第2档(可以根据档位的多少定一个中间的档)，检测时，通过驱动器驱动测试点一d1_1端及测试点二d2_2端，恒流源经过程控档位模块从测试点一的L1流入经过被测电缆，从测试点二的L3流出到地，信号调理电路采集被测电缆的电压信号，将电压信号发送至AD转换器转化为数字信号并发送至单片机，由单片机进行计算得到电阻值，并发送至程控档位模块，将其与程控档位模块电阻进行比较，并将比较结果和电阻值发送至微处理器，由微处理器根据比较结果控制是否换挡。重复上述流程循环10次，将被测电阻值发送至微处理器，求其平均值。

对于多芯电缆，其电阻检测流程与单芯电缆检测一样，由于在导通测试中已经测出了各个芯的通路，若对某一个芯电阻检测时，只需将导通检测中测得的测试点闭合一首端一末端便可获得该芯的电阻值。

在导通电阻测试电路中，AD模拟输入电压范围为±5V。当电缆断线或者通断电阻值非常大时，采样电压将会接近测试激励源电压。若测试电压过大，采样电压就会超出AD输入范围；若测试电压太小，采样电压也会随之减小，这时温漂和噪声的影响会导致测试结果有较大误差。此外，AD转换器存在一定的增益误差和偏置误差，AD转换值与输入电压并不是过原点的直线，所以存在转换电压盲区，因此，太接近边界值的电压在进行AD转换时很可能得不到正确的转换结果。因此，激励源测试电压必须设计适当，确保测试精度。本发明被测电缆连接导引头及火工品，要求测试电压要尽可能小，但考虑AD转换精度要求，测试电压也不能过小，综合考虑以上因素，设计测试电压为1.5V，既能满足电阻测试需要，又能满足精度要求。

因被测电缆的特殊性，通过测试回路的电流应不大于1mA，本发明采用双运放构成的程控精密恒流源用以给测试回路提供恒定电流。其电缆导通测试回路由1.5V恒压激励源、标准电阻R＝100Ω、电缆组成。程控精密恒流源电路如图12所示。

图12中，所述恒流源电路采用双运放构成的程控精密恒流源电路，所述程控精密恒流源电路包括第一级跟随器(U8)、第二级运算放大器(U11)和精密电阻(R64、R66、R35、R67)，所述第一级跟随器(U8)、精密电阻(R64)、第二级运算放大器(U11)的正输入端和精密电阻(65)依次相连，所述精密电阻(35)与电阻(R40)串联，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，精密电阻(R67)与精密电阻(R66)相连，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，所述精密电阻(R66)与第二级运算放大器(U11)的负输入端耦接，所述电阻(R40)则连接至电阻测试回路上。，所述第一级跟随器(U8)用于为第二级运算放大器(U11)基准引脚提供缓冲，所述第二级运算放大器(U11)的输出电压，即程控电压DAC1为电阻(R40)两端电压，所述电阻(R40)将其转换成电流，该电流减去第二级运算放大器(U11)的输入偏置电流后，便流向负载。

由虚断可知，第二级运算放大器(U11)输入端没有电流流过，则

(Vi–V1)/R64＝(V1–V4)/R35 (a)

(V3–V2)/R67＝V2/R66 (b)

由虚短知 V1＝V2 (c)

若R64＝R35，R66＝R67，则由abc式得V3-V4＝Vi

其中，V1、V2是第一级运放前后输出电压，V3、V4是第二级运放前后输出电压，Vi为初始电压。

上式说明R40两端的电压和输入电压DAC1相等，第二级运算放大器(U11)输入偏置电流可忽略不计，该电路输出电流计算公式为I＝DAC1/R40。为保证后级被测电缆的安全，需要实时检测电阻测试过程中R40上的压降。第一运算放大器具有高输入阻抗的特性，故后级电阻在测试上电瞬间电压不会突变，可以保护后级被测电缆测试数据准确无误。

本发明中，所述采样模块负责采集电压信息上传微处理器，然后微处理器根据测试电路计算并输出电阻值与导通结果；所述采样模块的采集芯片通常有采集范围限制，当被测电阻与标准电阻两端的电压太小不在能够采集的范围内时就需要进行增益控制，将其放大到采集芯片能够采集的范围内。因此，采用各项参数和指标都非常符合增益设置的AD8421芯片结合三路继电器进行精密电阻的切换，分别可以达到10倍、100倍、1000倍的稳定增益设置，可以根据被测电缆的电阻测试范围进行调试使用。将ADC增益控制与电阻测试模块第二级运放放大器的2、3引脚相连，就能实现采集电压的增益控制，连接如图17所示。

本发明中，电缆导通测试采用比例法，导通测试激励电路如图13所示，导通测试激励源电压V＝1.5V测试回路压降，限流电阻R48设定为100Ω。整个电路最大输出电压Vmax＝1.5V，R51为MOS管下拉电阻，抬高驱动电压，并防止MOS管GS极静电击穿。整个电路最大输出电流为：

即被测件完全短路时，激励源输出电压和电流。

导通检测电路如图14所示，导通检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行导通检测，在导通测试回路的输入端总线上施加直流低压信号，该低压信号通过通道板上任一MOS管切换到不同的测试回路，MOS管导通后，光耦打开，SR1处电平由高电平变为低电平，通过微处理器检测SR1电平状态，即可表明当前是否存在导通关系。

导通测试回路由1.5V恒压激励源、标准电压R＝100Ω和被测电缆构成。通过调理信号电路后由AD转换器测得电阻R1及被测电缆上同一时刻的电压值U1、U2，则可得：

即

利用已知的标准电阻值R1可以计算出待测电缆的通断阻值R2。这种测试方法的优点在于能够消除由测试激励源波动所产生的测量误差。本发明的检测仪还包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块集成于通道板上，用于向驱动器提供恒流源，所述第二电源模块集成于测试板上，用于向微处理器、采集模块、导通检测模块、电阻检测模块和程控档位模块提供恒流源。

本发明中，第一电源模块和第二电源模块结构相同，均采用线性稳压电源，该稳压电源相比开关电源纹波小、调整率好、对外干扰小，避免了开关电源对测试的影响，大大提高了测试的精确度和稳定性。同时，针对市电和锂电池供电两种模式，采用双直流电源快切装置设计了无扰动电源切换电路，可以直接由外部AC220V市电转化的直流电源供电，实现了直流电源系统的快速切换(供电中断时间不超过3～5ms)，能够满足电缆测试要求，提高了直流供电系统的可靠性。电源切换电路如图15所示。

本发明的测试仪还包括设置于测试板上的自检模块，自检模块在测试仪使用一定周期后，对测试通道、电阻测试功能进行自检，即测量板内部能够模拟外部的测量回路，即存在自检回路使得仪器内部能进行导通及电阻测试，检查测试仪的测试通道及测试功能是否运行正常。

本发明的测试仪采用内置上位机一体式结构，相对于传统分体式电缆测试系统结构，这种一体式设计方案不需要单独配置上位显示终端，体积小、重量轻，可以有效提高电缆测试仪使用和维护管理的便利程度，更符合小型化、自动化、综合化设计要求。本发明选用EPIC-N80-I5微控制加宽温军用级高清晰度彩色液晶屏，实现上位机的防爆显屏、存储、导出等功能要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制,凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，包括壳体，所述壳体内由下至上依次设置有通道板、测试板和电容屏，所述电容屏的内表面嵌于测试板上，其外表面位于壳体上，所述通道板上集成有128路测试点模块和驱动器；所述测试板上集成有微处理器、通信模块、采样模块、电阻检测模块、导通检测模块、程控档位模块；

所述通道板用于切换128路测试通道，并驱动各模块工作，所述采样模块用于采集测试通路电压并上传至微处理器；所述电阻检测模块和导通检测模块通过128路测试点模块进行对被测电缆导通及电阻的测试；所述程控档位模块用于接收被测电缆反馈的电阻及导通测试结果，并上传至微处理器，所述微处理器通过通信模块与电容屏相连，根据通信协议实现人机交互。

2.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述微处理器与通信模块、采样模块、电阻检测模块、导通检测模块和程控档位模块相连，所述微处理器用于接收通过电容屏输入的控制指令，向程控档位模块发送档位选择控制信号；向电阻检测模块发送电阻检测控制信号，向导通测试模块发送导通测试控制信号；所述采样模块用于采集被测电缆电阻的电压和标准电阻的电压，并上传至微处理器，所述微处理器根据测试电路计算并输出电阻值与导通结果，并通过电容屏显示。

3.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述程控档位模块还与电阻检测模块和导通检测模块连接；所述程控档位模块接收微处理器的档位选择控制信号、来自被测电缆反馈回来的测试结果，并将其上传至微处理器；

所述程控档位模块共有4个档位，每个档位均包含继电器(K15、K23)、精密电阻(R35)、电阻(R27)和LED灯(D20)，继电器(K15、K23)各引2个管脚与精密电阻(R35)、电阻(R27)及LED灯(D20)连接成四线制测试电路，精密电阻(R35)和电阻(R27)用于计算被测电阻被测电缆的电阻值，LED灯用于测试调试；

每个档位表示不同数量级的电阻，由微处理器控制其进行换挡，且程控档位模块中的继电器采用AGQ200A4H型号继电器。

4.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述电阻检测模块和导通检测模块的测试电路均包括恒流源电路、信号调理电路、AD转换器和单片机，所述恒流源电路采集被测电缆两端的电压信号并发送给信号调理电路，所述信号调理电路对电压信号进行差分放大处理，得到放大后的电压模拟信号并发送给AD转换器，所述AD转化电路将模拟信号转换为数字信号并发送给单片机，由单片机对数字信号进行处理，获得被测电缆电阻值。

5.根据权利要求4所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述恒流源电路采用双运放构成的程控精密恒流源电路，所述程控精密恒流源电路包括第一级跟随器(U8)、第二级运算放大器(U11)和精密电阻(R64、R66、R35、R67)，所述第一级跟随器(U8)、精密电阻(R64)、第二级运算放大器(U11)的正输入端和精密电阻(65)依次相连，所述精密电阻(35)与电阻(R40)串联，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，精密电阻(R67)与精密电阻(R66)相连，且并联在第二级运算放大器(U11)和精密电阻(65)两端，所述精密电阻(R66)与第二级运算放大器(U11)的负输入端耦接，所述电阻(R40)则连接至电阻测试回路上，向负载提供恒定电流，该恒定电流≤1mA；

所述第一级跟随器(U8)用于为第二级运算放大器(U11)基准引脚提供缓冲，所述第二级运算放大器(U11)的输出电压，即程控电压DAC1为电阻(R40)两端电压，所述电阻(R40)将其转换成电流，该电流减去第二级运算放大器(U11)的输入偏置电流后，向电阻测试回路提供恒定电流。

6.根据权利要求5所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述采集模块包括AD8421芯片和三路继电器，所述AD8421芯片与三路继电器相配合进行精密电阻的切换，所述AD8421芯片与第二级运算放大器(U11)的2、3引脚相连，实现采集电压的增益控制。

7.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述128路测试点模块由128路测试点构成，每一路测试点由四个MOS管组成，共计512个MOS管，其排布方式：将512个MOS管分成8组，每组2个MOS管板，每个MOS管板首末各32个MOS管，形成8个MOS管矩阵单元。

8.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，所述壳体的侧壁上设置有散热孔和通道输出接口，所述通道输出接口至少设置有两个，所述128路测试点模块通过通道输出接口与被测电缆相连。

9.根据权利要求1所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪，其特征在于，还包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块集成于通道板上，用于向驱动器提供恒流源，所述第二电源模块集成于测试板上，用于向微处理器、采集模块、导通检测模块、电阻检测模块和程控档位模块提供恒流源。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种用于微小电流多芯电缆测试的便携式智能检测仪的检测方法，其特征在于，该检测方法包括电阻检测和导通检测；

导通检测过程：

所述导通检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行导通检测，在导通测试回路的输入端总线上施加直流低压信号，该低压信号通过通道板上任一MOS管切换到不同的测试回路，实现对被电缆内部线路的导通测试；

导通测试回路由1.5V恒压激励源、标准电压R为100Ω和被测电缆构成，通过信号调理电路后由AD转换器测得电阻R1及被测电缆上同一时刻的电压值U1、U2，其中，U1为标准电阻上的电压，U2为被测电阻上的电压，则可得：

即

利用已知的标准电阻值R1计算出待测电缆的通断阻值R2，将其发送给微处理器，将被测电缆的实际电阻与标准电阻值进行比较，以判断被测电缆有无导通；

电阻检测过程：

(1)单芯电缆

电阻检测模块接收微处理器的指令，分析并按照指令执行电阻检测，检测前，由微处理器控制程控档位模块选择中间档位，检测时，通过驱动器驱动测试点一d1_1端及测试点二d2_2端，恒流源经过程控档位模块从测试点一的L1流入经过被测电缆，从测试点二的L3流出到地，信号调理电路采集被测电缆的电压信号，将电压信号发送至AD转换器转化为数字信号并发送至单片机，由单片机进行计算得到电阻值，并发送至程控档位模块，将其与程控档位模块电阻进行比较，并将比较结果和电阻值发送至微处理器，由微处理器根据比较结果控制是否换挡；重复上述流程循环10次，将被测电阻值发送至微处理器，求其平均值，将结果通过电容屏显示；

(2)多芯电缆

由于在导通测试中已经测出了各个芯的通路，若对某一个芯电阻检测时，只需将导通检测中测得的测试点闭合一首端一末端便可获得该芯的电阻值。

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