CN114487691A - 一种便携式电缆导通绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式电缆导通绝缘检测装置，该检测装置包括检测主机，所述检测主机内部设置有主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块、触摸液晶显示屏，所述主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块均通过PXI总线实现互连，所述主控模块与触摸液晶显示屏相连接，所述可控高压模块通过多路通道开关控制板与被测电缆连接，建立测试线缆接口线芯与被测电联节点映射关系，实现绝缘电阻的测试及判断。

Description

一种便携式电缆导通绝缘检测装置

技术领域

本发明属于测控技术领域，具体涉及一种便携式电缆导通绝缘检测装置。

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。

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，提出了一种便携式电缆导通绝缘检测装置，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：

一种便携式电缆导通绝缘检测装置，该检测装置包括检测主机，所述检测主机内部设置有主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块、触摸液晶显示屏，所述主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块均通过PXI总线实现互连，所述主控模块与触摸液晶显示屏相连接，所述可控高压模块通过多路通道开关控制板与被测电缆连接，建立测试线缆接口线芯与被测电联节点映射关系，实现绝缘电阻的测试及判断。

优选的，所述多路通道开关控制板由64×8通道矩阵开关构成。

优选的，所述检测主机内部还设置电压采集器，所述电压采集器包括采样保持器和A/D转换器，所述采样保持器采用LF398集成采样保持器，具有兼容TTL电平的逻辑端口。

优选的，所述绝缘电阻测试过程为：

可控高压模块产生设定的高压直流信号，将高压直流信号接通到线缆线芯，使用电压采集器采集回路电压，根据欧姆定律可以计算出电缆的绝缘电阻值，并上传至主控模块，将该绝缘电阻值转换成电压值后与设定的判定值比较，若大于判定值，则判定被测线缆为合格线缆，若小于判定值则为不合格线缆。

优选的，所述检测主机内部还设置有导通测试模块，所述导通测试模块包括恒流源模块、继电器开关S1、继电器开关W1、继电器开关W2，所述恒流源模块输出激励电流，通过继电器开关S1接通到线缆的a线芯，并通过继电器开关W1将恒流源接入总线回路上，打开继电器开关W2，将激励电流从线缆的b线芯接回检测主机，并通过通道矩阵开关选通后，使用电压采集器采集继电器开关S1端回路电压值，计算出电缆电阻值，判断被测线缆的导通性。

优选的，所述电压采集器采集到的电压值等于总线回路上的总电流与总电阻的乘积，所述总电流等于恒流源输出电阻值，通过欧姆定律可计算出总电阻，即R＝Rab+Rc+Rx，Rab为电缆线芯a和线芯b的等效电阻，Rc为采样电阻，Rx为继电器的触点电阻，该触点电阻比较小，则回路总电阻R＝Rab+Rc，Rc为已知，即可计算出电缆线芯的电阻，然后使用通道矩阵开关对其它线芯进行巡检，巡检过程没有检测出电压，则说明a线芯和b线芯与其它线芯没有短路现象，若检测出电压，则说明a线芯和b线芯与其它线芯有短路现象。

优选的，所述恒流源模块与电源模块布置在一块电路板上，所述电源模块的输出端通过D/A转换器与恒流源模块的输入端连接，所述恒流源模块包括电阻分压器和电压跟随器，D/A转换器输出模拟电压经电阻分压器分压后接至电压跟随器转换成恒流源，所述电压跟随器输出端连接NPN型达林顿复合管电路，转换的恒流源再经过达林顿电路提高恒流源的驱动能力。

优选的，所述检测主机的外侧设置有接口，所述接口采用ITT-DL系列零插拔力连接器，所述检测主机内部还安装有散热风扇。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计得一种便携式电缆导通绝缘检测装置，一个设备具备导通测试和绝缘测试两种功能，其主要由主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、导通测试模块以及电源模块构成，这些模件通过板间连接器直接插在检修主机的背板上，装配简单，产品在调试维修时，这些模件均可插拔，便于维修和调试。

其中，主控模块通过写寄存器的方式控制可控高压模块产生设定的电压信号，该电压信号通过多路通道开关控制板输入到每一路线缆线芯，从而实现被测电缆绝缘电阻测试。导通测试模块包括恒流源模块、继电器开关S1、继电器开关W1、继电器开关W2以及电压采集器，该电压采集器在绝缘测试和导通测试中均使用，在导通测试中，恒流源模块输出激励电流，通过继电器开关S1接通到线缆的a线芯，并通过继电器开关W1将恒流源接入总线回路上，打开继电器开关W2，将激励电流从线缆的b线芯接回检测主机，并通过通道矩阵开关选通后，使用电压采集器采集继电器开关S1端回路电压值，计算出电缆电阻值，判断被测线缆的导通性，在导通测试中，恒流源模块作为主要部件，其由电阻分压器、电压跟随器以及NPN型达林顿复合管电路构成，从而实现对输出电流的精确调节。

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为本发明的一种便携式电缆导通绝缘检测装置的框架图；

图2为矩阵开关结构示意图；

图3为绝缘电阻测试原理图；

图4为控制电路原理图；

图5为检测电缆绝缘性测试原理图；

图6为双供电功能原理框图；

图7为本发明中导通测试电路连接图；

图8为检测电缆导通性测试原理图；

图9为测试原理图的等效电路图；

图10为恒流源设计原理图；

图11为恒流源实现电路图；

图12为采样电路图；

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便携式电缆导通绝缘检测装置，主要用于筒上电缆、筒间电缆的导通绝缘测试，通过转接电缆测试不同的电缆，能够完成对筒上电缆和筒间电缆的检测。

本产品由以下模件构成：

主控模块：是电缆检测装置的控制中心，能够装载Windows操作系统，是软件开发和测试系统运行的基本环境。设备的PXI CPU工控卡，完成绝缘测试可控高压模块的控制、多路通道开关控制板的控制、导通测试模块及电桥测试卡的数据采集、电源模块的监控管理、触摸液晶显示屏的操控界面管理等任务；自动协调其他各模块工作时序，完成设备线缆测试的各项任务，并通过触摸液晶显示屏显示测试结果报告。

多路通道开关控制板：在主控模块控制下，快速建立测试线缆接口线芯与被测电缆节点映射关系，建立并记忆测试工程，透明处理各种类型、不同型号、不同封装的线束线缆。

可控高压模块：由设备内部可控高压模块产生设定的电压，信号通过通道卡的开关矩阵输入到每一路线缆线芯，然后进行绝缘电阻测试并得出相应测试值，通过软件自动判别绝缘值是否在设定范围内；给出合格与否的判据。

电源模块：是整个装置的供电单元，由电池组、电源监控管理单元和DC/DC开关电源组成。可使用交流电源220VAC供电。在充电状态下使用该设备不影响电池组寿命。

导通测试模块：实现电缆导通测试。通过测试线缆导通电阻的方式进行判断，电压采集器采集信号进行计算，实现导通测试，准确判断线缆导通关系。

如图1所示，主控模块提供软件开发和测试系统运行的基本环境，实现对可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块和导通测试模块的控制及管理，多路通道开关控制板控制设备建立测试线缆接口线芯与被测电缆节点映射关系，建立并记忆测试工程；可控高压模块实现绝缘电阻的测试及判断；电源模块是整个装置的供电单元；导通测试模块实现电缆导通测试。

模块设计：

主控模块是本装置的控制中心。能够装载Windows操作系统，是软件开发和测试系统运行的基本环境。设备的PXI CPU工控卡，完成绝缘测试可控高压模块的控制、多路通道开关控制板的控制、导通测试模块及电桥测试卡的数据采集、电源监控管理模块的监控管理、触摸液晶显示屏的操控界面管理等任务；自动协调其他各模块工作时序，完成设备线缆测试的各项任务，并通过触摸液晶显示屏显示测试结果报告。

内嵌控制器选择X86总线架，它是目前流行的高性能工业控制处理器，能够流畅地运行Windows等大型操作系统，容易实现界面友好的人机交互，它极大的提高了数据的传送速度，省去了总线背板和插板滑道，在有效地减小体积与重量的同时，还具有极好的抗震性，它具有良好的性能和扩展性，可以兼容所有能在Windows下面运行的程序因此，X86总线架构形式作为本装置硬件平台架构是最合适的选择。

主要技术特点和性能指标如下：

英特尔I7处理器，工作频率3.4GHz；

在板表贴4GB DDR III SDRAM；

HDMI控制器支持HDMI输出；

2个10M/100M/1000M自适应以太网接口；

SATA接口；

2个USB(2.0)接口；

音频接口兼容AUDIO；

单12V供电；

尺寸：107×96×15mm；

电源要求：+12V±5％；

工作环境：

N型：-25℃～+70℃；

相对湿度：5～95％，无凝结；

贮存温度：-55℃～+85℃。

多路通道开关控制板

如图2所示，由64×8通道矩阵开关组成。在系统控制下，灵活建立测试线缆接口线芯与被测线缆节点映射关系，建立并记忆测试工程，透明处理各种类型、不同型号、不同封装的线束线缆。一次编程，即可记忆正确线缆关系，待再次进行同一种线缆测试时即可直接快速检测出线缆的短路、开路、错接等故障情况。

可控高压模块

绝缘测试时，由可控高压模块产生设定的电压，信号通过通道卡的开关矩阵输入到每一路线缆线芯，然后进行绝缘电阻测试并得出相应测试值，通过软件自动比较绝缘值与判定值，若大于判定值，则判定被测线缆为合格线缆；若小于判定值则认为线缆绝缘参数不合格。这里是自己在建立绝缘测试工程时根据需要自行设定的一个判定值(因为不同地方的绝缘要求可能不同)，仪器进行绝缘测试时是把测得的值与这个用户输入的判定值做比较，大于这个判定值就认为绝缘合格。

绝缘测试的准确性及精度一直是最受关注的测试项目，在对电缆的绝缘性能进行测试时，需要将测试高压激励源直接通过接插件加于被测电缆两端。保证测量回路输出的测试信号不会超过采样电压值的范围，必须采用精密电阻网络和其他相关元器件构成分压电路。绝缘电阻常用的测量方法有：电流电压法、电容充电法和惠斯登电桥法。由于电流电压法测试原理简单，容易实现，再加上本系统采取了适当的修正参数，故在此使用电流电压法进行绝缘电阻测试。图3为电流电压法原理图，图中Ui为电源电势，R1,R2为高压取样内阻，Rf为采样电阻，Rx表示航空电缆线束得绝缘电阻。

通过整个测量回路，电流在采样电阻Rf上产生的压降为Uf，由欧姆定律可以计算出绝缘电阻Rx的值。

Rx＝(Vi-Uf)/(Uf/Rf)

通过电压电流法即可得到被测电缆线束的绝缘阻值，从而可以判断出电缆线束的绝缘性能。

控制电路设计

只需要用到的通道数为4个，因此将C端口置低电平后，通过控制A、B两个端口就可实现所需量程的切换。设置了量程转换功能之后，原理图如图4所示。针对不同数量级的绝缘电阻，可以通过选择合适的通道将待采样电压信号控制在规定范围内。

实现过程：绝缘电阻测试，一般是在被测导线和绝缘体之间加入高压直流信号，测试其电阻的变化。导通测试主要是通过高压源，向被测线缆注入高压，通过测试采样电阻上的电压，计算绝缘电阻大小。

在检测电缆的绝缘性能时，高压源输出激励高压，通过将激励高压接通到线缆的a线芯。使用电压采集器(ADC)采集回路电压，根据欧姆定律可以计算出电缆的绝缘电阻，从而判断线缆的绝缘性。检测电缆绝缘性测试原理图，如图5所示：

绝缘性测试原理图中的Rw表示线芯a的绝缘阻抗。如果，电缆的绝缘性良好时，Rw的阻值应在几兆欧以上，如果，电缆的绝缘性不好时，Rw的阻值应在几兆欧以下，甚至在几千欧以下。

电源模块

是整个装置的供电单元，采用双供电方式，如图6所示，由电池组、电源监控管理单元和DC/DC开关电源组成。可使用交流电源220VAC供电。在充电状态下使用该设备不影响电池组寿命。

导通测试模块

如图7所示，恒流源模块、继电器开关S1、继电器开关W1、继电器开关W2、电压采集器(ADC)等，其中的多路复用器指的是多路通道开关控制板。在检测电缆的导通性能时，恒流源输出激励电流，通过闭合主机中的继电器开关S1，将激励电流接通到线缆的a线芯，同时闭合子机中相对应的继电器开关W1，将恒流源接入总线回路上。再闭合子机中继电器开关W2，将电流从线缆的b线芯接回主机。最后，通过主机中的多路复用器选通后，使用电压采集器(ADC)采集S1端回路电压，根据欧姆定律可以计算出电缆电阻，从而判断线缆的导通性。检测电缆导通性测试原理图，如图8所示：

电压采集器(ADC)采集到的电压值(U)等于回路上的总电流(I)与回路上的总电阻(R)的乘积，回路上的总电流(I)等于恒流源输出电流值，所以，已知电压采集器电压和恒流源输出电流，通过欧姆定律的变换公式：，就可以计算出回路总电阻。测试原理图的等效电路图，如图9所示：

回路总电阻R＝Rab+Rc+Rx，Rab为电缆线芯a和线芯b的等效电阻，Rc为采样电阻，Rx为继电器的触点电阻。继电器的触点电阻Rx比较小，所以，回路总电阻R＝Rab+Rc。Rc为采样电阻的阻值已知，就可以计算出电缆线芯的电阻。

在计算出电缆线芯的电阻后，再使用多路复用器对其它线芯进行巡检，如果，巡检过程没有检测出电压，说明a线芯和b线芯与其它线芯没有短路现象；如果，巡检过程检测出电压，说明a线芯和b线芯与其它线芯有短路现象。

恒流源模块

基本恒流源电路示意图如图10，其中Vs是恒流源输入电压，Vo为输出电压。根据运算放大器的虚短原则(运放的+、-端对地电压相等，即V+＝V-)，则V_f＝V_s。又根据运算放大器的虚断原则(运放的+、-端输入电流I₊＝I_-＝0)，则流过电阻R_L和R_F的电流都应是I_O，I_O便是设计要求的恒流源输出电流。

为了调节输出电流I_O，方法之一就是固定R_f不变，调节V_s。当V_s变化时，电流I_O随V_s成正比例地变化。数控模块的D/A转换器可以精确提供这个可变的Vs。从输出电流的精度考虑，采用可调的精密电压源V_s去控制恒流源的输出电流效果比较好。V_s作为恒流源模块的控制电压模拟量，实现对恒流源输出电流的精确调节。

把电源模块与恒流源模块布置在一块电路板上，并通过D/A转换器实现连接，可以使大电流不必流经接插件及其连线，并且在PCB的铜膜线上适当附加铜导线增加其截面积，有利大电流的供给和输出。

R_f应选用1Ω精密电阻，它的阻值稳定是极其重要的，要确保其不会过热变值。大功率管都安装散热器，采用直流风扇强制风冷散热。

改进后的恒流源模块实现电路如图11所示，恒流源模块由电阻分压器、电压跟随器以及NPN型达林顿复合管电路构成，电阻分压器由R1、RP1、R2组成的线性调节电路，D/A输出电压是0～4.096V，依据IO＝VS/Rf，选择Rf＝1Ω，当IO＝2000mA时，VS＝2V。所以，D/A输出电压经分压器分压后，VS的范围为0～2.0V。电位器RP1的输出端接至高输入阻抗的电压跟随器U1A，相当于把恒流源和D/A转换器作了“隔离”，避免了大电流输出的恒流源对高精度D/A转换器的影响。

12位的D/A转换器MAX531为高精度可调电压源，随后接入的电阻分压器和电压跟随器，都使这个精密电压信号VS达到很高的质量。驱动电路由运放LF353担任，LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术(BI-FETⅡTM technology)的高速运放；它输入阻抗高达1012Ω；输入电流低至≤50pA，13V/us的转换率，功耗很低。图10所示的基本恒流源电路，不能满足最大输出电流的要求。为达到大电流输出，恒流源需要增加如图11中的Q1、Q2组成的NPN型达林顿复合管电路。

电压采集器

对于多路信号，ADC0808采用的是分时转换的处理方式。因此，为了尽量减少电源波动对电压信号采样精度的影响，在A/D转换之前增加了采样保持器，是为了保证采样信号u1和u2是同一时刻的电压信号，防止了在转换期间由于电源波动而产生的采样误差，如图12所示。本文中根据要求采用的是LF398集成采样保持器，具有兼容TTL电平的逻辑端口。

接口设计

检修主机的设备结构选用ITT-DL系列零插拔力连接器，该连接器无须插拔力，接触性和抗振性好，机械强度高，使用安全可靠、寿命长，适用于电子仪器设备的电连接。相比其他连接器，零插拔力连接器可以提供不少于1万次的插拔寿命，对需要不断插拔的测试设备来讲，可以极大的提高设备和转接电缆的使用寿命。

在本产品中，主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、导通测试模块以及电源模块通过板间连接器直接插在检修主机的背板上，装配简单，产品在调试维修时，这些模件均可插拔，便于维修和调试。

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 (8)

1.一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，该检测装置包括检测主机，所述检测主机内部设置有主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块、触摸液晶显示屏，所述主控模块、可控高压模块、多路通道开关控制板、电源模块均通过PXI总线实现互连，所述主控模块与触摸液晶显示屏相连接，所述可控高压模块通过多路通道开关控制板与被测电缆连接，建立测试线缆接口线芯与被测电联节点映射关系，实现绝缘电阻的测试及判断。

2.根据权利要求1所述的一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述多路通道开关控制板由64×8通道矩阵开关构成。

3.根据权利要求2所述的一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述检测主机内部还设置电压采集器，所述电压采集器包括采样保持器和A/D转换器，所述采样保持器采用LF398集成采样保持器，具有兼容TTL电平的逻辑端口。

4.根据权利要求3所述一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述绝缘电阻测试过程为：

通过可控高压模块产生设定的高压直流信号，将高压直流信号接通到线缆线芯，使用电压采集器采集回路电压，根据欧姆定律可以计算出电缆的绝缘电阻值，并上传至主控模块，将该绝缘电阻值转换成电压值后与设定的判定值比较，若大于判定值，则判定被测线缆为合格线缆，若小于判定值则为不合格线缆。

5.根据权利要求3所述一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述检测主机内部还设置有导通测试模块，所述导通测试模块包括恒流源模块、继电器开关S1、继电器开关W1、继电器开关W2，所述恒流源模块输出激励电流，通过继电器开关S1接通到线缆的a线芯，并通过继电器开关W1将恒流源接入总线回路上，打开继电器开关W2，将激励电流从线缆的b线芯接回检测主机，并通过通道矩阵开关选通后，使用电压采集器采集继电器开关S1端回路电压值，计算出电缆电阻值，判断被测线缆的导通性。

6.根据权利要求5所述一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述电压采集器采集到的电压值等于总线回路上的总电流与总电阻的乘积，所述总电流等于恒流源输出电阻值，通过欧姆定律可计算出总电阻，即R＝Rab+Rc+Rx，Rab为电缆线芯a和线芯b的等效电阻，Rc为采样电阻，Rx为继电器的触点电阻，该触点电阻比较小，则回路总电阻R＝Rab+Rc，Rc为已知，即可计算出电缆线芯的电阻，然后使用通道矩阵开关对其它线芯进行巡检，巡检过程没有检测出电压，则说明a线芯和b线芯与其它线芯没有短路现象，若检测出电压，则说明a线芯和b线芯与其它线芯有短路现象。

7.根据权利要求5所述一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述恒流源模块与电源模块布置在一块电路板上，所述电源模块的输出端通过D/A转换器与恒流源模块的输入端连接，所述恒流源模块包括电阻分压器和电压跟随器，D/A转换器输出模拟电压经电阻分压器分压后接至电压跟随器转换成恒流源，所述电压跟随器输出端连接NPN型达林顿复合管电路，转换的恒流源再经过达林顿电路提高恒流源的驱动能力。

8.根据权利要求7所述一种便携式电缆导通绝缘检测装置，其特征在于，所述检测主机的外侧设置有接口，所述接口采用ITT-DL系列零插拔力连接器，所述检测主机内部还安装有散热风扇。

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