CN116840742A - 一种多芯电缆检测装置及其使用方法 - Google Patents

一种多芯电缆检测装置及其使用方法 Download PDF

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侯润民
高强
侯远龙
王瑞宁
符伟鹏
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors

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Abstract

本发明公开一种多芯电缆检测装置及其使用方法，该装置包括：转接装置，用于连接待测电缆；继电器矩阵模块；测试电路模块，所述测试电路模块连接所述继电器矩阵模块，所述测试电路模块包括绝缘电阻测试电路与导通电阻测试电路；单片机控制模块，所述单片机控制模块通过译码器驱动电路连接所述继电器矩阵模块，以控制继电器矩阵中的继电器通断及测试模式的选择，所述单片机控制模块通过选通器高压电源模块连接所述测试电路模块；AD检测模块，所述测试电路模块通过所述AD检测模块连接所述单片机控制模块；上位机，所述上位机与所述单片机控制模块信号连接。本发明用于测试复杂的大型工业设备中电缆之间的导通/绝缘情况。

Description

一种多芯电缆检测装置及其使用方法
技术领域
本发明属于工程应用技术领域，更具体地，涉及一种多芯电缆检测装置及其使用方法。
背景技术
随着大型仪器越来越复杂，往往需要有成百上千根电缆来控制仪器的正常工作，而仪器电缆在工作一段时间后可能会出现各种各样的问题，以及因为操作不当而出现问题，比如电缆易受到周围物体的碰撞、挤压、以及有害物质的腐蚀等，这些问题易使电缆受到损伤、绝缘强度下降，如何能够快速的检测出存在问题的电缆至关重要。现在国内很多企业还是采用人工检测的方法，对于芯数数目庞大的电缆，检测周期相当长，而且检测精度和评定结论在很大程度上取决于检定人员的技术水平和工作经验。因此，开发一款智能化，自动化程度高的电缆检测装置具有十分重要的实际意义。
发明内容
提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种多芯电缆检测装置，用于测试复杂的大型工业设备中电缆之间的导通/绝缘情况。本发明就其硬件系统、软件系统以及误差分析展开研究。本发明采用下位机与上位机结合的方式完成系统设计，下位机实现操作指令的接收、绝缘/导通电阻的检测、高压产生、误差修正以及结果发送等功能。上位机提供人机操作窗口，实现通过发送操作指令来控制下位机动作，并显示与保存检测数据以及数据的处理与查询等功能。
根据本发明的第一方案，提供一种多芯电缆检测装置，包括：
转接装置，用于连接待测电缆；
继电器矩阵模块，所述继电器矩阵模块与所述转接装置未连接待测电缆的一端连接；
测试电路模块，所述测试电路模块连接所述继电器矩阵模块，所述测试电路模块包括绝缘电阻测试电路与导通电阻测试电路，用来测试对应检测模式下的电阻；
单片机控制模块，所述单片机控制模块通过译码器驱动电路连接所述继电器矩阵模块，以控制继电器矩阵中的继电器通断及测试模式的选择，所述单片机控制模块通过选通器高压电源模块连接所述测试电路模块；
AD检测模块，所述测试电路模块通过所述AD检测模块连接所述单片机控制模块；
上位机，所述上位机与所述单片机控制模块信号连接。
进一步地，还包括检测箱体，所述检测箱体的侧壁上设置所述转接装置，所述检测箱体内部设置有所述继电器矩阵模块、测试电路模块、单片机控制模块以及AD检测模块。
进一步地，还包括电源，所述电源通过导线连接电源接口，以通过所述电源接口为所述继电器矩阵模块以及所述单片机控制模块提供电源，所述电源接口设置于检测箱体上。
进一步地，所述单片机控制模块包括单片机，所述单片机上设置有I/O口，所述I/O口线连接所述译码器驱动电路和所述选通器高压电源模块。
进一步地，所述单片机上设置有通信接口，所述单片机控制模块通过所述通信接口与所述上位机信号连接。
进一步地，所述单片机上设置有数据总线，所述数据总线与所述AD检测模块连接。
进一步地，所述转接装置设置为多个，用于实现24-41芯电缆的连接。
根据本发明的第二技术方案，提供一种如上所述的多芯电缆检测装置的使用方法，所述方法包括：
将待测电缆通过转接装置与检测箱建立联接，并采用24V的直流电压源为电源给检测箱供电；
采用串口RS232将上位机与单片机控制模块建立通讯，通过人机交互操作界面向单片机控制模块发送指令，单片机控制模块接收指令完成开始检测、切换检测线路的操作，并将测得结果反馈给上位机；
单片机控制模块通过控制继电器矩阵模块的通断，选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式；
继电器矩阵模块的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换；绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路将测得的结果，通过AD检测模块进行A/D转换反馈至单片机控制模块，并经串口RS232传输至上位机。
进一步地，上位机在接收到检测结果后，实时显示并对所述检测结果进行保存和打印。
进一步地，在进行绝缘电阻检测时，上位机将不同电缆之间的阻值显示在列表中，根据设置的最小绝缘电阻，列表中阻值有三种状态，当测得阻值小于设定最小绝缘电阻阻值时显示不合格，当测得阻值大于最小绝缘电阻时显示具体阻值，当电缆之间完全开路时显示空载。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明解决了电缆日常维护与检测自动化程度不高、精度较低等问题，在电缆安装前后，对其进行定期的电缆电参量检测，及时更换存在隐患的电缆，起到能防患于未然的效果，并作为电缆故障诊断系统中的定量分析依据，本发明主要检测电缆绝缘/导通电阻。导通电阻显示电缆芯线的通断关系，绝缘电阻显示电缆芯线间的绝缘程度，检测结果直接反映受检设备的可靠性。当明确电缆发生故障时，使用该电缆检测装置能够快速地找到故障所在。多芯电缆检测装置的研究，在电缆日常维护与故障诊断中起着重要作用，有助于保障设备的最大性能，同时也方便了大型设备中电缆的日常维护。在此基础上加以改进，同样能满足工业电缆检测要求，对工业自动化发展具有深远意义。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的模块组成示意图；
图2示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的绝缘电阻测试电路图；
图3示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的导通电阻测试电路图；
图4示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的继电器矩阵列选通电路图；
图5示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的继电器矩阵行选通电路图；
图6示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的产尘装置的各模块连接关系示意图；
图7示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的上位机绝缘测试界面示意图；
图8示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的检测箱体的插头示意图；
图9示出了根据本发明实施例的一种多芯电缆检测装置的底板结构图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
实施例1：
本发明实施例一种多芯电缆检测装置，如图1所示，该多芯电缆检测装置包括检测箱体、测试电路模块、继电器矩阵模块、AD检测模块、电源模块、单片机控制模块以及上位机。
检测箱体上设置转接装置(航空插头)，检测箱体用来安装固定电路板及转接装置，转接装置一端与待测电缆连接、另一端与继电器矩阵模块连接，建立待测电缆与检测箱之间的联接。
测试电路模块，测试电路模块包括绝缘电阻测试电路与导通电阻测试电路，用来测试对应检测模式下的电阻。如图2所示，为绝缘电阻测试电路，如图3所示，为导通电阻测试电路。
继电器矩阵模块，继电器矩阵的优点在于，可以采用少量的继电器来控制多倍于继电器数目的测试线路。如图4所示，为继电器矩阵列选通电路，如图5所示，为继电器矩阵行选通电路。
电源模块，外部采用24V的直流电压源给检测箱供电，内部电路中的电压转换器将24V电压转换成所需值给电路中各个电路模块供电。
单片机控制模块，采用STM32F107型号的单片机，主要使用的功能有控制I/O口的输出，不同情况的I/O输出经过译码驱动电路来控制继电器矩阵中的继电器通断及选择测试模式等功能；通过串口RS232与PC机进行通信，通过PC机发送指令来控制下位机的动作；通过JTAG来下载程序。
AD检测模块AD7606-4采用16位4通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。这些器件内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型ADC、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口；
上位机模块，上位机采用VC++作为编译环境，主要功能是给下位机发送指令以及显示测试结果，上位机还具备保存结果、打印结果的功能。
如上所提到的各个模块的连接关系请参考图6所示。
该多芯电缆检测装置所涉及到的硬件关系如下：
1)外部接线
PC机通过串口线与检测箱体的RS232插头连接，外部24V直流电源给检测箱供电，检测箱体与电缆转接装置连接，待测电缆与电缆转接装置连接。
2)内部电路
单片机的I/O口与译码驱动电路连接，通过译码电路扩展I/O口的数目；译码驱动电路与继电器矩阵模块连接，通过译码驱动电路控制继电器矩阵的通断；测试电路模块与AD检测模块连接，AD检测模块与单片机连接，将测试的结果送至单片机处理；单片机通过串口线与PC机连接，将测试结果通过上位机显示。
如图8所示，为检测箱体的一侧的示意图，在检测箱体的一侧设置有通信接口，以使得设置在检测箱体内部的单片机控制模块与上位机进行信号连接，24V电源线用于连接电源，多个检测口(即转接装置)，用于连接待测电缆，包括32芯检测口、24芯检测口、41芯检测口等等。
如图9所示，为检测箱体内部的示意图，在检测箱体内部设置电源模块底板，并在电源模块底板上集成译码选通电路与采集底板、继电器矩阵A、继电器矩阵B以及各插头引出线插座等。
实施例2：
基于实施例1提出的一种多芯电缆检测装置，该装置的使用方法如下：
1)将待测电缆通过电缆转接装置与检测箱建立联接，并采用24V的直流电压源为电源给检测箱供电。
2)通讯模块采用串口RS232将上位机与下位机建立通讯，测试人员通过人机交互操作界面向下位机发送指令，STM32控制模块接收指令完成开始检测、切换检测线路等操作，并将测得结果反馈给上位机。
3)STM32控制模块通过控制继电器的通断，选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式。
4)STM32控制模块I/O口的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换；绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路将测得的结果，通过AD检测模块进行A/D转换反馈到控制模块，并经串口RS232传输至上位机。
5)检测结果通过上位机显示出来，同时上位机对测试结果进行保存、打印。
本发明的工业控制计算机中的上位机程序使用Visual C++6.0开发，如图所示。例如，在进行绝缘电阻检测时：上位机会将不同电缆之间的阻值显示在右侧列表中。通过设置最小绝缘电阻，列表中阻值有三种状态，当测得阻值小于设定最小绝缘电阻阻值时显示不合格，当测得阻值大于最小绝缘电阻时显示具体阻值，当电缆之间完全开路时显示空载。
如图7所示，点击开始测试命令后，会弹出如图所示窗口，选择J1-J4的其中一组，勾选电缆编号点击确定。上位机会按照顺序将设置好的命令发送至下位机，逐一检测所选中的电缆阻值，并将数据显示在列表中。测试结束后，点击保存按钮，便可将数据存放至文档。
综上所述，本发明所设计的电缆检测装置可以准确地测得待测电缆各芯线之间的导通电阻与绝缘电阻，上位机作为输入输出终端，测得数据经过处理由上位机显示出来，并且上位机可以存储、打印，大大提高了系统的自动化程度。并且通过该电缆检测装置可以快速定位多芯电缆中的故障点，缩短了排障时间。该电缆检测装置提供了多达41芯的电缆检测接口，与以往的手动检测相比大大提高了检测速度与检测精度，节省了人力成本与时间成本。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多芯电缆检测装置，其特征在于，包括：
转接装置，用于连接待测电缆；
继电器矩阵模块，所述继电器矩阵模块与所述转接装置未连接待测电缆的一端连接；
测试电路模块，所述测试电路模块连接所述继电器矩阵模块，所述测试电路模块包括绝缘电阻测试电路与导通电阻测试电路，用来测试对应检测模式下的电阻；
单片机控制模块，所述单片机控制模块通过译码器驱动电路连接所述继电器矩阵模块，以控制继电器矩阵中的继电器通断及测试模式的选择，所述单片机控制模块通过选通器高压电源模块连接所述测试电路模块；
AD检测模块，所述测试电路模块通过所述AD检测模块连接所述单片机控制模块；
上位机，所述上位机与所述单片机控制模块信号连接。
2.根据权利要求1所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，还包括检测箱体，所述检测箱体的侧壁上设置所述转接装置，所述检测箱体内部设置有所述继电器矩阵模块、测试电路模块、单片机控制模块以及AD检测模块。
3.根据权利要求2所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，还包括电源，所述电源通过导线连接电源接口，以通过所述电源接口为所述继电器矩阵模块以及所述单片机控制模块提供电源，所述电源接口设置于检测箱体上。
4.根据权利要求1所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，所述单片机控制模块包括单片机，所述单片机上设置有I/O口，所述I/O口线连接所述译码器驱动电路和所述选通器高压电源模块。
5.根据权利要求4所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，所述单片机上设置有通信接口，所述单片机控制模块通过所述通信接口与所述上位机信号连接。
6.根据权利要求4所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，所述单片机上设置有数据总线，所述数据总线与所述AD检测模块连接。
7.根据权利要求1所述的多芯电缆检测装置，其特征在于，所述转接装置设置为多个，用于实现24-41芯电缆的连接。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的多芯电缆检测装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
将待测电缆通过转接装置与检测箱建立联接，并采用24V的直流电压源为电源给检测箱供电；
采用串口RS232将上位机与单片机控制模块建立通讯，通过人机交互操作界面向单片机控制模块发送指令，单片机控制模块接收指令完成开始检测、切换检测线路的操作，并将测得结果反馈给上位机；
单片机控制模块通过控制继电器矩阵模块的通断，选择绝缘电阻测试模式或者导通电阻测试模式；
继电器矩阵模块的输出经由译码驱动电路控制继电器矩阵模块，实现不同测试线路切换；绝缘电阻测试电路和导通电阻测试电路将测得的结果，通过AD检测模块进行A/D转换反馈至单片机控制模块，并经串口RS232传输至上位机。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，上位机在接收到检测结果后，实时显示并对所述检测结果进行保存和打印。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在进行绝缘电阻检测时，上位机将不同电缆之间的阻值显示在列表中，根据设置的最小绝缘电阻，列表中阻值有三种状态，当测得阻值小于设定最小绝缘电阻阻值时显示不合格，当测得阻值大于最小绝缘电阻时显示具体阻值，当电缆之间完全开路时显示空载。
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