CN2433635Y - 导线故障检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种导线短路或断路故障探测仪,由信号发生器,信号探测器及钩型电压探头、钳型电流探头组成。信号发生器能输出峰值可调的固定频率为8KHZ的电压或电流信号,信号探测器由液晶显示单元显示出被测导线内的电压或电流信号。本仪器具有体积小、便于携带、操作简单,检测快速准确,对导线不造成损伤的优点。广泛应用于机械、电子、汽车、飞机、家电等领域各种连接导线故障的检测。

Description

导线故障检测仪

本实用新型属于一种线路故障探测仪器，更具体地说属于一种导线短路或断路故障的探测仪器。

目前在家电、电子、汽车、通讯及飞机制造等领域，自动化程度越来越高，其电气、电子系统复杂，连接导线很多，导线经常是整束地扎在一起。导线因磨损、老化、腐蚀、振动、超负荷运行或其它原因经常会发生短路、断路或接头松动等故障。导线发生故障后，维修人员一般采用万用表或者兆欧表来查找故障点。当导线两接头距离比较远时，经常用细针刺穿导线的绝缘层，然后用逐步迫近方法一步一步地查找到断路或短路的地方，这样会对导线造成很大的损伤。由于万用表表笔的接线长度有限，经常要延长接线，在通信线路或飞机等大型设备连接导线故障的查找，用万用表检测，显得很困难。现有对导线短路或断路故障的查找，存在着工作量大，费时、准确性差，经常会对导线的绝缘层造成破坏或损伤的问题。

本实用新型的目的是提供一种操作简单、携带方便，能快速、准确对导线短路或断路故障点进行无损伤检测的仪器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。一种导线故障检测仪，由信号发生器、信号探测器和探头组成，其特征在于：信号发生器由方波振荡发生器(A)，依次连接四分频器(B)，低通滤波器(C)，放大器(D)，输出最大峰峰电压为6V、最大峰值电流为2mA、固定频率的可调电压或电流信号，信号发生器输出端还连接有短路报警电路(E)；信号探测器电路中，由探头感应到的信号接到电荷放大器(F)，依次连接带通滤波器(G)，信号放大器(H)，整流器(I)，积分器(J)，再送到LCD液晶显示单元(L)显示，信号探测器的显示部份还包括有辅助显示电路(K)。

导线故障检测仪的信号发生器的方波振荡器(A)由反相器4069、石英晶体32768及电阻R₁、R₂、电容C₁、C₂组成；四分频器(B)由集成双D触发器4013搭接成；低通滤波器(C)由运算放大器N_1B、电阻R₃、R₄、R₇、R₈、R₉、R₁₀、电容C₄、C₅、C₆组成；输出驱动器(D)由运算放大器N_1A、电位器RP₁、电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、电容C₇、C₈组成；短路报警电路由运算放大器N_1C、N_1D、D触发器U_3A、及二极管D₁、D₂、电阻R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₉、电压基准源Z₁电容C₀₁、C₉及发光二极管、复位开关、反相器U_1C、U_1D、U_1E、U_1F组成；电源电路由运算放大器N_2A、R₂₀、R₂₁、C₀₂组成；

信号探测器的电路中，电荷放大器(F)由运算放大器N_11A、电阻R^* ₁、电容C^* ₁、C^* ₂组成；滤波器(G)由运算放大器N_11B、电容C^* ₃、C^* ₄、电阻R^* ₂、R^* ₃、R^* ₄组成；增益可调的放大器(H)由运算放大器N_12A、电位器RP^* ₁、电阻R^* ₅、R^* ₆、电容C^* ₅组成，全波整流器(I)由运算放大器N_11C、N_11D检波二极管D^* ₁、D^* ₂、电阻R^* ₇、R^* ₈、R^* ₉、电容C^* ₆组成；积分器(J)由运算放大器N_13A、电容C^* ₇、电阻R^* ₁₀、R^* ₁₁组成；LCD液晶显示单元(L)由CMOS集成电路7136、液晶显示屏、及其它外围元件组成；辅助显示电路(K)由运算放大器N_13B、N_13C、电位器R^* ₁₄、R^* ₁₅，电压基准电源Z₁、电阻R^* ₁₆、R^* ₁₇、R^* ₁₈、R^* ₁₉、R^* ₂₁、电容C^* ₉、反相器D_11F、D_11E、D_11A、D_11B、D_11C、发光二极管V₂₁、V₂₂与门D_12A、D_12B、D_12C、D_12D、压电陶瓷片BUZZ组成，电源电路由运算放大器N_12B、电阻R^* ₂₀、R^* ₂₁、电容C^* ₀₂组成。

探头是可更换的能与被检测导线大小相适应的钩型电压探头或钳型电流探头。钩型电压探头由手柄(4)和钩头组成，钩头是扁平状，有三层结构，钩头的前端有半圆状的向内卷起(6)，钩头的外层是金属屏蔽层(8)，与地线端(7)相连，并固定于手柄(4)，内层是金属感应层(3)与输入端导线(5)相连，中间是绝缘层(2)。

由于本实用新型的信号发生器能输出频率固定、电压或电流可调的信号，再注入到被检测的导线中，通过信号探测器的钩型电压探头或钳型电流探头感应到导线内的电压或电流信号的有或没有，通过液晶或发光二极管显示，不用精确测量或计算具体测到的电压或电流，更不用刺穿导线的绝缘层或剥开导线检测，因此，采用本探测仪器能对导线短路或断路故障进行准确、快速无损的检测，适用于各种长短和不同直径大小导线短路或断路故障的检测。

下面结合附图及具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的电路方框图；

图2是本实用新型信号发生器的电路图；

图3是本实用新型信号探测器电路图；

图4是本实用新型信号探测器液晶显示单元电路图；

图5是本实用新型钩型电压探头钩头朝上的俯视图；

图6是图5A-A的剖视图；

图7是本实用新型钳型电流探头测量导线的示意图；

图8采用万用表查找导线短路或断路故障点的示意图；

图9是本实用新型应用在飞机上查找导线故障点的示意图。

图示说明：(1)是被检测导线，(2)是钩型探头绝缘层，(3)是钩型探头金属感应层，(4)是钩型探头手柄，(5)是感应探头信号输入端接线，(6)是钩型探头的钩起，(7)是探头的地线端，(8)是钩型探头的金属屏蔽层，(9)是钳型探头的圆形导磁环，(10)被检测的导线束，(11)是感应线圈，(12)、(13)是电线接头，(14)、(15)是检测点，(16)是假设的故障点，(17)为飞机机身，(18)为飞机机翼，(19)电子舱控制盒接头41号插钉，(20)为传感器，(21)是假设的故障点。

参照图2，方框A由反相器、石英晶体32768及电阻、电容组成的方波振荡器，产生32KHZ频率的方波振荡信号，方框B由两个D触发器U_2A，U_2B，采用双D触发器集成电路4013搭接成四分频电路，信号经四分频后输出变成8KHZ的方波信号。

方框C中的电路是一个由运算放大器N_1B、电阻、电容组成的三阶多路反馈低通滤波器，滤波器截止频率设计为9KHZ。其中R₃、R₄的阻值为76KΩ，R₇、R₈、R₉、R₁₀的阻值分别为56KΩ、3.9KΩ、110KΩ、110KΩ，电容C₄、C₅、C₆容值均为1KP。方波经滤波器滤波后输出8KHZ的近似正弦信号。正弦信号通过电位器RP₁分压后送到输出驱动级D。正常情况下，OUT端输出固定频率8KHZ的正弦电压信号。输出电压峰值通过电位器RP₁可调，最大电压峰峰值可达6V。当OUT端对地短路时，电阻R₁₃起限流作用，R₁₃=1.5KΩ，输出最大峰值2mA，固定频率8KHZ的电流信号。输出电流的峰值通过RP₁可调。方框E是输出短路报警电路。正常情况下，OUT端悬空，由运算放大器N_1C构成的跟随器输出经二极管D₁整流，电容C₉滤波后，在C₉上保持直流高电平信号，使其后的比较器输出为低电平。比较器由R₁₅、运算放大器N_1D及稳压管Z₁组成。Z₁选用电压基准源8069。D触发器的CLK端0(低电平)，Q(Q的反相输出端)输出为1(高电平)，反相后输出低电平，发光二极管LED灭。当OUT端瞬时短路，可以推出N_1D输出转为高电平，D触发器的CLK端由0(低电位)转为1(高电位)，Q端输出反转，发光二极管LED亮，起报警作用。D触发器设置了一个复位电门，按下时LED灭。图2中方框P是电源电路。控制器由9V单电源供电，由于电路中运算放大器采用低功耗，高输入阻抗的TL062及TL084，这两种芯片需要双电源供电。这部分电路的功能是将单电源变换为正负双电源。电路中的所有反相器只用了一个集成六反相器芯片4069。

图3中的方框W同信号发生器的方框P一样，是双电源电路。

由探头感应到的微弱感应电压信号送到探测器的输入端IN，探测器的输入级采用电荷放大器F。电荷放大器实际上是一种电容反馈的负反馈放大器，它的输出电压与探头的感应电荷成正比，而与探头的传输线的电容无关，这样可避免探头与输入端之间的导线上有电压信号损失。

电荷放大器的下级是带通滤波器G，滤波器的中心频率设计为8KHZ，增益为10，Q值为10，带宽为800HZ。电路的形式采用无限增益多路反馈带通滤波器。频率在7.2KHZ以下和8.8KHZ以上的干扰信号被抑制。电路设计参数：R^* ₂=6KΩ、R^* ₃=290Ω、R^* ₄=118KΩ、C^* ₃=C^* ₄=3.3KP。

滤波器的输出连接一个增益可调的放大器H，再送入全波整流器I，整流器输出为脉动直流信号，然后经积分器J积分后成为直流电压信号，直流电压信号直接送至LCD液晶显示单元。

图4中的显示电路采用7136微功耗单片CMOS三位半A/D转换器。此芯片所有有源器件包括在一片CMOS集成电路内，它包括七段译码、液晶显示驱动、基准和时钟等，只需很少的外围元件，就可直接驱动三位半的液晶显示组件。值得一提的是，该电路采用电压基准源Z₁提供的1.25V电压作为外接基准源。

电路图3中还包括辅助显示电路K。积分器的输出分两路输出，一路送图4液晶显示电路，一部分输出到辅助显示电路。由N_13B、N_13C两个运算放大器、R^* ₁₄、R^* ₁₅电位器、8069电压基准源Z₁以及简单的数字逻辑电路组成两个比较器。比较器的功能是，调节电位器R^* ₁₄、R^* ₁₅可以实现两个门限值的设定。假设将R^* ₁₄的中心抽头电位设定为1.0V，R^* ₁₅中心抽头电位设定为0.5V。当积分器的输出电压大于0.5V时，二极管V₂₂燃亮，输出电压大于1.0V时，V₂₁亮，V₂₂灭。蜂鸣器单元电路的功能是，当V₂₁燃亮的同时(积分器输出电压大于1.0V)，蜂鸣器报警。R^* ₁₈、R^* ₁₉、C^* ₉两个反相器和一个与门构成振荡器，提供压电陶瓷片BUZZ鸣叫所需的振荡信号。与门D_12B作为振荡器的控制端。4与门采用的是集成电路芯片4081。反相器用的是4069。电路中所有的运算放大器采用的是TL084和TL062。

信号发生器有两个输出端，即地线端和信号输出端，信号探测器有两个输入端，即地线端和信号输入端。信号发生器的地线端和信号探测器的地线端必须相连接，可以通过被检测的机器设备的金属壳体相连接或直接用导线相连接。

信号发生器的信号输出端可以用表笔或公插钉或铗子直接接到被测的导线一端。信号探测器的信号输入端的探头可以更换，钩型探头和钳型探头的直径有多种大小不同规格，以适用不同大小直径的导线。

下面介绍用普通万用表检测导线发生短路或断路的一般方法。

图8中12、13代表两个电线接头，两接头之间有两根导线相连接。我们假设图中的粗导线有断路点16，采用万用表测量导线的电阻。红表笔搭接粗线的接头12端，在导线上选取测量点14或15，用细针在测量点处刺穿导线绝缘层，黑表笔搭接细针。测量14或15点与红表笔之间的电阻。14点的电阻为0(短路)，15点的电阻为无穷大(开路)。缩小14、15点间的距离，可以实现断路点16的定位。由以上查找故障点的过程可以看出用万用表测量的几个缺陷：

(1)对导线绝缘层会造成或多或少的损伤。

(2)工作量大。由于要尽可能少得损伤导线，用细针时需极其小心。

(3)万用表笔长度有限，距离远时需另接导线。接线导致的接触不良又会影响判断的准确性。

下面结合实际例子介绍本实用新型的具体应用。

图9是波音737飞机示意图。B2909号飞机襟翼位置灯曾发生故障。飞机襟翼灯在飞机的驾驶舱中，能指示飞机襟翼的收上和放下状态，正常情况下，襟翼收上时位置灯应该亮，放下时位置灯灭。故障的现象是襟翼收上时，位置灯不亮，排除其它故障原因后从飞机线路图可知，从电子舱的控制盒接头41号插钉19至机翼传感器20的线路中有断路存在。假设故障点在21位置，采用本实用新型检测故障。信号发生器放在电子舱中，地线端与信号探测器的地线端通过飞机壳体相连接，在控制盒41号插钉内输入8KHZ电压信号，在41号插钉和传感器20之间的导线上的任一点，用钩型电压探头探测电压，若此点有电压，说明断点在此点后端，即在检测点与传感器之间，若探测不到电压，则断点在此点前面，即41号插钉与检测点之间。采用逐步迫近法，可以逐渐地缩小查找的范围，最后，可以找到断点就在传感器附近21位置点上。是由于一个死接头腐蚀造成断路。

如果故障点21与飞机壳体短路，那么在41号插钉19与故障点21之间检测不到电压信号而只能检测到固定频率的电流信号，在传感器20与故障点21之间检测不到电流信号。由此可以找到短路点21的位置。

由于本实用新型的信号发生器能调节输出电流大小，并且最大输出电流峰值为2mA，不会因电流过大而烧毁导线。本实用新型不用通过精确测量感应电压或电流来判断故障点，所以不关心所测到的具体电压或电流数值。本实用新型还可以通过发光二极管的亮或不亮及蜂鸣器的叫声来简单地判断被测导线中有或没有感应电压或电流，这样更方便于操作。

Claims (4)

1．一种导线故障检测仪，由信号发生器、信号探测器和探头组成，其特征在于：信号发生器由方波振荡发生器(A)，依次连接四分频器(B)，低通滤波器(C)，放大器(D)，输出最大峰峰电压为6V、最大峰值电流为2mA、固定频率的可调电压或电流信号，信号发生器输出端还连接有短路报警电路(E)；信号探测器电路中，由探头感应到的信号接到电荷放大器(F)，依次连接带通滤波器(G)，信号放大器(H)，整流器(I)，积分器(J)，再送到LCD液晶显示单元(L)显示，信号探测器的显示部份还包括有辅助显示电路(K)。

2．根据权利要求1所述的导线故障检测仪，其特征在于：信号发生器的方波振荡器(A)由反相器4069、石英晶体32768及电阻R₁、R₂、电容C₁、C₂组成；四分频器(B)由集成双D触发器4013搭接成；低通滤波器(C)由运算放大器N_1B、电阻R₃、R₄、R₇、R₈、R₉、R₁₀、电容C₄、C₅、C₆组成；输出驱动器(D)由运算放大器N_1A、电位器RP₁、电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、电容C₇、C₈组成；短路报警电路由运算放大器N_1C、N_1D、D触发器U_3A、及二极管D₁、D₂、电阻R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₁₇、R₁₉、电压基准源Z₁电容C₀₁、C₉及发光二极管、复位开关、反相器U_1C、U_1D、U_1E、U_1F组成；电源电路由运算放大器N_2A、R₂₀、R₂₁、C₀₂组成；

信号探测器的电路中，电荷放大器(F)由运算放大器N_11A、电阻R^* ₁、电容C^* ₁、C^* ₂组成；滤波器(G)由运算放大器N_11B、电容C^* ₃、C^* ₄、电阻R^* ₂、R^* ₃、R^* ₄组成；增益可调的放大器(H)由运算放大器N_12A、电位器RP^* ₁、电阻R^* ₅、R^* ₆、电容C^* ₅组成，全波整流器(I)由运算放大器N_11C、N_11D检波二极管D^* ₁、D^* ₂、电阻R^* ₇、R^* ₈、R^* ₉、电容C^* ₆组成；积分器(J)由运算放大器N_13A、电容C^* ₇、电阻R^* ₁₀、R^* ₁₁组成；LCD液晶显示单元(L)由CMOS集成电路7136、液晶显示屏、及其它外围元件组成；辅助显示电路(K)由运算放大器N_13B、N_13C、电位器R^* ₁₄、R^* ₁₅，电压基准电源Z₁、电阻R^* ₁₆、R^* ₁₇、R^* ₁₈、R^* ₁₉、R^* ₂₁、电容C^* ₉、反相器D_11F、D_11E、D_11A、D_11B、D_11C、发光二极管V₂₁、V₂₂与门D_12A、D_12B、D_12C、D_12D、压电陶瓷片BUZZ组成，电源电路由运算放大器N_12B、电阻R^* ₂₀、R^* ₂₁、电容C^* ₀₂组成。

3．根据权利要求1所述的导线故障检测仪，其特征在于：所述的探头是可更换的能与被检测导线大小相适应的钩型电压探头或钳型电流探头。

4．根据权利要求3所述的导线故障检测仪，其特征在于：所述的钩型电压探头由手柄(4)和钩头组成，钩头是扁平状，有三层结构，钩头的前端有半圆状的向内卷起(6)，钩头的外层是金属屏蔽层(8)，与地线端(7)相连，并固定于手柄(4)，内层是金属感应层(3)与输入端导线(5)相连，中间是绝缘层(2)。

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