電纜自動化測試及故障排查系統(tǒng)的設計

雷小青 王代強 潘中印

(1.貴州大學職業(yè)技術學院 貴州貴陽) (2.貴州大學理學院 貴州貴陽)(3.東方地球物理公司西安物探裝備分公司 陜西西安)

電纜自動化測試及故障排查系統(tǒng)的設計

雷小青1王代強2潘中印3

(1.貴州大學職業(yè)技術學院 貴州貴陽) (2.貴州大學理學院 貴州貴陽)(3.東方地球物理公司西安物探裝備分公司 陜西西安)

文章介紹了一種電纜故障測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)有8051單片機、多路選擇開關和比較器等模塊組成。系統(tǒng)可用來檢測長距離、多芯電纜的多種常見故障。可適用于航天、航空、通信、工業(yè)、醫(yī)學等多種領域,用途十分廣泛。

電纜;測試;故障;設計

0 引 言

多芯電纜是被廣泛應用的信號傳輸或能量傳輸?shù)闹匾d體,尤其是在我們的實際中其應用更是隨處可見,與其應用的廣泛性相比,測試方法的落后日益受到廣大技術人員的關注。我們在工作的過程中,都是用人工測試電纜(包括電纜的絕緣、導通和故障排查),人工測試的方法既費時又費力,準確性也比較差。針對以上問題,本文提出一種新型的電纜自動化測試及故障排查系統(tǒng),以實現(xiàn)對多芯電纜的斷路、短路、斷路點、短路點的測試。

1 電纜自動化測試功能

一般地,在多芯電纜的實際應用中,常見問題為電纜某芯線斷路和電纜中某兩根芯線之間短路。針對上述問題,設計測試系統(tǒng)具有以下功能:

1)短路測試——精確測得電纜芯線之間是否有不必要的連接及路點的具體位置。此項功能在試驗任務中可用來測試電纜的絕緣性能;

2)斷路測試——精確測得電纜中某芯線是否連通及斷路點的具體位置。此項功能在試驗任務中可用來測試電纜的導通性能;

3)統(tǒng)計及顯示——統(tǒng)計并顯示一次測量中開路及短路的芯線數(shù)及芯線號;

4)適用于芯線數(shù)目較多和長距離的電纜測試場合,尤其適用于像試驗任務這樣的電纜數(shù)量多且傳輸距離遠的測試場合;

5)測試準確、方便、快速,具有自動測試的特點。

2 測試系統(tǒng)設計[1、2]

測試系統(tǒng)設計以8051單片機為核心,配以多選二開關陣列(模擬開關組合實現(xiàn))、內(nèi)置信號發(fā)生器、比較器、整形放大器和電纜接口單元等模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)電路組成

設計測試系統(tǒng)的工作程序流程如圖2所示。

圖2 程序流程圖

3 測試系統(tǒng)測試原理[3、4]

3.1 斷路、短路測試(電纜的絕緣與導通)

該開關陣列連接在電纜的某一端,原理框圖如圖3所示。

圖3 短路、斷路測試原理

該方案在測量斷路與短路時,有不同的操作過程。1)芯線斷路的測試:

首先將多芯電纜一端所有芯線連到一起;然后將芯線另一端連接開關陣列,由單片機8051控制開關陣列從某一條芯線輸入電信號,再由除此芯線以外的其余芯線掃描讀取此信號。如果讀不到此信號,說明此芯線斷路,或除此芯線以外的其余芯線都斷路。

2)芯線短路的測試:

將電纜中的所有芯線的一端全部斷開(即互不相連),然后由單片機8051控制與芯線另一端相連的開關陣列,使得從某一條芯線輸入電信號,從除此以外的其余芯線掃描讀取該信號,若能讀得該信號,則說明芯線與被掃描芯線之間有短路情況,并記錄相互短路的芯線號。

3.2 斷路點、短路點測試

前面敘述了電纜有短路、斷路等故障檢測方法。如果檢測出某一電纜有斷路故障,某兩根電纜有短路故障,如何判斷故障點在何處,分別做以下簡要說明。斷路及短路故障點的測試電路原理圖如圖4所示。

圖4 短路及斷路故障點檢測電路原理

IC1及周期元件組成典型文氏橋式正弦波振蕩電路,如圖2設計的參數(shù),振蕩頻率f約為1.6 kHz。

圖2中IC2起隔離作用,提高電路帶負載的能力;兩個二極管利用其非線性以達到自動穩(wěn)幅的效果。后加的輸出變壓器是為檢測短路故障點需要,檢測斷路故障點時可以不用。

1)斷路故障點的測試:

將有斷路故障的電纜芯線一端接入圖2所示的A點,將一個盒式錄音機的放音磁頭靠近此電纜線,打開錄音機,將其沿著電纜線移動,錄音機中可以聽到音頻信號。到斷路點以后,音頻信號無法傳來,錄音機中聽不到音頻信號,這樣就可以判斷出斷路點的位置。

需注意的是:當檢測多芯電纜某一根斷路故障時,其余芯線最好接地,以減小分布電容的影響,這樣檢測的效果較好。

2)短路故障點的測試:

短路點測試是將有短路故障的兩根電纜芯線分別接入圖2所示的B、C點,仍用錄音機磁頭靠近故障電纜線,并沿著電纜線移動,錄音機中可以聽到音頻信號。到短路點以后,則聽不到音頻信號,這樣可以判斷出短路點的位置。

3.3 測試功能轉換

本系統(tǒng)測試功能的轉換,是通過單片機(8051小系統(tǒng))控制上文所提及的模擬開關所實現(xiàn)。測試功能轉換原理如圖5所示。

圖5 測試功能轉換原理

其中8051單片機小系統(tǒng)通過向模擬開關K1的1IN、2IN管腳輸入電信號,以控制各功能。

1)斷路或短路掃描檢測

當1IN為高電平,2IN為高電平時,K1的開關1、2導通(A管腳接圖2的A點,圖2的A點信號通過開關1輸入,OUT腳接放大整形電路再輸出給8051小系統(tǒng),由兩條不同芯線(圖3中LIN)通過芯線接口單元接電纜盡能多的芯線進行斷路或短路掃描檢測;

2)開路點檢測

當1IN為高電平,2IN為任意電時,K1的開關1導通(圖2的A點信號通過開關1輸入),由8051小系統(tǒng)通過外圍電路提供芯片線選通信號2,以選通一開路芯線,進行開路點檢測;

3)短路點檢測

當B、C管腳信號接入電路,(B、C管腳分別與圖2的B、C點相連),由CPU通過外圍電路提供芯線選通信號1、2,分別選通兩條短路芯線,進行短路點檢測。

4 結束語

該測試系統(tǒng)對判別電纜斷路點和短路點故障的方法既簡單又實用。對于非屏蔽和非預埋在地下的電纜及一般導線,本文介紹的斷開及短路檢測方法仍然適用。在實際應用中不僅可靠、準確,與傳統(tǒng)的人工逐點相比大大節(jié)約了檢測時間。

[1] 陳明熒.8051單片機基礎教程[M].北京,科學出版社,2003

[2] 段九州.振蕩電路實用設計手冊[M].遼寧,遼寧科學技術出版社,2002

[3] 閻 石.數(shù)字電子技術基礎[M].北京,高等教育出版社,1999

[4] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京,高等教育出版社,2001

Design of a new system for testing cable faults.

Lei Xiaoqing,Wang Daiqiang and Pan Zhongyin.

This paper introduces a new system for testing cable,The system has 8051 microcontroller,multi-channel switch selectors and the comparator modules,etc.The system can detect long-range,multi-core cables of a variety of common faults,it can be widely used to cosmonautics,aviation,communication,industry,medicine and many other areas.

cable;test;fault;design

P631.6+3

B

1004-9134(2011)05-0012-02

雷小青,女,1971年生,實驗師,貴州大學通信與信息工程在職碩士,現(xiàn)在貴州大學職業(yè)技術學院從事教學及科研工作。郵編:550003

2011-05-18編輯梁保江)

PI,2011,25(5):12～13,15

·方法研究·