电缆自动化测试及故障排查系统的设计

雷小青 王代强 潘中印

(1.贵州大学职业技术学院 贵州贵阳) (2.贵州大学理学院 贵州贵阳)(3.东方地球物理公司西安物探装备分公司 陕西西安)

电缆自动化测试及故障排查系统的设计

雷小青1王代强2潘中印3

(1.贵州大学职业技术学院 贵州贵阳) (2.贵州大学理学院 贵州贵阳)(3.东方地球物理公司西安物探装备分公司 陕西西安)

文章介绍了一种电缆故障测试系统。该系统有8051单片机、多路选择开关和比较器等模块组成。系统可用来检测长距离、多芯电缆的多种常见故障。可适用于航天、航空、通信、工业、医学等多种领域,用途十分广泛。

电缆;测试;故障;设计

0 引 言

多芯电缆是被广泛应用的信号传输或能量传输的重要载体,尤其是在我们的实际中其应用更是随处可见,与其应用的广泛性相比,测试方法的落后日益受到广大技术人员的关注。我们在工作的过程中,都是用人工测试电缆(包括电缆的绝缘、导通和故障排查),人工测试的方法既费时又费力,准确性也比较差。针对以上问题,本文提出一种新型的电缆自动化测试及故障排查系统,以实现对多芯电缆的断路、短路、断路点、短路点的测试。

1 电缆自动化测试功能

一般地,在多芯电缆的实际应用中,常见问题为电缆某芯线断路和电缆中某两根芯线之间短路。针对上述问题,设计测试系统具有以下功能:

1)短路测试——精确测得电缆芯线之间是否有不必要的连接及路点的具体位置。此项功能在试验任务中可用来测试电缆的绝缘性能;

2)断路测试——精确测得电缆中某芯线是否连通及断路点的具体位置。此项功能在试验任务中可用来测试电缆的导通性能;

3)统计及显示——统计并显示一次测量中开路及短路的芯线数及芯线号;

4)适用于芯线数目较多和长距离的电缆测试场合,尤其适用于像试验任务这样的电缆数量多且传输距离远的测试场合;

5)测试准确、方便、快速,具有自动测试的特点。

2 测试系统设计[1、2]

测试系统设计以8051单片机为核心,配以多选二开关阵列(模拟开关组合实现)、内置信号发生器、比较器、整形放大器和电缆接口单元等模块如图1所示。

图1 系统电路组成

设计测试系统的工作程序流程如图2所示。

图2 程序流程图

3 测试系统测试原理[3、4]

3.1 断路、短路测试(电缆的绝缘与导通)

该开关阵列连接在电缆的某一端,原理框图如图3所示。

图3 短路、断路测试原理

该方案在测量断路与短路时,有不同的操作过程。1)芯线断路的测试:

首先将多芯电缆一端所有芯线连到一起;然后将芯线另一端连接开关阵列,由单片机8051控制开关阵列从某一条芯线输入电信号,再由除此芯线以外的其余芯线扫描读取此信号。如果读不到此信号,说明此芯线断路,或除此芯线以外的其余芯线都断路。

2)芯线短路的测试:

将电缆中的所有芯线的一端全部断开(即互不相连),然后由单片机8051控制与芯线另一端相连的开关阵列,使得从某一条芯线输入电信号,从除此以外的其余芯线扫描读取该信号,若能读得该信号,则说明芯线与被扫描芯线之间有短路情况,并记录相互短路的芯线号。

3.2 断路点、短路点测试

前面叙述了电缆有短路、断路等故障检测方法。如果检测出某一电缆有断路故障,某两根电缆有短路故障,如何判断故障点在何处,分别做以下简要说明。断路及短路故障点的测试电路原理图如图4所示。

图4 短路及断路故障点检测电路原理

IC1及周期元件组成典型文氏桥式正弦波振荡电路,如图2设计的参数,振荡频率f约为1.6 kHz。

图2中IC2起隔离作用,提高电路带负载的能力;两个二极管利用其非线性以达到自动稳幅的效果。后加的输出变压器是为检测短路故障点需要,检测断路故障点时可以不用。

1)断路故障点的测试:

将有断路故障的电缆芯线一端接入图2所示的A点,将一个盒式录音机的放音磁头靠近此电缆线,打开录音机,将其沿着电缆线移动,录音机中可以听到音频信号。到断路点以后,音频信号无法传来,录音机中听不到音频信号,这样就可以判断出断路点的位置。

需注意的是:当检测多芯电缆某一根断路故障时,其余芯线最好接地,以减小分布电容的影响,这样检测的效果较好。

2)短路故障点的测试:

短路点测试是将有短路故障的两根电缆芯线分别接入图2所示的B、C点,仍用录音机磁头靠近故障电缆线,并沿着电缆线移动,录音机中可以听到音频信号。到短路点以后,则听不到音频信号,这样可以判断出短路点的位置。

3.3 测试功能转换

本系统测试功能的转换,是通过单片机(8051小系统)控制上文所提及的模拟开关所实现。测试功能转换原理如图5所示。

图5 测试功能转换原理

其中8051单片机小系统通过向模拟开关K1的1IN、2IN管脚输入电信号,以控制各功能。

1)断路或短路扫描检测

当1IN为高电平,2IN为高电平时,K1的开关1、2导通(A管脚接图2的A点,图2的A点信号通过开关1输入,OUT脚接放大整形电路再输出给8051小系统,由两条不同芯线(图3中LIN)通过芯线接口单元接电缆尽能多的芯线进行断路或短路扫描检测;

2)开路点检测

当1IN为高电平,2IN为任意电时,K1的开关1导通(图2的A点信号通过开关1输入),由8051小系统通过外围电路提供芯片线选通信号2,以选通一开路芯线,进行开路点检测;

3)短路点检测

当B、C管脚信号接入电路,(B、C管脚分别与图2的B、C点相连),由CPU通过外围电路提供芯线选通信号1、2,分别选通两条短路芯线,进行短路点检测。

4 结束语

该测试系统对判别电缆断路点和短路点故障的方法既简单又实用。对于非屏蔽和非预埋在地下的电缆及一般导线,本文介绍的断开及短路检测方法仍然适用。在实际应用中不仅可靠、准确,与传统的人工逐点相比大大节约了检测时间。

[1] 陈明荧.8051单片机基础教程[M].北京,科学出版社,2003

[2] 段九州.振荡电路实用设计手册[M].辽宁,辽宁科学技术出版社,2002

[3] 阎 石.数字电子技术基础[M].北京,高等教育出版社,1999

[4] 童诗白.模拟电子技术基础[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,实验师,贵州大学通信与信息工程在职硕士,现在贵州大学职业技术学院从事教学及科研工作。邮编:550003

2011-05-18编辑梁保江)

PI,2011,25(5):12～13,15

·方法研究·