一种整星低频电缆网自动测试仪的功能实现

程海峰，张 岩，焦荣惠，佟 雷

（1.中国空间技术研究院 通信卫星事业部；2.北京东方计量测试研究所：北京 100094）

0 引言

目前，整星电缆网在星上的导通测试，是由测试人员按照星上电缆网接点表，将串联了蜂鸣器的导线两端分别插入到两个电连接器的相应点上，若蜂鸣器鸣响，则说明这两个点导通。整星电缆网在星上的绝缘测试，是由测试人员按照星上电缆网接点表，每次将星上一个电连接器通过转接电缆连接到地面的转接盒上，再用绝缘表测量电连接器上每一个点和其他所有点的绝缘情况，以及电连接器上所有点与卫星地和电连接器外壳之间的绝缘情况。

手工测试不但人力成本和时间成本都很高，且只能给出定性的测试结果，测试的准确性也不稳定。为此，需要研制整星低频电缆网自动测试仪，以实现电缆网导通绝缘状态的自动测试。

1 功能要求

电缆网自动测试仪应能够将星上电缆网格式（见表1）导入到上位机进行解析，进行导通测试时，由上位机自动选择电缆号和电连接器代号，同时对5 个电连接器之间的连接点进行导通测试；进行绝缘测试时，上位机选中1 个电连接器，并自动对电连接器内部存在的并联点进行识别，控制内部开关的切换，实现自动测试。测试数据的记录、判读均由上位机自动完成。

系统主要技术指标如下：

1）系统供电。蓄电池供电，电压为250 V，同时保留交流220 V/50Hz 电源供电的接口。

2）导通测试。要求可以同时对5 个电连接器之间的导通进行测试，满足目前星上电缆网电连接器接点要求。

3）绝缘测试。要求可以对1 个电连接器的绝缘进行自动测试，包含电连接器全部接点对电连接器外壳和卫星地的绝缘情况。

表1 星上电缆网格式 Table1 The format of satellite cable network 电缆号：XXX

2 方案设计

2.1 总体技术方案

星上电缆网自动测试仪主要由导通电阻测试单元、绝缘电阻测试单元、恒压源单元、恒流源单元、数据采集单元和继电器切换矩阵等组成（如 图1所示）。

图1 电缆网自动测试仪总体框图 Fig.1 The outline of cable test instrument

导通测试中，恒流源单元通过继电器、测试接口插针向被测电缆提供一个已知的稳定电流，由导通电阻测试单元测量被测电缆上的压降后，即可计算出被测电缆的导通电阻值。绝缘测试中，恒压源单元产生的直流高压通过继电器和测试接口的插针施加在被测电缆的1 根芯线上，由绝缘电阻测试单元测量被测芯线与其他芯线漏电流之和后，即可计算出该芯线和其他芯线间的绝缘电阻值。

2.1.1 导通电阻测量

导通电阻阻值较小，一般采用四线法测量，以消除测试线缆引入的误差，其电路原理如图2所示。设被测星上电缆的阻值为Rx，4 根测量导线的电阻分别为R1、R2、R3和R4；Ⅰs为恒流源输出电流，故流过Rx的电流也为Ⅰs；测量端属于高阻状态，故可认为测量端的电压Um等于Rx两端的电压UR，因此Rx的阻值为

图2 四线法测量电阻原理 Fig.2 The resistance measurement by the law of four lines

以测试分支1 和分支3 两个连接器第6 个接点间的电缆芯线导通电阻为例：芯线连接到分支1 连接器的一端，通过继电器JA6 和继电器JV1 接至恒流源的高端；芯线连接到分支3 连接器的一端，通过继电器JD6 和继电器JV2 接至恒流源的低端。当JA6、JV1、JD6、JV2 全部闭合时，构成一个电流通路（图3中红色粗实线所示），恒流源输出的恒定电流流过被测芯线，产生一定压降。四线法中测量信号回路应该与主回路分开，因此该被测电缆芯线连接到分支1 连接器的一端，通过继电器JB6 和继电器JS1 连接到信号采集的高端；连接到分支3 连接器的一端，通过继电器JC6 和继电器JS2 连接到信号采集的低端，当JB6、JS1、JC6、JS2 全部闭合时，构成另一信号采集回路（图3中蓝色虚线所示），芯线上的压降施加到放大器输入端，经调理和放大后连接至AD 数据采集单元，数据采集单元将测量数据上传至主控单元。

图3 导通电阻测试时电缆芯线间切换的原理 Fig.3 The principle of the cable core line switch for conduction test

2.1.2 绝缘电阻测量

图4 绝缘电阻测试原理图 Fig.4 The schematic diagram of insulation test

目前绝缘电阻最常用的测试方法是直流放大 法，通过测量标准电阻两端的电压，并根据直流分压原理计算出绝缘接点间的电阻，其测量原理如图4所示。其中：Rz为电连接器中某一点和其他所有点之间的绝缘电阻；RF为标准电阻；Uout为标准电阻两端的电压；Uin为测试输入电压，按照星上电缆网绝缘测试电压的要求，设定Uin=250 V。那么， 以测试分支1 连接器第6 个接点与其他接点间的绝缘电阻为例：设第6 根芯线的一端经过继电器JA6 和继电器JV1 连接到恒压源的高端（图5中红色粗实线所示），从而使该芯线整体电位提升至设定电压值；将分支1 的其他芯线通过对应继电器 JB1～JBn（除JB6 外）和JS1 经标准电阻（未画出）连接至恒压源的低端（图5中蓝色虚线所示），则其他芯线整体为低电势。被测芯线和其他芯线间将产生微弱的漏电流，通过采集标准电阻上的压降，即可计算出绝缘电阻阻值。

图5 绝缘电阻测试时电缆芯线间切换的原理 Fig.5 The principle of the cable core line switch for insulation test

2.2 系统架构

星上电缆网自动测试仪的上位机与测试仪主控单元通过通信接口相连接，上位机可以发送用户命令、接收返回数据、设置测量参数等。上位机软件将接收到的测量数据处理后，以清晰、简洁的方式显示给用户。软件为中文操作界面，提供便捷的参数及功能设置窗口，能够对测量数据进行存储和比对，创建和输出统一格式的数据测量报告。

根据硬件的设计和使用需求，为了便于软件的设计、调试、修改和集成，测量软件采用模块化的设计方式，将各种功能封装为不同的功能模块。以各个模块为核心，根据测试流程详细设计、灵活组合，可以实现完整的测试功能。

上位机软件主要包括参数配置、项目测试、结果比对3 个功能模块，它们的具体功能如图6所示。

图6 上位机功能模块图 Fig.6 The function block diagram of the computer

2.2.1 参数配置模块

参数配置模块用来进行3 类数据的配置。第1类数据是网络参数，包含本机IP 地址、设备IP 地址和设备端口，用来进行与下位机的连接；第2 类数据是测试数据，包含导通参数、绝缘参数、导通比对参数、绝缘比对参数，用来在测试时使用；第3类数据是保存路径数据，用来设置保存数据的默认地址。

2.2.2 项目测试模块

项目测试模块可以进行3 项测试，第1 项是导入接点表测试，主要作用是可以让用户手动导入符合特定格式的接点表，以接点表中的内容为依据进行导通以及绝缘测试；第2 项是自学习测试，用户通过对所接电缆的自学习可以得到电缆内部接点的连接关系；第3 项是手动测试，可以让用户对所关心的接点进行单独测试。

2.2.3 结果比对模块

结果比对模块以项目测试模块中生成的导通或者绝缘文件为输入，将不同时间、相同电缆号的导通文件或相同电连接器的绝缘文件进行比对，可以找出两个文件中的差异，方便用户对不同时间的测试结果进行分析。

3 测试介绍

进行电缆网测试时，应针对星上电缆网电连接器的型号准备相应的地面电缆，从自动测试仪引出5 条地面电缆，分别和星上电缆网的5 个电连接器进行对接（如图7所示）。

图7 整星低频电缆网测试连接示意图 Fig.7 The diagram of satellite cable network measurement

导通测试时，上位机通过解析电缆网接点表格式，对5 个电连接器之间的接点连接进行导通测试。针对星上电缆网某个电连接器在电缆的不同分支，导通测试时，每个电连接器需要插接多次。

绝缘测试时，按照整星低频电缆网接点表格式，对1 个电连接器的全部接点进行绝缘测试。在后续该电连接器在电缆的不同分支出现时，上位机提示该电连接器绝缘测试已完成，避免出现多次测量。

4 结束语

整星低频电缆网自动测试仪实现了整星电缆网导通绝缘自动测试，具有友好的人机界面以及数据的自动记录保存和比对功能，测试方法简单，易于操作，便于携带。该产品所用的测试转接电缆和目前手动测试使用的转接电缆可以兼容，能够实现各种型号电缆和电连接器的导通绝缘测试。

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