在航空、航天、電子、兵器、船舶等領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用著不同規(guī)模的電纜，電纜是設(shè)備進行信號傳輸?shù)闹匾d體，電纜連接質(zhì)量直接影設(shè)備的可靠性，在產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、檢驗、使用、維護過程中必須對電纜進行檢測，保證交付產(chǎn)品的質(zhì)量，因此高壓電纜測試儀是設(shè)備測試系統(tǒng)必不可少的保障儀器。 　　一、高壓電纜測試儀" title="電纜測試儀">電纜測試儀基本功能
　　北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司研發(fā)的高壓電纜測試儀，用于電纜的通、斷、導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通電阻阻值等導(dǎo)通性指標及電纜芯線之間、芯線與殼體之間的絕緣性和抗電強度指標等性能指標檢測，主要用于軍用、民用領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)和檢測維護過程中電纜的自動檢測。
　　1、檢測功能：具有導(dǎo)通測量、絕緣測量、抗電強度測量功能；
　　2、自檢功能：對系統(tǒng)的采集通道、低壓測量通道、高壓測量通道進行系統(tǒng)自檢，檢查設(shè)備工作狀態(tài)；
　　3、測試流程、測試任務(wù)動態(tài)配置功能：用戶利用圖形化編程方式，對測試流程、測試任務(wù)進行現(xiàn)場配置，使用方便靈活；
　　4、校準功能：外接標準電阻，對大電阻測量" title="電阻測量">電阻測量、絕緣電阻測量通道進行系統(tǒng)輸入輸出特性擬合，運用數(shù)學算法確定校準方程，進行系統(tǒng)校準；
　　5、數(shù)據(jù)管理功能：具有測量數(shù)據(jù)報表自動生成，數(shù)據(jù)查詢、打印、導(dǎo)出、刪除、顯示，結(jié)果判斷、超限報錯等功能。
　　6、USB接口轉(zhuǎn)儲功能，通過USB接口利用U盤安裝程序、轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)。 ? 　　二、高壓電纜測試儀主要技術(shù)指標
　　1、導(dǎo)通測量通道：128路，可擴充為256路。
　　2、絕緣測量通道：128路，可擴充為256路。
　　3、抗電強度測量通道：128路，可擴充為256路。
　　4、導(dǎo)通電阻測量范圍：
　　電阻擋：0～20MΩ，200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ、20MΩ6個量程，測量誤差：2Ω；精確度：0.5%。
　　電導(dǎo)檔：20MΩ～100MΩ，精確度：5%；100MΩ～300MΩ，精確度：10%。
　　5、絕緣電阻測量范圍：測量電壓為直流500V，最大輸出電流5mA，電阻測量范圍：10MΩ～100MΩ，精確度：5%；100MΩ～300MΩ，精確度：10%。
　　6、抗電強度測量：測量電壓為交流750V、頻率50Hz交流電，最大輸出電流5mA，被測端點不出現(xiàn)飛弧和擊穿現(xiàn)象。
　　7、對外接口：外接PS/2鍵盤、鼠標，1個標準串行接口，1個并行接口，1個USB接口，1個CRT接口，1個平板顯示器接口。
　　8、輸入電源：AC220V（220±10%），輸入電源功率：?300W。
　　9、工作環(huán)境溫度：0℃～+55℃。
　　10、電纜測試儀機箱外形尺寸：493mm（長）X 540mm（深）X 350mm（高）。 ? 　　三、高壓電纜測試儀組成及系統(tǒng)工作原理
　　高壓電纜測試儀主要由機箱、電源系統(tǒng)、各種功能電路板、鍵盤、鼠標、供電電纜、測試電纜等部分組成。高壓電纜測試儀系統(tǒng)原理組成方框圖如圖1所示。

圖1.高壓電纜測試儀系統(tǒng)原理組成方框圖 ? 　　CPU主控制器電路板由CPU主控制器、總線隔離驅(qū)動電路、鍵盤控制電路組成。完成系統(tǒng)測試程序的運行控制，進行計算機控制、地址、數(shù)據(jù)命令的接收、發(fā)送、隔離驅(qū)動控制，通過鍵盤、鼠標進行人機接口命令交互，執(zhí)行測試過程及將測試結(jié)果顯示、通過USB接口、標準串口輸出等工作。
　　高壓A/D" title="A/D">A/D采集電路板由電阻量程通道、電導(dǎo)量程通道、絕緣通道、抗電強度通道切換電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。實現(xiàn)被測信號導(dǎo)通測試、絕緣測試、抗電強度測試的通道切換、信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
　　128路導(dǎo)通測量板實現(xiàn)被測電纜的導(dǎo)通測試，將導(dǎo)通測試所需的標準電壓源和標準電阻通過通道切換電路切換到相應(yīng)的測量電路" title="測量電路">測量電路中，實現(xiàn)電纜的導(dǎo)通測試。
　　128路高壓繼電器控制板實現(xiàn)對高壓繼電器開關(guān)板的邏輯控制，將絕緣測試和抗電強度測試所需的交直流高壓通過控制電路切換到相應(yīng)的測量電路中，實現(xiàn)電纜的絕緣測試和抗電強度測試。
　　絕緣測量電路實現(xiàn)被測電纜的絕緣測試，將絕緣測試所需的直流高壓通過通道切換電路切換到相應(yīng)的測量電路中。
　　抗電強度測量電路實現(xiàn)被測電纜的抗電強度測試，將耐壓測試所需的交流高壓通過通道切換電路切換到相應(yīng)的測量電路中。
　　高壓繼電器開關(guān)板由高壓繼電器開關(guān)矩陣組成，實現(xiàn)被測電纜被測點的通道切換控制。
　　人機接口單元接收面板鍵盤、鼠標的命令，完成相應(yīng)的控制操作，并將信息送到液晶顯示屏顯示。
　　液晶顯示電路實現(xiàn)人機交互界面，運行高壓電纜測試儀軟件平臺程序，進行高壓電纜測試儀儀器配置、流程配置、任務(wù)配置，運行測試程序，顯示自檢和校準結(jié)果、測試結(jié)果、數(shù)據(jù)管理信息。 ? 　　四、高壓電纜測試儀硬件設(shè)計
　　1、A/D采集電路設(shè)計
　　傳統(tǒng)的電阻測量設(shè)備大多采用恒流法測量電阻，僅僅用于較小電阻的測量，如果被測電阻阻值較大，需要納安級或微安級的恒流源，納安級、微安級的恒流源實現(xiàn)比較困難。
　　導(dǎo)通電阻測量采用比例法測量原理。比例法是測量電阻的一種新方法，它具有電路簡單、準確度高等優(yōu)點，能充分發(fā)揮單片A/D轉(zhuǎn)換器本身的優(yōu)良特性，實現(xiàn)Ω/U轉(zhuǎn)換。即使基準電壓存在偏差或發(fā)生波動，也不會增加測量誤差。比例電阻法測量原理如圖2所示。

圖2.比例電阻法測量原理 ? 　　被測電阻（Rx）與標準電阻（Ro）串聯(lián)后接在A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的U+與COM端之間，基準電壓源（Eo）向Ro和Rx提供測試電流，Rx兩端的壓降作為A/D輸入電壓Uin，N=K×Uin/Uref=K×Rx/Ro，A/D轉(zhuǎn)換值取決于Rx與Ro的比值。取不同的標準電阻Ro，可以測量不同量程的電阻。量程的改變通過繼電器開關(guān)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。
　　高阻值電阻的測量可用電導(dǎo)法間接測量。為了大幅度擴展測量高阻的范圍而又避免引入外接干擾，需要巧妙的借助于單片A/D轉(zhuǎn)換器，使之在完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的同時，還自動做倒數(shù)運算，由單片A/D轉(zhuǎn)換器直接得到被測電阻的電導(dǎo)值Gx，根據(jù)公式Rx=1/Gx，可算出Rx值。
　　2、絕緣測量電路設(shè)計
　　絕緣電阻測量采用漏電流法測量原理，通過外加直流電壓源測量無源回路的絕緣電阻。如果被測回路某一根芯線與其它芯線、電纜殼體、地絕緣，給該芯線施加直流電壓，則其余芯線對地就不會有漏電流，否則，就會檢測到漏電電壓。絕緣測試的工作原理如圖3所示。
　　圖3中Rx為待測絕緣電阻，R1、R2分別為已知的標準限流、分壓電阻，當絕緣電壓加在絕緣測試電路后，根據(jù)全電路歐姆定律可知：
　　V=U× ，因此：Rx=U× －（R1+R2）
　　A/D轉(zhuǎn)換電路在測量出V后，便可根據(jù)上式計算出絕緣電阻Rx。

圖3.絕緣測試原理圖 ? 　　五、高壓電纜測試儀系統(tǒng)軟件
　　CPU主控制器軟件平臺選用Windows 2000操作系統(tǒng)，編程語言為VC++6.0，軟件開發(fā)環(huán)境選用VITE1.0。
　　高壓電纜測試儀系統(tǒng)軟件采用VITE1.0開發(fā)和運行軟件平臺，并根據(jù)高壓電纜測試儀的測試功能需求進行裁減。系統(tǒng)軟件主要有測試執(zhí)行功能模塊、測試開發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)管理模塊四大功能模塊組成。 ? 　　六、電纜測試結(jié)果數(shù)據(jù)處理
　　1、測量通道系統(tǒng)校準
　　電纜測試儀輸入端測量的是電阻值，測量結(jié)果是A/D采集板模數(shù)轉(zhuǎn)換的碼值，如何確定測量系統(tǒng)輸入-輸出之間的換算關(guān)系，即被測工程值與模數(shù)轉(zhuǎn)換碼值之間的關(guān)系，需要外接標準電阻進行系統(tǒng)校準，確定系統(tǒng)電阻測量通道和絕緣測量通道的擬合特性方程。
　　對于電導(dǎo)測量擋和絕緣測量擋，外接精度為0.1%的標準電阻，電阻從20M～400 MΩ，依次接入不同的標準電阻，記錄電導(dǎo)或絕緣測量通道的測量值。
　　2、輸入-輸出擬合特性實現(xiàn)
　　測量結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后才能得到最終的測量結(jié)果電阻值，數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)記錄、整理、計算、分析、擬合等多種處理方法，電纜測試儀輸入輸出特性校準擬合采用最小二乘法實現(xiàn)。
　　導(dǎo)通電阻、絕緣電阻通道輸入-輸出函數(shù)特性的擬合公式采用線性擬合和二項式非線性擬合。線性擬合公式為：y=a₀+a₁x，二項式擬合公式為y=a₀+a₁x+a₂x²
　　為了提高系統(tǒng)測量精度，電導(dǎo)檔、絕緣電阻通道輸入-輸出特性擬合采用分段擬合方法。指定函數(shù)變量X、Y，X為電纜測試儀A/D采集板模數(shù)轉(zhuǎn)換后的十進制碼值，X為自變量，Y為校準用外接的標準電阻，Y為因變量。
　　采用Origin軟件進行輸入輸出特性擬合，其中非線性最小平方擬合（Non-Linear Curve Fit）法，是Origin所提供的用途廣泛、功能強大的數(shù)據(jù)擬合工具。
　　例如電阻范圍20M～50MΩ時，電導(dǎo)擋擬合方程為：
　　Y = 95.68638-0.00291*X+0.0000000281217*X²（MΩ）
　　電導(dǎo)擋（20M～50 MΩ）測量通道輸入-輸出擬合特性曲線如圖4所示。

圖4.電導(dǎo)擋（20M～50 MΩ）測量通道輸入-輸出擬合特性曲線 ? 　　絕緣擋從20M～400 MΩ分11段擬合，例如絕緣擋1M～3MΩ擬合方程為：
　　Y= 6.70063-0.000450867*X +0.00000000888648*X²（MΩ）
　　絕緣擋（1M～3MΩ）測量通道輸入-輸出擬合特性曲線如圖5所示。

圖5.絕緣擋（1M～3MΩ）測量通道輸入-輸出擬合特性曲線
　　為了提高系統(tǒng)測量精度，采取以下措施：
　　（1）同一點采集數(shù)據(jù)采取多次測量，取平均值的方法。
　?。?）采用精密電阻進行系統(tǒng)校準，校準點數(shù)多，采取分段擬合特性方程的方法。
　?。?）電阻測量采取比例法和電導(dǎo)測量法測電阻，分8個量程測量，不同阻值在不同量程內(nèi)測量，提高測量精度。
　?。?）絕緣電阻測量，提高基準電源電壓的輸出精度，提高測量精度。
　?。?）硬件采取隔離濾波措施，消除干擾。 ? 　　航天測控高壓電纜測試儀是基于ISA總線構(gòu)架的嵌入式控制器系統(tǒng),具有開放性、模塊化、易擴展等特點，高壓通道和低壓測量通道獨立設(shè)計,融合先進的虛擬儀器設(shè)計技術(shù),軟件平臺根據(jù)用戶的不同測試需求進行測試流程、測試任務(wù)的現(xiàn)場動態(tài)配置。
　　（1）采用通用總線、模塊化體系結(jié)構(gòu),便于通道擴展。
　?。?）采用比例電阻測量法和電導(dǎo)測量方法,實現(xiàn)寬范圍電阻測量。
　　（3）系統(tǒng)軟件采用圖形化編程，實現(xiàn)對測試流程和測試項目的動態(tài)配置。
　?。?）運用數(shù)據(jù)擬合算法,對系統(tǒng)輸入輸出特性分段擬合,提高系統(tǒng)的測量精度。
　　該產(chǎn)品功能強、測量范圍寬、精度高、適應(yīng)性強,用戶現(xiàn)場修改測試流程,使用方便?？筛鶕?jù)用戶需求進行通道擴充。
　　既可以實現(xiàn)對電纜導(dǎo)通、絕緣和抗電強度性能指標的自動檢測,也可以實現(xiàn)對設(shè)備的無源檢測。降低保障人員的勞動強度,提高設(shè)備的維修檢測效率。
　　通過用戶試用證明，該測試儀能夠滿足對設(shè)備配套電纜的日常維護測試需求，是一種方便、快捷、實用的電纜測試儀器。測試速度快、環(huán)境適應(yīng)性強、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定可靠。高壓電纜測試儀能及時快速地檢測電纜存在的故障隱患，減輕保障人員的勞動強度，減少人為差錯，提高測試速度和測試準確性，縮短檢測時間，提高檢測效率。

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　　北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司以通用測控產(chǎn)品為主，主要有六大類：基礎(chǔ)測試測量儀器，包括16大類230余種的VXI/PXI/LXI/CPCI/CAN/GPIB總線系列化儀器模塊及信號調(diào)理模塊；軟件及信息化產(chǎn)品，包括虛擬儀器測試開發(fā)環(huán)境和遠程分布式測試與故障診斷系統(tǒng)；通用測試系統(tǒng)，包括“廣靈通”通用測試平臺及其系列產(chǎn)品；測試與維修保障系統(tǒng)，包括“華佗”電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)及其系列產(chǎn)品和裝備維修測試與診斷系統(tǒng)；自動化控制系統(tǒng)，包括遙測遙控及工業(yè)自動化等系統(tǒng)產(chǎn)品；測試系統(tǒng)輔助配套產(chǎn)品。同時公司還可以根據(jù)用戶的具體需求，提供ATE/ATS、DCS/FCS的系統(tǒng)集成、方案設(shè)計、技術(shù)咨詢、軟件開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及遠程信息化測試、測試/診斷程序開發(fā)及技術(shù)培訓與維護等服務(wù)。
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