摘  要: 介绍一种以8051单片机为核心的电缆故障测试系统" title="测试系统">测试系统的测试原理及组成。此系统能检测长距离、多芯电缆" title="多芯电缆">多芯电缆的多种常见故障,可用于通信、军事、工业、医学等多种领域。 

　　关键词: 电缆  单片机  断路  短路  故障  测试系统 

　　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。与其应用的广泛性相比,它的测试方法的落后日益受到广大技术人员的关注。长期以来,人们常用人工测试电缆,但该方法既费时又费力,准确性也比较差。针对以上问题,本文提出一种新型的电缆故障测试系统,以实现对多芯电缆的断路、短路、断路点、短路点的测试。 

1 测试功能 

    在多芯电缆实际应用中,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。本系统针对上述问题具有以下测试功能" title="测试功能">测试功能: 

　　(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短路点的具体位置。 

　　(2)断路测试——能测得电缆中某芯线是否连通及断路点的具体位置。 

　　(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。 

　　(5)测试准确、方便、快速,具有自动测试的特点。 

2 测试原理 

2.1 断路、短路测试 

　　以8051单片机组成的最小系统为核心,配以多选二开关阵列" title="开关阵列">开关阵列(模拟开关组合实现)。该开关阵列连接在电缆的某一端,原理框图如图1。采取单端测量法来完成整个测量过程,该方案在测量断路与短路时,具有不同的操作过程。 

　　(1)测试芯线断路 

　　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,或除芯线以外的其余芯线都断路。 

　　(2)测试芯线短路 

　　首先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。 

2.2 断路点、短路点测试 

　　前文叙述了电缆有短路及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,故障点在何处呢?如何判断呢?下面分别做简要说明。 

　　(1)断路故障点检测 

　　电路原理图如图2。IC1及周围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1.6kHz。图2中IC2作跟随器,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的需要,检测断路故障点时可以不用。 

　　将有断路故障的电缆芯线一端接入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" title="音频信号">音频信号。到断路点以后,音频信号无法传送过来,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:当检测多芯线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)短路点检测 

　　将有短路故障的两根电缆芯线分别接入B、C处,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(以录音机原理可生产一种便携式探测器)。 

2.3 测试功能转换 

　　此系统测试功能的转换,是通过单片机控制上文所提及的模拟开关实现的,简图如图3。其中8051单片机通过向模拟开关K1的1IN、2IN管脚输入电信号,以控制各功能转换。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，此信号通过开关1输入,OUT管脚接放大整形电路再输出给CPU),由CPU通过外围电路提供芯线选通信号1、2,以分别选通两条不同芯线(图3中LIN通过芯线接口单元接电缆各芯线,K2、K3可级联或并联扩展成足够的端口以接尽可能多的芯线)进行断路或短路扫描检测;当1IN为高电平,2IN为任意电平时,K1的开关1导通(图2 的A点信号通过开关1输入),由CPU通过外围电路提供芯线选通信号2,以选通一开路芯线,进行开路点检测;当1IN为低电平,2IN为低电平时,K1的开关3、4导通(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。 

3 系统电路组成 

    系统电路组成如图4所示。 

4 程序流程 

    程序流程如图5所示。 

　　上述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,上述检测方法均能达到较为满意的效果。至于屏蔽电缆及预埋在地下的电缆,本文介绍的断路及短路检测方法仍然适用。 

参考文献 

1 丁元杰.单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社,1996 

2 何立民.单片机应用技术选编(3).北京:北京航空航天大学出版社,1996 

3 邱关源.电路.北京:高等教育出版社,1999