一種整星低頻電纜網自動測試儀的功能實現

程海峰，張 巖，焦榮惠，佟 雷

（1.中國空間技術研究院 通信衛星事業部；2.北京東方計量測試研究所：北京 100094）

0 引言

目前，整星電纜網在星上的導通測試，是由測試人員按照星上電纜網接點表，將串聯了蜂鳴器的導線兩端分別插入到兩個電連接器的相應點上，若蜂鳴器鳴響，則說明這兩個點導通。整星電纜網在星上的絕緣測試，是由測試人員按照星上電纜網接點表，每次將星上一個電連接器通過轉接電纜連接到地面的轉接盒上，再用絕緣表測量電連接器上每一個點和其他所有點的絕緣情況，以及電連接器上所有點與衛星地和電連接器外殼之間的絕緣情況。

手工測試不但人力成本和時間成本都很高，且只能給出定性的測試結果，測試的準確性也不穩定。為此，需要研制整星低頻電纜網自動測試儀，以實現電纜網導通絕緣狀態的自動測試。

1 功能要求

電纜網自動測試儀應能夠將星上電纜網格式（見表1）導入到上位機進行解析，進行導通測試時，由上位機自動選擇電纜號和電連接器代號，同時對5 個電連接器之間的連接點進行導通測試；進行絕緣測試時，上位機選中1 個電連接器，并自動對電連接器內部存在的并聯點進行識別，控制內部開關的切換，實現自動測試。測試數據的記錄、判讀均由上位機自動完成。

系統主要技術指標如下：

1）系統供電。蓄電池供電，電壓為250 V，同時保留交流220 V/50Hz 電源供電的接口。

2）導通測試。要求可以同時對5 個電連接器之間的導通進行測試，滿足目前星上電纜網電連接器接點要求。

3）絕緣測試。要求可以對1 個電連接器的絕緣進行自動測試，包含電連接器全部接點對電連接器外殼和衛星地的絕緣情況。

表1 星上電纜網格式 Table1 The format of satellite cable network 電纜號：XXX

2 方案設計

2.1 總體技術方案

星上電纜網自動測試儀主要由導通電阻測試單元、絕緣電阻測試單元、恒壓源單元、恒流源單元、數據采集單元和繼電器切換矩陣等組成（如 圖1所示）。

圖1 電纜網自動測試儀總體框圖 Fig.1 The outline of cable test instrument

導通測試中，恒流源單元通過繼電器、測試接口插針向被測電纜提供一個已知的穩定電流，由導通電阻測試單元測量被測電纜上的壓降后，即可計算出被測電纜的導通電阻值。絕緣測試中，恒壓源單元產生的直流高壓通過繼電器和測試接口的插針施加在被測電纜的1 根芯線上，由絕緣電阻測試單元測量被測芯線與其他芯線漏電流之和后，即可計算出該芯線和其他芯線間的絕緣電阻值。

2.1.1 導通電阻測量

導通電阻阻值較小，一般采用四線法測量，以消除測試線纜引入的誤差，其電路原理如圖2所示。設被測星上電纜的阻值為Rx，4 根測量導線的電阻分別為R1、R2、R3和R4；Ⅰs為恒流源輸出電流，故流過Rx的電流也為Ⅰs；測量端屬于高阻狀態，故可認為測量端的電壓Um等于Rx兩端的電壓UR，因此Rx的阻值為

圖2 四線法測量電阻原理 Fig.2 The resistance measurement by the law of four lines

以測試分支1 和分支3 兩個連接器第6 個接點間的電纜芯線導通電阻為例：芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JA6 和繼電器JV1 接至恒流源的高端；芯線連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JD6 和繼電器JV2 接至恒流源的低端。當JA6、JV1、JD6、JV2 全部閉合時，構成一個電流通路（圖3中紅色粗實線所示），恒流源輸出的恒定電流流過被測芯線，產生一定壓降。四線法中測量信號回路應該與主回路分開，因此該被測電纜芯線連接到分支1 連接器的一端，通過繼電器JB6 和繼電器JS1 連接到信號采集的高端；連接到分支3 連接器的一端，通過繼電器JC6 和繼電器JS2 連接到信號采集的低端，當JB6、JS1、JC6、JS2 全部閉合時，構成另一信號采集回路（圖3中藍色虛線所示），芯線上的壓降施加到放大器輸入端，經調理和放大后連接至AD 數據采集單元，數據采集單元將測量數據上傳至主控單元。

圖3 導通電阻測試時電纜芯線間切換的原理 Fig.3 The principle of the cable core line switch for conduction test

2.1.2 絕緣電阻測量

圖4 絕緣電阻測試原理圖 Fig.4 The schematic diagram of insulation test

目前絕緣電阻最常用的測試方法是直流放大 法，通過測量標準電阻兩端的電壓，并根據直流分壓原理計算出絕緣接點間的電阻，其測量原理如圖4所示。其中：Rz為電連接器中某一點和其他所有點之間的絕緣電阻；RF為標準電阻；Uout為標準電阻兩端的電壓；Uin為測試輸入電壓，按照星上電纜網絕緣測試電壓的要求，設定Uin=250 V。那么， 以測試分支1 連接器第6 個接點與其他接點間的絕緣電阻為例：設第6 根芯線的一端經過繼電器JA6 和繼電器JV1 連接到恒壓源的高端（圖5中紅色粗實線所示），從而使該芯線整體電位提升至設定電壓值；將分支1 的其他芯線通過對應繼電器 JB1～JBn（除JB6 外）和JS1 經標準電阻（未畫出）連接至恒壓源的低端（圖5中藍色虛線所示），則其他芯線整體為低電勢。被測芯線和其他芯線間將產生微弱的漏電流，通過采集標準電阻上的壓降，即可計算出絕緣電阻阻值。

圖5 絕緣電阻測試時電纜芯線間切換的原理 Fig.5 The principle of the cable core line switch for insulation test

2.2 系統架構

星上電纜網自動測試儀的上位機與測試儀主控單元通過通信接口相連接，上位機可以發送用戶命令、接收返回數據、設置測量參數等。上位機軟件將接收到的測量數據處理后，以清晰、簡潔的方式顯示給用戶。軟件為中文操作界面，提供便捷的參數及功能設置窗口，能夠對測量數據進行存儲和比對，創建和輸出統一格式的數據測量報告。

根據硬件的設計和使用需求，為了便于軟件的設計、調試、修改和集成，測量軟件采用模塊化的設計方式，將各種功能封裝為不同的功能模塊。以各個模塊為核心，根據測試流程詳細設計、靈活組合，可以實現完整的測試功能。

上位機軟件主要包括參數配置、項目測試、結果比對3 個功能模塊，它們的具體功能如圖6所示。

圖6 上位機功能模塊圖 Fig.6 The function block diagram of the computer

2.2.1 參數配置模塊

參數配置模塊用來進行3 類數據的配置。第1類數據是網絡參數，包含本機IP 地址、設備IP 地址和設備端口，用來進行與下位機的連接；第2 類數據是測試數據，包含導通參數、絕緣參數、導通比對參數、絕緣比對參數，用來在測試時使用；第3類數據是保存路徑數據，用來設置保存數據的默認地址。

2.2.2 項目測試模塊

項目測試模塊可以進行3 項測試，第1 項是導入接點表測試，主要作用是可以讓用戶手動導入符合特定格式的接點表，以接點表中的內容為依據進行導通以及絕緣測試；第2 項是自學習測試，用戶通過對所接電纜的自學習可以得到電纜內部接點的連接關系；第3 項是手動測試，可以讓用戶對所關心的接點進行單獨測試。

2.2.3 結果比對模塊

結果比對模塊以項目測試模塊中生成的導通或者絕緣文件為輸入，將不同時間、相同電纜號的導通文件或相同電連接器的絕緣文件進行比對，可以找出兩個文件中的差異，方便用戶對不同時間的測試結果進行分析。

3 測試介紹

進行電纜網測試時，應針對星上電纜網電連接器的型號準備相應的地面電纜，從自動測試儀引出5 條地面電纜，分別和星上電纜網的5 個電連接器進行對接（如圖7所示）。

圖7 整星低頻電纜網測試連接示意圖 Fig.7 The diagram of satellite cable network measurement

導通測試時，上位機通過解析電纜網接點表格式，對5 個電連接器之間的接點連接進行導通測試。針對星上電纜網某個電連接器在電纜的不同分支，導通測試時，每個電連接器需要插接多次。

絕緣測試時，按照整星低頻電纜網接點表格式，對1 個電連接器的全部接點進行絕緣測試。在后續該電連接器在電纜的不同分支出現時，上位機提示該電連接器絕緣測試已完成，避免出現多次測量。

4 結束語

整星低頻電纜網自動測試儀實現了整星電纜網導通絕緣自動測試，具有友好的人機界面以及數據的自動記錄保存和比對功能，測試方法簡單，易于操作，便于攜帶。該產品所用的測試轉接電纜和目前手動測試使用的轉接電纜可以兼容，能夠實現各種型號電纜和電連接器的導通絕緣測試。

（References）

[1] 譚維熾,胡金剛.航天器系統工程[M].北京: 中國科學技術出版社,2009

[2] 褚桂柏.宇航技術概論[M].北京: 航空工業出版社,2001

[3] 劉傳璽,王以忠,袁照平.自動檢測技術[M].北京: 機械工業出版社,2012

[4] 陳科山,王燕.現代測試技術[M].北京: 北京大學出版社,2011

[5] 張佳薇.檢測與轉換技術[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社,2011

[6] 蘇建軍,鄭永豐,于功敬,等.便攜式電纜測試儀的設計[J].計算機測量與控制,2006,14(11): 1585-1588 Su Jianjun,Zheng Yongfeng,Yu Gongjing,et al.Design of portable cable test apparatus[J].Computer Measurement ＆Control,2006,14(11): 1585-1588

[7] 李飛,趙偉,鄭華山.自動多功能電纜測試儀的設計[J].航天制造技術,2012,10(5): 39-41 Li Fei,Zhao Wei,Zheng Huashan.Design of auto multifunctional cable test apparatus[J].Aerospace Manufacturing Technology,2012,10(5): 39-41

[8] 李健.智能型電纜測試系統的設計與實現[J].現代電子技術,2010,33(23): 141-144 Li Jian.Design and implementation of intelligent test system for cables[J].Modern Electronics Technique,2010,33(23): 141-144

[9] 閔海波,王仕成,張金生,等.導彈絕緣電阻快速自動化測試儀研制[J].自動化儀表,2006,27(10): 61-63 Min Haibo,Wang Shicheng,Zhang Jinsheng,et al.Research and development of a rapid automatic test instrument insulation resistance for missile[J].Process Automation Instrumentation,2006,27(10): 61-63

[10] 尹剛.國產化高可靠多路絕緣電阻測試儀[J].航天控制,2005,23(4): 61-63 Yin Gang.Homemade high reliability multicenter insulative-sistance conner[J].Aerospace Control,2005,23(4): 61-63