电缆故障测试系统的设计 多芯电缆, 信号传输, 单片机, 工业, 技术

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摘要：介绍一种以8051单片机为核心的电缆故障测试系统的测试原理及组成。此系统能检测长距离、多芯电缆的多种常见故障，可用于通信、军事、工业、医学等多种领域。
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，它的测试方法是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：
（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。
（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（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，该方案在测量断中与短路时，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，再由除此芯线以及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，故障点在何睡呢？如果判断呢？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1.6kHz。图2中IC2作跟随吕，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。
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。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，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控测器）。
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。当1IN为高电平，2IN为高电平时，K1的开关1、2导通（A管脚接较2的A点，此信号通过开关1输入，OUT脚接放大整形电路再输出给CPU），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；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CPU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；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。

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，本文介绍的断开及短路检测方法仍然适用。