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(jìn)行信號(hào)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(yàn)、使用、維護(hù)過(guò)程中必須對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)，保證交付產(chǎn)品的質(zhì)量，因此高壓電纜測(cè)試儀是設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)必不可少的保障儀器。 　　一、高壓電纜測(cè)試儀" title="電纜測(cè)試儀">電纜測(cè)試儀基本功能
　　北京航天測(cè)控技術(shù)開(kāi)發(fā)公司研發(fā)的高壓電纜測(cè)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(biāo)及電纜芯線之間、芯線與殼體之間的絕緣性和抗電強(qiáng)度指標(biāo)等性能指標(biāo)檢測(cè)，主要用于軍用、民用領(lǐng)域產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)和檢測(cè)維護(hù)過(guò)程中電纜的自動(dòng)檢測(cè)。
　　1、檢測(cè)功能：具有導(dǎo)通測(cè)量、絕緣測(cè)量、抗電強(qiáng)度測(cè)量功能；
　　2、自檢功能：對(duì)系統(tǒng)的采集通道、低壓測(cè)量通道、高壓測(cè)量通道進(jìn)行系統(tǒng)自檢，檢查設(shè)備工作狀態(tài)；
　　3、測(cè)試流程、測(cè)試任務(wù)動(dòng)態(tài)配置功能：用戶利用圖形化編程方式，對(duì)測(cè)試流程、測(cè)試任務(wù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置，使用方便靈活；
　　4、校準(zhǔn)功能：外接標(biāo)準(zhǔn)電阻，對(duì)大電阻測(cè)量" title="電阻測(cè)量">電阻測(cè)量、絕緣電阻測(cè)量通道進(jìn)行系統(tǒng)輸入輸出特性擬合，運(yùn)用數(shù)學(xué)算法確定校準(zhǔn)方程，進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)；
　　5、數(shù)據(jù)管理功能：具有測(cè)量數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)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(bào)錯(cuò)等功能。
　　6、USB接口轉(zhuǎn)儲(chǔ)功能，通過(guò)USB接口利用U盤(pán)安裝程序、轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 ? 　　二、高壓電纜測(cè)試儀主要技術(shù)指標(biāo)
　　1、導(dǎo)通測(cè)量通道：128路，可擴(kuò)充為256路。
　　2、絕緣測(cè)量通道：128路，可擴(kuò)充為256路。
　　3、抗電強(qiáng)度測(cè)量通道：128路，可擴(kuò)充為256路。
　　4、導(dǎo)通電阻測(cè)量范圍：
　　電阻擋：0～20MΩ，200Ω、2kΩ、20kΩ、200kΩ、2MΩ、20MΩ6個(gè)量程，測(cè)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(cè)量范圍：測(cè)量電壓為直流500V，最大輸出電流5mA，電阻測(cè)量范圍：10MΩ～100MΩ，精確度：5%；100MΩ～300MΩ，精確度：10%。
　　6、抗電強(qiáng)度測(cè)量：測(cè)量電壓為交流750V、頻率50Hz交流電，最大輸出電流5mA，被測(cè)端點(diǎn)不出現(xiàn)飛弧和擊穿現(xiàn)象。
　　7、對(duì)外接口：外接PS/2鍵盤(pán)、鼠標(biāo)，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口，1個(gè)并行接口，1個(gè)USB接口，1個(gè)CRT接口，1個(gè)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(cè)試儀機(jī)箱外形尺寸：493mm（長(zhǎng)）X 540mm（深）X 350mm（高）。 ? 　　三、高壓電纜測(cè)試儀組成及系統(tǒng)工作原理
　　高壓電纜測(cè)試儀主要由機(jī)箱、電源系統(tǒng)、各種功能電路板、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、供電電纜、測(cè)試電纜等部分組成。高壓電纜測(cè)試儀系統(tǒng)原理組成方框圖如圖1所示。

圖1.高壓電纜測(cè)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(dòng)電路、鍵盤(pán)控制電路組成。完成系統(tǒng)測(cè)試程序的運(yùn)行控制，進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制、地址、數(shù)據(jù)命令的接收、發(fā)送、隔離驅(qū)動(dòng)控制，通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)進(jìn)行人機(jī)接口命令交互，執(zhí)行測(cè)試過(guò)程及將測(cè)試結(jié)果顯示、通過(guò)USB接口、標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度通道切換電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成。實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)導(dǎo)通測(cè)試、絕緣測(cè)試、抗電強(qiáng)度測(cè)試的通道切換、信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
　　128路導(dǎo)通測(cè)量板實(shí)現(xiàn)被測(cè)電纜的導(dǎo)通測(cè)試，將導(dǎo)通測(cè)試所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓源和標(biāo)準(zhǔn)電阻通過(guò)通道切換電路切換到相應(yīng)的測(cè)量電路" title="測(cè)量電路">測(cè)量電路中，實(shí)現(xiàn)電纜的導(dǎo)通測(cè)試。
　　128路高壓繼電器控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓繼電器開(kāi)關(guān)板的邏輯控制，將絕緣測(cè)試和抗電強(qiáng)度測(cè)試所需的交直流高壓通過(guò)控制電路切換到相應(yīng)的測(cè)量電路中，實(shí)現(xiàn)電纜的絕緣測(cè)試和抗電強(qiáng)度測(cè)試。
　　絕緣測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電纜的絕緣測(cè)試，將絕緣測(cè)試所需的直流高壓通過(guò)通道切換電路切換到相應(yīng)的測(cè)量電路中。
　　抗電強(qiáng)度測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電纜的抗電強(qiáng)度測(cè)試，將耐壓測(cè)試所需的交流高壓通過(guò)通道切換電路切換到相應(yīng)的測(cè)量電路中。
　　高壓繼電器開(kāi)關(guān)板由高壓繼電器開(kāi)關(guān)矩陣組成，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電纜被測(cè)點(diǎn)的通道切換控制。
　　人機(jī)接口單元接收面板鍵盤(pán)、鼠標(biāo)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(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，運(yùn)行高壓電纜測(cè)試儀軟件平臺(tái)程序，進(jìn)行高壓電纜測(cè)試儀儀器配置、流程配置、任務(wù)配置，運(yùn)行測(cè)試程序，顯示自檢和校準(zhǔn)結(jié)果、測(cè)試結(jié)果、數(shù)據(jù)管理信息。 ? 　　四、高壓電纜測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)
　　1、A/D采集電路設(shè)計(jì)
　　傳統(tǒng)的電阻測(cè)量設(shè)備大多采用恒流法測(cè)量電阻，僅僅用于較小電阻的測(cè)量，如果被測(cè)電阻阻值較大，需要納安級(jí)或微安級(jí)的恒流源，納安級(jí)、微安級(jí)的恒流源實(shí)現(xiàn)比較困難。
　　導(dǎo)通電阻測(cè)量采用比例法測(cè)量原理。比例法是測(cè)量電阻的一種新方法，它具有電路簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，能充分發(fā)揮單片A/D轉(zhuǎn)換器本身的優(yōu)良特性，實(shí)現(xiàn)Ω/U轉(zhuǎn)換。即使基準(zhǔn)電壓存在偏差或發(fā)生波動(dòng)，也不會(huì)增加測(cè)量誤差。比例電阻法測(cè)量原理如圖2所示。

圖2.比例電阻法測(cè)量原理 ? 　　被測(cè)電阻（Rx）與標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)電壓源（Eo）向Ro和Rx提供測(cè)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(biāo)準(zhǔn)電阻Ro，可以測(cè)量不同量程的電阻。量程的改變通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。
　　高阻值電阻的測(cè)量可用電導(dǎo)法間接測(cè)量。為了大幅度擴(kuò)展測(cè)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(shí)，還自動(dòng)做倒數(shù)運(yùn)算，由單片A/D轉(zhuǎn)換器直接得到被測(cè)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(cè)量電路設(shè)計(jì)
　　絕緣電阻測(cè)量采用漏電流法測(cè)量原理，通過(guò)外加直流電壓源測(cè)量無(wú)源回路的絕緣電阻。如果被測(cè)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(duì)地就不會(huì)有漏電流，否則，就會(huì)檢測(cè)到漏電電壓。絕緣測(cè)試的工作原理如圖3所示。
　　圖3中Rx為待測(cè)絕緣電阻，R1、R2分別為已知的標(biāo)準(zhǔn)限流、分壓電阻，當(dāng)絕緣電壓加在絕緣測(cè)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(cè)量出V后，便可根據(jù)上式計(jì)算出絕緣電阻Rx。

圖3.絕緣測(cè)試原理圖 ? 　　五、高壓電纜測(cè)試儀系統(tǒng)軟件
　　CPU主控制器軟件平臺(tái)選用Windows 2000操作系統(tǒng)，編程語(yǔ)言為VC++6.0，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境選用VITE1.0。
　　高壓電纜測(cè)試儀系統(tǒng)軟件采用VITE1.0開(kāi)發(fā)和運(yùn)行軟件平臺(tái)，并根據(jù)高壓電纜測(cè)試儀的測(cè)試功能需求進(jìn)行裁減。系統(tǒng)軟件主要有測(cè)試執(zhí)行功能模塊、測(cè)試開(kāi)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(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)處理
　　1、測(cè)量通道系統(tǒng)校準(zhǔn)
　　電纜測(cè)試儀輸入端測(cè)量的是電阻值，測(cè)量結(jié)果是A/D采集板模數(shù)轉(zhuǎn)換的碼值，如何確定測(cè)量系統(tǒng)輸入-輸出之間的換算關(guān)系，即被測(cè)工程值與模數(shù)轉(zhuǎn)換碼值之間的關(guān)系，需要外接標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，確定系統(tǒng)電阻測(cè)量通道和絕緣測(cè)量通道的擬合特性方程。
　　對(duì)于電導(dǎo)測(cè)量擋和絕緣測(cè)量擋，外接精度為0.1%的標(biāo)準(zhǔn)電阻，電阻從20M～400 MΩ，依次接入不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻，記錄電導(dǎo)或絕緣測(cè)量通道的測(cè)量值。
　　2、輸入-輸出擬合特性實(shí)現(xiàn)
　　測(cè)量結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后才能得到最終的測(cè)量結(jié)果電阻值，數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)記錄、整理、計(jì)算、分析、擬合等多種處理方法，電纜測(cè)試儀輸入輸出特性校準(zhǔn)擬合采用最小二乘法實(shí)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(xiàng)式非線性擬合。線性擬合公式為：y=a₀+a₁x，二項(xiàng)式擬合公式為y=a₀+a₁x+a₂x²
　　為了提高系統(tǒng)測(cè)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(cè)試儀A/D采集板模數(shù)轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制碼值，X為自變量，Y為校準(zhǔn)用外接的標(biāo)準(zhǔn)電阻，Y為因變量。
　　采用Origin軟件進(jìn)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)擬合工具。
　　例如電阻范圍20M～50MΩ時(shí)，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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量通道輸入-輸出擬合特性曲線
　　為了提高系統(tǒng)測(cè)量精度，采取以下措施：
　?。?）同一點(diǎn)采集數(shù)據(jù)采取多次測(cè)量，取平均值的方法。
　　（2）采用精密電阻進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)多，采取分段擬合特性方程的方法。
　　（3）電阻測(cè)量采取比例法和電導(dǎo)測(cè)量法測(cè)電阻，分8個(gè)量程測(cè)量，不同阻值在不同量程內(nèi)測(cè)量，提高測(cè)量精度。
　?。?）絕緣電阻測(cè)量，提高基準(zhǔn)電源電壓的輸出精度，提高測(cè)量精度。
　?。?）硬件采取隔離濾波措施，消除干擾。 ? 　　航天測(cè)控高壓電纜測(cè)試儀是基于ISA總線構(gòu)架的嵌入式控制器系統(tǒng),具有開(kāi)放性、模塊化、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，高壓通道和低壓測(cè)量通道獨(dú)立設(shè)計(jì),融合先進(jìn)的虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù),軟件平臺(tái)根據(jù)用戶的不同測(cè)試需求進(jìn)行測(cè)試流程、測(cè)試任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)配置。
　?。?）采用通用總線、模塊化體系結(jié)構(gòu),便于通道擴(kuò)展。
　?。?）采用比例電阻測(cè)量法和電導(dǎo)測(cè)量方法,實(shí)現(xiàn)寬范圍電阻測(cè)量。
　?。?）系統(tǒng)軟件采用圖形化編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試流程和測(cè)試項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)配置。
　?。?）運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合算法,對(duì)系統(tǒng)輸入輸出特性分段擬合,提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。
　　該產(chǎn)品功能強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、精度高、適應(yīng)性強(qiáng),用戶現(xiàn)場(chǎng)修改測(cè)試流程,使用方便。可根據(jù)用戶需求進(jìn)行通道擴(kuò)充。
　　既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜導(dǎo)通、絕緣和抗電強(qiáng)度性能指標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè),也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的無(wú)源檢測(cè)。降低保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高設(shè)備的維修檢測(cè)效率。
　　通過(guò)用戶試用證明，該測(cè)試儀能夠滿足對(duì)設(shè)備配套電纜的日常維護(hù)測(cè)試需求，是一種方便、快捷、實(shí)用的電纜測(cè)試儀器。測(cè)試速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定可靠。高壓電纜測(cè)試儀能及時(shí)快速地檢測(cè)電纜存在的故障隱患，減輕保障人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為差錯(cuò)，提高測(cè)試速度和測(cè)試準(zhǔn)確性，縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)效率。

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　　北京航天測(cè)控技術(shù)開(kāi)發(fā)公司以通用測(cè)控產(chǎn)品為主，主要有六大類(lèi)：基礎(chǔ)測(cè)試測(cè)量?jī)x器，包括16大類(lèi)230余種的VXI/PXI/LXI/CPCI/CAN/GPIB總線系列化儀器模塊及信號(hào)調(diào)理模塊；軟件及信息化產(chǎn)品，包括虛擬儀器測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境和遠(yuǎn)程分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)；通用測(cè)試系統(tǒng)，包括“廣靈通”通用測(cè)試平臺(tái)及其系列產(chǎn)品；測(cè)試與維修保障系統(tǒng)，包括“華佗”電子設(shè)備電路板維修測(cè)試與診斷系統(tǒng)及其系列產(chǎn)品和裝備維修測(cè)試與診斷系統(tǒng)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括遙測(cè)遙控及工業(yè)自動(dòng)化等系統(tǒng)產(chǎn)品；測(cè)試系統(tǒng)輔助配套產(chǎn)品。同時(shí)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(jì)、技術(shù)咨詢、軟件開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及遠(yuǎn)程信息化測(cè)試、測(cè)試/診斷程序開(kāi)發(fā)及技術(shù)培訓(xùn)與維護(hù)等服務(wù)。
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