電纜故障測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹一種以8051單片機(jī)為核心的電纜故障測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理及組成。此系統(tǒng)能檢測(cè)長距離、多芯電纜的多種常見故障，可用于通信、軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域。

多芯電纜是被廣泛應(yīng)用的信號(hào)傳輸或能量傳輸?shù)闹匾d體。與其應(yīng)用的廣泛性相比，它的測(cè)試方法是落后日益受到廣大技術(shù)人員的關(guān)注。長期以來，人們常用人工測(cè)試電纜，但該方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，準(zhǔn)確性也比較差。針對(duì)以上問題，本文提出一種新型的電纜故障測(cè)試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多芯電纜的斷路、短路、斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)的測(cè)試。

1 測(cè)試功能

在多芯電纜實(shí)際應(yīng)用中，常見問題為電纜某芯線斷路和電纜中某兩根芯線之間短路。本系統(tǒng)針對(duì)上述問題具有以下測(cè)試功能：

（1）短路測(cè)試——精確測(cè)得電纜芯線之間是否有不必要的連接及路點(diǎn)的具體位置。

（2）斷路測(cè)試——能測(cè)得電纜中某芯線是否連通及斷路點(diǎn)的具體位置。

（3）統(tǒng)計(jì)及顯示——統(tǒng)計(jì)并顯示一次測(cè)量中開路及短路的芯線數(shù)及芯線號(hào)。

（4）適用于芯線數(shù)目較多和長距離的電纜測(cè)試場(chǎng)合。

（5）測(cè)試準(zhǔn)確、方便、快速，具有自動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn)。

2 測(cè)試原理

2.1 斷路、短路測(cè)試

以8051單片機(jī)組成的最小系統(tǒng)為核心，配以多選二開關(guān)陣列（模擬開關(guān)組合實(shí)現(xiàn)）。該開關(guān)陣列連接在電纜的某一端，原理框圖如圖1.采取單端測(cè)量法來完成整個(gè)測(cè)量過程，該方案在測(cè)量斷中與短路時(shí)，具有不同的操作過程。

（1）測(cè)試芯線斷路

首先將多芯電纜一端所有芯線連到一起，然后將芯線另一端連接開關(guān)陣列，由單片機(jī)8051控制開關(guān)陣列從某一條芯線輸入電信號(hào)，再由除此芯線以及的其余芯線掃描讀取此信號(hào)。如果讀不到此信號(hào)，說明此芯線斷路，或除芯線以外的其余芯線都斷路。

（2）測(cè)試芯線短路

首先將電纜中的所有芯線的一端全部斷開（即互不相連），然后由單片機(jī)8051控制與芯線另一端相連的開關(guān)陣列，使得從某一條芯線輸入電信號(hào)，從除此以外的其余芯線掃描讀取該信號(hào)，若能讀得該信號(hào)，則說明芯線與被掃描芯線之間有短路情況，并記錄相互短路的芯線號(hào)。

2.2 斷路點(diǎn)、短路點(diǎn)測(cè)試

前文敘述了電纜有短路及斷路等故障檢測(cè)方法。如果檢測(cè)出某一電纜有斷路故障，某兩根電纜有短路故障，故障點(diǎn)在何睡呢？如果判斷呢？下面分別做簡(jiǎn)要說明。

（1）斷路故障點(diǎn)檢測(cè)

電路原理圖如圖2。IC1及周期元件組成典型文氏橋式正弦波振蕩電路，如圖2設(shè)計(jì)的參數(shù)，振蕩頻率f約為1.6kHz。圖2中IC2作跟隨呂，起隔離作用，提高電路帶負(fù)載的能力；兩個(gè)二極管利用其非線性以達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)幅的效果。后加的輸出變壓器是為檢測(cè)短路故障點(diǎn)需要，檢測(cè)斷路故障點(diǎn)時(shí)可以不用。

將有斷路故障的電纜芯線一端接入A點(diǎn)，將一個(gè)盒式錄音機(jī)的放音磁頭靠近此電纜線，打開錄音機(jī)，將其沿著電纜線移動(dòng)，錄音機(jī)中可以聽到音頻信號(hào)。到斷路點(diǎn)以后，音頻信號(hào)無法傳來，錄音機(jī)中聽不到音頻信號(hào)，這樣就可以判斷出斷路點(diǎn)的位置，需注意的是：當(dāng)檢測(cè)多芯線纜某一根斷路故障時(shí)，其余芯線最好接地，以減小分布電容的影響，樣檢測(cè)的效果較好。

（2）短路點(diǎn)檢測(cè)

將有短路故障的兩根電纜芯線分別接入B、C處，仍用錄音機(jī)磁頭靠近故障電纜線，并沿著電纜線移動(dòng)，錄音機(jī)中可以聽到音頻信號(hào)。到短路點(diǎn)以后，則聽不到音頻信號(hào)，這樣可以判斷出短路點(diǎn)的位置（以錄音機(jī)原理可生產(chǎn)一種便攜式控測(cè)器）。

2.3 測(cè)試功能轉(zhuǎn)換

此系統(tǒng)測(cè)試功能的轉(zhuǎn)換，是通過單片機(jī)控制上文所提及的模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)的，簡(jiǎn)圖如圖3.其中8051單片機(jī)通過向模擬開關(guān)K1的1IN、2IN管腳輸入電信號(hào)，以控制各功能。當(dāng)1IN為高電平，2IN為高電平時(shí)，K1的開關(guān)1、2導(dǎo)通（A管腳接較2的A點(diǎn)，此信號(hào)通過開關(guān)1輸入，OUT腳接放大整形電路再輸出給CPU），由兩條不同芯線（圖3中LIN通過芯線接口單元接電纜盡能多的芯線）進(jìn)行斷路或短路掃描檢測(cè)；當(dāng)1IN為高電平，2IN為任意電時(shí)，K1的開關(guān)1導(dǎo)通（圖2的A點(diǎn)信號(hào)通過開關(guān)1輸入），由CPU通過外圍電路提供芯片線選通信號(hào)2，以選通一開路芯線，進(jìn)行開路點(diǎn)檢測(cè)；當(dāng)（B、C管腳信號(hào)接入電路，B、C管腳分別與圖2的B、C點(diǎn)相連），由CPU通過外圍電路提供芯線選通信號(hào)1、2，分別選通兩條短路芯線，進(jìn)行短路點(diǎn)檢測(cè)。

3 系統(tǒng)電路組成

系統(tǒng)電路組成如圖4所示。

4 程序流程

程序流程如圖5所示。

上述判別電纜斷路點(diǎn)和短路點(diǎn)故障的方法既簡(jiǎn)單又實(shí)用。對(duì)于非屏蔽和非預(yù)埋在地下的電纜及一般導(dǎo)線，上述檢測(cè)方法均能達(dá)到較為滿意的效果。至于屏蔽電纜及預(yù)埋在地下的電纜，本文介紹的斷開及短路檢測(cè)方法仍然適用。