電纜故障測試系統(tǒng)的設計

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

多芯電纜是被廣泛應用的信號傳輸或能量傳輸?shù)闹匾d體。與其應用的廣泛性相比，它的測試方法是落后日益受到廣大技術人員的關注。長期以來，人們常用人工測試電纜，但該方法既費時又費力，準確性也比較差。針對以上問題，本文提出一種新型的電纜故障測試系統(tǒng)，以實現(xiàn)對多芯電纜的斷路、短路、斷路點、短路點的測試。

1 測試功能

在多芯電纜實際應用中，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)針對上述問題具有以下測試功能：

（1）短路測試——精確測得電纜芯線之間是否有不必要的連接及路點的具體位置。

（2）斷路測試——能測得電纜中某芯線是否連通及斷路點的具體位置。

（3）統(tǒng)計及顯示——統(tǒng)計并顯示一次測量中開路及短路的芯線數(shù)及芯線號。

（4）適用于芯線數(shù)目較多和長距離的電纜測試場合。

（5）測試準確、方便、快速，具有自動測試的特點。

2 測試原理

2.1 斷路、短路測試

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

（1）測試芯線斷路

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陣列，由單片機8051控制開關陣列從某一條芯線輸入電信號，再由除此芯線以及的其余芯線掃描讀取此信號。如果讀不到此信號，說明此芯線斷路，或除芯線以外的其余芯線都斷路。

（2）測試芯線短路

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8051控制與芯線另一端相連的開關陣列，使得從某一條芯線輸入電信號，從除此以外的其余芯線掃描讀取該信號，若能讀得該信號，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。

2.2 斷路點、短路點測試

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

（1）斷路故障點檢測

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設計的參數(shù)，振蕩頻率f約為1.6kHz。圖2中IC2作跟隨呂，起隔離作用，提高電路帶負載的能力；兩個二極管利用其非線性以達到自動穩(wěn)幅的效果。后加的輸出變壓器是為檢測短路故障點需要，檢測斷路故障點時可以不用。

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

（2）短路點檢測

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

2.3 測試功能轉換

此系統(tǒng)測試功能的轉換，是通過單片機控制上文所提及的模擬開關實現(xiàn)的，簡圖如圖3.其中8051單片機通過向模擬開關K1的1IN、2IN管腳輸入電信號，以控制各功能。當1IN為高電平，2IN為高電平時，K1的開關1、2導通（A管腳接較2的A點，此信號通過開關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）進行斷路或短路掃描檢測；當1IN為高電平，2IN為任意電時，K1的開關1導通（圖2的A點信號通過開關1輸入），由CPU通過外圍電路提供芯片線選通信號2，以選通一開路芯線，進行開路點檢測；當（B、C管腳信號接入電路，B、C管腳分別與圖2的B、C點相連），由CPU通過外圍電路提供芯線選通信號1、2，分別選通兩條短路芯線，進行短路點檢測。

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和短路點故障的方法既簡單又實用。對于非屏蔽和非預埋在地下的電纜及一般導線，上述檢測方法均能達到較為滿意的效果。至于屏蔽電纜及預埋在地下的電纜，本文介紹的斷開及短路檢測方法仍然適用。