关于智能电缆单盘测试仪的研究

关于智能电缆单盘测试仪的研究

李铁欣

通号工程局集团有限公司天津分公司 天津  300251

摘要：本文介绍了一种智能电缆单盘测试仪，能够测试多芯铁路信号电缆的芯线直流电阻、芯线线间电容和电缆绝缘电阻，并根据当前环境温度，通过智能换算出20℃环境下单公里的电缆技术指标，根据判定标准判定测试数据是否满足标准要求，自动生成测试记录，并具备存储和数据导出功能。

关键词：信号电缆  直流电阻  线间电容  智能测试

0  引言

铁路信号电缆广泛应用于高速铁路、普速铁路、轻轨、地铁等轨道交通控制领域，适用于铁路信号自动闭塞系统、计轴、车站电码化、电动转辙机、计算机联锁等有关信号设备和控制装置之间传输控制信息、监测信息和电能，担负着保证行车安全、提高运输效率的重要任务。

根据相关工程《施工质量验收标准》相关要求，信号电缆进场需要对单盘电缆相关性能指标进行检验，检测合格后，才能应用于工程项目。目前铁路信号电缆单盘测试使用仪表类型多，包含直流电阻测试仪、高阻计、电容测试仪等全部采用分立仪表，测试过程复杂，且测试记录及数据换算量大，测试记录形成困难等问题。

为规范电缆单盘测试检验和测试，需研制一种智能电缆单盘测试仪，能够测试多芯铁路信号电缆的直流电阻、线间电容和电缆绝缘电阻等技术指标，并根据当前环境温度，通过智能换算，计算出20℃环境下单公里的电缆技术指标，能够根据判定标准判定测试数据是否满足标准要求，能够自动生成测试记录，并具备存储和数据导出功能，可显著提高电缆单盘测试效率。

1  工作原理

1.1 技术要求

智能电缆单盘测试仪要求其体积小、重量轻、便于携带，能快速连接单盘电缆，要求在项目现场能测试多芯铁路信号电缆的芯线直流电阻、芯线线间电容和电缆绝缘电阻的功能，并具有测试数据自动记录、合格性自动判断功能。

1.2 工作原理

电缆盘测试线路预设A、B端各50个测试端口，每路测试均采用4线测试回路，并均与测试总线连接。测试单元使用另外4组回路接入测试总线。在电阻测试时，使用4线法测试，高阻、电容、放电，2线合并使用。每个单元采用继电器进行隔离通断控制，并由控制板通信控制操作，可任意设置回路连接或切断操作。开机后所有继电器复位到断开状态，此时进行待测线路和端子连接；完成后，选择待测线缆型号及待测线路组，设置环境温度，检查无误后，准备进入测试；点击测试开始后，仪器将按照预设测试方法切入测试回路及对应的测试单元，测试过程将同步显示测试得到的数据，待所有测试完成后，线路将恢复到复位状态，等待下次测试。

2 实现方案

2.1 仪表组成

由仪表箱和内部电路组成，内部电路包括人机交互单元、中央控制单元、测试电源单元、电阻表、高阻计、电容表、继电器切换矩阵单元、电缆接口单元和温湿度传感单元，见下图。

2.2 硬件设计

2.1.1 人机交互单元

人机交互单元包括电脑、7寸电脑触摸屏、面板指示灯、电源开关和USB通信端口，电源开关通过面板指示灯连接电脑，电脑分别连接电脑触摸屏和USB通信端口。人机交互单元通过电脑触摸屏进行人机交互，设置电缆参数以及进行电缆测试，中央控制单元通过驱动继电器切换矩阵单元动作，切换不同电缆芯线，分别通过电阻表、高阻计、电容表测试芯线直流电阻、电缆绝缘电阻、芯线线间电容，并将测试结果通过485通信接口传回人机交互的电

脑触摸屏上显示。

2.1.2 中央控制单元

中央控制单元包括单片机及其外围电路、USB通信接口和485通信接口，单片机分别连接USB通信接口和485通信接口，USB通信接口和485通信接口用于数据通信。

2.1.3 测试电源单元

测试电源单元包括12V蓄电池、12V转5V的DC/DC模块及其外围电路和3.3V线性稳压芯片及其外围电路。测试电源单元通过电源线和中央控制单元、电阻表、高阻计、电容表、继电器切换矩阵单元、温湿度传感器单元连接，为它们提供电源。

2.1.4 电阻表、高阻计、电容表、温湿度传感器
电阻表、高阻计、电容表、温湿度传感单元按照要求进行选型。

2.1.5 继电器切换矩阵单元

继电器切换矩阵单元包括串并转换总线芯片、达林顿管驱动器、继电器和485通信接口，485通信接口连接串并转换总线芯片，用于信号的输入，串并转换总线芯片通过达林顿管驱动器连接继电器，用于控制继电器连接电缆的信号通断。

2.1.6 电缆接口单元

电缆接口单元包括若干WOGO端子转换盒和连接电缆，转换盒通过连接电缆连接继电器切换矩阵单元，被测电缆通过WOGO端子进行连接。

2.2 仪表工作过程

将电缆测试仪放置在被测电缆盘旁，将被测电缆两端分别接入WOGO端子转换盒上对应端子上，打开电缆测试仪的电源，操作触摸屏上的程序，设置好电缆的规格型号后，装置开始测试,其步骤为：

1、电缆测试仪的程序根据其触摸屏上的指令，通过电脑485接口发送命令给中央控制单元。

2、中央控制单元根据命令通过485接口操作继电器切换矩阵单元切换继电器端口到被测电缆端口。

3、中央控制单元根据命令分别通过485接口操作电阻表、高阻计、电容表进行电缆性能测试。

4、温湿度传感器单元读取环境温湿度。

5、最后电阻表、高阻计、电容表、温湿度传感器单元通过485接口将数据传回中央控制单元，中央控制单元传回电脑，电脑程序通过计算将数据送到触摸屏上显示。

6、重复以上过程，测试完电缆的全部芯线后，结束测试。

2.3 软件设计

测试仪控制软件采用C语言编写，在中央控制单元上的单片机内运行通过电脑触摸屏的人机交互进行操作，设置电缆测试参数，发出电缆测试命令，测试命令通过程序的控制与中央控制单元2进行通讯，指挥中央控制单元驱动继电器切换矩阵单元动作，切换不同电缆芯线，分别通过电阻表、高阻计、电容表测试芯线直流电阻、电缆绝缘电阻、芯线线间电容，并将测试结果通过485通信接口传回人机交互单元1的电脑触摸屏上显示。

2.4 主要技术指标

（1）电缆测试芯数不小于48芯要求。

（2）导通直流电阻测试：测试每根芯线两端的电阻值，精度不小于0.01Ω。

（3）工作电容测试：测试数字四芯组工作线对的电容，测试精度不小于0.01nf。

（4）绝缘电阻测试：采用DC500V兆欧表测试绝缘电阻，测试精度不小于0.01MΩ。

（5）智能计算、换算及判定标准（可根据电缆实际参数进行设置）

（6）存储期限：测试记录存储不小于5000盘测试数据，测试记录删除需通过密码授权。

（7）测试记录的生成为PDF方式，可通过U盘等移动设备导出。

（8）电源配置：可采用充电电池和外电两种方式。

3现场应用

该方案已在相关项目现场进行验证使用，它能够快速精准的对电缆盘进行检测，查找出现的不良电缆芯线，缩短了维修时间，提高了检修效率，减轻了劳动强度，提高综合经济效益，保证了电缆应用安全，具有较高的推广实用价值。

参考文献

【1】《铁路信号电缆》TB/T 2476;

【2】《铁路数字信号电缆》TB/T 3100;

【3】《高速铁路信号工程施工质量验收标准》TB10756;

【4】《铁路信号工程施工质量验收标准》TB10419;