CN113341230A - 一种航天器多端口电缆自动测试***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种航天器多端口电缆自动测试***和方法，该***包括测量软件和底层控制器，测量软件通过通讯接口与底层控制器进行连接；底层控制器包括恒流源单元、恒压源单元、数据采集单元、继电器切换矩阵、导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元，通过各个模块完成电缆各种参数的测量；测量软件主要包括参数配置模块、导通测试模块、绝缘测试模块、自学习模块、手动测试模块和结果比对模块。该***能够对各种型号电缆的导通电阻、绝缘电阻、分布电容等电气性能进行自动测量，能及时快速的检测设备电缆故障，实现了电缆检测的自动化和智能化，并确保了电缆检测的高效性和可靠性，为航天器研制提供了有效保障。

Description

一种航天器多端口电缆自动测试***和方法

技术领域

本发明属于电学测试技术领域，具体涉及一种航天器多端口电缆自动测试***和方法。

背景技术

随着航天器技术的不断发展以及产业化的不断深入，航天器***功能日趋复杂，可靠性要求不断提高；航天器研制时间逐渐缩短，研制过程更加高效。基于此种现状，在航天器电缆测试方面，传统的电缆测试方法已经不能满足研制过程高效性和可靠性要求。为此，本发明提出了一种多端口电缆的自动测试***设计方法，从总体思路、底层控制器组成、软件架构等方面介绍了航天器多端口电缆自动测试***构成。

航天器电缆主要分为低频电缆、射频电缆、LVDS电缆等，其中低频电缆主用于电能传送、控制信号及遥测信号的传递，通常为多芯电缆，本***主要针对低频电缆的测试进行设计。

航天器电缆一般在加工完成后进行测试，主要是验证电缆研制的正确性。在其他阶段，航天器测试***电缆测试需求也比较多，电缆使用前、测试转场后、大型试验开始前、发射场测试前都需要对相应电缆进行测试。

航天器电缆的性能测试主要分为电缆的导通电阻测试、绝缘电阻测试、分布电容的测试等。其中，导通测试是为了验证供电通路、信号传输通道及控制回路对应关系，通过测量通路阻值保证通路的正确性；绝缘测试是用来验证设备故障(过压)产生瞬态高压下电缆的绝缘能力；分布电容测试主要为了评估电缆导线之间的干扰是否符合要求。

航天器电缆测试有几个难点：其一，航天器电缆数量庞大，接插件形式复杂，若要完成整个型号电缆的测试，工作量巨大；其二，航天器***分***及设备数量多，接口内容复杂，为简化电缆网结构，航天器电缆通常设计为多分支的树形结构，复杂的电缆结构为电缆自动测试***提出较高要求；其三，航天器电缆的复杂性还体现在多并点的设计(多并点设计的原因：①作为备份，保证重要信号的可靠性。②降低传导阻抗，实现功率扩容)，通常绝缘测试电压都为高压≥250V，为防止测试对电缆造成的损害，电缆的绝缘测试前应该首先排除并点，这也对电缆自动测试***提出较高要求。

传统航天器电缆测试方法主要为手动测试。手动电缆测试需要两人操作，使用数字多用表、绝缘电阻表以及相应的测试工装按照电缆接点表对电缆进行测试。

传统手工电缆测试方法不足之处主要有以下几点：

1)效率低：需要测试人员频繁地进行换线和读数工作，测试效率很低。以手工测试一根n芯单端对单端电缆为例，需要导通测试n次，绝缘测试N＝n+(n-1)+(n-2)+……+[n-(n-1)]次。

2)可靠性、安全性差：测试过程中可能由于测试人员疏忽造成接点漏测和错测，可靠性不能保证。绝缘电阻表为大于250V的高压测试，操作不当容易对电缆甚至测试人员造成伤害。

3)结果比对及可追溯性差：手动测试过程中，测试结果不能进行记录，对每次的测试结果不能进行比对和回查，可追溯性差。

4)多端口电缆测试难度大：对于多端口的电缆，例如对有n个分支的电缆，需要n套工装进行展开，增加了测试的复杂度，对于多芯及特殊接插件类型电缆，普通测试工装无法进行展开，降低了对于多端口电缆的可测性。

所以，研发一种新型的航天器多端口电缆自动测试***和方法意义重大。

发明内容

为了解决多端口复杂电缆测试的问题，弥补传统电缆测试方法的不足，本发明提供了一种航天器多端口电缆自动测试***和方法，该***在对通用电缆测试的基础上，利用硬件的接点自动化测试设计和LabVIEW软件编程实现了对多分支多并点电缆的快速自动测试。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种航天器多端口电缆自动测试***，包括：测量软件和底层控制器，所述测量软件通过通讯接口与底层控制器进行连接；

所述底层控制器包括恒流源单元、恒压源单元、数据采集单元、继电器切换矩阵、导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元；

所述恒流源单元与导通电阻测试单元连接；

所述恒压源单元与绝缘电阻测试单元连接；

所述数据采集单元分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；

所述继电器切换矩阵分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；

所述底层控制器各个模块完成电缆各种参数的测量。

进一步地，上述测量软件主要包括参数配置模块、导通测试模块、绝缘测试模块、自学习模块、手动测试模块和结果比对模块。

进一步地，上述参数配置模块用于进行两类数据的用户配置：第一类数据是针对不同测试需求的参数设置，用于测试中使用；第二类数据是保存路径参数的设置，用于对各项测试结果保存的默认地址进行设置。

进一步地，上述导通测试模块用于进行电缆的导通测试，所述绝缘测试模块用于进行电缆的绝缘测试，所述导通测试模块和绝缘测试模块的测试过程均包括导入节点表、端口选择、测试和保存。

进一步地，上述自学习测试模块用于检测电缆内部节点的连接关系，自学习结果可以生成为导通测试和绝缘测试的输入文件，用于后续对所接电缆的测试。

进一步地，上述手动测试模块用于对用户关心的节点进行单独测试，可分别完成关注节点的导通测试和绝缘测试。

进一步地，上述的航天器多端口电缆自动测试***，自学习结果、导通测试结果、绝缘测试结果、分布电容测试结果按照文件保存路径的设置进行保存，所述结果比对模块主要是对各测试生成的结果进行比对。

进一步地，上述的航天器多端口电缆自动测试***，被测电缆接入后，测试软件根据接入的测试端口对自学习测试模块发送自学习指令，底层控制器识别出当前***主机上所接全部电缆的节点之间的导通关系后返回给测试软件，自学习测试模块对复杂电缆的所有连接关系进行识别，形成结果文件，所述文件的内容包括电缆始端节点与终端节点的对应关系，短接节点，电缆始端端口，终端端口及短接节点端口。

进一步地，上述自学习测试模块利用二叉树算法在底层控制器中实现。

一种航天器多端口电缆自动测试方法，使用上述航天器多端口电缆自动测试***进行测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明的航天器多端口电缆自动测试***能够对各种型号电缆的导通电阻、绝缘电阻、分布电容等电气性能进行自动测量，能及时快速的检测设备电缆故障，有效的解决了目前电缆检测中效率低下、可靠性不高以及多端口电缆检测难度大的问题，实现了电缆检测的自动化和智能化，并确保了电缆检测的高效性和可靠性，为航天器研制提供了有效保障。

2.本发明的航天器多端口电缆自动测试方法具有检测速度快、通用性强、智能化程度高、可靠性高、检测数据准确等优点，可用于更多端口的电缆检测，可及时保存和打印检测结果，能够进行结果比对，方便数据回查，方便检测人员的操作和直观地显示电缆测试结果。

附图说明

图1是航天器多端口电缆自动测试***连接关系图。

图2是航天器多端口电缆自动测试***组成图。

图3是***软件的功能模块参照图。

图4是导通电阻测量矩阵切换设计原理图。

图5是绝缘电阻测量矩阵切换设计原理图。

图6是测量时序图。

图7是二叉树算法的实现过程图。

图8是二叉树算法流程图。

图9是航天器多端口电缆自动测试方法对多端口电缆测试流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

为了解决多端口复杂电缆测试的问题，弥补传统电缆测试方法的不足，本实施例设计了一种航天器多端口电缆自动测试***。该航天器多端口电缆自动测试***，包括：测量软件和底层控制器，测量软件通过通讯接口与底层控制器进行连接。本实施例的测量软件是利用LabVIEW设计的智能操作软件，在具有LabVIEW操作环境的计算机中可直接运行。本实施例的航天器多端口电缆自动测试***连接关系参照附图1。

本实施例的底层控制器包括恒流源单元、恒压源单元、数据采集单元、继电器切换矩阵、导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元；恒流源单元与导通电阻测试单元连接；恒压源单元与绝缘电阻测试单元连接；数据采集单元分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；继电器切换矩阵分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；底层控制器各个模块完成电缆各种参数的测量。本实施例的航天器多端口电缆自动测试***组成图参照附图2。

导通测试主要由恒流源模块和导通电阻测试单元完成。导通测试采用四线法电阻测量原理，在最大程度上避免了测量电路自身、矩阵开关等引入的测量误差。绝缘测试主要由恒压源模块和绝缘电阻测试单元完成。绝缘电阻测试采用的是直流放大法。电容测量用数字电桥的方法。

主控单元通过驱动数据采集单元、继电器切换矩阵来测量电路，同时通过网口与测试主机通信，接收测试主机的控制指令并将测试数据和状态返回给上位机。

由于本实施例的***采用以上通用化、系列化、模块化结构，因此经过扩充升级，可用于更多端口的电缆检测。集成化程度高，便于携带。

基于LabVIEW平台的测量软件通过通讯接口与测试***下位机进行连接，可以发送用户命令、接收返回数据、设置测量参数等。***软件主要包括六个功能模块,分别为：参数配置模块、导通测试模块、绝缘测试模块、自学习模块、手动测试模块和结果比对模块。且六个功能模块分别设计为子VI模式，测试过程中依靠主程序对子VI的调用来实现。***软件的功能模块参照附图3。

软件主程序是一个功能选择界面，根据具体测试需求选择具体的模块进行测试。参数配置模块用于进行两类数据的用户配置：第一类数据是针对不同测试需求的参数设置，用于测试中使用；第二类数据是保存路径参数的设置，用于对各项测试结果保存的默认地址进行设置。

导通测试模块用于进行电缆的导通测试，绝缘测试模块用于进行电缆的绝缘测试，导通测试模块和绝缘测试模块的测试过程均包括导入节点表、端口选择、测试和保存。自学习测试模块用于检测电缆内部节点的连接关系，自学习结果可以生成为导通测试和绝缘测试的输入文件，用于后续对所接电缆的测试。手动测试模块用于对用户关心的节点进行单独测试，可分别完成关注节点的导通测试和绝缘测试。自学习结果、导通测试结果、绝缘测试结果、分布电容测试结果按照文件保存路径的设置进行保存，结果比对模块主要是对各测试生成的结果进行比对。

***对于多芯电缆的快速自动化测试主要是利用继电器切换矩阵来实现，在确保可靠性的基础上极大提高了测试效率，矩阵切换电路由单片机输出串行数据来控制。

以测试某电缆分支1和分支3两个连接器第6个节点间的电缆芯线导通电阻为例，如附图4所示，电缆芯线的一端，通过两个继电器连接至到恒流源的高端，电缆芯线的另一端，通过两个继电器连接至到恒流源的低端。当4个继电器全部闭合时，构成一个电流通路，电流源输出的恒定电流流过被测芯线，产生一定压降。四线法中测量信号回路应该与主回路分开，因此设计该被测电缆芯线的两端另有两个信号采集通路，同样芯线的两端各通过两个继电器连接到信号采集的高端和信号采集的低端。当继电器全部闭合时，构成另一回路，芯线上的压降施加到放大器输入端，经调理和放大后连接至AD采集模块。进行数据采集后，将所测数据上传给控制单元。以上过程的测试原理如附图4所示。

以测分支1第6个节点和分支3间的绝缘电阻为例：设第六根芯线的一端经过继电器连接到高压源高端，从而使该芯线整体电位提升至设定电压值；将分支3的其他芯线通过对应继电器经标准电阻连接至高压源低端，则其他芯线整体为低电势。如测量原理所述，被测芯线和其他芯线间将产生微弱的漏电流，通过采集标准电阻上的压降，即可计算绝缘电阻值。绝缘电阻测量矩阵切换设计原理如附图5所示。

***对导通电阻和绝缘测试时间主要与继电器的切换时间(上升时间和下降时间)、信号加载的稳定时间以及测量时间等有关，如附图6所示。

附图6中，上升时间和下降时间主要与继电器的切换时间有关。该***选择的光耦继电器典型开通时间为0.2ms，最大开通时间为1ms；典型关断时间为0.03ms，最大关断时间为1ms。稳定时间是指电缆网络加载恒流源后，电场建立的稳定时间(加载稳压源测量绝缘电阻时，电场建立的时间主要与线缆的材料和长度等多种因素有关)。通常至多10ms即可建立。测量时间是指AD转换及读取时间。***所选用的AD芯片的转换及读取时间的量级都在几十个微级，一次采样50个点，用时为5ms。再考虑到其它不可预见的时间3ms。由此计算进行一次导通电阻测量的最大时间：1+1+10+5+3＝20(ms)。根据设备实际使用情况，测试速度远远高于0.02s/点。绝缘测试速度与测试电压、电缆长短等因素有关，为保证测试的可靠性，可灵活设置测试速度，从0.02s/点到256s/点不等，从以保证测试的精确度。

通过以上分析可知：该***测试速率远远高于手动测试速度，有效地提高了测试效率。

本实施例的航天器多端口电缆自动测试***利用通用的测试文件和工装可以实现对通用电缆的快速检测。对多分支多并点复杂电缆的测试主要是靠***软件与硬件的结合，被测电缆接入后，测试软件根据接入的测试端口对自学习测试模块发送自学习指令，底层控制器识别出当前***主机上所接全部电缆的节点之间的导通关系后返回给测试软件，自学习测试模块对复杂电缆的所有连接关系进行识别，形成结果文件，文件的内容包括电缆始端节点与终端节点的对应关系，短接节点，电缆始端端口，终端端口及短接节点端口。

自学习测试模块利用二叉树算法在底层控制器中实现。快速遍历所有节点。以测试分支一(62芯)和分支二(62芯)为例，首先测试分支一节点1对分支二的导通关系。分支一节点1接恒流源正端，分支二1-62芯短接后接恒流源负端，加电测试，阻值大于阈值，证明分支一和分支二无导通关系，放弃。阻值小于阈值，则继续测试，分支一节点1接恒流源正端，分支二1-31芯短接后接恒流源负端，测试阻值大于阈值，放弃，测试阻值小于阈值，则按照此方法类推，继续测试，直到找到导通点，同理对31-62芯同样采用此方法。二叉树算法的实现过程如附图7所示。

利用二叉树算法，判定两个分支无导通关系仅需一次测试，判定两个分支某两个节点的导通最慢需要进行13次测试，如附图8所示，如果不使用二叉树算法，对每个节点都测试的话需要62次。利用二叉树算法大大缩短了自学习时间。

自学习结束，上位机软件对自学习结果进行解析处理后，作为测试文件进行导通与绝缘的测试。导通测试前，软件通过对自学习结果解析去除并点，形成导通测试文件，对自学习结果中的导通通路发送导通测试指令。底层控制器根据测试文件节点进行测试，并保存测试结果。绝缘测试只对电缆单端进行测试，测试前软件对自学习结果进行解析只保留始端节点，并去除并点，形成绝缘测试文件。底层控制器根据测试文件节点进行测试，并保存测试结果。

***测试的自学习结果、导通测试结果、绝缘测试结果、分布电容测试结果都会按照文件保存路径的设置进行保存，方便后续使用中数据回查，测试结果可追溯。

在保存测试结果的基础上，***实现了测试结果比对功能。结果比对功能主要是靠测试软件来实现，主要通过对结果的表格解析来完成，比对的功能主要是为了比对两张表之间所显示的电缆连接关系的异同，比对的功能共分为三种：自学习结果比对、导通结果比对、绝缘结果比对。

自学习结果比对是将设计文件导入测试***与自学习结果进行比对，软件按照表格内容一一进行比较，对不符合的结果进行标注。通过与自学习结果的比对能够验证电缆设计的正确性，在确保电缆设计正确性的基础上检验电缆各参数是否符合标准要求。

导通测试结果和绝缘测试结果比对方法与自学习结果比对过程相同，通过对每次结果文件的比对，实现了对电缆使用过程的中各参数变化的追踪，能够掌握电缆的老化状态。

实施例2：

本实施例提供了一种航天器多端口电缆自动测试方法，该方法使用实施例1中的航天器多端口电缆自动测试***。

本实施例的航天器多端口电缆自动测试方法对多端口电缆的测试流程如附图9所示。

本实施例的航天器多端口电缆自动测试方法具有以下优点：检测速度快，适用于测试电缆的快速检测；通用性强，可用于各种通用电缆的测试；智能化程度高，可用于各种复杂电缆检测；可靠性高，检测数据准确；可扩充升级，***经过扩充升级，可用于更多端口的电缆检测；可及时保存和打印检测结果，能够进行结果比对，方便数据回查；人机交互性好，方便检测人员的操作和直观地显示电缆测试结果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，包括：测量软件和底层控制器，所述测量软件通过通讯接口与底层控制器进行连接；

所述底层控制器包括恒流源单元、恒压源单元、数据采集单元、继电器切换矩阵、导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元；

所述恒流源单元与导通电阻测试单元连接；

所述恒压源单元与绝缘电阻测试单元连接；

所述数据采集单元分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；

所述继电器切换矩阵分别与导通电阻测试单元、线间电容测试单元、绝缘电阻测试单元连接；

所述底层控制器各个模块完成电缆各种参数的测量。

2.根据权利要求1所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述测量软件主要包括参数配置模块、导通测试模块、绝缘测试模块、自学习模块、手动测试模块和结果比对模块。

3.根据权利要求2所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述参数配置模块用于进行两类数据的用户配置：第一类数据是针对不同测试需求的参数设置，用于测试中使用；第二类数据是保存路径参数的设置，用于对各项测试结果保存的默认地址进行设置。

4.根据权利要求3所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述导通测试模块用于进行电缆的导通测试，所述绝缘测试模块用于进行电缆的绝缘测试，所述导通测试模块和绝缘测试模块的测试过程均包括导入节点表、端口选择、测试和保存。

5.根据权利要求4所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述自学习测试模块用于检测电缆内部节点的连接关系，自学习结果可以生成为导通测试和绝缘测试的输入文件，用于后续对所接电缆的测试。

6.根据权利要求5所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述手动测试模块用于对用户关心的节点进行单独测试，可分别完成关注节点的导通测试和绝缘测试。

7.根据权利要求6所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，自学习结果、导通测试结果、绝缘测试结果、分布电容测试结果按照文件保存路径的设置进行保存，所述结果比对模块主要是对各测试生成的结果进行比对。

8.根据权利要求7所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，被测电缆接入后，测试软件根据接入的测试端口对自学习测试模块发送自学习指令，底层控制器识别出当前***主机上所接全部电缆的节点之间的导通关系后返回给测试软件，自学习测试模块对复杂电缆的所有连接关系进行识别，形成结果文件，所述文件的内容包括电缆始端节点与终端节点的对应关系，短接节点，电缆始端端口，终端端口及短接节点端口。

9.根据权利要求8所述的航天器多端口电缆自动测试***，其特征在于，所述自学习测试模块利用二叉树算法在底层控制器中实现。

10.一种航天器多端口电缆自动测试方法，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的航天器多端口电缆自动测试***进行测试。

Images