基于CH+的多功能线缆、线束自动测试系统的实现 基于CH+的多功能线缆自动测试系统的实现 王玉龙 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所） 摘要：复杂光电设备中系统综合布线质量是影响整机可靠性的关键之一，系统间连接关系、电气节点间的绝缘强度是对系统综合布线检测的主要项目。常规条件下，通过万用表（蜂鸣器）、绝缘测试仪对系统综合布线进行连通关系、绝缘强度测试，不但耗费大量的人力，而且测试难度大、测试周期较长。本文以CH+测试仪为基础，设计一款系统综合布线测试平台，通过编程、自动学习功能完成电缆、线束的自动测试。 关键词：综合布线；绝缘强度；测试平台 The Realization of Automatic Test System About Multi-Function Cable Based on CH+ Wang Yu-Long ( Changchun Institute of Optics, FineMechan ics and Physics,Chinese Academy of sc iences, Changchun 130033, China) Abstract:The quality of Integrated-Wiring on system is one of the key about machine reliability in complex optical instrument,Connectivity between systems, electrical insulation strength between nodes is the the main detection project of integrated wiring on system.Uner normal conditions,the test about connectivity and insulation strength between system through the meter or buzzer is not only a lot of manpower ,but also difficult,long test cycle.In this paper,a test platform is designed based on CH+ tester and complete cable automatic testing through programming or auto-learning function. Key words: Integrated-Wiring; insulation strength；test platform 1 引言 复杂光电设备系统综合布线是电子装联的重点之一，除系统综合布线工艺性问题是工艺师考虑的重点之外，系统中电气节点连接的可靠性，例如连通电阻、节点间的绝缘强度等是此项工作的重中之重，实践证明，系统综合布线过程中焊点的虚焊、线缆间绝缘强度不够、线缆间的连接关系与技术文件不符等问题占整个发生问题的90%以上，更有甚者此种情况发生在整机联试过程中，轻者影响产品的调试周期，严重的将损伤系统的关键部件，造成不可估量的损失，出现此种问题的原因有以下几种：首先操作人员布线和焊接的经验不足，其次是操作人员的马虎，更为主要的原因是对整机系统综合布线进行检验的手段缺乏，虽然进行了检验，但是没能及时发现问题，因 此除提高操作人员的实际操作水平、加强工艺过程管理外，提高检测技术是提高整机可靠性主要因素之一。 2 检测需求 复杂光电设备应用技术的提高、航空机载平台系统功能的不断增强，使得设备子系统不断增多，系统间的信号传输量增大，随之带 来的是系统间的线束连接变得更为复杂，系统间形 成了电缆、线束连接网络1。据统计，我所单套中 型光电设备线束、电缆终端及中继端连接器数量保 守数字多达100个以上，按照每条线束50芯计算，整 套设备线缆数量多达5000条，且线束间的连接关系 存在一对一、一对多、多对多等多种连接形式，如 图1所示。由于线束较多，在系统综合布线过程中， 按照布线工艺要求进行分线、合线、绑扎、固定等 操作，综合布线完成后，连接器相对固定，线束空 间活动余量小，单纯靠人工进行检测难度较大，首 先过多的人为参与对整机可靠性存在一定的影响，其次大量的检测任务无法保证产品的研制周期，因此引入专用自动检测设备进行检测势在必行。 2.1 人工检测的局限性 调研得知，目前通过人工手段对复杂电子设备进行综合布线检测仍是主要的检测手段，具体为：利用万用表或自制蜂鸣器进行系统连接关系检测，借助绝缘测试仪进行绝缘强度检测，随着光电设备越来越复杂、设备间信号传输数据量增大，传统的人工检测已不适应研制、生产中的大规模测试需求，并制约着检测工艺水平的全面提高。具体存在以下几个方面的局限性：1)逐点检测：对于设备综合布线网络的逐点检测需要一人或多人配合操作，由于在设备上直接检测，检测位置操作空间小、光照度低等因素限制，使得对待检测的点位识别能力差，因此存在检测工作量大，检测效率低、速度慢，操作精细、繁琐、枯燥、易疲劳等问题；2)对照检测：检测中需要对照图纸 接线表、线号进行，极易造成漏测、错测；3)通断测试：通断测试是系统综合布线的主要测试项目，而对于几百线、几千线高度交叉的电缆、线束连接关系的检测，能够完成短路、错接、多接、少接等故障的全面检测几乎不可能做到，另一方面，由于虚焊的存在，使得焊点的接触电阻增大，而通过万用表或蜂鸣器是无法识别的，原因之一是无具体的判别准则；4)重复检测：从生产的初检、自检、检验，到整装前的查验，需要检测34遍，一套系统检测时间常需要数天，乃至数周。5)测试不全面： 不能检 测出导通电阻，连接网络中的元器件、接触不良、不可靠的接点、感应效应不能检测出；6)绝缘耐压测试：电缆、线束的绝缘耐压测试是系统综合布线检测的重要项目，常规条件下，通过兆欧表对电连接器任意两点间的绝缘强度进行测试，存在诸多不利因素，首先兆欧表输出电压的局限性，不能满足不同线缆的绝缘阻抗测试；其次检测技术条件、准确度都受限制，不可能做到所有任意两点间的绝缘、耐压测试，测试状态不能全面检出耐压特性，实际检测中，只是完成通断测试，而绝缘、耐压测试往往被忽略，给整机可靠性带来了隐患2。 2.2 线缆自动检测的优势 近年来，线缆自动测试技术在系统综合布线中得到了较为广泛的应用，由于其能够集通断、绝缘、耐压测试于一体，并能对简单的元件和感应效应进行定量测试，宽范围设置测试技术条件，灵活多样施加测试信号、电压、电流，是规模化测试较为理想的工具3。运用线缆测试技术和测试接口拓补网络技术，结合系统综合布线的实际特点，搭建测试平台，建立系统测试数据库，使得系统综合布线检测节省人力资源、提高测试速度，更为主要的是提高产品可靠性，保证产品质量。实践证明，一台中型光电设备通过常规手段（使用万用表、蜂鸣器并结合绝缘测试仪）对其系统综合布线进行测试至少需要1天甚至更多，通过线缆自动测试系统进行测试，在数秒中内即可完成测试任务，可想而知自动线缆测试系统的介入是对系统综合布线检测技术的革命性的突破。 3 线缆自动检测系统原理 本文阐述的线缆、线束自动测试系统平台 是以美国CIRRIS公司生产的CIRRIS CH+线缆 测试仪（当然也可以是其它型号的同类测试 仪）为基础，通过设计制作专用测试适配器 实现系统测试，其工作原理如图2所示。测试 仪由一台主机和多个测试扩展模块组成，每 一个测试扩展模块有8个32芯测试接口，共计 32个高速继电器排列成矩阵，提供256测试 点，一台主机可以驱动21个测试扩展模块， 测试点最大可达到5376点。 3.1 主要技术参数 测试仪主机内部的测试单元的两个测试端子，通过继电器矩阵按照测试时序分别连接到测试仪的任意两点上，测试单元通过继电器矩阵按排列组合方式完成扫描测， 能够自动识别相同的连接定义为连接网络，并对所有连接网络连接的正确性进行测试、判断合定位，同时对连接网络间的电阻、电容、二极管的连接关系的正确性进行测试，给出测试值。其主要的测试指标如： ? 测试点数：2565376点； ? 导通测试 ? 测试电压：8V； ? 测试电流：4mA； ? 电容测试：1nF500F10； ? 测试速度：256点/秒 ? 绝缘测试 ? 测试电压：1001500VDC5； ? 绝缘电阻：5M1G10； ? 耐压测试 ? 电压：100V1500VDC或1001000VAC5； ? 电流：0.1mA1.5mA10； ? 加压时间：（DC）10ms90s；（AC）17ms120s 3.2 测试原理 1）低压测试：主要分为两种测试方式，一种是简单测试，其测试对象为只含线缆连接关系，没有电阻、电容、电感或带电回路，测试时，将导通电阻设定为一个比较低的值（典型值小于10欧姆），在线缆电容效应的基础上把绝缘阻抗设置为一个较高的值。系统首先检查一个点到另一个点之间的绝缘电阻是不是小于这个设定值，如果小于这个设定之，系统认为这两点之间有连接，并记录阻值。另一种是复杂测试，其测试对象为回路中含有电阻、电容、二极管等元件。当设定一个电阻的阻值时（其值为实际线缆中元器件电阻的最小值），系统测试过程中，高于这个阻值并小于设定的绝缘阻抗值，系统将其连接标记为电阻（RESIS）。系统同时也会扫描整个线路来检查二极管，如果系统发现某个连接在不同方向有不同的电阻阻值，系统将其标记为二极管（DIODE）,因此高压测试时，不会有高压加到这些元件上。 2）高压测试：主要分为绝缘测试和耐压测试。绝缘测试是根据回路中所包含的容性元器件的多少，对回路进行分组，分组的原则是，每一个回路中所包含的容性元器件的容量大致相等，然后进行测试。测试时，分别对每个组中的每一个回路与其它组进行绝缘电阻测试。如果各组测试都通过对组中各个回 路也合格。如果对任意组的测试没有通过，则分别对该组中的各个回路进行测试，如果通过，则为合格，负责给出出错信息。对于耐压测试，在对一个回路加高压时，系统对回路端接，并做接地处理。对各个回路逐一进行测试，如果测试系统中只有一个回路时，则自动对系统地线进行高压测试。耐压测试有正常测试和快速测试两种方式，正常测试用于电路中的分布电容和容性器件比较大的情况，测试时间为T=Nt（N为线路中的待测接点数，t为每个接点的加压时间）；高压测试用于电路中分布电容和容性器件比较小的情况。测试时间为T=(ROUNDUP(Log2N,0)+1)t，其中N为线路中待测接点数，t为每个接点的加压时间。 4 接口网络的实现 4.1 测试需求 CH+线缆测试仪是完成系统综合布线测试的平台，要真正实现复杂系统综合布线的测试，还需要外加测试接口适配器，完成测试仪接口与被测设备接口的对接，如图3所示。对于单条电缆而言，只要将电缆两端连接器分别与测试扩展接口对接，通过学习功能或者编制测试程序即可完成测试。然而对于复杂设备系统综合布线的测试需要考虑的问题较多。首先连接器 图3 测试仪与被测系统接口示意图 的规格型号较多，同型号的电