電纜彎曲試驗測試設備設計

王　毓　　崔　娜　秦洪運　宋　偉（中航工業沈陽黎明航空發動機集團有限責任公司　技術中心機電設備設計研究所，遼寧　　沈陽　110043）

電纜彎曲試驗測試設備設計

王毓崔娜秦洪運宋偉
（中航工業沈陽黎明航空發動機集團有限責任公司技術中心機電設備設計研究所，遼寧沈陽110043）

摘要：電纜彎曲試驗測試系統是一套試驗控制、數據采集、記錄和分析處理的試驗系統，用于對多種電纜與電連接器的電氣與機械性能進行測試，驗證其瞬時通斷性能。設備操作基于半自動化的理念，操作人員負責DUTs的安裝與卸載，測試過程為自動控制過程。

關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電纜彎曲試驗

本設備是為了滿足電纜封口處彎曲試驗要求，能夠對多種圓外套電纜、帶狀電纜進行疲勞試驗后的連續性測試。設備采用了基于NI公司LabVIEW的虛擬儀器技術。它具有強大數據處理能力、較快的控制速度與板卡數據采集與處理等功能，友好的操作界面，在控制要求發生變化時，修改相應的軟件程序即可以滿足需求。該系統控制精確，操作簡便，自動化程度高，適合現代化車間操作。

1系統設計。本系統實現的功能是一套試驗控制、數據采集、記錄和分析處理的試驗系統，用于對多種電纜與電連接器的電氣與機械性能進行測試，驗證其瞬時通斷性能。系統選擇專業夾具設計和材料，保證系統安全性、可靠性要求。設備操作基于半自動化的理念，操作人員負責DUTs的安裝與卸載，測試過程為自動控制過程，即成在線數據處理功能。待測電纜分為圓形電纜和帶狀電纜，且兩種電纜的測試方式不同，導致所需夾具等機械結構不同，同時，電纜接器圓形與帶狀電纜彎曲試驗都需進行循環試驗控制、瞬斷檢測、數據采集等，系統采用母臺+子模塊的方式，母臺與子模塊之間通過連接器連接，進行不同試驗測試時只需更換不同子模塊。系統共有兩個子模塊，即圓外套電纜測試子模塊和帶狀電纜測試子模塊。

2　母臺及子模塊設計

2.1母臺控制單元設計。機柜采用鋁合金型材支架結構，由工控機控制單元、儀表控制單元、子模塊工作臺、安全防護單元及人機交互單元等組成。工控機控制單元的核心是一臺研華高性能工控機，用于處理采集和處理測試數據，并檢測系統的運行狀態與執行流程；儀表控制單元主要包括用于檢測電連接器等的瞬斷現象；子模塊工作臺面向不同的測試對象而設計，包括對被測定件的定位與夾緊及機械傳動裝置等，保證測試系統獲得良好的檢測；安全防護單元主要保護操作人員的人身安全。人機交互單元包括觸摸屏、啟動控制按鈕、狀態指示燈以及鼠標鍵盤等，實現操作人員與測試系統的信息交互。

2.2圓形電纜測試子模塊。由于電纜直徑不同，固定電纜的夾具、滾輪的大小和位置等都具有調整的功能，提高系統的兼容性與通用性。步進電機帶動轉盤轉動，模擬電纜封閉口彎曲試驗過程，完成電纜彎曲循環。對于直徑不同的電纜，通過更換滾輪、在長條孔中調節移動滾輪位置等靈活的滿足試驗要求，達到可以兼容16mm以下粗細的圓外套電纜。固定電纜的夾具設計為壓裝方式，不同直徑的電纜線采用不同的夾具，保證電纜徑向力的均勻性。

2.3帶狀電纜測試子模塊。帶狀電纜測試子模塊主要由步進電機、齒輪齒條機構、拉力傳感器、直線導軌以及帶狀電纜夾具等構成。用步進電機加轉盤來控制電纜的彎折，帶狀電纜夾緊裝置可以沿著左右方向進行調整，把電纜的彎曲點調整到轉盤的旋轉中心。步進電機、齒輪齒條機構，直線導軌和力傳感器共同完成對帶狀電纜張力的調節，齒輪齒條機構將步進電機的旋轉運動轉變為直線運動，拖動電纜張力夾運動，直至傳感器的反饋符合要求的張力。

2.4安全防護設計。為了保護操作工人的安全，系統在工作區域設計了安全防護罩。在試驗過程中，需將安全防護罩合上。同時，系統設計了急停按鈕，可以按下急停按鈕停止設備工作保護人身安全。

3　電氣設計

為了滿足設備應用功能，方便現場操作，設備借助先進的虛擬儀器和軟件測量技術，基于PCI總線實現設備的測量和控制功能，工控機用來實現完成測量、過程控制和顯示測量結果，同時監控設備的運行狀態。系統使用日本NACNM-11B瞬斷檢測儀檢測電纜性能；泛華測控PSPCI-3361多功能數據采集卡進行設備控制和數據采集；日本東方馬達5相微步電機以及美國Interface公司的小型力傳感器等設備。

3.1瞬斷檢測儀檢。為了檢測電連接器在彎曲動載荷環境試驗時的電氣性能，采用日本NM-11B瞬斷檢測儀檢測導體到接觸件連接器處的電連續性，驗證瞬斷時間是否符合產品標準規定要求。瞬斷檢測儀可按被檢測互連器件技術標準設定監測的瞬斷時間。瞬斷儀可根據被測產品技術標準設定振動、沖擊、碰撞試驗時所監測的瞬斷時間（瞬斷時間判定值），瞬斷儀是10個平行回路，有10個獨立的顯示超過設定值的實際瞬斷時間的窗口，能及時判定瞬斷故障位置。

3.2多功能數據采集卡。PSPCI-3361是一款基于PCI總線的多功能數據采集卡。板卡提供16路模擬輸入，內置16位ADC，單通道最高可達250kSPS采樣速率；2路同步模擬輸出，16位分辨率，輸出更新速率單通道最高2MSPS；8路數字輸入輸出端口及16路多功能數字輸入輸出端口；2路計數器。該產品適用于自動化測試測量應用及低成本測試系統構建。本設計方案用于控制步進電機的控制和力傳感器的數據采集。

3.3步進電機。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。本系統采用東發馬達公司脈沖輸入型的DC24V輸入型步進電機，該步進電機為五相微步驅動步進電機，布距角小，具有低振動、低噪音等特點。

4軟件設計。本系統軟件具有實驗控制、實驗數據顯示及記錄、權限管理、系統自檢、硬件配置、文件存儲、文件存儲配置、數據采集和記錄等功能，主界面分為用戶管理、參數配置、數據管理和自動檢測四大功能模塊，用戶管理用來進行用戶的權限的分配及用戶登錄等功能，大大提高了系統的安全性及可控性；參數配置用于配置系統的測試參數；數據管理用于在設備測試結束之后對測量數據進行瀏覽，查閱歷史數據；自動檢測用于自動檢測電纜彎曲的瞬斷性。

結語

電纜彎曲試驗測試系統能夠滿足電纜封口處彎曲試驗要求，能夠對多種圓外套電纜、帶狀電纜進行疲勞試驗后的連續性測試。本系統自動化程度高，安全可靠，操作方便，維護簡單，能夠滿足不同場合的需要。

參考文獻

[1]馮提文，王林.電纜線彎曲壽命試驗機及其應用[J].電工電氣，2002（02）：39-40.

中圖分類號：TM246

文獻標識碼：A