導線故障檢測儀的製作方法
2023-06-23 20:43:11 1
專利名稱：導線故障檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種線路故障探測儀器，更具體地說屬於一種導線短路或斷路故障的探測儀器。
目前在家電、電子、汽車、通訊及飛機製造等領域，自動化程度越來越高，其電氣、電子系統複雜，連接導線很多，導線經常是整束地扎在一起。導線因磨損、老化、腐蝕、振動、超負荷運行或其它原因經常會發生短路、斷路或接頭鬆動等故障。導線發生故障後，維修人員一般採用萬用表或者兆歐表來查找故障點。當導線兩接頭距離比較遠時，經常用細針刺穿導線的絕緣層，然後用逐步迫近方法一步一步地查找到斷路或短路的地方，這樣會對導線造成很大的損傷。由於萬用表表筆的接線長度有限，經常要延長接線，在通信線路或飛機等大型設備連接導線故障的查找，用萬用表檢測，顯得很困難。現有對導線短路或斷路故障的查找，存在著工作量大，費時、準確性差，經常會對導線的絕緣層造成破壞或損傷的問題。
本實用新型的目的是提供一種操作簡單、攜帶方便，能快速、準確對導線短路或斷路故障點進行無損傷檢測的儀器。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。一種導線故障檢測儀，由信號發生器、信號探測器和探頭組成，其特徵在於信號發生器由方波振蕩發生器(A)，依次連接四分頻器(B)，低通濾波器(C)，放大器(D)，輸出最大峰峰電壓為6V、最大峰值電流為2mA、固定頻率的可調電壓或電流信號，信號發生器輸出端還連接有短路報警電路(E)；信號探測器電路中，由探頭感應到的信號接到電荷放大器(F)，依次連接帶通濾波器(G)，信號放大器(H)，整流器(I)，積分器(J)，再送到LCD液晶顯示單元(L)顯示，信號探測器的顯示部份還包括有輔助顯示電路(K)。
導線故障檢測儀的信號發生器的方波振蕩器(A)由反相器4069、石英晶體32768及電阻R1、R2、電容C1、C2組成；四分頻器(B)由集成雙D觸發器4013搭接成；低通濾波器(C)由運算放大器N1B、電阻R3、R4、R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6組成；輸出驅動器(D)由運算放大器N1A、電位器RP1、電阻R11、R12、R13、電容C7、C8組成；短路報警電路由運算放大器N1C、N1D、D觸發器U3A、及二極體D1、D2、電阻R14、R15、R16、R17、R19、電壓基準源Z1電容C01、C9及發光二極體、復位開關、反相器U1C、U1D、U1E、U1F組成；電源電路由運算放大器N2A、R20、R21、C02組成；信號探測器的電路中，電荷放大器(F)由運算放大器N11A、電阻R*1、電容C*1、C*2組成；濾波器(G)由運算放大器N11B、電容C*3、C*4、電阻R*2、R*3、R*4組成；增益可調的放大器(H)由運算放大器N12A、電位器RP*1、電阻R*5、R*6、電容C*5組成，全波整流器(I)由運算放大器N11C、N11D檢波二極體D*1、D*2、電阻R*7、R*8、R*9、電容C*6組成；積分器(J)由運算放大器N13A、電容C*7、電阻R*10、R*11組成；LCD液晶顯示單元(L)由CMOS集成電路7136、液晶顯示屏、及其它外圍元件組成；輔助顯示電路(K)由運算放大器N13B、N13C、電位器R*14、R*15，電壓基準電源Z1、電阻R*16、R*17、R*18、R*19、R*21、電容C*9、反相器D11F、D11E、D11A、D11B、D11C、發光二極體V21、V22與門D12A、D12B、D12C、D12D、壓電陶瓷片BUZZ組成，電源電路由運算放大器N12B、電阻R*20、R*21、電容C*02組成。
探頭是可更換的能與被檢測導線大小相適應的鉤型電壓探頭或鉗型電流探頭。鉤型電壓探頭由手柄(4)和鉤頭組成，鉤頭是扁平狀，有三層結構，鉤頭的前端有半圓狀的向內捲起(6)，鉤頭的外層是金屬屏蔽層(8)，與地線端(7)相連，並固定於手柄(4)，內層是金屬感應層(3)與輸入端導線(5)相連，中間是絕緣層(2)。
由於本實用新型的信號發生器能輸出頻率固定、電壓或電流可調的信號，再注入到被檢測的導線中，通過信號探測器的鉤型電壓探頭或鉗型電流探頭感應到導線內的電壓或電流信號的有或沒有，通過液晶或發光二極體顯示，不用精確測量或計算具體測到的電壓或電流，更不用刺穿導線的絕緣層或剝開導線檢測，因此，採用本探測儀器能對導線短路或斷路故障進行準確、快速無損的檢測，適用於各種長短和不同直徑大小導線短路或斷路故障的檢測。
以下結合附圖及具體的實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
圖1是本實用新型的電路方框圖；圖2是本實用新型信號發生器的電路圖；圖3是本實用新型信號探測器電路圖；圖4是本實用新型信號探測器液晶顯示單元電路圖；圖5是本實用新型鉤型電壓探頭鉤頭朝上的俯視圖；圖6是圖5A-A的剖視圖；圖7是本實用新型鉗型電流探頭測量導線的示意圖；圖8採用萬用表查找導線短路或斷路故障點的示意圖；圖9是本實用新型應用在飛機上查找導線故障點的示意圖。
圖示說明(1)是被檢測導線，(2)是鉤型探頭絕緣層，(3)是鉤型探頭金屬感應層，(4)是鉤型探頭手柄，(5)是感應探頭信號輸入端接線，(6)是鉤型探頭的鉤起，(7)是探頭的地線端，(8)是鉤型探頭的金屬屏蔽層，(9)是鉗型探頭的圓形導磁環，(10)被檢測的導線束，(11)是感應線圈，(12)、(13)是電線接頭，(14)、(15)是檢測點，(16)是假設的故障點，(17)為飛機機身，(18)為飛機機翼，(19)電子艙控制盒接頭41號插釘，(20)為傳感器，(21)是假設的故障點。
參照圖2，方框A由反相器、石英晶體32768及電阻、電容組成的方波振蕩器，產生32KHZ頻率的方波振蕩信號，方框B由兩個D觸發器U2A，U2B，採用雙D觸發器集成電路4013搭接成四分頻電路，信號經四分頻後輸出變成8KHZ的方波信號。
方框C中的電路是一個由運算放大器N1B、電阻、電容組成的三階多路反饋低通濾波器，濾波器截止頻率設計為9KHZ。其中R3、R4的阻值為76KΩ，R7、R8、R9、R10的阻值分別為56KΩ、3.9KΩ、110KΩ、110KΩ，電容C4、C5、C6容值均為1KP。方波經濾波器濾波後輸出8KHZ的近似正弦信號。正弦信號通過電位器RP1分壓後送到輸出驅動級D。正常情況下，OUT端輸出固定頻率8KHZ的正弦電壓信號。輸出電壓峰值通過電位器RP1可調，最大電壓峰峰值可達6V。當OUT端對地短路時，電阻R13起限流作用，R13=1.5KΩ，輸出最大峰值2mA，固定頻率8KHZ的電流信號。輸出電流的峰值通過RP1可調。方框E是輸出短路報警電路。正常情況下，OUT端懸空，由運算放大器N1C構成的跟隨器輸出經二極體D1整流，電容C9濾波後，在C9上保持直流高電平信號，使其後的比較器輸出為低電平。比較器由R15、運算放大器N1D及穩壓管Z1組成。Z1選用電壓基準源8069。D觸發器的CLK端0(低電平)，Q(Q的反相輸出端)輸出為1(高電平)，反相後輸出低電平，發光二極體LED滅。當OUT端瞬時短路，可以推出N1D輸出轉為高電平，D觸發器的CLK端由0(低電位)轉為1(高電位)，Q端輸出反轉，發光二極體LED亮，起報警作用。D觸發器設置了一個復位電門，按下時LED滅。圖2中方框P是電源電路。控制器由9V單電源供電，由於電路中運算放大器採用低功耗，高輸入阻抗的TL062及TL084，這兩種晶片需要雙電源供電。這部分電路的功能是將單電源變換為正負雙電源。電路中的所有反相器只用了一個集成六反相器晶片4069。
圖3中的方框W同信號發生器的方框P一樣，是雙電源電路。
由探頭感應到的微弱感應電壓信號送到探測器的輸入端IN，探測器的輸入級採用電荷放大器F。電荷放大器實際上是一種電容反饋的負反饋放大器，它的輸出電壓與探頭的感應電荷成正比，而與探頭的傳輸線的電容無關，這樣可避免探頭與輸入端之間的導線上有電壓信號損失。
電荷放大器的下級是帶通濾波器G，濾波器的中心頻率設計為8KHZ，增益為10，Q值為10，帶寬為800HZ。電路的形式採用無限增益多路反饋帶通濾波器。頻率在7.2KHZ以下和8.8KHZ以上的幹擾信號被抑制。電路設計參數R*2=6KΩ、R*3=290Ω、R*4=118KΩ、C*3=C*4=3.3KP。
濾波器的輸出連接一個增益可調的放大器H，再送入全波整流器I，整流器輸出為脈動直流信號，然後經積分器J積分後成為直流電壓信號，直流電壓信號直接送至LCD液晶顯示單元。
圖4中的顯示電路採用7136微功耗單片CMOS三位半A/D轉換器。此晶片所有有源器件包括在一片CMOS集成電路內，它包括七段解碼、液晶顯示驅動、基準和時鐘等，只需很少的外圍元件，就可直接驅動三位半的液晶顯示組件。值得一提的是，該電路採用電壓基準源Z1提供的1.25V電壓作為外接基準源。
電路圖3中還包括輔助顯示電路K。積分器的輸出分兩路輸出，一路送圖4液晶顯示電路，一部分輸出到輔助顯示電路。由N13B、N13C兩個運算放大器、R*14、R*15電位器、8069電壓基準源Z1以及簡單的數字邏輯電路組成兩個比較器。比較器的功能是，調節電位器R*14、R*15可以實現兩個門限值的設定。假設將R*14的中心抽頭電位設定為1.0V，R*15中心抽頭電位設定為0.5V。當積分器的輸出電壓大於0.5V時，二極體V22燃亮，輸出電壓大於1.0V時，V21亮，V22滅。蜂鳴器單元電路的功能是，當V21燃亮的同時(積分器輸出電壓大於1.0V)，蜂鳴器報警。R*18、R*19、C*9兩個反相器和一個與門構成振蕩器，提供壓電陶瓷片BUZZ鳴叫所需的振蕩信號。與門D12B作為振蕩器的控制端。4與門採用的是集成電路晶片4081。反相器用的是4069。電路中所有的運算放大器採用的是TL084和TL062。
信號發生器有兩個輸出端，即地線端和信號輸出端，信號探測器有兩個輸入端，即地線端和信號輸入端。信號發生器的地線端和信號探測器的地線端必須相連接，可以通過被檢測的機器設備的金屬殼體相連接或直接用導線相連接。
信號發生器的信號輸出端可以用表筆或公插釘或鋏子直接接到被測的導線一端。信號探測器的信號輸入端的探頭可以更換，鉤型探頭和鉗型探頭的直徑有多種大小不同規格，以適用不同大小直徑的導線。
下面介紹用普通萬用表檢測導線發生短路或斷路的一般方法。
圖8中12、13代表兩個電線接頭，兩接頭之間有兩根導線相連接。我們假設圖中的粗導線有斷路點16，採用萬用表測量導線的電阻。紅表筆搭接粗線的接頭12端，在導線上選取測量點14或15，用細針在測量點處刺穿導線絕緣層，黑表筆搭接細針。測量14或15點與紅表筆之間的電阻。14點的電阻為0(短路)，15點的電阻為無窮大(開路)。縮小14、15點間的距離，可以實現斷路點16的定位。由以上查找故障點的過程可以看出用萬用表測量的幾個缺陷(1)對導線絕緣層會造成或多或少的損傷。
(2)工作量大。由於要儘可能少得損傷導線，用細針時需極其小心。
(3)萬用表筆長度有限，距離遠時需另接導線。接線導致的接觸不良又會影響判斷的準確性。
下面結合實際例子介紹本實用新型的具體應用。
圖9是波音737飛機示意圖。B2909號飛機襟翼位置燈曾發生故障。飛機襟翼燈在飛機的駕駛艙中，能指示飛機襟翼的收上和放下狀態，正常情況下，襟翼收上時位置燈應該亮，放下時位置燈滅。故障的現象是襟翼收上時，位置燈不亮，排除其它故障原因後從飛機線路圖可知，從電子艙的控制盒接頭41號插釘19至機翼傳感器20的線路中有斷路存在。假設故障點在21位置，採用本實用新型檢測故障。信號發生器放在電子艙中，地線端與信號探測器的地線端通過飛機殼體相連接，在控制盒41號插釘內輸入8KHZ電壓信號，在41號插釘和傳感器20之間的導線上的任一點，用鉤型電壓探頭探測電壓，若此點有電壓，說明斷點在此點後端，即在檢測點與傳感器之間，若探測不到電壓，則斷點在此點前面，即41號插釘與檢測點之間。採用逐步迫近法，可以逐漸地縮小查找的範圍，最後，可以找到斷點就在傳感器附近21位置點上。是由於一個死接頭腐蝕造成斷路。
如果故障點21與飛機殼體短路，那麼在41號插釘19與故障點21之間檢測不到電壓信號而只能檢測到固定頻率的電流信號，在傳感器20與故障點21之間檢測不到電流信號。由此可以找到短路點21的位置。
由於本實用新型的信號發生器能調節輸出電流大小，並且最大輸出電流峰值為2mA，不會因電流過大而燒毀導線。本實用新型不用通過精確測量感應電壓或電流來判斷故障點，所以不關心所測到的具體電壓或電流數值。本實用新型還可以通過發光二極體的亮或不亮及蜂鳴器的叫聲來簡單地判斷被測導線中有或沒有感應電壓或電流，這樣更方便於操作。
權利要求1．一種導線故障檢測儀，由信號發生器、信號探測器和探頭組成，其特徵在於信號發生器由方波振蕩發生器(A)，依次連接四分頻器(B)，低通濾波器(C)，放大器(D)，輸出最大峰峰電壓為6V、最大峰值電流為2mA、固定頻率的可調電壓或電流信號，信號發生器輸出端還連接有短路報警電路(E)；信號探測器電路中，由探頭感應到的信號接到電荷放大器(F)，依次連接帶通濾波器(G)，信號放大器(H)，整流器(I)，積分器(J)，再送到LCD液晶顯示單元(L)顯示，信號探測器的顯示部份還包括有輔助顯示電路(K)。
2．根據權利要求1所述的導線故障檢測儀，其特徵在於信號發生器的方波振蕩器(A)由反相器4069、石英晶體32768及電阻R1、R2、電容C1、C2組成；四分頻器(B)由集成雙D觸發器4013搭接成；低通濾波器(C)由運算放大器N1B、電阻R3、R4、R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6組成；輸出驅動器(D)由運算放大器N1A、電位器RP1、電阻R11、R12、R13、電容C7、C8組成；短路報警電路由運算放大器N1C、N1D、D觸發器U3A、及二極體D1、D2、電阻R14、R15、R16、R17、R19、電壓基準源Z1電容C01、C9及發光二極體、復位開關、反相器U1C、U1D、U1E、U1F組成；電源電路由運算放大器N2A、R20、R21、C02組成；信號探測器的電路中，電荷放大器(F)由運算放大器N11A、電阻R*1、電容C*1、C*2組成；濾波器(G)由運算放大器N11B、電容C*3、C*4、電阻R*2、R*3、R*4組成；增益可調的放大器(H)由運算放大器N12A、電位器RP*1、電阻R*5、R*6、電容C*5組成，全波整流器(I)由運算放大器N11C、N11D檢波二極體D*1、D*2、電阻R*7、R*8、R*9、電容C*6組成；積分器(J)由運算放大器N13A、電容C*7、電阻R*10、R*11組成；LCD液晶顯示單元(L)由CMOS集成電路7136、液晶顯示屏、及其它外圍元件組成；輔助顯示電路(K)由運算放大器N13B、N13C、電位器R*14、R*15，電壓基準電源Z1、電阻R*16、R*17、R*18、R*19、R*21、電容C*9、反相器D11F、D11E、D11A、D11B、D11C、發光二極體V21、V22與門D12A、D12B、D12C、D12D、壓電陶瓷片BUZZ組成，電源電路由運算放大器N12B、電阻R*20、R*21、電容C*02組成。
3．根據權利要求1所述的導線故障檢測儀，其特徵在於所述的探頭是可更換的能與被檢測導線大小相適應的鉤型電壓探頭或鉗型電流探頭。
4．根據權利要求3所述的導線故障檢測儀，其特徵在於所述的鉤型電壓探頭由手柄(4)和鉤頭組成，鉤頭是扁平狀，有三層結構，鉤頭的前端有半圓狀的向內捲起(6)，鉤頭的外層是金屬屏蔽層(8)，與地線端(7)相連，並固定於手柄(4)，內層是金屬感應層(3)與輸入端導線(5)相連，中間是絕緣層(2)。
專利摘要本實用新型公開一種導線短路或斷路故障探測儀,由信號發生器,信號探測器及鉤型電壓探頭、鉗型電流探頭組成。信號發生器能輸出峰值可調的固定頻率為8KHZ的電壓或電流信號,信號探測器由液晶顯示單元顯示出被測導線內的電壓或電流信號。本儀器具有體積小、便於攜帶、操作簡單,檢測快速準確,對導線不造成損傷的優點。廣泛應用於機械、電子、汽車、飛機、家電等領域各種連接導線故障的檢測。
文檔編號G01R31/02GK2433635SQ9925162
公開日2001年6月6日 申請日期1999年10月26日 優先權日1999年10月26日
發明者王偉, 史志森, 楊華, 蔣維良, 劉筱雲, 楊兵 申請人:南航(集團)汕頭航空有限公司