电缆弯曲试验测试设备设计
来源:用户上传
作者: 王毓 崔娜 秦洪运 宋伟
摘 要：电缆弯曲试验测试系统是一套试验控制、数据采集、记录和分析处理的试验系统，用于对多种电缆与电连接器的电气与机械性能进行测试，验证其瞬时通断性能。设备操作基于半自动化的理念，操作人员负责DUTs的安装与卸载，测试过程为自动控制过程。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；电缆弯曲试验
中图分类号：TM246 文献标识码：A
本设备是为了满足电缆封口处弯曲试验要求，能够对多种圆外套电缆、带状电缆进行疲劳试验后的连续性测试。设备采用了基于NI公司LabVIEW的虚拟仪器技术。它具有强大数据处理能力、较快的控制速度与板卡数据采集与处理等功能，友好的操作界面，在控制要求发生变化时，修改相应的软件程序即可以满足需求。该系统控制精确，操作简便，自动化程度高，适合现代化车间操作。
1 系统设计。本系统实现的功能是一套试验控制、数据采集、记录和分析处理的试验系统，用于对多种电缆与电连接器的电气与机械性能进行测试，验证其瞬时通断性能。系统选择专业夹具设计和材料，保证系统安全性、可靠性要求。设备操作基于半自动化的理念，操作人员负责DUTs的安装与卸载，测试过程为自动控制过程，即成在线数据处理功能。待测电缆分为圆形电缆和带状电缆，且两种电缆的测试方式不同，导致所需夹具等机械结构不同，同时，电缆接器圆形与带状电缆弯曲试验都需进行循环试验控制、瞬断检测、数据采集等，系统采用母台+子模块的方式，母台与子模块之间通过连接器连接，进行不同试验测试时只需更换不同子模块。系统共有两个子模块，即圆外套电缆测试子模块和带状电缆测试子模块。
2 母台及子模块设计
2.1 母台控制单元设计。机柜采用铝合金型材支架结构，由工控机控制单元、仪表控制单元、子模块工作台、安全防护单元及人机交互单元等组成。工控机控制单元的核心是一台研华高性能工控机，用于处理采集和处理测试数据，并检测系统的运行状态与执行流程；仪表控制单元主要包括用于检测电连接器等的瞬断现象；子模块工作台面向不同的测试对象而设计，包括对被测定件的定位与夹紧及机械传动装置等，保证测试系统获得良好的检测；安全防护单元主要保护操作人员的人身安全。人机交互单元包括触摸屏、启动控制按钮、状态指示灯以及鼠标键盘等，实现操作人员与测试系统的信息交互。
2.2 圆形电缆测试子模块。由于电缆直径不同，固定电缆的夹具、滚轮的大小和位置等都具有调整的功能，提高系统的兼容性与通用性。步进电机带动转盘转动，模拟电缆封闭口弯曲试验过程，完成电缆弯曲循环。对于直径不同的电缆，通过更换滚轮、在长条孔中调节移动滚轮位置等灵活的满足试验要求，达到可以兼容16mm以下粗细的圆外套电缆。固定电缆的夹具设计为压装方式，不同直径的电缆线采用不同的夹具，保证电缆径向力的均匀性。
2.3 带状电缆测试子模块。带状电缆测试子模块主要由步进电机、齿轮齿条机构、拉力传感器、直线导轨以及带状电缆夹具等构成。用步进电机加转盘来控制电缆的弯折，带状电缆夹紧装置可以沿着左右方向进行调整，把电缆的弯曲点调整到转盘的旋转中心。步进电机、齿轮齿条机构，直线导轨和力传感器共同完成对带状电缆张力的调节，齿轮齿条机构将步进电机的旋转运动转变为直线运动，拖动电缆张力夹运动，直至传感器的反馈符合要求的张力。
2.4 安全防护设计。为了保护操作工人的安全，系统在工作区域设计了安全防护罩。在试验过程中，需将安全防护罩合上。同时，系统设计了急停按钮，可以按下急停按钮停止设备工作保护人身安全。
3 电气设计
为了满足设备应用功能，方便现场操作，设备借助先进的虚拟仪器和软件测量技术，基于PCI总线实现设备的测量和控制功能，工控机用来实现完成测量、过程控制和显示测量结果，同时监控设备的运行状态。系统使用日本NAC NM-11B瞬断检测仪检测电缆性能；泛华测控PS PCI-3361多功能数据采集卡进行设备控制和数据采集；日本东方马达5相微步电机以及美国Interface公司的小型力传感器等设备。
3.1 瞬断检测仪检。为了检测电连接器在弯曲动载荷环境试验时的电气性能，采用日本 NM-11B瞬断检测仪检测导体到接触件连接器处的电连续性，验证瞬断时间是否符合产品标准规定要求。瞬断检测仪可按被检测互连器件技术标准设定监测的瞬断时间。瞬断仪可根据被测产品技术标准设定振动、冲击、碰撞试验时所监测的瞬断时间（瞬断时间判定值），瞬断仪是10个平行回路，有10个独立的显示超过设定值的实际瞬断时间的窗口，能及时判定瞬断故障位置。
3.2 多功能数据采集卡。PS PCI-3361是一款基于PCI总线的多功能数据采集卡。板卡提供16路模拟输入，内置16位ADC，单通道最高可达250kSPS采样速率；2路同步模拟输出，16位分辨率，输出更新速率单通道最高2MSPS；8路数字输入输出端口及16路多功能数字输入输出端口；2路计数器。该产品适用于自动化测试测量应用及低成本测试系统构建。本设计方案用于控制步进电机的控制和力传感器的数据采集。
3.3 步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本系统采用东发马达公司脉冲输入型的DC24V输入型步进电机，该步进电机为五相微步驱动步进电机，布距角小，具有低振动、低噪音等特点。
4 软件设计。本系统软件具有实验控制、实验数据显示及记录、权限管理、系统自检、硬件配置、文件存储、文件存储配置、数据采集和记录等功能，主界面分为用户管理、参数配置、数据管理和自动检测四大功能模块，用户管理用来进行用户的权限的分配及用户登录等功能，大大提高了系统的安全性及可控性；参数配置用于配置系统的测试参数；数据管理用于在设备测试结束之后对测量数据进行浏览，查阅历史数据；自动检测用于自动检测电缆弯曲的瞬断性。
结语
电缆弯曲试验测试系统能够满足电缆封口处弯曲试验要求，能够对多种圆外套电缆、带状电缆进行疲劳试验后的连续性测试。本系统自动化程度高，安全可靠，操作方便，维护简单，能够满足不同场合的需要。
参考文献
[1]冯提文，王林.电缆线弯曲寿命试验机及其应用[J].电工电气，2002（02）：39-40.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-6862677.htm
