專利名稱：導(dǎo)線故障檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種線路故障探測儀器，更具體地說屬于一種導(dǎo)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(jī)制造等領(lǐng)域，自動化程度越來越高，其電氣、電子系統(tǒng)復(fù)雜，連接導(dǎo)線很多，導(dǎo)線經(jīng)常是整束地扎在一起。導(dǎo)線因磨損、老化、腐蝕、振動、超負(fù)荷運(yùn)行或其它原因經(jīng)常會發(fā)生短路、斷路或接頭松動等故障。導(dǎo)線發(fā)生故障后，維修人員一般采用萬用表或者兆歐表來查找故障點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)線兩接頭距離比較遠(yuǎn)時(shí)，經(jīng)常用細(xì)針刺穿導(dǎo)線的絕緣層，然后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(dǎo)線造成很大的損傷。由于萬用表表筆的接線長度有限，經(jīng)常要延長接線，在通信線路或飛機(jī)等大型設(shè)備連接導(dǎo)線故障的查找，用萬用表檢測，顯得很困難?，F(xiàn)有對導(dǎo)線短路或斷路故障的查找，存在著工作量大，費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確性差，經(jīng)常會對導(dǎo)線的絕緣層造成破壞或損傷的問題。
本實(shí)用新型的目的是提供一種操作簡單、攜帶方便，能快速、準(zhǔn)確對導(dǎo)線短路或斷路故障點(diǎn)進(jìn)行無損傷檢測的儀器。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種導(dǎo)線故障檢測儀，由信號發(fā)生器、信號探測器和探頭組成，其特征在于信號發(fā)生器由方波振蕩發(fā)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(diào)電壓或電流信號，信號發(fā)生器輸出端還連接有短路報(bào)警電路(E)；信號探測器電路中，由探頭感應(yīng)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(dǎo)線故障檢測儀的信號發(fā)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(fā)器4013搭接成；低通濾波器(C)由運(yùn)算放大器N1B、電阻R3、R4、R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6組成；輸出驅(qū)動器(D)由運(yùn)算放大器N1A、電位器RP1、電阻R11、R12、R13、電容C7、C8組成；短路報(bào)警電路由運(yùn)算放大器N1C、N1D、D觸發(fā)器U3A、及二極管D1、D2、電阻R14、R15、R16、R17、R19、電壓基準(zhǔn)源Z1電容C01、C9及發(fā)光二極管、復(fù)位開關(guān)、反相器U1C、U1D、U1E、U1F組成；電源電路由運(yùn)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(yùn)算放大器N11A、電阻R*1、電容C*1、C*2組成；濾波器(G)由運(yùn)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(diào)的放大器(H)由運(yùn)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(yùn)算放大器N11C、N11D檢波二極管D*1、D*2、電阻R*7、R*8、R*9、電容C*6組成；積分器(J)由運(yùn)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(yùn)算放大器N13B、N13C、電位器R*14、R*15，電壓基準(zhǔn)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(fā)光二極管V21、V22與門D12A、D12B、D12C、D12D、壓電陶瓷片BUZZ組成，電源電路由運(yùn)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(dǎo)線大小相適應(yīng)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(jié)構(gòu)，鉤頭的前端有半圓狀的向內(nèi)卷起(6)，鉤頭的外層是金屬屏蔽層(8)，與地線端(7)相連，并固定于手柄(4)，內(nèi)層是金屬感應(yīng)層(3)與輸入端導(dǎo)線(5)相連，中間是絕緣層(2)。
由于本實(shí)用新型的信號發(fā)生器能輸出頻率固定、電壓或電流可調(diào)的信號，再注入到被檢測的導(dǎo)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(yīng)到導(dǎo)線內(nèi)的電壓或電流信號的有或沒有，通過液晶或發(fā)光二極管顯示，不用精確測量或計(jì)算具體測到的電壓或電流，更不用刺穿導(dǎo)線的絕緣層或剝開導(dǎo)線檢測，因此，采用本探測儀器能對導(dǎo)線短路或斷路故障進(jìn)行準(zhǔn)確、快速無損的檢測，適用于各種長短和不同直徑大小導(dǎo)線短路或斷路故障的檢測。
以下結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1是本實(shí)用新型的電路方框圖；圖2是本實(shí)用新型信號發(fā)生器的電路圖；圖3是本實(shí)用新型信號探測器電路圖；圖4是本實(shí)用新型信號探測器液晶顯示單元電路圖；圖5是本實(shí)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(shí)用新型鉗型電流探頭測量導(dǎo)線的示意圖；圖8采用萬用表查找導(dǎo)線短路或斷路故障點(diǎn)的示意圖；圖9是本實(shí)用新型應(yīng)用在飛機(jī)上查找導(dǎo)線故障點(diǎn)的示意圖。
圖示說明(1)是被檢測導(dǎo)線，(2)是鉤型探頭絕緣層，(3)是鉤型探頭金屬感應(yīng)層，(4)是鉤型探頭手柄，(5)是感應(yīng)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(dǎo)磁環(huán)，(10)被檢測的導(dǎo)線束，(11)是感應(yīng)線圈，(12)、(13)是電線接頭，(14)、(15)是檢測點(diǎn)，(16)是假設(shè)的故障點(diǎn)，(17)為飛機(jī)機(jī)身，(18)為飛機(jī)機(jī)翼，(19)電子艙控制盒接頭41號插釘，(20)為傳感器，(21)是假設(shè)的故障點(diǎn)。
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(chǎn)生32KHZ頻率的方波振蕩信號，方框B由兩個(gè)D觸發(fā)器U2A，U2B，采用雙D觸發(fā)器集成電路4013搭接成四分頻電路，信號經(jīng)四分頻后輸出變成8KHZ的方波信號。
方框C中的電路是一個(gè)由運(yùn)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(shè)計(jì)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(jīng)濾波器濾波后輸出8KHZ的近似正弦信號。正弦信號通過電位器RP1分壓后送到輸出驅(qū)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(diào)，最大電壓峰峰值可達(dá)6V。當(dāng)OUT端對地短路時(shí)，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(diào)。方框E是輸出短路報(bào)警電路。正常情況下，OUT端懸空，由運(yùn)算放大器N1C構(gòu)成的跟隨器輸出經(jīng)二極管D1整流，電容C9濾波后，在C9上保持直流高電平信號，使其后的比較器輸出為低電平。比較器由R15、運(yùn)算放大器N1D及穩(wěn)壓管Z1組成。Z1選用電壓基準(zhǔn)源8069。D觸發(fā)器的CLK端0(低電平)，Q(Q的反相輸出端)輸出為1(高電平)，反相后輸出低電平，發(fā)光二極管LED滅。當(dāng)OUT端瞬時(shí)短路，可以推出N1D輸出轉(zhuǎn)為高電平，D觸發(fā)器的CLK端由0(低電位)轉(zhuǎn)為1(高電位)，Q端輸出反轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管LED亮，起報(bào)警作用。D觸發(fā)器設(shè)置了一個(gè)復(fù)位電門，按下時(shí)LED滅。圖2中方框P是電源電路?？刂破饔?V單電源供電，由于電路中運(yùn)算放大器采用低功耗，高輸入阻抗的TL062及TL084，這兩種芯片需要雙電源供電。這部分電路的功能是將單電源變換為正負(fù)雙電源。電路中的所有反相器只用了一個(gè)集成六反相器芯片4069。
圖3中的方框W同信號發(fā)生器的方框P一樣，是雙電源電路。
由探頭感應(yīng)到的微弱感應(yīng)電壓信號送到探測器的輸入端IN，探測器的輸入級采用電荷放大器F。電荷放大器實(shí)際上是一種電容反饋的負(fù)反饋放大器，它的輸出電壓與探頭的感應(yīng)電荷成正比，而與探頭的傳輸線的電容無關(guān)，這樣可避免探頭與輸入端之間的導(dǎo)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(shè)計(jì)為8KHZ，增益為10，Q值為10，帶寬為800HZ。電路的形式采用無限增益多路反饋帶通濾波器。頻率在7.2KHZ以下和8.8KHZ以上的干擾信號被抑制。電路設(shè)計(jì)參數(shù)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(gè)增益可調(diào)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，然后經(jīng)積分器J積分后成為直流電壓信號，直流電壓信號直接送至LCD液晶顯示單元。
圖4中的顯示電路采用7136微功耗單片CMOS三位半A/D轉(zhuǎn)換器。此芯片所有有源器件包括在一片CMOS集成電路內(nèi)，它包括七段譯碼、液晶顯示驅(qū)動、基準(zhǔn)和時(shí)鐘等，只需很少的外圍元件，就可直接驅(qū)動三位半的液晶顯示組件。值得一提的是，該電路采用電壓基準(zhǔn)源Z1提供的1.25V電壓作為外接基準(zhǔn)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(gè)運(yùn)算放大器、R*14、R*15電位器、8069電壓基準(zhǔn)源Z1以及簡單的數(shù)字邏輯電路組成兩個(gè)比較器。比較器的功能是，調(diào)節(jié)電位器R*14、R*15可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)門限值的設(shè)定。假設(shè)將R*14的中心抽頭電位設(shè)定為1.0V，R*15中心抽頭電位設(shè)定為0.5V。當(dāng)積分器的輸出電壓大于0.5V時(shí)，二極管V22燃亮，輸出電壓大于1.0V時(shí)，V21亮，V22滅。蜂鳴器單元電路的功能是，當(dāng)V21燃亮的同時(shí)(積分器輸出電壓大于1.0V)，蜂鳴器報(bào)警。R*18、R*19、C*9兩個(gè)反相器和一個(gè)與門構(gòu)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與門采用的是集成電路芯片4081。反相器用的是4069。電路中所有的運(yùn)算放大器采用的是TL084和TL062。
信號發(fā)生器有兩個(gè)輸出端，即地線端和信號輸出端，信號探測器有兩個(gè)輸入端，即地線端和信號輸入端。信號發(fā)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(jī)器設(shè)備的金屬殼體相連接或直接用導(dǎo)線相連接。
信號發(fā)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(dǎo)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(guī)格，以適用不同大小直徑的導(dǎo)線。
下面介紹用普通萬用表檢測導(dǎo)線發(fā)生短路或斷路的一般方法。
圖8中12、13代表兩個(gè)電線接頭，兩接頭之間有兩根導(dǎo)線相連接。我們假設(shè)圖中的粗導(dǎo)線有斷路點(diǎn)16，采用萬用表測量導(dǎo)線的電阻。紅表筆搭接粗線的接頭12端，在導(dǎo)線上選取測量點(diǎn)14或15，用細(xì)針在測量點(diǎn)處刺穿導(dǎo)線絕緣層，黑表筆搭接細(xì)針。測量14或15點(diǎn)與紅表筆之間的電阻。14點(diǎn)的電阻為0(短路)，15點(diǎn)的電阻為無窮大(開路)。縮小14、15點(diǎn)間的距離，可以實(shí)現(xiàn)斷路點(diǎn)16的定位。由以上查找故障點(diǎn)的過程可以看出用萬用表測量的幾個(gè)缺陷(1)對導(dǎo)線絕緣層會造成或多或少的損傷。
(2)工作量大。由于要盡可能少得損傷導(dǎo)線，用細(xì)針時(shí)需極其小心。
(3)萬用表筆長度有限，距離遠(yuǎn)時(shí)需另接導(dǎo)線。接線導(dǎo)致的接觸不良又會影響判斷的準(zhǔn)確性。
下面結(jié)合實(shí)際例子介紹本實(shí)用新型的具體應(yīng)用。
圖9是波音737飛機(jī)示意圖。B2909號飛機(jī)襟翼位置燈曾發(fā)生故障。飛機(jī)襟翼燈在飛機(jī)的駕駛艙中，能指示飛機(jī)襟翼的收上和放下狀態(tài)，正常情況下，襟翼收上時(shí)位置燈應(yīng)該亮，放下時(shí)位置燈滅。故障的現(xiàn)象是襟翼收上時(shí)，位置燈不亮，排除其它故障原因后從飛機(jī)線路圖可知，從電子艙的控制盒接頭41號插釘19至機(jī)翼傳感器20的線路中有斷路存在。假設(shè)故障點(diǎn)在21位置，采用本實(shí)用新型檢測故障。信號發(fā)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(jī)殼體相連接，在控制盒41號插釘內(nèi)輸入8KHZ電壓信號，在41號插釘和傳感器20之間的導(dǎo)線上的任一點(diǎn)，用鉤型電壓探頭探測電壓，若此點(diǎn)有電壓，說明斷點(diǎn)在此點(diǎn)后端，即在檢測點(diǎn)與傳感器之間，若探測不到電壓，則斷點(diǎn)在此點(diǎn)前面，即41號插釘與檢測點(diǎn)之間。采用逐步迫近法，可以逐漸地縮小查找的范圍，最后，可以找到斷點(diǎn)就在傳感器附近21位置點(diǎn)上。是由于一個(gè)死接頭腐蝕造成斷路。
如果故障點(diǎn)21與飛機(jī)殼體短路，那么在41號插釘19與故障點(diǎn)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(diǎn)21之間檢測不到電流信號。由此可以找到短路點(diǎn)21的位置。
由于本實(shí)用新型的信號發(fā)生器能調(diào)節(jié)輸出電流大小，并且最大輸出電流峰值為2mA，不會因電流過大而燒毀導(dǎo)線。本實(shí)用新型不用通過精確測量感應(yīng)電壓或電流來判斷故障點(diǎn)，所以不關(guān)心所測到的具體電壓或電流數(shù)值。本實(shí)用新型還可以通過發(fā)光二極管的亮或不亮及蜂鳴器的叫聲來簡單地判斷被測導(dǎo)線中有或沒有感應(yīng)電壓或電流，這樣更方便于操作。
權(quán)利要求1．一種導(dǎo)線故障檢測儀，由信號發(fā)生器、信號探測器和探頭組成，其特征在于信號發(fā)生器由方波振蕩發(fā)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(diào)電壓或電流信號，信號發(fā)生器輸出端還連接有短路報(bào)警電路(E)；信號探測器電路中，由探頭感應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線故障檢測儀，其特征在于信號發(fā)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(fā)器4013搭接成；低通濾波器(C)由運(yùn)算放大器N1B、電阻R3、R4、R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6組成；輸出驅(qū)動器(D)由運(yùn)算放大器N1A、電位器RP1、電阻R11、R12、R13、電容C7、C8組成；短路報(bào)警電路由運(yùn)算放大器N1C、N1D、D觸發(fā)器U3A、及二極管D1、D2、電阻R14、R15、R16、R17、R19、電壓基準(zhǔn)源Z1電容C01、C9及發(fā)光二極管、復(fù)位開關(guān)、反相器U1C、U1D、U1E、U1F組成；電源電路由運(yùn)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(yùn)算放大器N11A、電阻R*1、電容C*1、C*2組成；濾波器(G)由運(yùn)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(diào)的放大器(H)由運(yùn)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(yùn)算放大器N11C、N11D檢波二極管D*1、D*2、電阻R*7、R*8、R*9、電容C*6組成；積分器(J)由運(yùn)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(yùn)算放大器N13B、N13C、電位器R*14、R*15，電壓基準(zhǔn)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(fā)光二極管V21、V22與門D12A、D12B、D12C、D12D、壓電陶瓷片BUZZ組成，電源電路由運(yùn)算放大器N12B、電阻R*20、R*21、電容C*02組成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線故障檢測儀，其特征在于所述的探頭是可更換的能與被檢測導(dǎo)線大小相適應(yīng)的鉤型電壓探頭或鉗型電流探頭。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)線故障檢測儀，其特征在于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(jié)構(gòu)，鉤頭的前端有半圓狀的向內(nèi)卷起(6)，鉤頭的外層是金屬屏蔽層(8)，與地線端(7)相連，并固定于手柄(4)，內(nèi)層是金屬感應(yīng)層(3)與輸入端導(dǎo)線(5)相連，中間是絕緣層(2)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種導(dǎo)線短路或斷路故障探測儀,由信號發(fā)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(fā)生器能輸出峰值可調(diào)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(dǎo)線內(nèi)的電壓或電流信號。本儀器具有體積小、便于攜帶、操作簡單,檢測快速準(zhǔn)確,對導(dǎo)線不造成損傷的優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、汽車、飛機(jī)、家電等領(lǐng)域各種連接導(dǎo)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(yōu)先權(quán)日1999年10月26日
發(fā)明者王偉, 史志森, 楊華, 蔣維良, 劉筱云, 楊兵 申請人:南航(集團(tuán))汕頭航空有限公司