多功能线缆测试仪的制作方法

本发明属于线缆测试领域，特别涉及多功能线缆测试仪。

背景技术：

线缆是光缆、电线和电缆等用于光电信号传输物品的统称。线缆的用途繁多，在现实生活中随处可见，主要用于控制安装、连接设备、输送电力及信号传输等等，是日常生活中常见而不可缺少的物品。

由于线缆主要用于信号传输用途，对其物理特性及电气性能都有一定的要求。在使用过程中需要对其进行各种测试，检测其性能是否正常并满足使用要求。检测内容一般有开路短路、接线错误、绝缘性能、耐电压性能及衰减和串扰等。

随着技术的发展，手动测试仪和单项测试仪已经不能满足当前线缆测试的需求，因此迫切需要一种测试覆盖率及测试精度准确性高的多功能线缆自动测试仪。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多功能线缆测试仪，其在单台仪器内实现电线及电缆的基本参数测量，测试覆盖率大且测试精度准确性高，从而更有效得保证线缆的整体性能。

本发明的目的是这样实现的：一种多功能线缆测试仪，包括电源电路、MCU电路、低压检测驱动电路、高压检测驱动电路、微波噪声源、信号采集与放大电路、微波检测电路和显示电路，所述电源电路用于分别给MCU电路、低压检测驱动电路、高压检测驱动电路、微波噪声源、信号采集与放大电路、微波检测电路供电，所述低压检测驱动电路用于接受MCU电路的控制信号，输出测量电流给线缆直流电阻检测头正极，所述线缆直流电阻检测头正极用于连接被测电缆的一端，被测电缆的另一端连接公共检测头，公共检测头与信号采集与放大电路的输入端连接，所述信号采集与放大电路的输出端与MCU电路连接，将放大后的采样信号传递给MCU电路，所述MCU电路用于根据采样得到的电压信号计算得到导线直流电阻，并输出给显示电路显示；

所述高压检测驱动电路用于接受MCU电路的控制信号，输出高压直流电源给线缆绝缘电阻检测头正极，所述线缆直流电阻检测头正极用于连接被测电缆的绝缘层，被测电缆的线芯连接公共检测头，公共检测头与信号采集与放大电路的输入端连接，所述信号采集与放大电路的输出端与MCU电路连接，将放大后的采样信号传递给MCU电路，所述MCU电路用于根据采样得到的电压信号计算得到导线绝缘电阻，并输出给显示电路显示；

所述微波噪声源用于接受MCU电路的控制信号，输出噪声信号给同轴线缆传输损耗检测头正极，所述同轴线缆传输损耗检测头正极用于连接被测同轴线缆的一端，被测同轴线缆的另一端连接同轴线缆传输损耗检测头负极，同轴线缆传输损耗检测头负极与微波检测电路连接，所述微波检测电路用于检测噪声信号，测量噪声功率，并将测量的噪声功率数据传递给MCU电路，所述MCU电路用于接受测量的噪声功率数据进行逻辑判断，得到同轴线缆传输损耗，并输出给显示电路显示。电信号在同轴线缆中传输总是有损耗的，同轴线缆中输出的噪声信号功率始终小于向它输入的噪声信号功率。用减法比较，就知道损失功率。

本多功能线缆测试仪还包括一沿轴向贯通的圆锥套，所述圆锥套沿轴向依次设有第一测试段、第二测试段、第三测试段，各测试段均包括用于与电源正极连接的第一导体部和用于与电源负极连接的第二导体部，所述第一导体部与第二导体部之间通过绝缘部隔离，所述第一导体部与第二导体部之间通过被测线缆导通，各个测试段的第一导体部和第二导体部均设有接线头，所述第一测试段与第二测试段之间通过绝缘段隔离，第二测试段与第三测试段之间通过绝缘段隔离，形成线缆横截面积测试装置，采用上述结构的线缆横截面积测试装置能检测线缆横截面积，且检测精度高，操作方便、快捷。

本多功能线缆测试仪还包括线缆横截面积测试指示回路，所述线缆横截面积测试指示回路用于分别指示各测试段的第一导体部与第二导体部之间的导通或断开状态。所述第一测试段的第一导体部与电源正极连接，第一测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第一回路，第一回路上设有第一指示灯，所述第二测试段的第一导体部与电源正极连接，第一测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第二回路，第二回路上设有第二指示灯，所述第三测试段的第一导体部与电源正极连接，第三测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第三回路，第三回路上设有第三指示灯，形成线缆横截面积测试指示回路。

第二测试段的最小直径和最大直径之间的范围为被测线缆的合格范围。

所述显示电路采用触摸屏，所述触摸屏与MCU电路连接。

本仪器在内部电路设计上主要分为三个独立功能部分和两个共用功能部分。三个独立功能部分为直流电阻测量部分、直流绝缘电阻测量部分以及同轴线损耗测量部分。两个共用部分为电源和逻辑处理部分。测量给定长度的电缆直流电阻，直流电阻测量范围为1mΩ-20Ω。本发明的直流电阻测量部分的实现方法有两种，一种是惠斯通电桥实现，另一种是恒流源实现。传统电流测量电阻方式需要一高精度恒流源，保证在仪器测量过程中流过电阻的电流恒定。处于本仪器成本和体积考虑，高精度恒流源并不是最佳方案，所以在设计上考虑使用采样电阻方式，此方式不需要恒流源给被测电阻供电，但相应的会增加一颗高精度电阻和一路AD数据采集，针对目前的单片机来讲增加一路AD数据采集并不会增加成本和体积，所以使用采样电阻的测量方式更适合本仪器使用。

这两种方法在理论上精度是区别不大的，但在实现原理和操作的复杂程度上有区别。考虑本仪器为电池供电仪器，供电电压低但可以实现大电流，所以倾向于电流测量电阻方式。

所述低压检测驱动电路包括第3三极管Q3，所述第3三极管Q3的基极经第5电阻R5与MCU连接，所述第3三极管Q3的发射极接地，第3三极管Q3的集电极分别与第3继电器K3的线圈一端、第2二极管D2的正极连接，第3继电器K3的线圈另一端、第2二极管D2的负极连接电源电路5V电压输出端，第3继电器K3的常开触点的一端连接电源电路电池，第3继电器K3的常开触点的另一端分别与第30电阻R30的一端、第16电阻R16的一端连接，第16电阻R16的另一端分别与第4电阻R4的一端、第17电阻R17的一端、第10电容C10的一端连接，第4电阻R4的另一端与MCU连接，第17电阻R17的另一端、第10电容C10的另一端接地，所述第30电阻R30的另一端与线缆直流电阻检测头正极连接。

直流绝缘电阻测量采用通过测量加载在被测元件上的高压电流来测量电阻，在高压源的选择上使用微型的开关电源实现。高压电源部分采用LM2587，配合升压器将电池输入的DC12V电压升压至DC500V高压，用以在线缆绝缘电阻测试中使用。

所述高压检测驱动电路包括型号为LM2587的电源芯片U7、升压器T1、第4三极管Q4，所述第4三极管Q4的基极经第6电阻R6与MCU连接，所述第4三极管Q4的发射极接地，第4三极管Q4的集电极分别与第2继电器K2的线圈一端、第3二极管D3的正极连接，第2继电器K2的线圈另一端、第3二极管D3的负极连接电源电路5V电压输出端，第2继电器K2的常开触点的一端连接电源电路电池，第2继电器K2的常开触点的另一端分别与第11电容C11的一端、电源芯片U7的第5引脚、升压器T1的初级线圈的一端连接，第11电容C11的另一端接地，升压器T1的初级线圈的另一端与电源芯片U7的第4引脚连接，升压器T1的次级线圈的一端接地，升压器T1的次级线圈的另一端与第6二极管D6的正极连接，第6二极管D6的负极分别与第12电容C12的一端、高压电源输出端连接，第12电容C12的另一端接地。电源芯片U7的第2引脚分别与第18电阻R18的一端、第19电阻R19的一端连接，第18电阻R18的另一端接地，第19电阻R19的另一端与第20电阻R20的一端连接，第20电阻R20的另一端连接高压电源输出端。电源芯片U7的第3引脚接地。电源芯片U7的第1引脚与第32电阻R32的一端连接，第32电阻R32的另一端与第34电容C34的一端连接，第34电容C34的另一端接地。线缆绝缘电阻检测头正极经第29电阻R29与高压电源输出端连接。第12电容C12的两端并联有第36电容C36。第12电容C12的两端并联有第13电容C13。

本发明在进行绝缘测试的时候，通过电源继电器打开高压电源。高压电源采用反激形式，这种拓扑可以在比较少的匝数下获得很高的输出电压，在本设计中初级匝数为15匝，次级匝数为500匝，开关管在截至瞬间产生的反压为23v左右，远低于LM2587的击穿电压，可以保障电源的稳定性。LM2587系列稳压器是TI公司生产的专为回扫、步升(升压)和正激转换器应用而设计的单片集成电路。此器件有4个不同的输出电压型号：3.3V、5.0V、12V和电压可调。这些稳压器所需外围元件最少，性价比高，而且简单易用。LM2587内部集成有电压基准源，PWM控制器，功率开关管等部件，在12v电源的情况下，最大输出功率约为60w左右，本应用中绝缘测试采用500V电压，最大电流为1mA，功率为0.75W。所以采用LM2587有充足的余量保障，不需要对电源进行散热处理。在测量开始后，LTC6915增益被编成为4096，每1nA电流在测量电阻上产生的电压为30nv，经过ltc6915放大后变为122.85mV，通过单片机内部adc采样后对应的最大测量电阻理论值为150000MΩ，由于元件精度及pcb漏电等因素的影响，最终测量值大于1000MΩ。

所述信号采集与放大电路包括可编程增益放大器（U6）和采样电阻（R15），所述采样电阻（R15）的一端与公共检测头、可编程增益放大器连接，采样电阻（R15）的另一端接地，所述可编程增益放大器用于将采样电阻采集的信号传递给MCU，所述MCU根据测试电流大小控制放大器增益。

因为绝缘电阻测量和导线电阻测量使用相同的原理,所以在电路设计上考虑将两种测量电路简化设计。导线电阻测量的电源直接使用电池，主要是为了提供更大的测量电流，同时为了防止过大的电流损坏电池，所以在测量回路里增加了限流电阻，将测量电流限制在0-100mA的范围。电流测量电阻即采样电阻选用30欧姆，在100mA测量电流时，将产生3v直流电压作用在可编成仪表放大器上，此时将仪表放大器的增益设置为0，经放大后输出电压为0-3v。单片机内部adc为12位，所以最低灵敏度为0.8mV,对应的电阻值为0.8mΩ。

如果测量电阻更小，就可以调整仪表放大器的增益来提高灵敏度和精度，LTC6915的增益范围在0-4095之间通过软件调节，所以在测量过程中程序会根据测量到的电流变换电压增益，最终测量精度可以保障在0.1mΩ。LTC6915是由LINEAR公司推出的一款具有数字可编程增益的零漂移精准仪表放大器。可通过一个并行或串行接口将增益设置为0、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048或4096。在采用单5V电源以及任何设定增益的条件下，CMRR通常为125dB。电压失调低于10uV，且温度漂移小于50nV/℃。LTC6915采用充电平衡采样数据技术将一个差分输入电压转换成一个单端信号，随后再由一个零漂移运算放大器对该单端信号进行放大。差分输入的工作范围为轨至轨，而单端输出在轨至轨之间摆动。LTC6915既可在低至2.7V的单电源应用中使用，也可在采用双±5V电源的应用中使用。在本设计中采用单3.3V电源，可以和单片机很好的配合。

传输线传输损耗测量的方法比较多，考虑到传输线的测量不同于谐振元件的测量，传输线测量对单点频率不是很敏感，主要追求的是在一定频率段内的损耗，所以在本发明的设计中考虑使用高平坦大带宽的噪声源来提供测量信号，让这些噪声通过被测传输线，在接收端测量噪声功率，这样就可以在相当大的带宽下实现损耗的测量。所述微波噪声源包括第2三极管Q2，所述第2三极管Q2的基极经第2电阻R2与MCU连接，所述第2三极管Q2的发射极接地，第2三极管Q2的集电极分别与第1继电器K1的线圈一端、第1二极管D1的正极连接，第1继电器K1的线圈另一端、第1二极管D1的负极连接电源电路5V电压输出端，第1继电器K1的常开触点的一端连接电源电路5V电压输出端，第1继电器K1的常开触点的另一端分别与第8电阻R8的一端、第9电阻R9的一端、第4电容C4的一端连接，第4电容C4的另一端接地，第8电阻R8的另一端分别与第1三极管Q1的基极连接，第1三极管Q1的基极分别与第7电阻R7的一端、第3电容C3的一端连接，第7电阻R7的另一端、第3电容C3的另一端均接地，所述第9电阻R9的另一端与第1三极管Q1的发射极连接，第1三极管Q1的集电极与第1电感L1的一端连接，第1电感L1的另一端分别与第4二极管D4的负极、第19电容C19的一端连接，第4二极管D4的正极接地，第19电容C19的另一端与噪声放大电路的输入端连接，所述噪声放大电路用于对噪声信号进行放大，达到测量所需要的功率，噪声放大电路的输出端与同轴线缆传输损耗检测头正极连接。

所述噪声放大电路采用3级平坦放大器U1、U2、U3。平坦放大器的型号为ABA-54563。

所述微波检测电路包括型号为AD8314的射频功率检测控制芯片U4，射频功率检测控制芯片U4的第1引脚与同轴线缆传输损耗检测头负极连接，射频功率检测控制芯片U4的第1引脚与第27电阻R27的一端连接，第27电阻R27的另一端接地，射频功率检测控制芯片U4的第2引脚连接3.3V电压，射频功率检测控制芯片U4的第5引脚接地，射频功率检测控制芯片U4的第8引脚分别与3.3V电压、第8电容C8的一端连接，第8电容C8的另一端接地，射频功率检测控制芯片U4的第3引脚与射频功率检测控制芯片U4的第6引脚连接，射频功率检测控制芯片U4的第6引脚分别与第9电容C9的一端、第28电阻R28的一端连接，第9电容C9的另一端接地，第28电阻R28的另一端与MCU连接。

微波噪声源在电路实现上采用成本最低的微波齐纳二极管实现在所需频段功率分布均匀的噪声信号，这个噪声信号一般幅度会很低，所以需要3级平坦放大器对噪声信号进行放大，达到测量所需要的功率，经过放大后在任意频段输出的信号功率大约在-10dbm左右，平坦度高于2db。在这个电路中ABA-54563负责信号的放大，ABA-54563是低功耗平坦放大器，增益为23dB，在5v的电源下只有79mA的工作电流，比较适合手持类设备。经过放大后的噪声信号被送到射频输出口J3，待测试电缆一端连接在J3接口上，另一端连接在J4接口上，J4接口负责接收噪声信号并检测信号功率。功率检波部分采用ad8314，它是一片2700MHz的射频功率检测控制芯片，其动态范围为-45dbm至0dbm。完全可以满足本设计中的20db动态范围要求。

所述电源电路包括电池，电源电路用于将电池电压转换为5V直流电压与3.3V直流电压。DC5V电压用于给继电器供电，DC3.3V电压用于给STM32单片机供电。

所述电源电路包括电池、型号为MP1584的电源芯片U8以及型号为ASM1117的稳压器U9，所述电源芯片U8的第7引脚与电池正极连接，所述电源芯片U8的第7引脚分别与第37电容C37的一端、第14电容C14的一端连接，第37电容C37的另一端、第14电容C14的另一端均接地，所述电源芯片U8的第6引脚与第33电阻R33的一端连接，第33电阻R33的另一端接地，所述电源芯片U8的第5引脚接地，所述电源芯片U8的第8引脚与第15电容C15的一端连接，电容C15的另一端分别与第7二极管的负极、第5电感L5的一端、电源芯片U8的第1引脚连接，第7二极管的正极接地，第5电感L5的另一端分别与第39电容C39的一端、第34电阻R34的一端、5V电压输出端连接，第39电容C39的另一端接地，第34电阻R34的另一端分别与电源芯片U8的第4引脚、第35电阻R35的一端连接，第35电阻R35的另一端接地，电源芯片U8的第3引脚与第38电容C38的一端连接，第38电容C38的另一端与第36电阻R36的一端连接，第36电阻R36的另一端接地，稳压器U9的第3引脚连接5V电压输出端，稳压器U9的第1引脚接地，稳压器U9的第2、4引脚连接3.3V电压输出端，稳压器U9的第2、4引脚与第16电容C16的一端连接，第16电容C16的另一端接地。

本发明的有益效果为：由于采用了上述方案，使得本发明具有如下功能：1.测量给定长度的电缆直流电阻，直流电阻测量范围为1mΩ-20Ω。

2.测量电缆的绝缘电阻，绝缘电阻测量范围为0-750MΩ，测量电压采用直流750V。

3.测量同轴线电缆的传输损耗，测量同轴传输线的传输损耗，测量的频率范围为50MHz-2000MHz，测量范围为-20dB-0dB。

本发明在单台仪器内实现电线及电缆的基本参数测量，测试覆盖率大且测试精度准确性高，从而更有效得保证线缆的整体性能。本发明在一台仪器上实现多种功能并不是简单意义上的各种功能仪器的堆积，而是通过更多的共用部分来降低电路复杂程度和成本。因此，本发明不仅仅实现了实现电线及电缆的基本参数测量，且采用本发明的测量原理以及电路大大简化电路，降低电路复杂程度和成本，且测试精度准确性高。本发明设置可编程增益放大器，当测试电流大的时候，增益可设置为0。当测试电流小的时候，直接测量太小的电流不容易测出来。通过增益放大，在按比例计算，就能得出测算值。本发明小电流大电流都能测试，测试覆盖范围大，测试精准度高。

由于本多功能线缆测试仪还包括一沿轴向贯通的圆锥套，所述圆锥套沿轴向依次设有第一测试段、第二测试段、第三测试段，各测试段均包括用于与电源正极连接的第一导体部和用于与电源负极连接的第二导体部，所述第一导体部与第二导体部之间通过绝缘部隔离，所述第一导体部与第二导体部之间通过被测线缆导通，各个测试段的第一导体部和第二导体部均设有接线头，所述第一测试段与第二测试段之间通过绝缘段隔离，第二测试段与第三测试段之间通过绝缘段隔离，形成线缆横截面积测试装置，采用上述结构的线缆横截面积测试装置能检测线缆横截面积，且检测精度高，操作方便、快捷。线缆的直径无论多少，只要是在线缆横截面积测试部分的范围（0.928mm~1.328mm）内，线缆始终会和测试部分其中一段如第一测试段、第二测试段、第三测试段中的某一段内径相吻合，这样测试部分的正与负极就会导通，经过一个电阻后点亮LED灯。把线缆送入线缆横截面积测试部分时，如果线缆过大，线缆不能进入第二段，而是导通第一测试段，第一指示灯亮，指示表示线缆过大，不合格。如果线缆过小，线缆穿过第一测试段、第二测试段，导通第三测试段，第三指示灯亮，指示线缆过小，不合格。如果线缆合格，则穿过第一测试段，不能进入第三测试段，而是导通第二测试段，第二指示灯亮，指示线缆合格。本发明的线缆横截面积测试装置能检测线缆横截面积，且检测精度高，操作方便、快捷。

附图说明

图1为本发明的多功能线缆测试仪的原理框图；

图2为本发明的电源电路的电路图；

图3为本发明的MCU电路的电路图；

图4为本发明的低压检测驱动电路的电路图；

图5为本发明的高压检测驱动电路的电路图；

图6为本发明的信号采集与放大电路的电路图；

图7为本发明的微波噪声源的电路图；

图8为本发明的微波检测电路的电路图；

图9为本发明的线缆横截面积测试装置的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为本发明的线缆横截面积测试指示回路的原理图。

具体实施方式

参见图1至图8，一种多功能线缆测试仪，包括电源电路、MCU电路、低压检测驱动电路、高压检测驱动电路、微波噪声源、信号采集与放大电路、微波检测电路和显示电路，所述电源电路用于分别给MCU电路、低压检测驱动电路、高压检测驱动电路、微波噪声源、信号采集与放大电路、微波检测电路供电，所述低压检测驱动电路用于接受MCU电路的控制信号，输出测量电流给线缆直流电阻检测头正极，所述线缆直流电阻检测头正极用于连接被测电缆的一端，被测电缆的另一端连接公共检测头，公共检测头与信号采集与放大电路的输入端连接，所述信号采集与放大电路的输出端与MCU电路连接，将放大后的采样信号传递给MCU电路，所述MCU电路用于根据采样得到的电压信号计算得到导线直流电阻，并输出给显示电路显示；

所述高压检测驱动电路用于接受MCU电路的控制信号，输出高压直流电源给线缆绝缘电阻检测头正极，所述线缆直流电阻检测头正极用于连接被测电缆的绝缘层，被测电缆的线芯连接公共检测头，公共检测头与信号采集与放大电路的输入端连接，所述信号采集与放大电路的输出端与MCU电路连接，将放大后的采样信号传递给MCU电路，所述MCU电路用于根据采样得到的电压信号计算得到导线绝缘电阻，并输出给显示电路显示；

所述微波噪声源用于接受MCU电路的控制信号，输出噪声信号给同轴线缆传输损耗检测头正极，所述同轴线缆传输损耗检测头正极用于连接被测同轴线缆的一端，被测同轴线缆的另一端连接同轴线缆传输损耗检测头负极，同轴线缆传输损耗检测头负极与微波检测电路连接，所述微波检测电路用于检测噪声信号，测量噪声功率，并将测量的噪声功率数据传递给MCU电路，所述MCU电路用于接受测量的噪声功率数据进行逻辑判断，得到同轴线缆传输损耗，并输出给显示电路显示。所述显示电路采用触摸屏，所述触摸屏与MCU电路连接。

参见图9至图11，本多功能线缆测试仪还包括一沿轴向贯通的圆锥套，所述圆锥套沿轴向依次设有第一测试段1、第二测试段2、第三测试段3，各测试段均包括用于与电源正极连接的第一导体部4和用于与电源负极连接的第二导体部5，所述第一导体部4与第二导体部5之间通过绝缘部6隔离，所述第一导体部与第二导体部之间通过被测线缆导通，各个测试段的第一导体部4和第二导体部5均设有接线头7，所述第一测试段1与第二测试段2之间通过绝缘段8隔离，第二测试段2与第三测试段3之间通过绝缘段9隔离，形成线缆横截面积测试装置。

所述第一测试段的第一导体部与电源正极连接，第一测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第一回路，第一回路上设有电阻Ra、第一指示灯LED1，所述第二测试段的第一导体部与电源正极连接，第一测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第二回路，第二回路上设有电阻Rb、第二指示灯LED2，所述第三测试段的第一导体部与电源正极连接，第三测试段的第二导体部与电源负极连接，形成第三回路，第三回路上设有电阻Rc、第三指示灯LED3，形成线缆横截面积测试指示回路。

第二测试段的最小直径和最大直径之间的范围为被测线缆的合格范围。

本仪器在内部电路设计上主要分为三个独立功能部分和两个共用功能部分。三个独立功能部分为直流电阻测量部分、直流绝缘电阻测量部分以及同轴线损耗测量部分。两个共用部分为电源和逻辑处理部分。测量给定长度的电缆直流电阻，直流电阻测量范围为1mΩ-20Ω。本发明的直流电阻测量部分的实现方法有两种，一种是惠斯通电桥实现，另一种是恒流源实现。传统电流测量电阻方式需要一高精度恒流源，保证在仪器测量过程中流过电阻的电流恒定。处于本仪器成本和体积考虑，高精度恒流源并不是最佳方案，所以在设计上考虑使用采样电阻方式，此方式不需要恒流源给被测电阻供电，但相应的会增加一颗高精度电阻和一路AD数据采集，针对目前的单片机来讲增加一路AD数据采集并不会增加成本和体积，所以使用采样电阻的测量方式更适合本仪器使用。

这两种方法在理论上精度是区别不大的，但在实现原理和操作的复杂程度上有区别。考虑本仪器为电池供电仪器，供电电压低但可以实现大电流，所以倾向于电流测量电阻方式。

参见图4，所述低压检测驱动电路包括第3三极管Q3，所述第3三极管Q3的基极经第5电阻R5与MCU连接，所述第3三极管Q3的发射极接地，第3三极管Q3的集电极分别与第3继电器K3的线圈一端、第2二极管D2的正极连接，第3继电器K3的线圈另一端、第2二极管D2的负极连接电源电路5V电压输出端，第3继电器K3的常开触点的一端连接电源电路电池，第3继电器K3的常开触点的另一端分别与第30电阻R30的一端、第16电阻R16的一端连接，第16电阻R16的另一端分别与第4电阻R4的一端、第17电阻R17的一端、第10电容C10的一端连接，第4电阻R4的另一端与MCU连接，第17电阻R17的另一端、第10电容C10的另一端接地，所述第30电阻R30的另一端与线缆直流电阻检测头正极连接。

直流绝缘电阻测量采用通过测量加载在被测元件上的高压电流来测量电阻，在高压源的选择上使用微型的开关电源实现。高压电源部分采用LM2587，配合升压器将电池输入的DC12V电压升压至DC500V高压，用以在线缆绝缘电阻测试中使用。

参见图5，所述高压检测驱动电路包括型号为LM2587的电源芯片U7、升压器T1、第4三极管Q4，所述第4三极管Q4的基极经第6电阻R6与MCU连接，所述第4三极管Q4的发射极接地，第4三极管Q4的集电极分别与第2继电器K2的线圈一端、第3二极管D3的正极连接，第2继电器K2的线圈另一端、第3二极管D3的负极连接电源电路5V电压输出端，第2继电器K2的常开触点的一端连接电源电路电池，第2继电器K2的常开触点的另一端分别与第11电容C11的一端、电源芯片U7的第5引脚、升压器T1的初级线圈的一端连接，第11电容C11的另一端接地，升压器T1的初级线圈的另一端与电源芯片U7的第4引脚连接，升压器T1的次级线圈的一端接地，升压器T1的次级线圈的另一端与第6二极管D6的正极连接，第6二极管D6的负极分别与第12电容C12的一端、高压电源输出端连接，第12电容C12的另一端接地。电源芯片U7的第2引脚分别与第18电阻R18的一端、第19电阻R19的一端连接，第18电阻R18的另一端接地，第19电阻R19的另一端与第20电阻R20的一端连接，第20电阻R20的另一端连接高压电源输出端。电源芯片U7的第3引脚接地。电源芯片U7的第1引脚与第32电阻R32的一端连接，第32电阻R32的另一端与第34电容C34的一端连接，第34电容C34的另一端接地。线缆绝缘电阻检测头正极经第29电阻R29与高压电源输出端连接。第12电容C12的两端并联有第36电容C36。第12电容C12的两端并联有第13电容C13。

本发明在进行绝缘测试的时候，通过电源继电器打开高压电源。高压电源采用反激形式，这种拓扑可以在比较少的匝数下获得很高的输出电压，在本设计中初级匝数为15匝，次级匝数为500匝，开关管在截至瞬间产生的反压为23v左右，远低于LM2587的击穿电压，可以保障电源的稳定性。LM2587系列稳压器是TI公司生产的专为回扫、步升(升压)和正激转换器应用而设计的单片集成电路。此器件有4个不同的输出电压型号：3.3V、5.0V、12V和电压可调。这些稳压器所需外围元件最少，性价比高，而且简单易用。LM2587内部集成有电压基准源，PWM控制器，功率开关管等部件，在12v电源的情况下，最大输出功率约为60w左右，本应用中绝缘测试采用500V电压，最大电流为1mA，功率为0.75W。所以采用LM2587有充足的余量保障，不需要对电源进行散热处理。在测量开始后，LTC6915增益被编成为4096，每1nA电流在测量电阻上产生的电压为30nv，经过ltc6915放大后变为122.85mV，通过单片机内部adc采样后对应的最大测量电阻理论值为150000MΩ，由于元件精度及pcb漏电等因素的影响，最终测量值大于1000MΩ。

参见图6，所述信号采集与放大电路包括型号为LTC6915的可编程增益放大器U6和采样电阻R15，所述采样电阻R15的一端与公共检测头连接，采样电阻R15的另一端接地，采样电阻R15的两端并联有第5二极管D5、第8二极管D8，所述第5二极管D5的正极与公共检测头连接，第5二极管D5的负极接地，所述第8二极管D8的正极接地，第8二极管D8的负极分别与公共检测头、可编程增益放大器U6的第3引脚连接，可编程增益放大器U6的第2引脚接地，可编程增益放大器U6的第14、15引脚均经第37电阻R37与MCU连接。采样电阻又称参照电阻，测量电路是从此电阻上采集数据，经过增益放大器后，在MCU中进行计算。第5二极管D5、第8二极管D8为 稳压二极管，防止过高电压损毁LTC6915芯片。可编程增益放大器U6的第4、10、13引脚均接地。可编程增益放大器U6的第6、7、8引脚分别与MCU连接，可编程增益放大器U6的第9引脚经第31电阻R31与MCU连接。可编程增益放大器U6的第11、16引脚均与第35电容C35的一端、第26电阻R26的一端连接，第35电容C35的另一端接地，第26电阻R26的另一端连接电源电路3.3V电压输出端。

因为绝缘电阻测量和导线电阻测量使用相同的原理,所以在电路设计上考虑将两种测量电路简化设计。导线电阻测量的电源直接使用电池，主要是为了提供更大的测量电流，同时为了防止过大的电流损坏电池，所以在测量回路里增加了限流电阻，将测量电流限制在0-100mA的范围。电流测量电阻选用30欧姆，在100mA测量电流时，将产生3v直流电压作用在可编成仪表放大器上，此时将仪表放大器的增益设置为0，经放大后输出电压为0-3v。单片机内部adc为12位，所以最低灵敏度为0.8mV,对应的电阻值为0.8mΩ。如果测量电阻更小，就可以调整仪表放大器的增益来提高灵敏度和精度，LTC6915的增益范围在0-4095之间通过软件调节，所以在测量过程中程序会根据测量到的电流变换电压增益，最终测量精度可以保障在0.1mΩ。LTC6915是由LINEAR公司推出的一款具有数字可编程增益的零漂移精准仪表放大器。可通过一个并行或串行接口将增益设置为0、1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024、2048或4096。在采用单5V电源以及任何设定增益的条件下，CMRR通常为125dB。电压失调低于10uV，且温度漂移小于50nV/℃。LTC6915采用充电平衡采样数据技术将一个差分输入电压转换成一个单端信号，随后再由一个零漂移运算放大器对该单端信号进行放大。差分输入的工作范围为轨至轨，而单端输出在轨至轨之间摆动。LTC6915既可在低至2.7V的单电源应用中使用，也可在采用双±5V电源的应用中使用。在本设计中采用单3.3V电源，可以和单片机很好的配合。

传输线传输损耗测量的方法比较多，考虑到传输线的测量不同于谐振元件的测量，传输线测量对单点频率不是很敏感，主要追求的是在一定频率段内的损耗，所以在本发明的设计中考虑使用高平坦大带宽的噪声源来提供测量信号，让这些噪声通过被测传输线，在接收端测量噪声功率，这样就可以在相当大的带宽下实现损耗的测量。

参见图7，所述微波噪声源包括第2三极管Q2，所述第2三极管Q2的基极经第2电阻R2与MCU连接，所述第2三极管Q2的发射极接地，第2三极管Q2的集电极分别与第1继电器K1的线圈一端、第1二极管D1的正极连接，第1继电器K1的线圈另一端、第1二极管D1的负极连接电源电路5V电压输出端，第1继电器K1的常开触点的一端连接电源电路5V电压输出端，第1继电器K1的常开触点的另一端分别与第8电阻R8的一端、第9电阻R9的一端、第4电容C4的一端连接，第4电容C4的另一端接地，第8电阻R8的另一端分别与第1三极管Q1的基极连接，第1三极管Q1的基极分别与第7电阻R7的一端、第3电容C3的一端连接，第7电阻R7的另一端、第3电容C3的另一端均接地，所述第9电阻R9的另一端与第1三极管Q1的发射极连接，第1三极管Q1的集电极与第1电感L1的一端连接，第1电感L1的另一端分别与第4二极管D4的负极、第19电容C19的一端连接，第4二极管D4的正极接地，第19电容C19的另一端与噪声放大电路的输入端连接，所述噪声放大电路用于对噪声信号进行放大，达到测量所需要的功率，噪声放大电路的输出端与同轴线缆传输损耗检测头正极连接。

所述噪声放大电路采用3级平坦放大器U1、U2、U3。平坦放大器的型号为ABA-54563。

参见图8，所述微波检测电路包括型号为AD8314的射频功率检测控制芯片U4，射频功率检测控制芯片U4的第1引脚与同轴线缆传输损耗检测头负极连接，射频功率检测控制芯片U4的第1引脚与第27电阻R27的一端连接，第27电阻R27的另一端接地，射频功率检测控制芯片U4的第2引脚连接3.3V电压，射频功率检测控制芯片U4的第5引脚接地，射频功率检测控制芯片U4的第8引脚分别与3.3V电压、第8电容C8的一端连接，第8电容C8的另一端接地，射频功率检测控制芯片U4的第3引脚与射频功率检测控制芯片U4的第6引脚连接，射频功率检测控制芯片U4的第6引脚分别与第9电容C9的一端、第28电阻R28的一端连接，第9电容C9的另一端接地，第28电阻R28的另一端与MCU连接。

微波噪声源在电路实现上采用成本最低的微波齐纳二极管实现在所需频段功率分布均匀的噪声信号，这个噪声信号一般幅度会很低，所以需要3级平坦放大器对噪声信号进行放大，达到测量所需要的功率，经过放大后在任意频段输出的信号功率大约在-10dbm左右，平坦度高于2db。在这个电路中ABA-54563负责信号的放大，ABA-54563是低功耗平坦放大器，增益为23dB，在5v的电源下只有79mA的工作电流，比较适合手持类设备。经过放大后的噪声信号被送到射频输出口J3，待测试电缆一端连接在J3接口上，另一端连接在J4接口上，J4接口负责接收噪声信号并检测信号功率。功率检波部分采用ad8314，它是一片2700MHz的射频功率检测控制芯片，其动态范围为-45dbm至0dbm。完全可以满足本设计中的20db动态范围要求。

所述电源电路包括电池，电源电路用于将电池电压转换为5V直流电压与3.3V直流电压。DC5V电压用于给继电器供电，DC3.3V电压用于给STM32单片机供电。

参见图2，所述电源电路包括电池、型号为MP1584的电源芯片U8以及型号为ASM1117的稳压器U9，所述电源芯片U8的第7引脚与电池正极连接，所述电源芯片U8的第7引脚分别与第37电容C37的一端、第14电容C14的一端连接，第37电容C37的另一端、第14电容C14的另一端均接地，所述电源芯片U8的第6引脚与第33电阻R33的一端连接，第33电阻R33的另一端接地，所述电源芯片U8的第5引脚接地，所述电源芯片U8的第8引脚与第15电容C15的一端连接，电容C15的另一端分别与第7二极管的负极、第5电感L5的一端、电源芯片U8的第1引脚连接，第7二极管的正极接地，第5电感L5的另一端分别与第39电容C39的一端、第34电阻R34的一端、5V电压输出端连接，第39电容C39的另一端接地，第34电阻R34的另一端分别与电源芯片U8的第4引脚、第35电阻R35的一端连接，第35电阻R35的另一端接地，电源芯片U8的第3引脚与第38电容C38的一端连接，第38电容C38的另一端与第36电阻R36的一端连接，第36电阻R36的另一端接地，稳压器U9的第3引脚连接5V电压输出端，稳压器U9的第1引脚接地，稳压器U9的第2、4引脚连接3.3V电压输出端，稳压器U9的第2、4引脚与第16电容C16的一端连接，第16电容C16的另一端接地。

参见图3，本实施例的逻辑处理部分设计选用MCU作为逻辑处理单元。MCU的核心为STM32-M3单片机。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。32bit的STM32单片机相较于8bit的C8051单片机，运算处理速度更快，外围接口更加丰富。哈佛结构的STM32单片机在性能上远远领先于冯诺依曼结构的51单片机。因此，采用STM32-M3系列单片机作为可编程用电仿真柜的控制核心，完全能够流畅地与电脑进行交汇数据，运行程序和自动化运行控制。

导线直流电阻检测功能流程

（1）首先“电池”将直流电源供给“低压检测驱动电路”。

（2）“MCU”通过程序控制“低压检测驱动电路”，输出测量电流经过“参考电阻”后，加载到“线缆直流电阻检测头+”端。

（3）检测电流从“线缆直流电阻检测头+”端输出，经过“被测电缆”，从“被测电缆”另一端到“公共检测头-”端。

（4）再由“公共检测头-”端进入“采样电路”和“限流电阻（限流电阻一端接地）”。

（5）“采样电路”接收检测电流电压后，通过“可编增益放大器”。

（6）“MCU”控制“可编增益放大器”进行增益调节，将采样到的直流电压通过“MCU”自带的“12bit-ADC”测量采样电阻两端的电压，从而间接测得被测电缆上的电压，换算出被测电缆的直流电阻。

（7）“MCU”将测得的数据通过“TFT触摸屏”显示。

导线绝缘电阻检测功能流程

（1）首先“电池”将直流电源供给“高压检测驱动电路”。

（2）“MCU”通过程序控制“高压检测驱动电路”，输出测量电流经加载到“线缆绝缘电阻检测头+”端。

（3）“线缆绝缘电阻检测头+”端接“被测电缆”的绝缘层，“公共检测头-”端接“被测电缆”线芯。

（4）测量电流从导通通过，从“公共检测头-”段经过，进入“采样电路”和“限流电阻（限流电阻一端接地）”。

（5）“采样电路”接收检测电流电压后，通过“可编增益放大器”。

（6）“MCU”控制“可编增益放大器”进行增益调节，将采样到的直流电压通过“MCU”自带的“12bit-ADC”测量采样电阻两端的电压，从而间接测得被测电缆上的电压，换算出被测电缆的绝缘电阻。

（7）“MCU”将测得的数据通过“TFT触摸屏”显示。

同轴线缆传输损耗检测功能流程

（1）“电池”供电给“微波噪声源”。

（2）“微波噪声源”输出噪声，加载至“同轴线缆传输损耗检测头+”端。

（3）噪声通过“被测同轴线缆”到达“同轴线缆传输损耗检测头-”端后，进入“微波检测电路”。

（4）“微波检测电路”将检测数据发送给“MCU”进行逻辑判断，输入噪音信号与输出噪音信号进行对比，算出差值。差值就是传输的损耗。

（5）“MCU”将处理的结果通过“TFT触摸屏”显示。

导线横截面积检测说明

在电缆直流电阻测试中，根据公式

R=ρ*(L/S)

可知，电阻值与线缆长度、横截面积有关，若被测电缆横截面积不合格，则测出的线缆电阻值也不准确。为了避免此类情况发生，需要设计一种检测线缆横截面积的测试机构，以测试1mm²线缆横截面积举例。

本测试部分共分为三个部分，分别为A段（线缆横截面积过小）、B段（线缆横截面积合格）、C段（线缆横截面积过大）。每段由两个零部件组成，分别为5V电源的正极和负极。例如A+、A-两个零部件组成一个A段部分。

A、B、C三段为导体，注释6、8、9为绝缘材料。绝缘材料将A+、A-、B+、B-、C+、C-、这六个部分共三段导体隔离绝缘，互不导通。

本举例中，线缆横截面积偏差值以线缆横截面积直径为设定，设定偏差值为±0.1mm。具体如下：

根据圆的面积公式

S=πr²

得1mm²线缆横截面积半径约等于0.564mm，直径为1.128mm，以偏差值±0.1mm为设定，线缆直径偏差范围在1.228mm~1.028mm。依据此范围设计线缆横截面积测试部分的圆筒直径，如图9中，B段为线缆直径合格的范围，该段内，上端直径为1.028mm，下端直径为1.228mm。若线缆直径超过1.228mm，线缆不能进入B段。若线缆直径小于1.028mm，则线缆通过B段，到达A段甚至通过A段。为了便于直观观察线缆直径是否合格，设计了电气回路用以显示电缆合格与否。

如图11所示，线缆的直径无论多少，只要是在线缆横截面积测试部分的范围（0.928mm~1.328mm）内，线缆始终会和测试部分其中一段内径相吻合，这样测试部分的正与负极就会导通，经过一个电阻后点亮LED灯。把线缆送入线缆横截面积测试部分时，如果线缆过大，线缆不能进入B段，而是导通C段，LED1亮，指示表示线缆过大，不合格。如果线缆过小，线缆穿过C段、B段，导通A段，LED3亮，指示线缆过小，不合格。如果线缆合格，则穿过C段，不能进入A段，而是导通B段，LED2亮，指示线缆合格。

本实施例的测试仪具有如下功能：

（1）测量给定长度的电缆直流电阻，直流电阻测量范围为1mΩ-20Ω。

（2）测量电缆的绝缘电阻，绝缘电阻测量范围为0-750MΩ，测量电压采用直流750V。

（3）测量同轴线电缆的传输损耗，测量同轴传输线的传输损耗，测量的频率范围为50MHz-2000MHz，测量范围为-20dB-0dB。

（4）采用整体设计，所有测试功能通过一台仪器实现。

（5）采用电池供电。

本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。