Интересные и необычные применения тестирования кабелей. Часть 1

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest(R) с номенклатурой кабельных тестеров, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого Раздела

За последние 30 лет с момента основания CAMI Research клиенты и друзья спрашивали, почему компания сосредоточила свои усилия на таком обыденном, низкотехнологичном и неинтересном устройстве, как кабельный тестер, особенно с учетом того, что уже существовало множество таких устройств. В течение первого года нашей работы у меня самого были сомнения по этим самым причинам, но со временем эти сомнения были эффектно развеяны. На первый взгляд, тестирование сборок проводки может показаться обыденным делом. Вместо этого невероятное разнообразие и богатство приложений, которые я опишу, показывают, что это не так. Хотя простая светодиодная схема может показать непрерывность в проводе, технология, необходимая для соответствия все более сложным и требовательным стандартам качества клиентов, отличается от светодиодной схемы так же, как молния от светлячка. Вызывает ли что-то чей-то интерес или нет, безусловно, субъективно, однако даже спустя 30 лет я обнаруживаю себя пораженным некоторыми приложениями, которые клиенты приносят нам.

Обратите внимание, что в этой статье «кабель» относится к любой сборке проводов от простого шнура лампы до сложного жгута проводов, который может быть в автомобиле или самолете. Принципы тестирования не меняются от одной крайности к другой — это просто вопрос масштаба.

Интерфейс USB не существовал в 1993 году, когда мы начали работу над тестером CableEye ® . В то время периферийные компьютерные устройства, включая принтеры, сканеры, модемы и промышленные элементы управления, использовали последовательные порты для связи с компьютерами, технология, разработанная в начале 1960-х годов, когда широко использовались телетайпы.

Первоначально кабели последовательного порта использовали разъемы DB25 и следовали стандарту RS232, разработанному Ассоциацией электронной промышленности. По причинам стоимости, конкурентного преимущества и развития технологий очень немногие производители точно следовали этому стандарту, и различные, обычно несовместимые, последовательные кабели разводки получили распространение. Использование неправильно смонтированного кабеля с разъемами DB25, которые услужливо подходят большинству последовательных устройств, могло привести к неисправности устройства или, что еще хуже, повреждению схемы. С массовым производством появились литые разъемы, которые теперь делают невозможным снятие задней оболочки кабеля, чтобы увидеть, какой цветной провод подключен к какому контакту. Это оставило нас с изнурительной задачей использования омметра или бипера для проверки кабеля, чтобы определить подозрительную проводку.

Для решения этих проблем первой целью компании было разработать компьютерный продукт, к которому можно было бы подключить последовательный кабель, а его проводка мгновенно отображалась бы на экране компьютера. Это удалось, но быстро стало очевидно, что клиентам необходимо тестировать кабели со многими другими типами разъемов и требуются измерительные возможности, выходящие за рамки простой непрерывности, для сертификации качества соединения и поиска различных дефектов сборки, таких как прерывистые соединения. С момента появления первого тестера CableEye мы постоянно адаптировались для удовлетворения этих постоянно меняющихся потребностей. Приведенные ниже примеры показывают некоторые из наиболее необычных приложений, с которыми мы столкнулись за эти годы.

Автономные подводные аппараты

Автономные подводные аппараты — это небольшие беспилотные подводные лодки, которые могут работать без удаленного вмешательства человека. Многие компании производят такие устройства самых разных размеров для различных целей, в том числе Woods-Hole Oceanographic Institute, Bluefin Robotics и Boeing. Наш клиент, Hydroid из Покассета, Массачусетс, производит глубоководные (до 6000 м) аппараты для исследования океана. Один из примеров показан на рисунке 1.

В процессе производства этих транспортных средств, различные отверстия в корпусе становятся необходимыми для пропуска проводов для внешних камер, сонаров и электронных датчиков. При большом давлении, присутствующем на нормальной рабочей глубине, вода может просочиться через микроскопические дефекты в изоляции проводов, что в конечном итоге приведет к неисправности электроники. В результате все транспортные средства испытываются на заводе с использованием большого резервуара, который может находиться под давлением, чтобы имитировать глубины океана. Испытание высоковольтных кабелей под давлением может выявить дефекты изоляции, которые заставляют проводящую жидкость, такую как морская вода, перемежать медные проводники.

Рис. 1: Подводный аппарат ROV для океанографических исследований.

Фото: Hydroid

Для проверки качества электроизоляции мы обычно прикладываем напряжение между двумя неподключенными проводами и ищем утечку между проводами в долях микроампера. Чтобы получить изоляцию лучше 1 ГОм между двумя проводами, мы прикладываем 1000 В постоянного тока между проводами и ожидаем увидеть утечку менее 1 мкА. Проблема в этом приложении заключается в том, что сама вода должна служить одним из проводников, чтобы мы могли обнаружить утечку под изоляцией на один провод, а не между двумя проводами. Однако электроника тестера кабеля требует, чтобы все точки были электрически изолированы от заземления, чтобы каждый провод мог быть индивидуально запитан, а другие провода — нет.

К сожалению, масса воды, конечно, всегда имеет потенциал земли, в том числе в резервуаре для воды, прикрепленном к заземленной конструкции, поэтому использование самой воды в качестве контрольной точки становится проблематичным. Поскольку мы не могли электрически изолировать воду в резервуаре, мы вместо этого изолировали тестер и компьютер от земли, подавая питание на оба через изолирующий трансформатор, как показано на рисунке 2. Это позволяет успешно проводить измерения между водой и проводкой, чтобы подтвердить, что изоляция остается целой.

Рис. 2: Испытательная установка для подводного ROV

Медицинские катетеры

Медицинские катетеры для электрического зондирования или стимуляции состоят из небольших трубок, содержащих чрезвычайно тонкие провода (доли миллиметра), которые ведут от электрического разъема на ближнем конце к равномерно разделенным электродам вдоль короткой длины трубки на дальнем конце. На рисунке 3 показан пример.

Тестирование готовой сборки включало разработку специального приспособления для физического контакта с электродами без их повреждения; простое присоединение мини-крючкового разъема к каждому электроду было бы не только неудобным, но и могло бы приложить достаточно силы к электроду, чтобы деформировать его. Разработанное нами приспособление показано на рисунке 4.

Рис. 3: Медицинский катетер, соединитель и тонкие провода, подлежащие сборке и испытанию

Рис. 4: Тестовая установка для катетера

Мы профрезеровали круглую канавку в плате из стекловолокна толщиной 0,093 дюйма примерно на половину ее глубины. С другой стороны платы мы профрезеровали пазы, перпендикулярные круглой канавке, расположенные в местах расположения электродов катетера, на глубину чуть более половины платы. Это открыло отверстия вдоль круглой канавки, где должны были располагаться электроды.

Припаяв специально разработанный пружинный штифт на задней стороне платы для завершения в каждом отверстии вдоль канавки, мы смогли создать электрический контакт с катетером. Круговой зажим, закрывающийся сверху, оказывал равномерное давление вокруг катетера, чтобы гарантировать, что все электроды касаются пружинных штифтов. После установки тест с сопротивлением можно было завершить примерно за одну секунду. Отчет о результатах теста представлен на рисунке 5.

Рис. 5: Отчет об испытании катетера

Кольца скольжения

Контактные кольца обеспечивают непрерывный электрический контакт с вращающимися объектами, такими как постоянно вращающаяся антенна радара. Недавно изготовленные контактные кольца требуют испытаний, чтобы гарантировать, что низкое электрическое сопротивление существует равномерно для полного круга вращения 360°. Любые разрывы в электрическом сопротивлении могут привести к серьезной неисправности оборудования или искрению, если кольца передают мощность. Кроме того, поскольку в точке контакта между ротором и статором существует некоторый элемент трения, периодические испытания становятся необходимыми для оборудования, выведенного из эксплуатации для технического обслуживания.

На рисунке 6 показано, как работают контактные кольца (вверху), как кабельный тестер подключается к контактным кольцам для проведения измерений (в середине) и ожидаемые образцы сопротивления, которые составляют результаты PASS и FAIL.

Для этого приложения мы модифицировали прошивку тестера для выполнения повторяющихся 4-проводных измерений сопротивления Кельвина со скоростью 500 в секунду. Поскольку процесс выборки не синхронизирован с вращением, несколько циклов вращения гарантируют, что мы соберем достаточно образцов сопротивления по окружности, чтобы обеспечить высокую степень уверенности в том, что кольца надежно передают электрические сигналы на всем протяжении своего вращения.

Рис. 6: Схема контактного кольца, испытательная установка и результаты

Манекены для краш-тестов

Манекены для краш-тестов заменяют людей, когда производители автомобилей намеренно инсценируют столкновения для проверки систем безопасности транспортных средств. В отличие от людей, эти антропоморфные создания содержат множество встроенных датчиков, включая акселерометры, датчики нагрузки, тензодатчики, датчики температуры, датчики угловой скорости, датчики давления воздуха и датчики положения, расположенные в местах, где тело наиболее подвержено стрессу и травмам.

Неудивительно, что эти многочисленные датчики подключаются к модулям сбора данных с помощью кабелей, подвергаемых тем же силам, которые испытывают различные датчики. После краш-теста эти кабели должны быть тщательно проверены и электрически протестированы перед повторным использованием, особенно учитывая расходы на разрушенный испытательный автомобиль и возможную потерю данных из-за отказа кабеля. На рисунке 7 показан типичный манекен для краш-теста, а на рисунке 8 — отсоединенная рука с проводкой.