接插件故障检测装置及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种接插件故障检测装置及方法。

背景技术

随着工程机械的快速发展，各种智能化产品在工程机械上的应用越来越广泛，尤其在挖掘机及移动机械上，各种电气接插件数量也越来越多。

这些接插件设计灵活，易于维修，给设备之间的通信和控制带来了很大的方便，极大地提升了产品的性能，但是同时也带来了一些问题。电气系统的可靠性在很大程度上影响着工程机械的可靠性，而电气系统可靠性的一个很重要的方面在于接插件的可靠性。所以对电气接插件的可靠性进行评估，检测其故障所在显得至关重要。

现有的接插件故障检测，多采用人工的方式，利用万用表进行简单的测量，停留在误配线及检查断线的阶段，无法检测瞬间断路，也无法实现接插件故障检测自动化。

发明内容

本发明提供一种接插件故障检测装置及方法，用以解决现有技术中接插件故障检测无法检测瞬间断路，也无法实现接插件故障检测自动化的技术问题。

本发明提供一种接插件故障检测装置，包括：

电阻检测模块，与计时模块电连接，用于当恒定电流通过待检测接插件时，基于所述待检测接插件两端的电压测量值确定所述待检测接插件的接触电阻测量值；

计时模块，与断路检测模块电连接，用于确定所述接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间；

断路检测模块，基于所述维持时间，确定所述待检测接插件的断路故障类型。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，所述断路检测模块具体用于：

若所述维持时间在预设时长范围内，则确定所述待检测接插件的断路故障类型为瞬间断路；

其中，所述预设时长范围是根据所述待检测接插件所在的电路对电源中断时间和/或信号中断时间的要求所确定的。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

时钟模块，与所述计时模块电连接，用于为所述计时模块提供计时脉冲信号。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

自检模块，与所述时钟模块电连接，用于确定预设时间长度的自检脉冲，并基于所述自检脉冲通过所述时钟模块的脉冲闸门的过程中计时脉冲信号的数量，确定所述时钟模块的工作状态。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

误配线检查模块，用于对所述待检测接插件任一侧的各个端子逐一施加高电平，并基于所述待检测接插件对侧的各个端子处的高电平检测结果，确定所述待检测接插件两侧的配线结果。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

激振模块，用于生成扫频信号，所述扫频信号用于激发所述待检测接插件所在的振动台按照所述扫频信号的频率产生振动。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

恒流源模块，用于为所述检测接插件提供恒定大小的直流电源。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

通信模块，与所述接插件故障检测装置中各个模块电连接，用于传输各个模块的数据。

根据本发明提供的接插件故障检测装置，还包括：

上位机，与所述通信模块电连接，用于对所述接插件故障检测装置中各个模块中的参数进行显示和/或设置。

本发明提供一种接插件故障检测方法，包括：

基于待检测接插件两端的电压测量值，以及通过所述待检测接插件的恒定电流，确定所述待检测接插件的接触电阻测量值；

确定所述接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间；

基于所述维持时间，确定所述待检测接插件的断路故障类型。

本发明实施例提供的接插件故障检测装置及方法，通过恒定电流通过待检测接插件，根据待检测接插件两端的电压测量值确定待检测接插件的接触电阻测量值，确定接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间，进而确定待检测接插件的断路故障类型，实现了对插接件出现的瞬间断路故障进行检测，提高了插接件故障检测的准确性，实现了接插件故障检测自动化，提高了插接件故障检测效率，提高了插接件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的接插件故障检测装置的结构示意图之一；

图2为本发明提供的接插件故障检测装置的结构示意图之二；

图3为本发明提供的接插件故障检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

接插件为电气元件，其故障类型有多种，如断路、短路、瞬间断路、误配线、绝缘不良等。其中，瞬间断路是指插接件出现短暂的断路现象。由于瞬间断路的维持时间较短，难以检测，但插接件出现瞬间断路时又容易引起控制系统发出虚假报警信号。因此，检测插接件出现的瞬间断路有利于消除控制系统出现的虚假报警信号，提高控制系统的可靠性。

本发明提供一种通过测量接触电阻来确定接插件是否出现瞬间断路的装置。当连接器的一对接触件插合时，其接触界面将形成接触电阻，根据电接触理论，接触电阻由以下三部分组成，分别为集中电阻、膜层电阻和导体电阻。

集中电阻为电流通过实际接触面时，因电流线收缩或集中形成的电阻，也称集束电阻或收缩电阻。膜层电阻为由接触表面膜层及其他污染物所构成的电阻。从接触表面状态分析，表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。也可把膜层电阻称为界面电阻。导体电阻为实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是动态接触电阻和瞬间断电的动态接触电阻。

电连接器的接触件接触形式有点接触、线接触和面接触三种形式。不论何种接触形式都将在接触部位产生电阻。在所有影响接触电阻的因素中，接触压力是影响接触电阻大小的主要因素。当接触压力保持不变或其变化几乎可以忽略时，所对应的是“静态接触电阻”。在实际使用中，振动、冲击、碰撞等动态应用环境将影响接触部位的接触压力，接触电阻必将随接触压力数值、方向及时间的变化而变化，此时的接触电阻称为“动态接触电阻”。这种变化是受外界动态环境影响而在极短的时间内发生的，电连接器接触件的接触电阻有可能受到挤压而减小，也可能受到牵引而增大，甚至使连接中断而造成严重后果。

图1为本发明提供的接插件故障检测装置的结构示意图之一，如图1所示，该装置包括：

电阻检测模块110，与计时模块120电连接，用于当恒定电流通过待检测接插件时，基于待检测接插件两端的电压测量值确定待检测接插件的接触电阻测量值；

计时模块120，与断路检测模块130电连接，用于确定接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间；

断路检测模块130，基于维持时间，确定待检测接插件的断路故障类型。

具体地，待检测接插件的断路故障类型包括断路和瞬间断路。可以通过给接插件提供恒定电流，以恒流源的方式保证接插件接触电阻突变时的电流大小固定不变。恒定电流的大小可以根据实际需要进行设置，例如10mA(毫安)。可以测量待检测接插件两端的电压变化值，计算出待检测接插件的接触电阻变化值及其维持的时间长短，进而确定待检测接插件是否发生断路，以及发生的断路故障类型。

由于通过待检测接插件的电流大小是固定不变的，电阻检测模块110可以根据待检测接插件两端的电压测量值，确定待检测接插件的接触电阻测量值，并将其发送至计时模块120。

若待检测接插件的接触压力发生变化时，接触电阻测量值也会发生变化。接触电阻测量值突然变大，仅表明接插件可能发生了断路，此时，可以将接触电阻测量值与预设断路阻值进行比较，来判断待检测接插件是否发生了断路。预设断路阻值可以根据接触电阻在待检测插接件正常工作时的最大值来进行设置，例如可以为1欧姆、10欧姆和100欧姆等。例如，待检测插接件正常工作时的最大值为100欧姆，则预设断路阻值可以为100欧姆，当检测到的接触电阻测量值大于等于100欧姆，可以认为待检测接插件发生了断路。若接触电阻测量值为90欧姆，则可以认为待检测接插件没有发生断路。

待检测接插件发生断路时，还需要进一步结合发生断路的时间来判断是否为瞬间断路。因此，可以通过计时模块120得到该接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间，并将其发送至断路检测模块130。此处，维持时间是指在电阻检测模块110连续检测接触电阻测量值的过程中，以接触电阻测量值增大至大于等于预设断路阻值的时刻为时间起点，以接触电阻测量值减小至小于预设断路阻值的时刻为时间终点，由时间起点和时间终点所确定的时间段。

断路检测模块130根据计时模块120发送的维持时间，确定待检测接插件的断路故障类型。例如，若维持时间小于设定值，则可以认为发生了瞬间断路，若维持时间大于等于设定值，可以认为发生了断路。

本发明实施例提供的接插件故障检测装置，通过恒定电流通过待检测接插件，根据待检测接插件两端的电压测量值确定待检测接插件的接触电阻测量值，确定接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间，进而确定待检测接插件的断路故障类型，实现了对插接件出现的瞬间断路故障进行检测，提高了插接件故障检测的准确性，实现了接插件故障检测自动化，提高了插接件故障检测效率，提高了插接件的可靠性。

基于上述实施例，断路检测模块130具体用于：

若维持时间在预设时长范围内，则确定待检测接插件的断路故障类型为瞬间断路；

其中，预设时长范围是根据待检测接插件所在的电路对电源中断时间和/或信号中断时间的要求所确定的。

具体地，例如，有些电路的电源要求为电源中断时间不得大于9微秒，因此，预设时长范围可以为[1，9]微秒(uS)。当维持时间小于1微秒时，可以认为该接插件虽然发生了断路，但断路时间过短，不会对电路中各个元器件的运行造成影响，不属于瞬间断路的情形；当维持时间大于9微秒时，可以认为该接插件发生了断路，并且断路时间比较长，不属于瞬间断路的情形。

对于部分电气元件，瞬间断路并不会对其造成影响，例如普通开关和电灯等；但是对于电源质量要求较高的电气元件，比如电源切换装置或者带有时间控制功能的电路，瞬间断路可能导致控制功能无法实现。

此外，若维持时间达到设定值时，可以认为待检测接插件的断路故障类型为瞬间断路，此处的设定值可以为预设时长范围的上限值。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

时钟模块，与计时模块120电连接，用于为计时模块120提供计时脉冲信号。

具体地，时钟模块可以采用无源晶振作为起振器件，也可以采用有源晶振作为起振器件，为计时模块120提供计时脉冲信号。

例如，时钟模块可以采用无源晶振作为起振器件，向检测电路提供频率为20MHz的计时脉冲信号。对于电气接插件出现瞬间断路的时间长短的计时方法采用脉冲计数法，即当检测电路检测到接插件的接触电阻测量值大于等于预设断路阻值时认定出现的断路，电路自动开启脉冲计数闸门允许20MHz的计时脉冲信号通过闸门，进而之后的计数器对脉冲个数进行计数，得到的脉冲个数乘以0.05微秒即是维持时间，也是出现瞬间断路的时间长短。计得的维持时间达到规定的时长，检测电路确定接插件出现了瞬间断路，可以通过中断的方式将数据发给外部连接的单片机或者其他处理器。

脉冲计数法是接插件动态接触电阻变化的时间长短的测量基准，例如，可以通过RS触发器对高频脉冲闸门的控制及计数器的控制达到将测量接触电阻及其维持时间长短的结合。当RS触发器测量突变的接触电阻并且其已经维持一段时间，电阻的突变值及维持时间都达到了规定值时，RS触发器就锁住该数据，同时以中断的形式通知检测单片机接收数据及作相关处理。单片机接收到数据后解除RS触发器自锁，等待捕捉新的瞬间断路。同时单片机对数据进行一些处理后按自定义的数据传输协议通过串口将数据发送给上位机。或者在单机的状态下将数据显示在数码管上并启动声光报警。由于脉冲计数法采用的信号频率较高，为提高测量精度，与20MHz信号相关的脉冲闸门及从脉冲信号发出到计数器之前的各芯片应越少越好，以减小芯片延时产生的影响，使测量结果更加接近于真实值。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

自检模块，与时钟模块电连接，用于确定预设时间长度的自检脉冲，并基于自检脉冲通过时钟模块的脉冲闸门的过程中计时脉冲信号的数量，确定时钟模块的工作状态。

具体地，计时模块120的精确性决定了接插件故障检测装置的检测结果是否准确。而时钟模块所提供的计时脉冲信息信号，对计时模块120的影响程度很大。因此，需要利用自检模块对其进行检查，以确定它是否处于正常的工作状态。

自检模块主要的工作原理就是利用单稳延时电路产生一个自检脉冲，也就是一个预设时间长度的正脉冲。让自检脉冲通过时钟模块的脉冲闸门，统计自检脉冲通过时钟模块的脉冲闸门过程中计时脉冲信号的数量，计算自检脉冲的长度测量值，将长度测量值与预设时间长度进行比较，若一致，则说明时钟模块的工作状态为正常，若不一致，则说明时钟模块的工作状态为异常。其中，自检脉冲的长度测量值为单个计时脉冲信号的时间长度与自检脉冲通过时钟模块的脉冲闸门过程中计时脉冲信号的数量之间的乘积。

例如，自检脉冲可以为预设时间长度为3微秒的正脉冲，当它通过时钟模块的脉冲闸门时，脉冲闸门处于开启状态，20MHz的计时脉冲信号可以经过此闸门到达计数器。当自检脉冲通过脉冲闸门之后，脉冲闸门处于关闭状态，计时脉冲信号不能通过闸门到达计数器。所以，计数器的计数结果乘以0.05微秒即是自检脉冲的长度测量值。若长度测量值为3微秒，则表明时钟模块的工作状态为正常。若长度测量值不为3微秒，则表明时钟模块的工作状态为异常。

若自检模块与数码管连接，则计数器的计数结果可以直接显示在数码管上，以便对比数值判断系统是否正常。在联机状态下，自检模块中的计数器的计数结果还可以直接发往上位机，上位机将计数结果换算为长度测量值后，与自检脉冲进行对比，然后给出自动判断结果，指出接插件故障检测装置是否处于工作正常状态。

此外，在对时钟模块进行检查之前首先要对自检模块的自检脉冲进行测量，以判断自检模块产生的单稳延时正脉冲的长度值是否与预设时间长度一致。由于测量条件限制，无法用仪器直接读出自检单稳延时正脉冲的长度，所以可以采用连续触发的方式得到一连串的正脉冲，然后用示波器量出单个正脉冲的长度。可以用周期比自检正脉冲长度的2倍还长的矩形波去连续触发单稳延时电路，使其产生一定周期的矩形波。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

误配线检查模块，用于对待检测接插件任一侧的各个端子逐一施加高电平，并基于待检测接插件对侧的各个端子处的高电平检测结果，确定待检测接插件两侧的配线结果。

具体地，配线结果为待检测接插件两侧端子的连接结果。误配线检查模块的工作原理为采用高低电平鉴别法，在待检测接插件任一侧的任一端子施加高电平，在待检测接插件的对侧，只有与该侧相连接的端子会检测到高电平。通过在该侧各个端子逐一施加高电平，从而确定对侧与该侧的端子之间的配线结果，从而确定是否发生误配线。

例如，在待检测接插件的一端加上巡回高电平，在同一时刻接插件的一端只有一根线加上高电平，其它线加的是低电平。依次巡回的往下进行。然后在接插件的另一端从第一根线开始依次巡回地扫描检查哪些线得到了高电平，哪些线得到了低电平。若在A端的第一根线加的是高电平，其余是低电平，而在B端的第二根线得到了高电平，而B端其它线是低电平，则说明A端第一根线与B端第二根线相连了。同理要查出A端第二根线与B端第一根线相连。从而可以查出该接插件的第一、二根线出现错接。短路、绝缘不良的情况检查也与误配线相似。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

激振模块，用于生成扫频信号，扫频信号用于激发待检测接插件所在的振动台按照扫频信号的频率产生振动。

具体地，为了检测待检测接插件在受迫振动的情况下是否会出现故障，可以通过激振模块对待检测接插件进行振动情况模拟。

激振模块可以生成扫频信号，例如10Hz至200Hz的正弦扫频信号。激振模块可以与待检测接插件所在的振动台进行电连接，振动台按照扫频信号的频率产生振动，从而对外界振动环境进行模拟。扫频信号的频率可以根据外界环境的不同而进行设置，例如汽车道路的模拟、海浪的模拟、航天环境的模拟、地震的模拟、运输条件的模拟以及机车车辆运行过程中的振动模拟等。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

恒流源模块，用于为检测接插件提供恒定大小的直流电源。

具体地，恒流源模块在接插件故障检测装置中的作用就是提供接插件断路的接触电阻的阻值判定依据。对于断路，正常的电气线路其阻值应当非常小甚至接近于零。当电气线路中的阻值突然增大时接插件即出现了异常，即接触电阻的增大表明接插件线路出现接触不良现象，阻值大到一定值可以认为出现了接插件断路。根据不同的情况，电阻测量在精度、分辨率和范围上有很大不同，一般而言，三者不能同时达到最佳。而对于线路阻值的测定有多种方法，有电压补偿伏安法测电阻，四线法测电阻及电压法测电阻。本发明提供的接插件故障检测装置采用后者，即通过恒流源给待检测接插件供电，然后测量其两端的压降。

同样地，还可以通过恒流源给预设断路阻值的电阻供电得到相应电压，将此二者的电压输入到电压比较器进行电压大小比较，即可知道待检测接插件是否出现了接触电阻突然增大的情况。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

通信模块，与接插件故障检测装置中各个模块电连接，用于传输各个模块的数据。

具体地，通信单元可以设置在接插件故障检测装置的电路板中，分别与各个模块电连接，将各个模块的检测数据传输至远程设备，或者从远程设备中获取参数，将其发送至相应的模块。

基于上述任一实施例，该装置还包括：

上位机，与通信模块电连接，用于对接插件故障检测装置中各个模块中的参数进行显示和/或设置。

具体地，接插件故障检测装置可以采用上下位机方案，单独设置一个上位机，将其他各个模块设置为一个下位机。

例如，上位机可以以Windows操作系统为平台，用VC++6.0进行编程，结合对数据库进行操作，利用对上位机界面进行优化，图形化检测结果。

下位机采用单片机加TTL基础电路，七段数码管显示测量结果。下位机可设定接插件针数、瞬间断路的时间长度评判标准、断路阻值评判标准、通过开关按钮选择检测系统的测量、自检状态和单机联机状态及单系统工作或是与上位机联合工作。

基于上述任一实施例，图2为本发明提供的接插件故障检测装置的结构示意图之二，如图2所示，该装置除了激振模块、自检模块、故障检测外围电路、接插件和PC机。除了电源模块、显示输出模块、面板输入模块等。

其中，PC机为上位机，主要负责向下位机发送指令和接收、显示、打印检测数据，并将数据保存到数据库中，同时可以从数据库中读出检测的历史记录。可以对数据进行相关的分类统计。查看下位机当前工作状态，设定下位机的工作参数。

激振模块、自检模块、故障检测外围电路、电源模块、显示输出模块、面板输入模块、参数设置单片机和检测处理单片机。参数设置单片机负责所有相关参数设定，检测处理单片机负责接插件的检测及数据保存和数据传送。

其中，电源模块需要给电路供给四种电压的电源，例如包括正12V、负12V、正5V和负5V。正负电压给恒流源供电。正5V给基础电路及单片机供电并作为模数转换的参考电压。而负5V则作为数模转换的参考电压。电源模块采用从市电取得交流220V电源，采用线性稳压的办法向电路供电。首先对交流220V电源进行降压、整流，然后进行滤波得到接近直流的电源，接下来采用集成线性稳压模块进行稳压得到电压。降压采用电源变压器将交流220V变为交流18V电压，利用二极管的单向导通特性对降压后的交流电进行整流，使其变成低压直流电。在实际电路中多采用单相桥式整流电路。整流后的电压是单向脉动电压，不适合用于对电子线路供电。一般在整流后，为了获得比较理想的直流电压还需要利用具有储能作用的元器件，如电容、电感来组成滤波电路，将脉动的直流电压变成较为平滑的直流电压以满足电子线路及设备的需要。常用的有电容滤波、电感滤波和复式滤波。由于电流不大且负载变化不是很大，所以采用电容滤波。

显示输出部分包括检测装置在单机状态下的数据显示、电路相关状态的指示以及在联机状态下将数据传输给PC机。输入部分包括从基础测试模块获得测试数据、从相应的控制按钮、开关等获得设置标准值以及从PC机处接收控制指令和参数值设置等。对于数码管显示采用三位一体数码管显示，为了节省单片机的引脚，采用动态扫描法显示检测数据。在单机工作的状态下，电路检测到接插件的瞬断立即显示检测数据同时采用声光报警的方式提醒相关人员记录检测结果。按下清零按钮后声光报警解除同时数码管数据清零等待下一次检测结果显示。单机面板还可以旋钮的方式设置接触电阻值标准和断路时间标准，以拨动开关的形式设置单机联机工作、检测更换接插件等。按钮形式的开关有清零、自检、模拟振动等。

传统的对于接插件的检测多是手工的方式，利用万用表进行简单的测量。多是停留在误配线及检查断线的阶段，无法检测瞬间断路更无法实现自动化，微机控制及数据处理等。基于这点考虑，本发明实施例的目的是实现接插件故障的多层次测量和自动化检测。研究的情况主要是针对生产机车车辆接插件的工厂，目的是提高工程机械接插件在装上车前的可靠性，保证机车车辆上使用的电气接插件都具有符合要求的可靠性。实现微机控制及数据存储查询以及图形显示检测结果等。

基于上述任一实施例，图3为本发明提供的接插件故障检测方法的流程示意图，如图3所示，该方法包括：

步骤310，基于待检测接插件两端的电压测量值，以及通过待检测接插件的恒定电流，确定待检测接插件的接触电阻测量值；

步骤320，确定待检测接插件的接触电阻测量值大于预设断路阻值的维持时间；

步骤330，基于维持时间，确定待检测接插件的断路故障类型。

本发明实施例提供的接插件故障检测方法，通过恒定电流通过待检测接插件，根据待检测接插件两端的电压测量值确定待检测接插件的接触电阻测量值，确定接触电阻测量值大于等于预设断路阻值的维持时间，进而确定待检测接插件的断路故障类型，实现了对插接件出现的瞬间断路故障进行检测，提高了插接件故障检测的准确性，实现了接插件故障检测自动化，提高了插接件故障检测效率，提高了插接件的可靠性。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。