连接器接触瞬断监测技术与方法

邓锐，魏武

（工业和信息化部电子第五研究所，广东　广州　510610）

连接器接触瞬断监测技术与方法

邓锐，魏武

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610）

在对低频连接器进行振动冲击试验时必须监测连接器是否会出现接触瞬断，但是现有的仪器和技术只能监测到持续时间大于1 μs的接触瞬断。通过采用电阻分压技术实现了对高速瞬断电阻的测量，采用脉冲计数-时间转换测量技术实现了对瞬断脉冲时间宽度的测量，从技术上实现了高精度的瞬断测量；并以此为基础制备了瞬断监控样机，实现了瞬断时间精度达到0.1 μs的瞬断测量。

连接器；瞬断；电阻分压技术；脉冲计数-时间转换测量技术

0　引言

在武器装备的各类整机系统中，军用连接器在器件与器件、组件与组件、系统与系统之间起着电气连接和信号传递的作用，是构成一个完整的系统所必需的基础元件。军用低频连接器的可靠性首先取决于其内部接插件的可靠性，由于接插件的瞬间断路等故障会引起一系列的事故，尤其在航空、航天系统和军用设备中，在静态、振动、冲击和发射等动态条件下，接插件的接触耦能否良好地接触，电缆各个接头、焊点连接是否可靠，对于电子设备的可靠性都有着重要的影响。因此，在运载条件下对电连接器接插件的工作性能进行测试，判断其是否发生瞬断现象有着十分重要的意义。当前，现代连接器瞬断测试设备的发展趋势是成本低、功能多和精度高。

1　瞬断监测仪的监测特点及技术指标

瞬断监测仪是用来监测低频连器件在振动、冲击等动态使用环境下是否会发生瞬间断电现象的设备，它所检验的是低频连接器在振动、冲击试验环境下的电接触可靠性，并能显示最早发生瞬断的位置和时间。低频连接器在振动和冲击试验的过程中，其连接状态会发生变化，如图1所示。

图1　电连接器受到振动冲击时的瞬断示意图

瞬断监测仪通过监测电路变化过程中相关量（电阻值）的变化，同时记录时间，便可以完成对瞬断时间的测试。

目前常用的瞬断监测仪技术较成熟，使用稳定，但其所测得的瞬断时间只能精确到1 μs，无法满足现阶段部分连接器的检测需要及检测标准的新要求，也无法适应低频连接器对瞬断时间的要求变得更加严格了的新变化。为了满足这个在低频连接器振动冲击下的瞬断监测新要求，本文设计、研发了一套新的瞬断监测仪。其作用是监测低频连接器及其组件在动态的振动和冲击试验中的耐振性能，要求为低频连接器的瞬断时间不能超过标准规定的值。瞬断监测仪通过发光和发声两种方式来报警，能够在第一时间内检测出发生瞬断的位置和时间，瞬断检测的最小分辨率为0.01 μs，精度达到0.1 μs，并且能够实时地测量低频连接器的连接回路的接触电阻值。本文研发的瞬断监测仪的主要技术参数有测试电流、瞬断电阻的判定值与测量值、瞬断最小感知时间 （分辨率）、瞬断的监测时间和可设定的瞬断时间判定值等。

本文研究的主要目的是为了提高瞬断监测仪的检测精度，所设计的瞬断监测仪的主要技术指标如表1所示。

表1　主要技术指标

由于本文研究的瞬断监测仪的测量精确度需要达到0.1 μs，因此，要求瞬断时间的测试分辨率要达到0.01 μs。

2　高精度接触电阻及瞬断时间的测量方法

2.1电阻分压法测量电阻

采用电阻分压法能够实现高速瞬断电阻的测量，其测量原理如图2所示。

图2　电阻分压法实现的电阻测量原理

电阻分压法的原理是在由两个电阻组成的串联电路中，流经两个电阻的电流相等，两个电阻两端的电压之和等于电路的总电压。在图2中，即有Vref=IR1+IR2，已知Vref、R2的值为固定值，连接器的接触电阻R1为被测值，在连接器回路中，由于流经R2、R1的电流I相同，因此可通过以下公式推算出连接器接触电阻R1的值。

由公式 （3）可知，通过测量R1两端的电压值V0即可计算出I值，然后通过公式 （4）即可计算出连接器接触电子R1的电阻值。电阻分压法的基准电压源精度高、无调节器件、稳定且容易制造，从原理上讲，测量电压输出的大小只与被测电阻阻值的大小有关，瞬断电压上升率与瞬断电阻值的变化率有关，因此，输出电压变化速度快，符合本文对瞬态电阻实现快速测量的要求。

但是，在电路设计与安装的过程中，PCB板、连线接口和运算放大器正反输入端等都存在电容分量，这些电容会与分压电阻串联而组成RC充电回路；电容C的存在，影响了瞬断电压的上升率，这对高速测量瞬态电阻的影响是致命的。RC充电回路的原理图如图3所示，电容对瞬断电压上升的影响原理图如图4所示。

图3　RC充电回路原理图

图4　电容对瞬断电压上升的影响原理图

在进行振动试验的过程中，当一个短时瞬断电阻的变化超过了瞬断报警的阈值时，如果此时电容比较大，那么充电时间通常也会变得比较大，从而也会导致瞬断电压上升缓慢，瞬断输出电压没有达到电压报警阈值，短时瞬断脉冲无法检出，最终导致小的瞬态脉冲无法测量。因此，在电路PCB布板设计、运算放大器芯片的选择和接线组装工艺等环节都要精益求精，确保输入电容分量符合要求。

2.2脉冲计数-时间转换法测量技术

本文采用脉冲计数-时间转换法测量技术实现瞬断脉冲时间宽度的测量，在被测脉冲的上升沿开始，使用一个恒定频率的时间信号源进行计数，在被测脉冲的下降沿关闭计数，则用被测脉冲从上升到下降产生的计数值乘以时间信号源的周期就可以得到瞬断脉冲的时间。

本文中，采用有源晶体振荡器作为恒定振动时间信号源，该信号源用来作为计数器产生计数的时间标准，信号源必须准确、稳定，且时钟源至少要小于最小测试时间精度的2倍才能确保测量的准确性，其电路工作原理如图5所示。

图5　瞬态脉冲时间测量电路原理图

3　瞬断仪的硬件及软件设计

本文研发的瞬断监测仪总体硬件电路框图如图6所示。

系统框图中各个主要模块的功能简述如下。

a）瞬断测量模组单元

瞬断测量模组单元采用模块化的设计结构，具有独立完成设计要求的、对接触电阻的测量和瞬断电阻阈值条件的判断，以及瞬断时间的测量计算等功能；并且能够通过通讯和上一级控制器进行数据交换。本项目采用10个模组单元，可以测量10个通道的连接器。由于采用模块化的结构，该单元可根据用户的需求进行扩展。

b）主控制单元

主控制单元是系统控制的核心，实现对各个测量模块数据的采集、运算、参数设定、数据存储和异常状态报警等功能，主控制单元的RS 232接口还可以和计算机进行连接，计算机通过通讯命令可以直接对主控制单元进行相应的操作。

c）辅助电路单元

辅助电路单元包括电源单元、显示单元、按键输入单元、数据存储单元和通讯单元等。

主控制软件的主要功能是完成按键扫描、显示界面的数据刷新、与各测量模组的通讯、对各模组测量数据读取、数据存储记录和参数设置等操作，用户通过对按键进行操作可实现测量数据的查询、条件参数的设置、设备的启动和停止测量等操作，主控制器的RS 232接口还可以方便地与计算机进行连接，通过计算机的上位机软件进行操作和数据读取，或者通过USB接口下载测试数据，使用灵活方便。

系统总体软件流程图如图7所示。

图6　系统总体硬件框图

图7　系统总体软件流程图

4　试验验证

本文选用不同研制单位的5对低频连接器进行振动冲击试验，样品编号为1#、2#、3#、4#、5#，此类连接器所设计的瞬断要求为不能出现低于1 μs的时间，使用本文研发的瞬断监测仪对样品进行监测，监测数据如表2所示。

表2　试验数据结果

5　结束语

本文研制的瞬断监测仪能够监测到低频连接器在振动冲击试验过程中精度达到0.1 μs的瞬断，能够满足现有及未来低频连接器在振动冲击试验过程中瞬断监测的需要，具有一定的工程实用价值和推广价值。

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The Detection Technique and Method of the Contact Transient Breaking of Connector

DENG Rui，WEI Wu
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

During the vibration impact test of low frequency connector，it is necessary to detect whether the connector will appear the problem of contact transient breaking or not，however，the existing instruments and techniques can only detect the contact transient breaking whose duration is more than 1 μs.The high-speed transient breaking resistance is measured by using the resistor divider technology，and the time width of the transient breaking pulse is measured by using the pulse counting-time conversion measurement technology，so that the high-precision transient breaking measurement is realized from technology.And based on this，the transient breaking monitoring prototype is made，and the transient breaking measurement with the time accuracy of 1 μs is realized.

connector；transient breaking；resistor divider technology；pulse-counting-time conversion measurement technology

TM 503+.5；TM 935.15

A

1672-5468（2016）05-0042-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.05.009

2016-01-29

2016-08-24

邓锐 （1986-），男，江西赣州人，工业和信息化部电子第五研究所元器件检测中心助理工程师，从事元器件可靠性检测研究工作。