СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ Российский патент 1995 года по МПК G01R31/02 G01R31/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов от неконтактных явлений соединителей, эксплуатируемых в контрольно-измерительной аппаратуре, приборах связи, высокопроизводительных вычислительных системах, многопроцессорных вычислительных комплексах, транспьютерах, а также в различных радиоэлектронных устройствах.

Известен способ контроля многопроцессорных комплексов, заключающийся в размещении операций диагностирования в программируемой памяти и организации многоуровневого контроля блоков: процессоров, памяти, регистров, механизма прерываний, адресного монитора, а также находящихся на платах внешних устройств, в том числе таймеров, счетчиков, контроллеров прямого доступа к памяти, последовательных портов, а также линий межмашинной связи. Способ позволяет обнаружить около 95% сбоев в контролируемых устройствах и локализовать примерно 75% сбоев с точностью до одной печатной платы.

Недостаток данного способа заключается в невозможности локализации конкретной контактной пары соединителя или линии связи с данным соединителем в состоянии сбоя вследствие самоустранимости данного режима работы соединителя (линии связи) и случайного характера проявления данного состояния.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу контроля является способ контроля электрических соединителей, включающий подачу через линию связи на электрический соединитель тестовых воздействий, контроль в процессе воздействий параметров электрического соединителя, сравнение полученных реакций с эталонными значениями [1] Способ позволяет выявлять дефектные соединители по одному параметру электрическому сопротивлению замкнутых контактов. Недостаток данного способа заключается в низкой достоверности контроля вследствие неучета высокочастотных реактивных составляющих проверяемых контактных пар соединителя. Указанный недостаток может привести к тому, что соединитель, имеющий скрытые дефекты, обусловленные наличием высокочастотных составляющих определенного диапазона, будет классифицироваться как годный.

Цель изобретения повышение достоверности контроля соединителей за счет выявления в них скрытых дефектов в виде сбойных явлений, соответствующих промежуточному (между состояниями "Включено" и "Выключено") состоянию соединителей. Исключение из работающей аппаратуры соединителей со скрытыми дефектами указанного типа позволяет повысить надежность аппаратуры в целом и эффективность использования ее составных узлов, в частности.

Цель достигается тем, что в способе контроля электрических соединителей, включающем подачу через линию связи на электрический соединитель тестовых воздействий, контроль в процессе воздействий параметров электрического соединителя, сравнение полученных реакций с эталонными значениями, дополнительно в качестве тестовых воздействий выбирают электрические гармонические колебания в диапазоне частот от 0,010 до 300 МГц, а в качестве контролируемого параметра соединителя выбирают резонансные частоты по амплитудно-частотной характеристике в диапазоне амплитуд от 0,1-0,2 U_вх, где U_вх входное напряжение тестового воздействия, до 0,8-0,9 U_вх в диапазоне частот от 0,04-0,05 до 285-295 МГц, в качестве информативных параметров выбирают наличие субгармонических колебаний или пульсаций при замкнутом состоянии электрического соединителя и разомкнутом состоянии электрического соединителя, при наличии которых фиксируют состояние сбоя у контролируемого электрического соединителя, а в качестве эталонных значений выбирают изменения субгармонических колебаний или пульсаций на выходе эталонного электрического соединителя в заданных диапазонах амплитуд и частот.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций от 0,15-0,25 U_вых до 0,5-0,6 U_вых, причем U_вых 0,20-0,90 U_вх, где U_вых напряжение на выходе соединителя, изменения частоты пульсаций от 10-20 Гц до 4-6 кГц, а эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области разомкнутого состояния электрического соединителя в пpеделах изменения амплитуды пульсаций от 0,10-0,20 U_вых до 0,40-0,50 U_вых, причем U_вых 0,002-0,0035 U_вх и изменения частоты пульсаций от 10 до 16 МГц.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых U_m˙sin (w₁t) ˙F(t), где U_m и w₁ соответственно амплитуда и частота входного сигнала, а
F(t) M
где n 0, 1, 2, 3 Т и Т₁ соответственно период и время действия пульсаций; М₁0,20-0,90 численный коэффициент.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде U_вых [U_m (1+k₁˙sinω₂t)˙sin ω₁t]˙F(t), где k₁ и ω₂- соответственно коэффициент и частота модуляции, причем k₁ << 1; ω₂<<ω₁, а функция F(y) имеет вид
F(t) M₁·
где n 0,1,2,3, М₁ 0,20-0,90.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, фиксируют в виде пульсации выходного напряжения соединителей в виде
U_вых [U_m˙sin ( ω₁t)]˙F(t), причем
F_t= M₁·
где n= 0,1,2,3, k₁ 0,5-0,6;ω₂<<ω₁; М₁0,20-0,90;
Т₂ время действия пульсаций.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых M₁[U_m˙(1+k₁ sinω₂t)˙sinω₁t, где k₁ 0,5-0,6;
ω₂<<ω₁;
М₁ 0,20-0,90.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области разомкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде U_вых[U_m (1+k₁˙Isinω₂t I)˙sin ω₁t] ˙M_2, где k₁ изменяется от 0,10-0,20 до 0,4-0,5; ω₂ изменяется от 0,16-0,17 ω₁ до 0,24-0,26 ω₁; М₂ 0,002-0,0035 численный коэффициент.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых= U_m·esinω₁tM₁
где ω₁- входная частота сигнала; β= f (R_i, L_i, C_i) (4-6 кГц) > (10-20 Гц); n 0,1,2,3, М₁ 0,20-0,90; R_i, L_i, C_i электрические параметры соединителя.

Цель также достигается тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых (U_m˙sin ω₁t]˙F(t)
F(t) M₁·
где β= f (R_i, L_i, C_i)n 0,1,2,3, ω₁- частота входного сигнала; М₁ 0,20-0,90; R_i, L_i, C_i электрические параметры соединителя.

На фиг. 6 представлена эквивалентная схема замещения соединителя при действии на входе соединителя гармонического сигнала (фиг.1) в виде N параллельно включенных цепочек последовательно соединенных элементов R_i, L_i, C_i в состоянии сбоя соединителя (фиг.2). На фиг.3 представлена поверхность контактной пары идеального соединителя; на фиг.4 поверхность контактной пары реального соединителя; на фиг.5 представлены пульсации сигналов на соединителе в области замкнутого состояния его контактов (фиг.5 12) и в области разомкнутого состояния его контактов (фиг.9). На фиг.13 представлена структурная схема устройства для реализации предложенного способа контроля соединителей.

Способ контроля соединителей в состоянии сбоя поясняется представлением схем замещения соединителя при поступлении на вход соединителя гармонического сигнала U_bk U_m˙sin ω₁˙t (фиг.1) в виде параллельно включенных цепочек из после- довательно соединенных элементов R_i, L_i, C_i (i 1, 2, 3, N). Такая электрическая модель соединителя (фиг.2) объясняется следующими соображениями. Поверхность контактных пар соединителя в идеальном случае гладкая (фиг. 3). Однако на практике поверхность контактной пары всегда в той или иной степени шероховата. Поэтому электрический контакт осуществляется не по всей кажущейся поверхности, а только в отдельных ее точках или микровыступах, как это и показано на фиг.4.

Для соединителя как элемента линии связи может быть принята упрощенная модель схемы замещения (упрощение состоит в допущении использования диэлектриков в составе соединителя с очень малой проводимостью). Тогда схема замещения соединителя представляется в виде последовательно соединенных элементов R, L, C.

Принимая во внимание то обстоятельство, что поверхность контактирования в процессе эксплуатации соединителя деградирует и наряду с постоянной или неизменной (статической) частью поверхности контактирования появляется изменяемая или переменная (динамическая) часть, вследствие чего у соединителя с нарушением поверхности контактирования появляются колебания частиц контактов. Диапазон таких колебаний от нескольких микрометров до 100 мкм, что, естественно, приводит к периодическому изменению параметров электрической схемы соединителя. Причиной такого рода колебаний являются внешние вибрации, например, от силовых полей, изменение температуры и другие причины.

В свою очередь, периодическое изменение параметров электрической схемы, включающей в себя параметры R_i, L_i, C_i, на вход которой подаются гармонические колебательные воздействия, приводит к появлению модулирующих колебаний в такой схеме, причем вид и параметры данных пульсирующих колебаний зависят от параметров эквивалентной схемы замещения.

Корни характеристического уравнения, определяющие свободные колебания в цепочке R_i, L_i, C_i, имеют вид
P_1,2= ±
(1) Так, например, для случая, когда корни действительны при условии
>
и выполнении другого неравенства >> 1 колебательный процесс имеет вырожденный характер и для соединителей имеет вид (фиг.5). Для случая, когда корни уравнения (1) представляют действительные числа, но неравенство >> 1 не выполняется, колебательный процесс в соединителях имеет вид (фиг.11).

Для случая, когда значения корней уравнения (1) периодически чередуются из двух рассмотренных выше случаев, т.е. когда циклически выполняется и не выполняется условие >> 1, колебательный процесс (пульсации) в соединителе имеют вид (фиг.12). Для случаев, когда корни уравнения (1) имеют комплексно-сопряженный характер, в пульсациях выходного напряжения соединителя присутствует вторая гармоническая составляющая (фиг.8), причем в случае, когда выполняется условие >> 1, колебания принимают вид (фиг.9), т.е. огибающая таких колебаний инвертируется по отрицательной фазе или на несущую частоту колебаний накладывается по модулю другая частота.

Для случая периодических комбинированных изменений корней уравнения (1), т. е. когда уравнение свободных колебаний периодически имеет корни действительные или комплексно-сопряженные, причем для действительных корней выполняется условие >> 1, пульсации выходного напряжения соединителя имеют вид (фиг.6, 7).

На фиг.13 представлена структурная схема устройства, реализующего данный способ. Устройство содержит генератор гармонических (синусоидальных) сигналов в диапазоне частот 0,010-300,0 МГц 1-1 и аналогичный второй генератор 1-2, проверяемый и эталонный соединители 2-1 и 2-2, двухканальный осциллограф 3, линию связи (радиочастотный кабель) с волновым сопротивлением 50 Ом 4-1 4-4 и блок 5 механических колебаний. Механическая связь блока 5 с соединителями 2 на фиг. 13 показана двойной линией. Связь входов выходов "Земля" приборов, а также экранирующих контактов соединителя с экраном кабелей на фиг.13 не показана.

Устройство реализует способ следующим образом. Первоначально осуществляется включение генераторов 1, осциллографа 3 и блока 5. Наличие второго генератора 1-2 обусловлено необходимостью исключения взаимного влияния каналов с соединителями 2-1 и 2-2 друг на друга при подключении их к одному генератору через высокочастотный разделитель. Сначала происходит проверка генераторов 1-2 и 1-1 на работоспособность, их тарировка, т.е. установка одинаковой амплитуды на выходе, настройка обоих каналов осциллографа 3 на одинаковую чувствительность, выбор линий соединения 4-1 и 4-2 одинаковой длины с линией 4-3 и 4-4. В качестве эталонного соединителя 2-2 выбирают соединитель того же типа, что и контролируемый, но имеющий жесткую (без сбоев) характеристику переключения из крайних состояний: замкнутого состояния соединителя и разомкнутого состояния соединителя друг в друга (одно в другое) после длительного (не менее 100) числа включений-выключений. При этом отсутствие сбоев в соединителе контролируют визуально по осциллографу после каждого цикла включений-выключений. Рабочий ход перемещений составных частей соединителя (вилка-розетка) выбирается равным норме перемещения по техническим условиям на соединитель, увеличенной на 10% для получения надежного разомкнутого состояния. Основные требования к блоку 5, посредством которого осуществляется взаимное перемещение частей соединителя, заключаются в высокой точности дискреты перемещения (до нескольких микрометров) из-за малой линейной области существования режима сбоя. Другое требование к блоку 5 время нахождения в каждой дискретной точке должно быть достаточным для снятия амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) соединителя в режиме сбоя в диапазоне 0,010-300,0 МГц с шагом 0,010 МГц в диапазоне 0,010-0,100 МГц, с шагом 0,100 МГц в диапазоне 0,100-1,0 МГц и с шагом в 1,0 МГц в диапазоне 1,0-300,0 МГц.

Для случая, когда необходимо выявить область существования режима сбоя с более высокой точностью (с большей разрешающей способностью), поступают следующим образом. Первоначально соединитель устанавливается в замкнутое состояние с нулевым зазором между корпусами вилки и розетки. Далее выводим вилку из розетки с одинаковым (кроме последнего) шагом, величина которого соответствует минимальной дискрете блока 5. На каждом шаге снимается АЧХ. На последнем шаге величину дискреты увеличиваем на величину требуемой дискретизации k и повторяем процесс в обратном направлении, т.е. вводим вилку в розетку из разомкнутого состояния в замкнутое и обратно. Последний шаг снова увеличиваем на величину k, при этом движение до замкнутого состояния и обратно со снятием АЧХ повторяем М/k раз, тем самым увеличивая в данное число раз и точность фиксации диапазона существования режима сбоя (при необходимости). Блок 5 при этом реализован на базе цифрового сервопривода. В случае отсутствия в контролируемом соединителе участков с режимом сбоя при проверке его по изложенной методике данный соединитель принимают за эталонный. При наличии же в соединителе в процессе контроля по описанной методике пульсаций данный соединитель бракуется по наличию в нем режима сбоя в области замкнутого или разомкнутого состояния соединителя. В случае наличия в соединителе режимов сбоя в области замкнутого и разомкнутого состояния по данному соединителю делается заключение о большем сроке его службы или времени эксплуатации.

Таким образом, описанный способ обладает большей достоверностью контроля за счет дополнительной проверки по дополнительному информативному параметру и выявления вследствие этого соединителей со скрытыми дефектами. Применение способа позволяет исключить сбойные ситуации из аппаратуры, содержащей соединители с заложенной в них возможностью к скрытым дефектам, а также заранее пpогнозировать срок службы исправных контактных пар по поведению контактных пар, имеющих режим сбоя.

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов от неконтактных явлений соединений. Сущность изобретения заключается в повышении контроля соединителя при фиксации многократного промежуточного состояния "Сбой" за счет того, что в качестве тестовых воздействий выбирают электрические гармонические колебания в диапазоне частот от 0,10 до 300 мГц, в качестве контролируемого параметра соединенителя выбирают резонансные частоты по амплитудно-частотной характеристике в диапазоне амплитуд от 0,1 0,2 до 0,8 0,9 U, где U входное напряжение тестового воздействия, в диапазоне частот от 0,04 0,05 до 285 295 мГц. В качестве информативных параметров выбирают наличие субгармонических колебаний или пульсаций при замкнутом и разомкнутом состояниях электрического соединителя, по которым фиксируют состояние сбора, а в качестве эталонных значений выбирают изменения субгармонических колебаний или пульсаций на выходе эталонного электрического соединителя в заданных диапазоных амплитуд и частот. 8 з. п. ф-лы, 13 ил.

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ, включающий подачу через линию связи на электрический соединитель тестовых воздействий, контроль в процессе воздействий параметров электрического соединителя, сравнение полученных реакций с эталонными значениями, отличающийся тем, что в качестве тестовых воздействий выбирают электрические гармонические колебания в диапазоне частот 0,010 300,0 МГц, а в качестве контролируемого параметра соединителя выбирают резонансные частоты по амплитудно-частотной характеристике в диапазоне амплитуд от (0,1 0,2) U_вх, где U_вх входное напряжение тестового воздействия, до (0,8 0,9) U_вх в диапазоне частот от 0,04 0,05 до 285 295 МГц, в качестве информативных параметров выбирают наличие субгармонических колебаний или пульсаций при замкнутом состоянии электрического соединителя и разомкнутом состоянии электрического соединителя, при наличии которых фокусируют состояние сбоя у контролируемого электрического соединителя, а в качестве эталонных значений выбирают изменения субгармонических колебаний или пульсаций на выходе эталонного электрического соединителя в заданных диапазонах амплитуд и частот. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонических колебаний, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций от (0,15 0,25) U_вых до (0,5 0,6) U_вых, причем U_вых (0,20 0,90) U_вх, где U_вых напряжение на выходе соединителя, изменения частоты пульсаций от (10 20)Гц до (4 6)кГц, а эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области разомкнутого состояния электрического соединителя, в пределах изменения амплитуды пульсаций от (0,10 0,20) U_вых до (0,40 0,50)U_вых, причем U_вых (0,002 0,0035) U_вх и изменения частоты пульсаций от 10 до 16 МГц. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых=U_m·sin(ω₁·t)·F(t),
где U_m и ω₁ соответственно амплитуда и частота входного сигнала;

где n 0, 1, 2, 3,
T и T₁ соответственно период и время действия пульсаций;
M₁ 0,20 0,90 численный коэффициент. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых=[U_m(1+K₁sinω₂t)sinω₁t]F(t),
где K₁ и ω₂ соответственно коэффициент и частота модуляции, причем K₁≪ 1, ω₂≪ ω₁,
а функция F (t) имеет вид
F(t) = M₁×

где n 0, 1, 2, 3,
M₁ 0,20 0,90. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, фиксируют в виде пульсации выходного напряжения соединителей в виде
U_вых=[U_m·sin(ω₁·t)]·F(t),

где n 0, 1, 2, 3,
K₁ 0,5 0,6;
ω₂≪ ω₁;
M₁ 0,20 0,90;
T₂ время действия пульсаций. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых=M₁·[U_m·(1+K₁sinω₂t)sinω₁t),
где K₁ 0,5 0,6;
ω₂≪ ω₁;
M₁ 0,20 0,90. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области разомкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
где K₁ изменяется от 0,10 0,20 до 0,4 0,5;
ω₂ изменяется от (0,16-0,17)ω₁ до (0,24-0,26)ω₁;
M₂ 0,002 0,0035 числовой коэффициент. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде

где ω₁ входная частота сигнала;
β=f(R_i, L_i, C_i);

n 0, 1, 2, 3,
M₁ 0,20 0,90;
R_i, L_i, C_i электрические параметры соединителя. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное значение субгармонического колебания, соответствующее сбою в области замкнутого состояния электрического соединителя, выбирают в пределах изменения амплитуды субгармонического колебания или пульсаций в виде
U_вых=[U_m·sin(ω₁t)]·F(t);
F(t) = M₁×

при (n+1)T>t>(L_iT+T₁),
где β=f(R_i, L_i, C_i);
n 0, 1, 2, 3,
ω₁ частота входного сигнала;
M₁ 0,20 0,90;
R_i, L_i, C_i электрические параметры соединителей.