CN101793933B - 电连接器接触电阻在线测量系统 - Google Patents

电连接器接触电阻在线测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电连接器接触电阻在线测量系统。包括信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机;环境设备中的电连接器接触电阻依次与信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机连接。电连接器放置于环境设备单元中进行可靠性实验,通过引出线与信号测量单元相连,测量信号经由信号调理单元与数据采集单元相连,数据采集单元与计算机单元相连,由计算机单元进行数据的储存、分析、显示、报警等。该系统采用不中断可靠性实验的在线测量方法,操作简便,运行可靠,实现了多对接触电阻连续自动测量,可用于各电连接器厂和研究机构在对电连接器进行各种试验时实现接触电阻的在线监测,保证了测量数据的准确性和实时性。

Description

电连接器接触电阻在线测量系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电连接器性能测量的系统,尤其是涉及一种电连接器接触电阻在线测
量系统。
背景技术
[0002] 电连接器作为一种基础元件,用于实现电信号和控制以及电子与电器设备之间的连接,在航空、航天、通信等行业中应用范围大、数量可观,地位重要。电连接器在贮存和工作过程中,受到温度、振动、湿度、淋雨、沙尘、盐雾、腐蚀性气体等各种环境应力以及工作应力的综合影响而失效。
[0003] 为发现电连接器的潜在缺陷,评估在电连接器各种应力作用下的可靠性水平,保证电连接器在实际使用中能够可靠的工作,需要模拟电连接器实际的贮存和工作环境,进行各种应力作用下的可靠性试验。电连接器的主要功能是实现各种元件、电路、设备、系统等之间的导通,而实现这一功能的是集成在电连接器绝缘体内部的多对接触对。接触对的接触电阻是反映电连接器可靠性水平的重要参数。在贮存和工作过程中,航天电连接器的主要失效形式是其接触对的接触电阻过大而导致失效。因此,准确而及时的测得电连接器内部接触对接触电阻的大小,对达到发现其潜在缺陷、准确评估其可靠性水平、提高其可靠性水平是很有意义的。
[0004] 目前电连接器接触电阻的测量多采用离线测量的方法,将电连接器从试验设备中取出,采取手工离线测量,如图1所示,为现有电连接器接触电阻测试装置结构示意图,使用电流源在单对插针内通入恒定的电流读数为IR ‘,由电压表读取接触电阻两端电压值U, 接触电阻Rx = U/IR ‘。使用这种离线测量的方法主要有以下两个缺点:
[0005] 1.接触电阻离线测量,测得的结果是静态的、单一实验室环境温度、湿度等条件下的电阻值,这个结果虽然合格,但不能保证各种应力作用下的接触电阻仍然能够合格。也就是说,离线测量虽然技术手段简单,但不能保证测量结果的准确性。
[0006] 2.电连接器的寿命周期长,采用离线测量,使用的测试装置自动化程度不高,需要进行测量的次数过多,限制了测量结果获得及时性降低了实验效率,劳动强度大,并人为的增加了不可靠的因素,限制了测量结果获得及时性。
发明内容
[0007] 针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种电连接器接触电阻在线测量系统。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0009] 包括信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机;环境设备中的电连接器接触电阻依次与信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机连接;其中:
[0010] 1)信号测量单元:接触对电阻Rx,四个导线电阻rl、r2、r3、r4,电流源根据实验需要提供恒定电流或者短时脉冲电流IR,电源的两根引线分别经第一导线电阻rl和第一导线电阻r2分别与接触对电阻Rx的两端相连,接触对电阻Rx的两端分别经第三导线电阻 r3和第四导线电阻r4,输出两端电压信号Ul至后续信号调理单元;
[0011] 2)信号调理单元:包括测量放大电路、低通滤波电路和光电隔离电路;其中:
[0012] 测量放大电路采用同相并联结构的两个Ul、U2放大电路组成同相并联输入第一级放大,U3为差动放大作为放大器的第二级;低通滤波电路采用的是二阶压控电压源低通滤波电路,由两节RC无源滤波电路和同相比例放大电路组成二阶有源低通滤波电路;光电隔离电路采用滞回调制-解调的IOSlM隔离放大器及四个电容C3、C4、C5、C6组成;
[0013] 3)数据采集单元:
[0014] 采用AD506集成多路模拟开关,AD506为16选一通道模拟开关,通过ADRESS3〜 ADRESS0地址来选择一路通道,使用8片AD506组成1¾个模拟输入接口 ;一个地址将选择 8个芯片的同一顺序的输入端,8个AD506的输出端作为数据采集卡的8个模拟输入;用数据采集卡的数字输出端的D3、D2、D1、D0作为通道选择地址,每位数据输出线都带有8个负载,加入八同相三态缓冲器/线驱动器74LSM4,使每个地址线带四个负载;数据采集卡的通道进行8选1的选择,将数据送入计算机。
[0015] 本发明的具有的有益效果是:
[0016] 本发明能够连续、自动、即时地对多个接触电阻进行测量,并上传至计算机上进行储存、分析、显示,解决了目前测量方法中不准确和不及时两大问题,进而提高了电连接器可靠性的途径。该系统采用不中断可靠性实验的在线测量方法,操作简便,运行可靠,实现了多对接触电阻连续自动测量,可用于各电连接器厂和研究机构在对电连接器进行各种试验时实现接触电阻的在线监测,保证了测量数据的准确性和实时性,对提高电连接器的可靠性具有明显的促进作用,可带来巨大的社会效益和经济效益。
附图说明 [0017] 图 1是现有电连接器可靠性试验中接触电阻测量原理图。[0018] 图 2是本发明中接触电阻在线测量系统结构框图。[0019] 图 3是本发明中接触电阻信号测量电路原理图。[0020] 图 4是本发明中信号调理电路结构示意图。[0021] 图 5是本发明中测量放大电路示意图。[0022] 图 6是本发明中低通滤波电路示意图。[0023] 图 7是本发明中光电隔离电路示意图。[0024] 图 8是本发明中数据采集卡模拟通道扩展电路原理示意图。[0025] 图 9是本发明中程序功能模块图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0027] 本发明利用计算机,配以模块化电路和数据采集卡,对电连接器的接触电阻进行即时测量,所得数据由计算机进行储存、分析、显示、报警等。本发明中的在线测量系统,主要包括电连接器接触电阻信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元、计算机单元和环境设备。其连接方式是:电连接器放置于试验设备中,引线至接触电阻测量单元,信号调理电路与接触电阻测量单元相连并将信号传递至数据采集单元,数据采集单元与计算机相连。
[0028] 本发明电连接器接触电阻在线测量系统将电连接器放置于可以施加各种应力的试验设备中进行可靠性试验,预先将电连接器的各对接触对串联,在串联接触对的两端连接电流源,根据实验需要通以恒定电流或者脉冲电流,在每对接触对两端另外引出两根导线以输出接触对两端的电压值,电压信号传递至信号调理电路进行放大、滤波,将信号放大到数据采集单元模拟输入通道的量程范围之内,滤除各种高频干扰和噪声,然后,信号通过光电隔离电路输出至数据采集单元,数据采集单元提供并控制模拟量输入通道的选通,对输入的电压信号进行采样,将采样信号输出至计算机单元,计算机单元对测量数据进行自动储存、分析、显示和报警,同时设置系统参数,与数据采集进行交互,控制数据的数据采集卡的输入、输出。本发明中人性化的人机界面操作以及强大的数据分析、显示和报警功能, 可以同时对多个电连接器的接触电阻进行不同环境应力和工作应力条件下的自动连续测量。
[0029] 电连接器可靠性试验中接触电阻在线测量方法是:在不同环境应力和工作应力作用下对电连接器进行可靠性实验,连续自动地对动态接触电阻进行采样,直至样品失效;利用计算机单元对测量系统进行初始化和参数设置,确定系统的通道数,连接好系统内相应通道的电路接线,配以信号测量单元、信号调理单元和数据采集单元对电连接器接触电阻进行动态测量,采样信号输出至计算机单元进行数据存储、处理显示。在测量中,模拟试验样品实际贮存和工作状况,将试验样品放入环境设备中,在工作热态下进行即时测试,而不是采用中断实验进行冷态滞后测试的方法。
[0030] 本发明中,利用计算机配以模块化电路和PCI数据采集卡,对电连接器的接触电阻进行即时测量,所得数据由计算机进行储存、分析、显示,失效报警等。如图2所示,电连接器接触电阻在线测量系统主要包括:信号采集单元、信号调理单元、数据采集单元私计算机。将电连接器放置于可以模拟各种应力条件的环境设备中进行可靠试实验,预先将电连接器的各对接触对串联,在串联接触对的两端连接电流源,根据实验需要通以恒定电流或者脉冲电流,在每对接触对两端另外引出两根导线以输出接触对两端的电压值,电压信号传递至信号调理电路进行放大、滤波,将信号放大到数据采集单元模拟输入通道的量程范围之内,滤除各种高频干扰和噪声,然后,信号通过光电隔离电路输出至数据采集单元,数据采集单元提供并控制模拟量输入通道的选通,对输入的电压信号进行采样,将采样信号输出至计算机单元,计算机单元对接收到的测量数据进行自动储存、分析、显示和报警,同时设置系统参数,与数据采集进行交互,控制数据的数据采集卡的输入、输出。本发明中人性化的人机界面操作以及强大的数据分析、显示和报警功能,可以同时对多个电连接器的接触电阻进行不同环境应力和工作应力条件下的自动连续测量。
[0031] 为使本发明的目的、技术方案更加清楚,下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0032] 图2是本发明电连接器接触电阻在线测量系统的结构示意图,如图2所示,该接触电阻测量系统包括:信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元、计算机。各单元介绍如下:
[0033] 图3所示为信号采集单元电路原理图,用于对电连接器的接触对进行动态接触电阻测量,Rx表示接触对电阻,rl、r2、r3、r4表示导线电阻,Ux为接触对两端电压,图3中电流源根据实验需要提供恒定电流或者短时脉冲电流IR,电源的两根引线分别与接触对的两端相连,接触对两端另外引出两根线,输出接触对两端电压信号Ul至后续信号调理单元;
[0034] 如图4所示为信号调理单元的结构示意图,信号调理单元包括:测量放大电路41, 低通滤波电路42,光电隔离电路43。
[0035] 如图5所示,信号进入测量放大电路41进行放大,放大至数据采集卡模拟通道输入端量程范围中,本发明中,测量放大采用同相并联结构的放大电路,UU U2组成同相并联输入第一级放大,以提高放大器的输入阻抗。U3为差动放大作为放大器的第二级,进一步提高放大倍数。主要由Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7共7个电阻和三片LM3M放大器组成,该芯片可以选用美国德州仪器公司的产品。本发明中采用的测量放大电路,具有输入阻抗高、输出阻抗小、共模抑制比高的特点,有效的抑制了信号的干扰和噪声的影响。
[0036] 如图6所示为本发明的低通滤波电路42,由前述电路获得的信号均为频率很低的模拟信号,因此在模拟信号向数据采集卡传递的通道中必须加入低通滤波电路,将高于某一设定频率的信号进行衰减,以滤除各种高频的干扰信号,使数据采集卡接收到的是纯净的传感器信号。本发明中采用的是二阶压控电压源低通滤波电路,由两节RC无源滤波电路和同相比例放大电路组成二阶有源低通滤波电路,主要由R8、R9、RIO、Rll四个电阻和Cl、 C2两个电容以及一片LM3M放大器组成,该芯片可以选用美国德州仪器公司的产品。这种电路的特点是输入阻抗高,输出阻抗低。此时,信号已满足数据采集单元的量程输入要求。
[0037] 如图7所示为本发明中的光电隔离电路43。为防止外部噪声对测量系统的损坏, 在信号输入通道常采用隔离技术,保护系统元器件不受高共模电压的损害。该电路采用新颖的滞回调制-解调技术设计的I0S124隔离放大器及C3、C4、C5、C6共四个电容组成。如图7所示,在士Vsl和士Vs2两部分分别接入士4.5V〜士 18V的电压值提供电源。此时, 光电隔离电路将1 : 1的传输信号,输出Vout能够高精度的复现输入Vin。ISO可以选用美国BB公司的产品。
[0038] 本发明中,采用的数据采集卡PCL-711只有8个模拟输入通道,对于电连接器可靠性试验中接触电阻在线测量,不能满足需求,为了能够到达1¾对接触电阻的测量,只有对通道进行扩展,通过数据采集卡的数字输出端作为地址选择信号,进行通道的选择。如图8所示为本发明数据采集卡模拟通道扩展电路原理图。本发明通道的扩展采用AD506集成多路模拟开关,AD506为16选一通道模拟开关,内部自带译码电路,可以通过ADRESS3〜 ADRESS0地址来选择一路通道,它的通道选择和地址有对应关系,使能端高电平有效。使用 8片AD506就可以组成1¾个模拟输入接口,8片AD506的使能端接高电平,地址ADRESS3〜 ADRESS0线并联,这样,一个地址将选择8个芯片的同一顺序的输入端,如地址0000B,则8 个AD506第一个输入通道mi和各自的输出OUT导通;8个AD506的输出端作为数据采集卡的8个模拟输入,这样就实现了 1¾路A/D转换输入通道的选8路。用数据采集卡的数字输出端的D3、D2、D1、D0作为通道选择地址,每位数据输出线都带有8个负载,负载过重,因此加入了八同相三态缓冲器/线驱动器74LSM4,分两组,使每个地址线带四个负载。这样对通道的选择将分为两步:首先用16位数字输出对扩展通道进行选择,对寄存器74LS273 的低四位写通道号,完成1¾通道选8 ;然后再对数据采集卡的通道进行8选1的选择。两步结合,完成1¾选1的功能,将数据送入计算机。数据采集卡PCL-711可以选用台湾研华公司的产品,寄存器74LS273可以选用芯源(中国)的产品。[0039] 如图9所示为本发明中程序功能模块图,在将数据送入计算机后,需要利用计算机软件完成对数据的采集、存储、分析、显示、报警等功能。计算机软件从功能上分为四部分:虚拟仪器面板(控制、显示与报警)部分、板卡驱动部分、数据采集存储处理和显示数据曲线。
[0040] 以上所述具体实施方式,对本发明作了进一步详细的说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1. 一种电连接器接触电阻在线测量系统,其特征在于:包括信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机;环境设备中的电连接器接触电阻依次与信号测量单元、信号调理单元、数据采集单元和计算机连接;其中:1)信号测量单元:接触对电阻RX,四个导线电阻rl、r2、r3、r4,电流源根据实验需要提供恒定电流或者短时脉冲电流IR,电流源的两根引线分别经第一导线电阻rl和第二导线电阻r2分别与接触对电阻Rx的两端相连,接触对电阻Rx的两端分别经第三导线电阻r3 和第四导线电阻r4,输出两端电压信号Ul至后续信号调理单元;2)信号调理单元:包括测量放大电路(41)、低通滤波电路(42)和光电隔离电路(43); 其中:测量放大电路(41)采用同相并联结构的两个U1、U2放大电路组成同相并联输入第一级放大,U3为差动放大作为放大器的第二级;低通滤波电路(42)采用的是二阶压控电压源低通滤波电路,由两节RC无源滤波电路和同相比例放大电路组成二阶有源低通滤波电路; 光电隔离电路(43)采用滞回调制-解调的I0S124隔离放大器及四个电容C3、C4、C5、C6组成;3)数据采集单元:采用AD506集成多路模拟开关,AD506为16选一通道模拟开关,通过ADRESS3〜 ADRESS0地址来选择一路通道,使用8片AD506组成128个模拟输入接口 ;一个地址将选择 8个芯片的同一顺序的输入端,8个AD506的输出端作为数据采集卡的8个模拟输入;用数据采集卡的数字输出端的D3、D2、D1、D0作为通道选择地址,每位数据输出线都带有8个负载,加入八同相三态缓冲器/线驱动器74LS244,使每个地址线带四个负载;数据采集卡的通道进行8选1的选择,将数据送入计算机。
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