CN103915732A - 能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法，该连接器组件包括：检测单元，其通过在连接器上专用的检测通道来实时检测连接器组件的连接可靠性，采用发光二极管指示或记录检测的数据上报给系统。所述检测单元是采用一个设定的基准电压作为要检测精度的阈值电压，当在连接器组件专用检测通道上产生的触发电压超过设定的基准电压时，指示连接器发生连接性故障。本发明实现了在连接器组件正常工作的情况下实时自动的完成连接可靠性的检测，提高了电子系统对连接可靠性的预测和判断能力。

Description

能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法

技术领域

本发明涉及连接器组件及其检测方法，特别是涉及能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法。

背景技术

连接器在电子系统中随处可见，它起着在电路内被隔断或孤立不通的电路之间进行有效电气连接的作用，能够使电路实现预定的传输功能。连接器组件的可靠性是影响整个系统可靠性的关键，能够在不影响正常工作的情况下同时检测所述的连接可靠性，使在完全连接失效之前预判其连接性能尤为重要。

如图1所示为连接器组件在电子系统中连接两个分离电路的模型。连接器组件包括：连接器母头102，其安装在印刷电路板101上，通过焊锡连接所述连接器母头102的管脚107和印刷电路板之间的电气连接，连接器母头102的固定安装脚106增加了和印刷电路板101之间的机械连接性，连接器公头103，其是通过插销109插入连接器母头102的螺纹孔108内，通过拧紧螺栓110迫使所述连接器母头的弹片111和连接器公头103的触点112有效的接触；连接器的线缆104，其通过咬合或焊接的形式使线缆内部的电气连接线分别跟连接器公头103连接，为了保护连接的牢固性还在连接处添加了减压胶圈113。通过上述连接器组件就可以把两个不相通的印刷电路板进行有效的电气连接，实现电流流通传输信号的功能。

在一些苛刻环境下运行的电子系统，连接器组件的连接可靠性会受到腐蚀、老化、磨损和应力的影响，使连接器组件的连接性能逐渐退化，造成不规律的可靠性问题，使系统出现的故障很难被排查，预警和维护。而现有测量连接器及其组件的连接可靠性的方法常见的为直接使用测量设备，在未安装到电子系统之前进行质量检查。如图2a所示是两线制测量设备检测连接器的示意图，其使用一种测量设备200通过两根单芯线205和204一端连接在测量设备200的测试端子201和202，另一测量端分别把206连接到被检测连接器公头210的一个连接通道的管脚207上，测量端208连接到公头212的测量通道的管脚209上，通过在连接器线缆211连接所述连接器两个公头210和212的检测通道上施加一个电压测量电流或施加一个电流测量电压来进行一个通道的检测，并通过测量设备20的显示屏202显示检测的结果(V/I)。依次对每一个通道进行相同的测量就完了一个具有N个通道的连接器的检测。另一种更为精确的测量如图2b所示的测量方法，使用两根双芯线213和214组成四线测量来减去测量线缆本身的阻抗对测量精度的影响。

上述连接器组件和测量连接器可靠性的方式有许多局限性。现有的连接器组件一般都没有对自身连接性能检测的功能，更为常见的是，在使用之前，采用大型、价格昂贵的测量设备进行质量检测。然而采用所述的使用前检测方式无法在系统正常工作的情况检测连接器组件的可靠性，更不合适使用在环境变化的移动工作中。

发明内容

为了解决上述不足，本发明提供了能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法，使连接器组件在系统中正常连接时完成对自身连接可靠性的检测，对即将发生所述的连接性完全失效进行预判断，从而能够及时发现并处理连接性故障。

本发明所采用的技术方案是：能够实时自检连接可靠性的连接器组件，包括二个连接器母头、二个连接器公头和一条线缆，其特征在于：该连接器组件还包括检测单元、输出调理单元和指示记录单元，其中所述检测单元与所述输出调理单元连接，该输出调理单元用于调理所述检测单元的输入信号使其被有效保存到输出，所述指示记录单元和该输出调理单元连接，用于指示连接可靠性或将检测到的信息上传给系统，每个连接器母头一方面和其中一个连接器公头连接，另一方面与印刷电路板连接，所述二个连接器公头通过所述线缆连接，所述检测电路检测所述连接器母头与连接器公头之间以及所述线缆与所述二个连接器公头之间的专用通道的整个连接器组件的总体电阻，当该电阻超出阈值时，所述检测单元实时检测到并通过所述指示记录单元指示或者上传给系统预警。

本发明还公开了一种用于检测连接器组件的方法，其特点在于包括如下步骤：

(1)设置正电压源(V+)和负电压源(V-)的电压值；

(2)根据检测精度设定基准电压；

(3)根据正常连接情况下连接器专用检测通道和调整电平单元调整下产生的电压设定最大触发电压；

(4)电压比较单元对连接器组件专用通道的整体电阻在施加正负电压源时产生的触发电压和设定的基准电压进行比较，当触发电压超过基准电压阈值时，表示连接器组件发生连接性故障；调理比较单元的输出电压，并进行指示或上传信息给系统预警。

通过本发明的上述技术方案，能够实现连接器组件本身实时自检连接可靠性的功能。

附图说明

图1是连接器组件在电子系统中连接两个分离电路的模型；

图2a是两线制测量设备检测连接器的示意图；

图2b是四线制测量设备检测连接器的示意图；

图3是本发明的能够实时自检连接可靠性的连接器组件的结构框图；

图4是本发明选定为检测专用的通道示意图；

图5是检测单元实现检测连接可靠性的框图；

图6是一个精简的检测连接可靠性的示例图；

图7是本发明的检测方法的简化流程图；

图8是检测连接器组件可靠性电压示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。为清楚起见，省略了对完整理解本发明不必要的元素。这些附图提炼为简单的示意图，能够说明本发明的连接器组件的基本组成和检测方法。

本发明实现了能够实时自检连接可靠性的连接器组件及其检测方法，该连接器组件能够在正常的工作中实时检测连接可靠性，提高了电子系统的连接可靠性。

本发明的总体技术方案如下所述。在连接器组件上选定容易因变形应力而出现连接性问题的四周角落处的通道为专用检测连接可靠性的通道；连接器母头内嵌检测单元、输出调理单元和指示记录单元，实现连接器组件实时检测连接可靠性功能，其通过和所述印刷电路板连接，获取需要的正电压源和负电压源以及上传检测到的信息；检测单元的正电源经过调节电平单元的调节施加在连接器专用检测通道上的正端，同时负电压源施加在所述专用检测通道的负端，把连接器组件上的电阻变化转化为产生的电压变化作为连接器专用检测通道的触发的电压；连接器组件的连接可靠性是通过连接器组件上的专用检测通道上产生的触发电压和基准电压的比较得出，当检测到触发电压超过设定的基准电压阈值就表示连接出现故障，通过输出调理单元调理信号，指示记录单元就会进行连接故障指示和上报给系统处理。

图3是本发明的能够实时自检连接可靠性的连接器组件的结构框图。能够自检连接可靠性的连接器组件300的组成结构如虚线框内所示，包括连接器母头A301，其第一端311和连接器的公头A302通过螺栓110拧紧来迫使所述连接器母头A301的弹片111和所述连接器公头A302的触点112有效地低接触电阻连接，第二端312和印刷电路板A309连接，所述印刷电路板A309提供正电压源和负电压源以及上传信号的路径，第三端313和检测单元306连接，使所述检测单元306获取所需的正负两个电压源和上传信号的路径，同时也将连接器组件专用的检测连接可靠性的通道的正端经过电压调节单元连接到正电压源，负端连接到负电压源；线缆303通过咬合或焊接的形式使连接器公头A302和连接器公头B304形成经过有限长度线缆的有效低连通电阻的连接；连接器母头B305一方面通过螺栓110的拧紧迫使所述连接器母头B305的弹片和所述的连接器公头B304的触点有效地低接触电阻连接，另一方面和印刷电路板B310通过焊接进行正常工作的连接传输通信，在连接器母头B305内把两个专用检测通道按照和印刷电路板一样的焊接形式短接在一起，使所述的专用检测通道在连接器母头A301内形成一个检测回路；检测单元306嵌在连接器母头A301内，检测通过连接器组件的专用检测通道，如果通过所述连接器组件的触发电压超过设定的基准电压，检测单元就输出连接故障信号；输出调理单元307以及指示记录单元308都嵌入在连接器母头301A内，所述输出调理单元307调理检测单元的信号使其被有效保存到输出，所述指示记录单元308接收输出调理单元的信号，通过发光二极管或上传到系统指示发生的连接性故障。

图4是本发明选定为检测专用的通道示意图。在连接器组件的四个角落处由于受到的变形应力最大，是连接器组件最容易出现连接性故障的位置。连接器母头A301的横截面406，其选定角落处的通道400和401为一组作为连接器组件300检测专用通道，另一组为通道402和403；所述选定作为检测的通道通过在连接器母头B通过焊接线404来短接通道400和401形成一个检测回路，同样的通过焊接线405来形成通道402和403的检测回路；通过嵌入连接器母头A的检测单元通过调节电平单元施加正电压源到通道400，负电源到通道401，另一组测量通道402和403相应地进行施加检测；所述连接器母头A相应的管脚408连接到PCB板上提供的正电压源，管脚409连接到负电源，管脚410连接到用作上传检测结果的信号路径。

检测单元实现检测连接可靠性的框图如图5所示。电压源(V+)500通过电平调节单元501施加正电压到连接器组件504的正端503，同时电压源(V-)506施加一个负电压到连接组件504的负端505，通过电平调节单元的电压的调整，在检测点502上产生触发电压507；检测连接器可靠性的精度通过设置基准电压509确定；电压比较单元510通过比较在连接器组件专用的检测通道上产生的触发电压507和基准电压509产生的检测精度电压508的差值就可确认连接器组件的连接性能，当连接器组件连接可靠时，其在连接器专用通道上总体电阻为一个低阻值的范围，从而触发电压507不会超过设定的精度电压，随着变形应力、老化等故障的影响，连接器组件专用的检测通道的阻值慢慢变大，当达到超过设定的检测精度电压时，所述的电压比较单元输出连接性故障信号。

图6是完成检测单元功能的一个精简检测连接可靠性的示例图。正电压源(V+)500使用从印刷电路板提供的正电压V+601实现，所述的负电压源(V-)使用从电路板提供的负电压V-或0电势(地)604来实现；连接器组件514使用所述连接器组件内的专用检测通道603实现；正电压V+601经过电阻Rt602施加到连接器组件专用检测通道的正端610，同时负电压V-604连接到连接器的检测通道负端611，通过电阻Rt602阻值的调整，就可以产生需要的触发电压609；在本示例中精度电压就是带三态门的缓冲器607的输入阈值电压；当调节电阻Rt602使连接器组件的检测通道603在连接可靠时呈现低阻值范围时产生的触发电压609电压不高于缓冲器的输入阈值电压，因此正常的情况不会指示故障，当在连接器专用检测通道变得连接性不可靠时，其电阻增加，相应的触发电压将高于阈值电压，带有三态的缓冲器607在使能端605使能的情况输出检测到的故障信号608。由于在刚开机时期电源电压不稳定出现的噪声影响较大，为了不产生误报，在开机一定的时间后才开始检测连接器组件的连接可靠性。

如图7所示是本发明的检测连接器可靠性的简化流程图。首先根据电子系统的常用电源电压来设置检测单元需要配置的正电压源(V+)和负电压源(V-)的电压值，由于常见的电子系统使用标准的电平进行通信，所以推荐采用系统使用的标准电平如3.3V和5V等(步骤701)；其次是根据连接器组件需要检测的精度来设定基准电压，也可以直接利用缓冲器的输入阈值电压作为基准电压(步骤702)；一旦设定好基准电压以后，就可以根据连接器组件专用检测通道在正常可靠连接情况下的整体电阻在正负电压源和调整电平单元调整下产生的最大触发电压，并且需要预留一定的噪声容限(步骤703)；当上述的步骤都设置好后，就可以使连接器组件的专用通道的整体电阻在施加正负电压的情况下产生触发电压(步骤704)；在使能的条件下实时检测连接器组件专用通道上产生的最大触发电压，一旦超过设定的基准电压，电压比较单元就快速输出故障信号(步骤705)；最后电压比较单元输出的信号经过输出调理单元后，通过发光二极管指示或上传给系统预警(步骤706)。

如图8所示是检测连接器组件可靠性电压变化示意图。如果连接器组件连接可靠，在连接器组件专用的检测通道上的整体电阻为低，其产生的触发电压802不会高于设置的基准电压801，检测单元将不会输出故障，指示单元指示连接正常可靠；当连接器组件受到噪声的影响时，可能会使检测到的触发电压发生波动803，由于设置的时候考虑了噪声的容限所以不会超过基准电压而发生误报；随着温度的增高、老化随时间的加剧，表现在检测连接器组件专用通道的整体电阻会增加，从而导致触发电压805慢慢升高；当连接器组件受到瞬间的震动引起瞬间连接阻值变大，连接线发生了裂缝或疲劳损伤累积到了设定的检测精度等连接不可靠的情况，其触发电压804就会超过设定检测精度的基准电压801的阈值，检测单元输出连接性故障，指示单元指示发生了连接性不可靠情况，通过发光二极管指示或上传连接器组件的故障，系统通过记录发生的故障和次数就能预警连接器组件的可靠性。

下面进一步描述本发明的实施例。

在已经定型的连接器线缆组件的基础上，利用该发明的检测连接可靠性的方法也可以实现一种变通的连接器组件的连接可靠性的检测。其实施方式就是把检测单元和输出调理单元以及指示记录单元在电子系统的印刷电路板上实现，所述定型的连接器组件根据本发明选择检测通道的原则选择四个角落处的通道作为检测通道，并在另一端的印刷电路板端设置选定的通道短接，通过检测单元的实时检测选定的检测通道上产生的触发电压是否大于基准电压，就能够判断检测的连接器组件是否发生连接性故障，采取上述实施方式将减少原始连接器组件的通道数量和系统资源。

通过本发明的上述技术方案，能够实现实时自检连接可靠性的连接器组件，使采用该连接器组件和检测方法的电子系统能够预警连接器组件本身的连接可靠性，从而提升电子系统整体的可靠性。

虽然上述对本发明在能够实时自检连接可靠性的连接器组件实例中已经描述了。需要理解的是，本发明并不限制于所公开的实施方式，而是意在覆盖包括在所附的权利要求书中的实质和范围之内的各种修改和等同布置及其等同物。

Claims (10)

1.能够实时自检连接可靠性的连接器组件，包括二个连接器母头、二个连接器公头和一条线缆，其特征在于：该连接器组件还包括检测单元、输出调理单元和指示记录单元，其中所述检测单元与所述输出调理单元连接，该输出调理单元用于调理所述检测单元的输入信号使其被有效保存到输出，所述指示记录单元和该输出调理单元连接，用于指示连接可靠性或将检测到的信息上传给系统，每个连接器母头一方面和其中一个连接器公头连接，另一方面与印刷电路板连接，所述二个连接器公头之间通过所述线缆连接，所述检测电路检测所述连接器母头与连接器公头之间以及所述线缆与所述二个连接器公头之间的专用通道的整个连接器组件的总体电阻，当该电阻超出阈值时，所述检测单元实时检测到并通过所述指示记录单元指示或者上传给系统预警。

2.根据权利要求1所述的连接器组件，其特征在于：所述检测单元包括正电压源、负电压源、电平调节单元、基准电压和电压比较单元。

3.根据权利要求1或2所述的连接器组件，其特征在于：所述检测单元、输出调理单元和指示记录单元内嵌入所述连接器母头。

4.根据权利要求1或2所述的连接器组件，其特征在于：所述连接器组件和印刷电路板有正电压源、负电压源和信号传输路径相连接。

5.根据权利要求1所述的连接器组件，其特征在于：所述连接器组件的专用通道设置在容易应力变形的四个角落处。

6.根据权利要求1所述的连接器组件，其特征在于：所述指示记录单元通过信号路径上传给系统，系统通过记录分析连接故障的次数进行预警。

7.根据权利要求2所述的连接器组件，其特征在于：所述基准电压根据检测精度进行设置。

8.根据权利要求1所述的连接器组件，其特征在于：所述检测单元、输出调理单元和指示记录单元在印刷电路板上实现。

9.一种用于检测根据权利要求1-8中任一项所述连接器组件的方法，其特点在于包括如下步骤：

(1)设置正电压源(V+)和负电压源(V-)的电压值；

(2)根据检测精度设定基准电压；

(3)根据正常连接情况下连接器专用检测通道和调整电平单元调整下产生的电压设定最大触发电压；

(4)电压比较单元对连接器组件专用通道的整体电阻在施加正负电压源时产生的触发电压和设定的基准电压进行比较，当触发电压超过基准电压阈值时，表示连接器组件发生连接性故障；

(5)调理比较单元的输出电压，并进行指示或上传信息给系统预警。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：根据要求检测的精度设置基准电压，并根据连接可靠情况下连接器组件专用检测通道在正负电压源和电平调节单元作用下产生的电压以及考虑噪声容限的条件下设置最大触发电压。