CN109507483A - 一种多线连接器电气性能多通路检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多线连接器电气性能多通路检测系统，包括计算机控制、上位机、继电器阵列、偏置电压、接触电阻测量、绝缘电阻测量、样品连接7个模块。连接器多线路接至检测系统；设定测试参数，包括通信串口、样品通路选择、电气性能测量间隔、存储文件名，并选择电气性能测量模式。绝缘电阻和接触电阻测量模块可测量已选通路的绝缘电阻和接触电阻，结果存储到计算机并实时显示电阻曲线。未被选通的通路始终接入预置电位差的偏置电压源。应用本发明通过分时复用的方式检测多线连接器多通路的绝缘电阻或接触电阻，同时保持非电气测量的通路通过继电器阵列模块接入偏置电压源。该发明可对多个多线连接器进行重复实验，减少实验操作引入的误差。

Description

一种多线连接器电气性能多通路检测系统

技术领域

本发明设计涉及一种多线连接器电气性能多通路检测系统，特别是实现在温湿环境和线路间电位差模拟实验中，对多个连接器的多线路间绝缘电阻和电触点接触电阻进行在线监测和电阻数据曲线的实时显示。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，市场对于便携式产品的需求不断增加，电子设备大量向小型化、便捷化的发展，推动了印刷电路板和电子元器件向小型化、高性能、多引线和细线间距化发展。电子设备中连接器小型化后导电线路之间的线间距减小、触点的正压力降低，当设备应用在复杂温湿、偏置电压环境条件下，使得连接器的导体间绝缘性能和触点间电接触性能成为影响电子设备可靠性的关键问题。因此，对高密度多线连接器多线路之间的绝缘特性和多触点的电接触特性进行不同环境下的在线监测，研究其退化特性和失效机理已经成为电子设备可靠性检测，指导产品设计和生产的一个急迫需求。

电连接器的主要电气性能包括了表征线间绝缘材料绝缘性能的表面绝缘电阻和表征电触点导通程度的接触电阻。

在高温和潮湿的工作环境中，绝缘材料表面吸附水分，溶解了大气尘土中的可溶性盐或加工过程中的污染残余物，导致绝缘性能降低，造成电子设备短路事故的发生。为了保证电子设备在使用时的安全性，要求对各种电子设备中多线连接器处于一定的模拟环境中的线间绝缘电阻进行检测，判断其表面绝缘性能是否由于离子导电或金属电极之间的电化学迁移而退化。接触电阻是指连接器公端和母端配合接通后，两个端子导体搭接界面处的电阻。当连接器触点材料在湿热环境中发生腐蚀形成膜层电阻，接触电阻值将大幅上升，会造成连接器信号传导失效，甚至由于高接触电阻发热而出现烧蚀。要求对各种电子设备中多线连接器处于一定的模拟环境中的触点接触电阻进行检测，判断其传导性能是否仍可接受。

当探寻实际应用环境和工况条件下绝缘性能和触点间电接触性能的变化特性时，需要获取在不同条件下的连接器绝缘电阻和接触电阻的变化特性曲线。连接器线间绝缘电阻和触点接触电阻在不同工作环境中随时间呈非线性变化，且由于电化学迁移形成晶枝短路现象绝缘电阻还具有突变特性，因此，需要一个环境和工作条件可控的在线连接器绝缘电阻和接触电阻检测系统，实时显示电气特性的退化趋势和特性。另外，由于多线连接器的线间绝缘电阻和接触电阻与连接器材料、加工工艺、工作环境条件直接相关，各种失效退化现象呈现一定的概率分布，单个样品的变化曲线并不具有代表性，单次实验往往需要多个同型号样品的实验数据统计才能代表该型号连接器的性能。如果需要横向对比两款或更多连接器的性能，更需要测量设备具有多通路的测量能力。如果需要同时检测连接器在不同模拟环境中绝缘阻值和接触阻值的变化特性，需要设备具有连接器样品工作条件可控，高频率检测两种电阻并实时显示变化趋势的功能。

目前现有的绝缘电阻和接触电阻测量设备存在如下问题：

1、只能完成单样品单通路的单一参数(绝缘电阻或接触电阻)单次测量功能；

2、无法做到跟踪监测连接器样品在工作模拟环境下的绝缘电阻和接触电阻随时间的变化过程；

3、无法满足工作模拟环境实验期间多样品多线路的绝缘电阻和接触电阻的同时检测，也无法完成实验期间待测样品的外部偏压工作条件的供给。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一个能满足上述需求的连接器电气性能多通路检测系统，即一套能够实时在线监测多个样品多通路的绝缘电阻和接触电阻，并实时显示阻值变化曲线的在线检测系统。

为达到上述目的，本发明设计了一套连接器电气性能多通路检测系统，系统包括计算机控制模块1，上位机模块2，继电器阵列模块3，偏置电压模块4，接触电阻测量模块5，绝缘电阻测量模块6，样品连接模块7。

计算机控制模块1，包括人机交互11和数据存储单元12。人机交互11负责和实验操作人员的界面交互；数据存储单元12，用于存储回传的数据。

上位机模块2，包括数据传送单元21和指令发送单元22。数据传送单元负责接收绝缘电阻和接触电阻测量数据，并上传给计算机控制模块1；指令发送单元22负责将接收到的指令发送至继电器模块3。

继电器阵列模块3，包括通路选择单元31和功能选通单元32。功能选择开关A和B，和通路1～30选择开关，偏置电压源控制开关1～30，开关31～35，其中通路i选择开关有三个选择位分别为Ci和Di和Ei(i＝1～30)。功能选通单元32根据指令传送单元22发出的指令，通过通路选择开关A和B负责其中当前样品绝缘电阻或触点n(n＝1)接触电阻的测量通路的接通，进而控制开关31～35的接通。通路选择单元31根据指令传送单元22发出的指令接通通路1～30选择开关Ci或Di。通路i选择开关Ci负责将样品触点n(n＝1)接入接触电阻测量模块，通路i选择开关Di负责将样品接入绝缘电阻测量模块。通路i选择开关Ei 负责断开样品与绝缘电阻测量模块的连接或者接触电阻测量模块的连接。在非测量期间接通偏置电压模块4中的偏置电压源41，此时通路i选择开关Ei接通，通路i与测量模块断开。

偏置电压模块4，负责在样品待测量期间提供线间的电位差，以模拟连接器使用的工作条件。

接触电阻测量模块5，包括恒流源51和A/D采集卡52。负责当前样品通路的接触电阻阻值测量功能和测量值上传功能。

绝缘电阻测量模块6，包括稳压源61和皮安表62。负责当前样品通路的绝缘电阻阻值测量功能和测量值上传功能。

样品连接模块7，包括样品1～30和焊接完成的杜邦线。用于连接处于实验环境(温湿箱)中的样品组和继电器阵列模块。

较佳地，所述系统能够同时测量多个连接器样品多线间的绝缘电阻阻值和电触点接触电阻阻值并描绘过程的变化曲线，实现此特征的单元包括：计算机控制模块1，上位机模块2，继电器阵列模块3，接触电阻测量模块5，绝缘电阻测量模块6。

较佳地，所述系统能够模拟连接器使用工作条件的线间电位差，实现此特征的单元包括：偏置电压模块。

附图说明

图1是连接器电气性能多通路检测系统结构示意图；

图2是继电器阵列模块逻辑运行图

图3是接触电阻测量模块接线图

图4是绝缘电阻测量模块接线图

图5是样品触点接触电阻和线间绝缘电阻接线点说明图

具体实施方式

本发明提出的多通路连接器电气性能检测系统，通过分时复用的方式检测多个多线连接器样品的绝缘电阻和接触电阻的阻值，同时保证了在非电气测量期间给所有待检样品各通路间施加预置电位差。该发明可对多连接器样品不同线路间进行重复对比实验，缩短实验时间，减少多批次实验操作引入的误差。此设备的操作过程为：连接器样品的正负极通过焊接杜邦线连接至检测设备的连接线。在计算机上打开测试程序，根据需要选择不同的功能。包括通讯串口的选择、待测样品通路的选择、绝缘电阻、接触电阻的测量频率即每一通路测量间隔时间的设置、数据存储Excel文件命名等操作。在设置界面内，实验操作人员可以根据实验需求选择测量绝缘电阻、测量接触电阻。点击选择上述两种测量模式的任一测量模式后，相应的参数设置区域会被激活。在设置完参数，勾选完放置样品的通路后，点击确定将进入测量界面。实验操作人员可通过操作测量界面来监测样品测量的运行状态。需要查看某一路样品时，在右侧通路选择框勾选相应的编号。暂停/继续按钮用于实验中途的暂停和恢复，停止按钮用于结束实验和保存数据。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

各个模块介绍如下：

计算机控制模块1，包括人机交互11和数据存储单元12。在设置界面内，实验操作人员可以根据实验需求选择测量绝缘电阻、测量接触电阻或者两者分时复用测量。点击任一测量模式后，相应的参数设置区域会被激活。例如，接触电阻测量时，实验人员选择接触电阻测量按钮，同时设置测试电流也就是恒流源51所要施加的恒流I1,同时选择需要测量的样品通路即通路1～30中的任意通路编号。绝缘电阻测量时，实验人员选择绝缘电阻测量按钮，同时选择需要测量的样品通路即通路1～30中的任意通路编号。测试数据存储在数据存储单元 12。

上位机模块2，包括数据传送单元21和指令发送单元22。实验人员根据需求选择测量一个或多个连接器样品的某一线路的绝缘电阻或者接触电阻，计算机控制模块1将指令发送到指令传送单元22。指令传送单元22根据人机交互11选择的不同功能将指令发送至继电器阵列模块3。

继电器阵列模块3，包括通路选择单元31、功能选通单元32、功能选择开关A和B、通路1～30选择开关、开关31～35以及偏置电压源控制开关1～30，其中通路i选择开关有三个选择位分别为Ci和Di和Ei(i＝1～30)。通路i选择开关Ci负责将样品i触点n(n＝1)接入接触电阻测量模块，通路i选择开关Di负责将样品接入绝缘电阻测量模块。通路i选择开关 Ei负责断开样品与绝缘电阻测量模块的连接或者样品触点n(n＝1)与接触电阻测量模块的连接，在非测量期间把通路i接通偏置电压模块4中的偏置电压源41。详细执行过程如图2所示，上电接通后，偏置电压源41，通过偏置电压源控制开关1～30与30路样品接通，进入初始状态，此时所有样品还没进入测量状态，所有样品通路均接入偏置电压源，所有通路选通开关的三个选择位均置于Ei。指令发送单元22将指令传送至功能选通单元32。

功能选通单元32开始判断是否为接触电阻测量，若为是，则功能选择开关B接通，同时通路选择单元31根据指令接收到的待测通路编号将当前通路i1～30选通开关中的三个选择位对应的Ci接通，同时断开当前待测通路i对应的偏置电压源控制开关i，实现通路i的接触电阻测量。当前接触电阻测量完成后，断开当前接通的通路i选择开关Ci。将当前通路i对应的偏置电压源开关i接通。同时当前通路i接触电阻测量完成后判断是否所有样品i触点n (n＝1)测量完成。若为是，则断开功能选择开关B，并进行计时，此时所有样品i触点n(n＝1) 接触电阻测量完成。若为否，继续测量下一个通路。若功能选通单元32开始判断为绝缘电阻测量，则通路选择开关A接通，同时通路选择单元31根据指令接收到的待测通路编号将当前通路i选择开关中的三个选择位对应的Di接通，同时断开当前通路i对应的偏置电压源控制开关i，实现通路i的绝缘电阻测量。当前通路i绝缘电阻测量完成后，断开当前接通的通路i选择开关Di。将当前通路i对应的偏置电压源开关i接通。同时当前样品通路绝缘电阻测量完成后判断是否所有样品通路测量完成。若为是，则断开功能选择开关A，并进行计时，此时判断所有样品通路绝缘电阻测量完成。若为否，继续测量下一个通路。若功能选通单元 32开始判断既不是绝缘电阻测量也不是接触电阻测量，功能选择开关A、B不接通，当前通路i选择开关中的三个选择位对应的Ei接通，样品通路全部接入偏置电压源41。这就实现了分时复用测量样品通路绝缘电阻和触点n(n＝1)接触电阻的功能。同时在样品通路非测量期间与通路i对应的偏置电压源控制开关i1～30会接通，保证了待测量期间的外部偏置电压的供给。

偏置电压施加模块4，包括偏置电压源4，用于在连接器样品非测量期间提供偏置电压模拟使用场景。连接器样品通路在待测量绝缘电阻或接触电阻时偏置电压源正极与负极分别接在样品通路正极与负极。通过偏置电压源控制开关1～30来断开或接通偏置电压源的正极。

接触电阻测量模块5，包括恒流源51和A/D采集卡52。如图5所示，此为单通路接触电阻与绝缘电阻测试图。触点n(n＝1，n＝2)表示此连接器样品有两个触点，实际每个样品可能有多个触点即n＝(1，2…)，此处为方便的表述系统功能(绝缘电阻测量与接触电阻测量)，每个样品触点1为被测触点即为一个通路，触点2未测量，因此在图1中有30个样品，60个触点，其中每个样品的触点1作为被测触点，总计30个被测触点也即30通路。如图5所示，恒流源51通过连接到图5所示触点n(n＝1)电流正和触点n(n＝1)电流负的连线给样品施加恒流I1后，A/D采集卡52通过连接到图5所示触点n(n＝1)电压正和触点n(n＝1)电压负的连线测量到图5所示触点n(n＝1)两端电压U1，进而通过R1＝U1/I1推算出接触电阻R1 值。故测量系统样品端为一正一负两条测量线和一正一负两条电源线。具体测量过程如图3 所示，接触电阻的测量为四点法测量，A/D采集卡52正极通过开关34与图5所示的触点n (n＝1)电压正相连，开关34由功能选择开关B控制，A/D采集卡52负极通过开关35与图 5所示的触点n(n＝1)电压负相连，恒流源51正极通过开关33接在通路1～30选择开关Ci，当通路i选择开关Ci接通时，与图5所示的触点n(n＝1)电流正相连电流源51负极通过开关34与图5所示触点n(n＝1)电流负相连。A/D采集卡52和恒流源51的数据通过USB转串口线传输给数据传送单元21。

绝缘电阻测量模块6，包括稳压源61和皮安表62。如图4所示，绝缘电阻的测量是通过自带稳压源61的高阻计给连接器被测线路之间施加恒压U2后，皮安表62测量通过线路间绝缘材料的漏电流I2，进而通过R2＝U2/I2计算出线间绝缘电阻R2值。体测量过程如图4所示高阻计自带稳压源61正极通过开关31，接到通路i选择开关Di，通过选择开关接到样品通路绝缘电阻测量的正极，从样品通路绝缘电阻负极出来到开关32，从开关32接到皮安表62的正极，最后皮安表62的负极与稳压源61的负极与地线相连并连接到绝缘电阻外部的金属屏蔽层。高阻计自带稳压源61和皮安表62的数据通过USB 转串口线传输给数据传送单元21。

样品连接模块7，样品连接模块负责连接样品和继电器阵列模块3，主要为30组焊接完成的杜邦线，待测样品通过杜邦线连接继电器阵列模块3。

由计算机控制的人机交互窗口可实现：

1、样品通路的选择、测量功能的选择、绝缘电阻和接触电阻测量的频率。

2、实验数据的采集，存储以及电阻随时间变化的曲线可视化处理，以便实验人员实时观测。

3、启动测量实验；

4、在交互界面选择样品通路，并选择接触电阻测量或绝缘电阻测量。

5、实验过程中，数据传送单元21接收绝缘电阻测量模块6或者接触电阻测量模块5发送过来的测试数据并将数据上传给数据存储单元12，人机交互11将存储的数据进行处理与展示。

由上述可见，本发明一种连接器电气性能多通路检测系统，该实验系统可实现多样品多通路的接触电阻以及线间绝缘电阻的在线测量，可在计算机上实时观察样品的电阻变化曲线，并且将数据存储在计算机磁盘上

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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，本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (3)

1.一种多线连接器电气性能多通路检测系统，其特征在于，该系统用于实现多线连接器中电触点的接触电阻以及线间绝缘电阻的交替轮序测量，以及，用于在计算机上实时观察连接器每条线路的触点接触电阻和线间绝缘电阻的变化曲线，并且将数据存储在计算机硬盘上，该系统包括：计算机控制模块，上位机模块，继电器阵列模块，偏置电压模块，接触电阻测量模块，绝缘电阻测量模块，样品连接模块，其中，

计算机控制模块，包括：人机交互和数据存储单元，数据存储单元用于存储接触电阻和绝缘电阻测试数据，进行实时测试电阻曲线显示；人机交互控制继电器阵列模块选取被测连接器的某一通路，并进行偏置电压模块、接触电阻测量模块和绝缘电阻测量模块之间的切换；

上位机模块，包括：数据传送单元和指令传送单元，指令传送单元用于支持软件系统的运行，数据传送单元用于接收接触电阻测量模块、绝缘电阻测量模块上传的数据。

继电器阵列模块，包括：通路选择单元和功能选通单元，功能选择开关A和B，通路1～30选择开关Ci和Di和Ei(i＝1～30)，开关31～35，偏置电压源控制开关1～30；此模块用于将多个连接器样品的多条线路接入绝缘电阻或接触电阻测量通路，通过功能选择开关A和B实现样品某一通路的触点接触电阻和线间绝缘电阻的测量选择，通路选择单元通过开关Ci和Di和Ei(i＝1～30)以及开关31～35用于连接器样品某一通路的选择；当多线连接器未处于测量状态时，则通过偏置电压源控制开关1～30接入偏置电压模块，模拟连接器实际使用情况中线路之间承受的电位差；

偏置电压模块，包括：偏置电压源，该偏置电压源使用多路稳压源用于给连接器在非测量绝缘电阻和接触电阻期间提供线间偏置电压，模拟连接器实际使用情况下的线间电位差；

接触电阻测量模块，包括：恒流源和A/D采集卡，连接器触点接触电阻的测量是通过一台恒流源给线路中电触点施加恒流I1后，A/D采集卡测量电触点两侧的电压U1，进而通过R1＝U1/I1推算出接触电阻R1值；

绝缘电阻测量模块，包括：内置稳压源和皮安表的高阻计，连接器线间绝缘电阻的测量是通过自带稳压源的高阻计给连接器被测线路之间施加恒压U2后，通过皮安表测量线路间绝缘材料的漏电流I2，进而通过R2＝U2/I2计算出线间绝缘电阻R2值；

样品连接模块，包括：30根杜邦线、连接器样品1～30，用于通过杜邦线连接处于一定实验环境(温湿箱)中的连接器样品1～30中的多条线路和继电器阵列模块。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统可实现以分时复用的方式对多个多线连接器样品进行多通路接触电阻以及线间绝缘电阻的测量，并能实现实时监测对比样品阻值的变化，避免了人工操作所不能达到的测试频率。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，能够在非电阻测量期间通过继电器阵列模块将指定一个或者多个多线连接器样品接入偏置电压模块，给所有待检样品各通路间加载可设置的外部偏置电压。