CN113490334A - 一种宇航光纤惯组电气级联方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种宇航光纤惯组电气级联方法，通过采用具有抗辐照指标的高温带状电缆实现宇航光纤惯组内电路板、电连接器、光纤陀螺仪之间的电气连接；通过把带状电缆导线端头焊接在表面安装焊盘上实现带状电缆与电路板的电气连接；通过使用环氧胶固定带状电缆导线端头，实现带状电缆焊点在力学环境下不受力的目的；通过设计制作异形带状电缆实现电连接器、光纤陀螺仪与电路板之间的电气连接；通过在电路板上顺序设计与带状电缆相邻导线一一对应的焊盘实现带状电缆的顺序连接，大大提高了装配和检验的正确性以及生产效率；通过使用表面安装焊盘焊接带状电缆导线端头，有效降低了在通孔焊盘内焊接导线端头的装配难度使焊接和返修难度更低。

Description

一种宇航光纤惯组电气级联方法

技术领域

本发明涉及一种宇航光纤惯组电气级联方法，属于惯性测量技术领域。

背景技术

宇航光纤惯组主要功能是测量航天器三正交轴相对于惯性空间的转动角速度，为航天器实现高精度和高稳定度的姿态控制提供姿态测量信息，是航天器的关键重要部件，其电气连接可靠性的高低直接影响航天器使用寿命。因此结构紧凑空间狭小的光纤惯组各个电气部件间电气连接可靠性是光纤惯组研制工作主要内容。

光纤惯组由光纤陀螺仪、电路板、电连接器等电气部件组成，目前各电气部件之间通过单根软导线、刚挠结合印制电路板进行电气连接，实现测量和控制信息的相互交换。

1.单根软导线通过焊接在电路板的通孔焊盘上实现电气互联和固定，主要存在以下缺陷：

1)焊接导线的通孔连接了电路板的多个内电层，焊接导线时由于热量散失较快造成焊接难度增加，必须依靠预热等多种工艺手段才能保证焊接质量。

2)装配完成后由于多根导线长短不一，造成导线在产品内部杂乱无序，增加了产品体积空间，降低了产品可靠性。

3)由于导线较多，焊接导线的位置很容易出现错误，必须通过互检、专检形式进行多次检查确认，不仅增加了生产工时，同时使用万用表多次接触焊盘进行连接关系确认，对焊盘也会造成损伤。

4)由于产品内部空间狭小，焊接导线时只能从元件面进行焊接操作，不能从焊点面进行焊接操作，造成绝缘皮内部的导线被焊锡浸润变硬，导线在变硬处极易被折断，引起电气故障。

2.刚挠结合印制电路板通过把挠性印制板两端带有过孔的刚性电路板焊接到另一个电路板插针上的方法实现电气互联和固定，该方法主要存在以下缺陷：

1)挠性印制线与单根导线相比机械强度低，允许的弯曲半径比单根导线大，造成产品体积增大，同时装配时必须小心操作，防止挠性印制线折损，增加了装配难度。

2)刚挠结合印制电路板中的刚性印制板焊接到另一块电路板的插针上后，返修拆卸刚挠结合印制电路板时，需要把所有插针上的过孔全部清理干净后，才能拆下，所以拆卸操作难度非常大，非常不具备可维修性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种宇航光纤惯组电气级联方法，具有弯曲半径要求小、机械强度高、结构紧凑的优点，同时通过使用表面安装焊盘替换通孔安装焊盘，从而降低了操作难度，提高了产品可靠性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种宇航光纤惯组电气级联方法，所述宇航光纤惯组包括光纤陀螺仪、电连接器、电路板；电路板共三块，其中两块电路板位于同一平面内，分别为第一电路板和第二电路板；另一块电路板即第三电路板与第一电路板或第二电路板一块平行设置；

所述方法步骤如下：

(1)在电路板的需要连接的端口设置表面安装焊盘，带状电缆线中每一根电缆对应一个表面安装焊盘，根据带状电缆线相邻两根电缆中心轴线间距，以及单根电缆线芯直径，确定表面安装焊盘的尺寸；

带状电缆线，由多个并列排布的单根电缆组成；每根电缆中包括线芯和绝缘层；

(2)设置带状电缆线中每一根电缆两端的电气特性相同；共设置四组带状电缆线，并确定各组带状电缆线的线形；

(3)将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第一组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第三电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第二组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘、第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与光纤陀螺仪需要连接的端口通过第三组带状电缆线连接；第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与电连接器需要连接的端口通过第四组带状电缆线连接；

(4)带状电缆线中每一根电缆在距离对应电路板端口处表面安装焊盘边缘至少5mm处作为固定点与电路板进行固定，即使用环氧胶对固定点进行固定。

进一步的，所述带状电缆线具有抗辐射性能，抗电离总剂量不小于100krad(Si)。

进一步的，每组带状电缆线中的各个单根电缆线的颜色不同。

进一步的，所述带状电缆为耐高温电缆，耐200℃以上高温。

进一步的，第一组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成U形结构；第二组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成C形结构；第三组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成人字形结构；第四组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成L形结构；所述的人字形结构为位于同一平面的电缆线分成两个不同空间的对称L型结构。

进一步的，所述表面安装焊盘为双排焊盘，单个焊盘之间的距离S应满足最小电气安全间隙要求。S优选尺寸为不小于1mm。

进一步的，所述固定点的固定方式为使用环氧胶将带状电缆的固定点固定在电路板上，环氧胶常温固化大于24小时。

进一步的，所述表面安装焊盘的焊盘宽度D应不小于2倍电缆外径d，焊盘长度L应大于2.5mm。

所述光纤惯组为航天器姿态控制的光纤陀螺惯组。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)产品内部导线长短协调一致，整齐美观。增加了产品美观性；

(2)导线焊接操作难度减小，自检和互检及专检不再使用万用表测量导通性，通过目测就可以完成，提高了生产效率。

(3)继承了单根导线的弯曲半径小和柔性导线整齐有序的优点；克服了单根导线的长度长短不一、柔性导线弯曲半径要求大的缺点。

(4)采用带状电缆进行电气连接不仅减小了有效载荷空间，而且具备了和单根导线相同的机械弯曲性能，比柔性线可以承受较大工作电流，并具有更好的机械性能；

(5)表面安装焊盘代替通孔安装焊盘与导线端头焊接，使焊接和返修难度更低，避免了在过孔焊盘上焊接导线端头时导线容易在焊点上方折断的质量隐患，提高了电气连接的可靠性。

附图说明

图1为本发明电路板设计示意图；

图2为本发明表面安装焊盘尺寸示意图；

图3为本发明双排焊盘示意图；

图4-7为本发明带状电缆安装的示意图；

图8为本发明带状电缆焊接固定示意图；

图9为本发明带状电缆环氧胶固定示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

宇航光纤惯组应用于卫星等空间飞行器中，要求宇航光纤惯组体积小、重量轻、耐辐射、可靠性高，在结构设计中几乎没有导线的安装空间，经常出现导线绝缘皮被挤压损伤、整机绝缘性能下降、返修难度大造成可靠性降低等质量问题，通过使用本发明可以有效解决目前使用单根导线进行电气互联存在的杂乱无序、导线端头在通孔焊盘内焊接和返修难度大、导线容易在焊点上方断裂等质量隐患；同时也有效解决了柔性线进行电气互联存在的返修难度高问题，大大提高了产品的可靠性。

光纤陀螺仪，需要连接的端口，具体为：电源输入端口、信号输出端口电连接器，需要连接的端口，具体为：信号输入输出端口

第一电路板，具体为：数据处理电路，完成对光纤陀螺仪输出数据进行处理

第二电路板，具体为：输入输出接口电路，通过电连接器与计算机进行信息交换。

第三电路板，具体为：电源电路，为光纤陀螺仪、其它电路板提供电源。

本发明一种宇航光纤惯组电气级联方法，所述宇航光纤惯组包括光纤陀螺仪、电连接器、电路板；电路板共三块，其中两块电路板位于同一平面内，分别为第一电路板和第二电路板；另一块电路板即第三电路板与第一电路板或第二电路板一块平行设置，如图1所示。

所述方法步骤如下：

(1)在电路板的需要连接的端口设置表面安装焊盘，带状电缆线中每一跟电缆对应一个表面安装焊盘，根据带状电缆单根电缆外径，确定表面安装焊盘的尺寸；优选方案具体如下：焊盘宽度D应不小于2倍电缆外径d，焊盘长度L应大于2.5mm，优选3mm，如图2所示。

表面安装焊盘为双排焊盘，双排焊盘能够起到焊接完成后带状电缆各单根导线保持原有距离不发生变化，保持带状电缆自然状态的作用；根据带状电缆线相邻两根电缆中心轴线间距P，确定相邻焊盘之间的距离为P，同时单个焊盘之间的距离S应满足最小电气安全间隙要求，S优选尺寸为不小于1mm，如图3所示。

带状电缆线，由多个并列排布的单根电缆组成；每根电缆中包括线芯和绝缘层；

带状电缆线具有抗辐射性能，指标为：抗电离总剂量不小于100krad(Si)。

(2)设置带状电缆线中每一跟电缆两端的电气特性相同，共设置四组带状电缆线，并确定各组带状电缆线的线形；优选方案具体如下：

第一组带状电缆线将经过处理的光纤陀螺仪信号输出到输入输出接口电路，各电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成U形结构，主要实现以下目的：第一，实现被连接电路板是否存在于一个结构腔体内，均可以实现可靠连接；第二，第一组带状电缆线可以穿过结构孔洞，此时穿过孔洞部位的带状电缆线要设置成圆形；第三，第一组带状电缆线中间部位要留有足够长度，实现和机械结构之间的接触和固定；同时实现被连接的2个电路板能够以电路板边缘为旋转轴的90°翻转，利于电路板返修及排查故障，见图4。

第二组带状电缆线将经过处理的电源信号输出到信号处理电路，各电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成C形结构，电路板之外的带状电缆线长度应是电路板之间间距的1.5倍。主要实现以下目的：第一，保持带状电缆线有足够的应力释放弯，使其处于自然状态，同时中间部位能够实现胶接固定；第二，实现被连接的2个电路板能够以电路板边缘为旋转轴的90°翻转，利于电路板返修及排查故障，见图5。

第三组带状电缆线将经过处理的电源信号输出到光纤陀螺仪，并把光纤陀螺仪输出信号传送到信号电路；各电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成人字形结构，电路板之外的带状电缆线长度应是电路板之间间距的1.5倍。主要实现以下目的：第一，保持带状电缆线有足够的应力释放弯，使其处于自然状态，同时中间部位能够实现胶接或机械固定；第二，实现被连接的2个电路板能够以电路板边缘为旋转轴的90°翻转，利于电路板返修及排查故障，见图6。

第四组带状电缆线是计算机和宇航光纤陀螺组合信息交换通道；各电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成L形结构，电路板之外的带状电缆线长度应是电路板与电连接器之间间距的1.5倍。主要实现以下目的：第一，保持带状电缆线有足够的应力释放弯，使其处于自然状态，同时中间部位能够实现胶接或机械固定；第二，实现被连接电路板能够以电路板边缘为旋转轴的90°翻转，利于电路板返修及排查故障，见图7。

(3)将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第一组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第三电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第二组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘、第三电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与光纤陀螺仪需要连接的端口通过第三组带状电缆线连接；第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与电连接器需要连接的端口通过第四组带状电缆线连接；优选方案具体如下：

四组带状电缆线要分开单独连接固定，相互之间不能交叉、重叠、挤压，第四组带状电缆线中光纤陀螺仪的信号输出端和供电端不能交叉，单独进行连接和固定，保持线缆原顺序和形状，见图8。

(4)带状电缆线中每一跟电缆距离其对应的表面安装焊盘边缘5mm处作为固定点与电路板进行固定，即使用环氧胶对固定点进行固定。优选方案具体如下：固定胶点高出线缆绝缘皮应不小于0.5mm，胶液中不能存在10放大镜目视可见的气泡，常温固化24小时，不能移动，见图7。

本发明通过采用具有抗辐照指标的高温带状电缆实现宇航光纤惯组内电路板、电连接器、光纤陀螺仪之间的电气连接；通过把带状电缆导线端头焊接在表面安装焊盘上实现带状电缆与电路板的电气连接；通过使用环氧胶固定带状电缆导线端头，实现带状电缆焊点在力学环境下不受力的目的；通过设计制作异形带状电缆实现电连接器、光纤陀螺仪与电路板之间的电气连接；通过在电路板上顺序设计与带状电缆相邻导线一一对应的焊盘实现带状电缆的顺序连接，大大提高了装配和检验的正确性以及生产效率；通过采用带状电缆进行电气连接不仅减小了有效载荷空间，而且具备了和单根导线相同的机械弯曲性能，比柔性导线机械性能更强。通过使用表面安装焊盘焊接带状电缆导线端头，有效降低了在通孔焊盘内焊接导线端头的装配难度，避免了在过孔焊盘上焊接导线端头时导线容易在焊点上方折断的质量隐患，提高了电气连接的可靠性。

1)根据电气连接关系在各个电路板上设计电气性能一一对应的表面安装焊盘，见图1。

2)根据产品空间尺寸设计带状电缆加工尺寸，见图4～图7。

3)把带状电缆一一对应焊接到电路板相应的表面安装焊盘上，见图8。

4)使用环氧胶把带状电缆固定在电路板上，见图9。

1)带状电缆设计完成归档后进行加工，实现了电缆设计和加工的量化控制。

2)电缆焊接及返修操作比通孔焊盘更加简单可靠，对焊盘没有丝毫损伤。

3)电缆连接完成后，使用目测就可以完成电缆连接的正确性检查，不在使用万用表进行测量检验，减少了万用表表笔对焊点的机械力，提高了焊点可靠性。

4)电缆的有序安装和固定，避免了各信号之间的相互串扰，提高了信号的稳定性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述宇航光纤惯组包括光纤陀螺仪、电连接器、电路板；电路板共三块，其中两块电路板位于同一平面内，分别为第一电路板和第二电路板；另一块电路板即第三电路板与第一电路板或第二电路板一块平行设置；

所述方法步骤如下：

(1)在电路板的需要连接的端口设置表面安装焊盘，带状电缆线中每一根电缆对应一个表面安装焊盘，根据带状电缆线相邻两根电缆中心轴线间距，以及单根电缆线芯直径，确定表面安装焊盘的尺寸；

带状电缆线，由多个并列排布的单根电缆组成；每根电缆中包括线芯和绝缘层；

(2)设置带状电缆线中每一根电缆两端的电气特性相同；共设置四组带状电缆线，并确定各组带状电缆线的线形；

(3)将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第一组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与第三电路板需要连接的端口的表面安装焊盘通过第二组带状电缆线连接；将第一电路板需要连接的端口的表面安装焊盘、第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与光纤陀螺仪需要连接的端口通过第三组带状电缆线连接；第二电路板需要连接的端口的表面安装焊盘与电连接器需要连接的端口通过第四组带状电缆线连接；

(4)带状电缆线中每一根电缆在距离对应电路板端口处表面安装焊盘边缘至少5mm处作为固定点与电路板进行固定，即使用环氧胶对固定点进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述带状电缆线具有抗辐射性能，抗电离总剂量不小于100krad(Si)。

3.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：每组带状电缆线中的各个单根电缆线的颜色不同。

4.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述带状电缆为耐高温电缆，耐200℃以上高温。

5.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：第一组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成U形结构；第二组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成C形结构；第三组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于100mA；电缆外形设置成人字形结构；第四组带状电缆线直流电压小于5V，直流电流小于20mA；电缆外形设置成L形结构；所述的人字形结构为位于同一平面的电缆线分成两个不同空间的对称L型结构。

6.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述表面安装焊盘为双排焊盘，单个焊盘之间的距离S应满足最小电气安全间隙要求。

7.根据权利要求6所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：S优选尺寸为不小于1mm。

8.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述固定点的固定方式为使用环氧胶将带状电缆的固定点固定在电路板上，环氧胶常温固化大于24小时。

9.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：所述表面安装焊盘的焊盘宽度D应不小于2倍电缆外径d，焊盘长度L应大于2.5mm。

10.根据权利要求1所述的一种宇航光纤惯组电气级联方法，其特征在于：光纤惯组为航天器姿态控制的光纤陀螺惯组。

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