CN115077836A - 一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法 - Google Patents

一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法 Download PDF

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Abstract

一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，包括以下步骤：构建复现电连接器间歇故障的冲击试验系统；实施冲击试验，判断受试电连接器是否存在间歇故障，具体方法如下：将受试电连接器处于静置状态，记录此时的受试电连接器端电压峰值V0伏，将信号采集模块的触发电压设为aV0伏；采用步进应力的方式实施冲击试验；对每次冲击时监测到的受试电连接器端电压信号进行跳变电压幅值和跳变时长双阈值判断；判断间歇故障复现是否成功以及终止试验的条件。本发明将跳变电压幅值和跳变时长共同作为间歇故障判据，即使偶有噪声峰值超过电压阈值，也能用时长阈值将其过滤掉；可防止微弱的间歇故障被漏检掉，激发出的电连接器间歇故障的最终试验结论更加准确。

Description

一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法
技术领域
本发明涉及复现电连接器间歇故障的方法，具体是涉及一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法。
背景技术
电连接器是电子设备中的基本构成元部件，起到传递各种电信号作用。在设备使用过程中，受到插拔、扭转、振动、盐雾腐蚀等作用，电连接器的插针和插孔由于磨损出现松动、焊接点出现虚焊、断裂等现象，致使设备出现突发性的数据中断、错误、死机等现象，这种现象称为间歇故障。间歇故障不同于永久性故障，它的特点是时好时坏，是处于完好与故障之间的中间状态，它与设备的服役环境，尤其是振动和冲击环境高度相关，由于设备受到的振动和冲击具有随机性，间歇故障也具有较强的随机性和不确定性，所以当把设备运回维修厂进行维修时，首要工作是确认设备中是否存在间歇故障，这项工作被称为故障复现。
间歇故障复现应遵循以下原则：(1)故障一致原则，即要求仅激发出在服役中出现过的间歇故障，不能出现新的间歇故障或永久故障；(2)最小代价原则，即要求在满足证实间歇故障存在或分析所需样本量的前提下，尽量缩减试验周期；(3)最小附带损伤原则，即要求在满足激发目的的同时，使附加损伤尽量小。
因为间歇故障的发生与受到的振动和冲击关系密切，所以在实施故障复现的时候除了必备的间歇故障检测仪器，还要具备振动或冲击设备，并按照一定的试验规程对受试电连接器施与振动或冲击载荷，进而激发出隐藏在连接器中的间歇故障，据此可将间歇故障复现方法分为基于振动试验和基于冲击试验两类。
基于振动试验的间歇故障复现方面，文献1(李乾，电连接器间歇故障复现与评估关键技术研究[D]，国防科技大学博士学位论文，2018：43-60)提出了一种基于振动试验的间歇故障复现方法，该方法步骤如下：
第一步，构建基于振动试验的间歇故障复现系统。该系统由振动试验台和检测仪器(如示波器、瞬断仪等)构成。受试电连接器固定在振动台上，试验台产生与试验谱(由第二步得到它)一致的振动，使电连接器受损接触对(一个电连接器通常有多个接触对)产生瞬态的接触电阻变化，电阻变化大小与电连接器损伤程度相关。采用两线检测法监测电连接器的接触电阻，连接方法是将电连接器两端分别连接检测仪器的两个输入端。
第二步，编制振动试验谱。振动试验谱是控制振动台产生规定的谱形、量级和顺序的振动应力的数据，是振动激发间歇故障的关键。文献1还列举了两种试验谱，分别是基于标准应力的间歇故障复现试验谱和基于服役环境应力的间歇故障复现试验谱。
第三步，复现试验实施。文献1研究了两种复现试验步骤，分别是基于恒定应力的试验步骤和基于步进应力的试验步骤。
第四步，复现试验数据分析与复现结果判断。文献1给出了基于服役环境应力下的间歇故障频次估计方法。
基于该方法的间歇故障复现主要适合受试对象只有振动应力的工作环境，例如机器运行中产生连续的振动，车辆行驶产生的连续振动等；且间歇故障复现效率较低；另外由于产生的瞬间应力不够大，不容易激发出电连接器中的间歇故障。
基于冲击试验的间歇故障复现方面，目前未见公开文献报道。相比于振动应力，在冲击作用下，瞬间产生更大的应力，更容易激发出电连接器中的间歇故障。文献2(GJB1217A-2009，电连接器试验方法，2009)中规定了电连接器冲击试验的冲击机、测量仪等设备，但是其目的主要是用于分析受试电连接器在各种冲击下的动态响应，进而判断其可靠性水平，并非用于间歇故障复现，也未涉及与此相应的试验系统构成、试验步骤以及试验结果的判断方法等。因此如何开展基于冲击试验的电连接器间歇故障复现是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，更容易激发出电连接器中的间歇故障，将跳变电压幅值和跳变时长共同作为间歇故障判据，提出一种双阈值的间歇故障判据，即使偶有噪声峰值超过电压阈值，也能够用时长阈值将其过滤掉；而且有时长阈值保底，能够适当降低电压阈值，以防止微弱的间歇故障被漏检掉，因此，激发出的电连接器的间歇故障的最终试验结论更加准确。
本发明解决技术问题从以下几点进行研究：
(1)如何从一次冲击试验得到的示波器波形中判断是否存在间歇故障。若仅将监测到的电压值作为判断条件，若阈值电压设置过低就会把干扰信号造成的电压起伏误判为间歇故障，若阈值电压设置过高，则可能漏掉间歇故障，这里需要给出合理的判断阈值，而且仅用电压值作为判据是不够充分的，需要补充额外的判据。
(2)如何由整套试验结果判断是否成功复现间歇故障。间歇故障的发生是随机的，捕捉到一次间歇故障信号并不能判断成功复现了间歇故障，因此还需设置间歇故障复现成功判据。
本发明申请人在对故障电连接器多次冲击试验中发现：有间歇故障的电连接器在冲击作用下其端电压有可能出现瞬间的跳变，跳变时的电压峰值显著高于非跳变时刻的电压峰值，因此跳变电压的峰值可作为间歇故障的判据；冲击产生的电压跳变会持续百纳秒级至微秒级的时长，而噪声干扰下的电压脉冲远低于该时长。因此可将跳变电压幅值和跳变时长共同作为间歇故障判据，提出一种双阈值的间歇故障判据。这样即使偶有噪声峰值超过电压阈值，也可以用时长阈值将其过滤掉。而且有时长阈值保底，可以适当降低电压阈值，以防止微弱的间歇故障被漏检掉。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，包括以下步骤：
第一步，构建复现电连接器间歇故障的冲击试验系统；冲击试验系统包括冲击单元和检测单元，受试电连接器固定于冲击单元上，检测单元包括电流源模块和信号采集模块，电流源模块与受试电连接器连接，受试电连接器与信号采集模块连接；
第二步，实施冲击试验，判断受试电连接器是否存在间歇故障，具体方法如下：
步骤2.1，将受试电连接器处于静置状态，记录此时的受试电连接器端电压峰值V0伏，将信号采集模块的触发电压设为aV0伏；
步骤2.2，采用步进应力的方式实施冲击试验，设置受试电连接器的冲击强度，分别开展M次冲击试验；
步骤2.3，对每次冲击时监测到的受试电连接器端电压信号进行双阈值判断：当冲击作用下受试电连接器端电压出现跳变，若跳变电压的幅值超过信号采集模块的触发电压aV0伏，信号采集模块记录下此后的波形；若跳变电压的幅值超过bV0伏，则截取跳变电压连续超过bV0伏这一段信号的持续时长τ，若时长τ超过预设的门限值T，则判断信号采集模块捕捉到这次冲击激发的间歇故障。
步骤2.4，判断间歇故障复现是否成功以及终止试验的条件：统计步骤2.3中捕捉到间歇故障的次数，若累积达到N次，则判断受试电连接器存在间歇故障，并停止后续冲击试验；若全部冲击试验完成后均未达到N次，则判定受试电连接器复现间歇故障的试验失败。
进一步，第一步中，冲击单元采用标准化的振动台，使用夹具将受试电连接器固定于振动台上方。
进一步，第一步中，按照四线检测法将检测单元与受试电连接器连接，具体连接方法如下：通过线缆A、B将电流源模块和受试电连接器连接，线缆A、B的一端分别连接电流源模块，线缆A、B的另一端分别连接受试电连接器；通过线缆C、D将信号采集模块和受试电连接器连接，线缆C、D的一端分别连接信号采集模块，线缆C、D的另一端分别连接受试电连接器。
进一步，步骤2.1中，系数a设置为1.2～2。
进一步，步骤2.2中，设置冲击强度即冲击加速度依次为490m/s2、735m/s2、980m/s2、2940m/s2。
进一步，步骤2.2中，M设置为4～12。
进一步，步骤2.3中，系数b设置为5.0～10.0。
进一步，步骤2.3中，预设的门限值T为50～1000纳秒。
进一步，步骤2.4中，N设置为2～5。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明提出一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，间歇故障复现效率更高，更容易激发出电连接器中的间歇故障；将跳变电压幅值和跳变时长共同作为间歇故障判据，提出一种双阈值的间歇故障判据，这样即使偶有噪声峰值超过电压阈值(跳变电压)，也能够用时长阈值将其过滤掉；而且有时长阈值保底，能够适当降低电压阈值，以防止微弱的间歇故障被漏检掉，因此，激发出的电连接器的间歇故障的最终试验结论更加准确。
附图说明
图1是本发明实施例复现电连接器间歇故障的冲击试验系统的结构示意图。
图2是本发明实施例复现电连接器间歇故障的冲击试验方法的流程图。
图3是图2所示实施例电连接器间歇故障复现时的检测端电压信号时域波形；其中，图3(a)是完好电连接器在一次冲击试验中记录的端电压的时域波形图；图3(b)是间歇故障电连接器在一次冲击试验中记录的端电压的时域波形图。
图中，1—恒流源，2—受试电连接器，3—示波器，4—夹具，5—振动台。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
参照图2，本实施例方法包括以下步骤：
第一步，构建复现电连接器间歇故障的冲击试验系统。该系统主要由冲击单元和检测单元构成，两个单元的构建方法分别如下：
步骤1.1，构建冲击单元。冲击单元可以采用标准化的振动台5，使用夹具4将受试电连接器2固定于振动台5上方，通过软件设置振动台5冲击试验条件对其开展冲击试验。
步骤1.2，构建检测单元。检测单元由电流源模块、信号采集模块、四根线缆(记为A、B、C、D)构成，电流源模块为恒流源1，信号采集模块可采用示波器3或数据采集卡，本实施例中，信号采集模块采用示波器3。按照四线检测法将检测单元与受试电连接器连接，具体连接方法如下：通过线缆A、B将恒流源1和受试电连接器2连接，线缆A、B的一端分别连接恒流源1，线缆A、B的另一端分别连接受试电连接器2；通过线缆C、D将示波器3和受试电连接器2连接，线缆C、D的一端分别连接示波器3，线缆C、D的另一端分别连接受试电连接器2，见附图1。检测方案如下：由电流源模块产生恒定电流信号，例如产生1A的电流，通过信号采集模块捕捉受试电连接器2两端电压信号，当冲击作用在受试电连接器2上，受试电连接器2的接插头发生短暂位移导致接触电阻发生跳变，此时在信号采集模块测量到的受试电连接器2端电压出现一个或多个向上的脉冲信号，若超过了跳变电压和跳变持续时长双阈值，可判断激发出了一次间歇故障。
第二步，实施冲击试验，判断受试电连接器2是否存在间歇故障。
步骤2.1，试验前的准备和调参。将受试电连接器2处于静置状态，按照四线检测法(见附图1)记录此时的受试电连接器2端电压峰值V0伏，将示波器3的触发电压设为aV0伏，系数a可设置为1.2～2。
步骤2.2，采用步进应力的方式实施冲击试验。设置受试电连接器2的冲击强度，设置冲击强度(即冲击加速度)依次为490m/s2、735m/s2、980m/s2、2940m/s2，各冲击强度下分别开展M(如取M＝8)次冲击试验。
步骤2.3，对每次冲击时监测到的受试电连接器2端电压信号进行双阈值判断，方法如下：当冲击作用下受试电连接器2端电压出现跳变，若跳变电压的幅值超过示波器3的触发电压aV0伏，示波器3记录下此后的波形；若跳变电压的幅值超过bV0伏，系数b可设置为5.0～10.0，则截取跳变电压连续超过bV0伏这一段信号的持续时长τ，若时长τ超过预设的门限值T(如50～1000纳秒)，则判断示波器3捕捉到这次冲击激发的间歇故障。
2.4判断间歇故障复现是否成功以及终止试验的条件：统计步骤2.3中捕捉到间歇故障的次数N若累积达到3次(可设置为2～5次)，如本实施例中总共开展32次冲击实验，则32次冲击实验中捕捉到间歇故障累积达到3次，则判断受试电连接器2存在间歇故障，并停止后续冲击试验。若全部冲击试验完成后均未达到3次，则判定受试电连接器2复现间歇故障的试验失败。
附图3分别给出了一个完好电连接器和一个间歇故障电连接器在附图1所示一次冲击试验中记录下的端电压时域波形图，其中，电流源设置输出电流为1A，示波器3采样率为1G Hz，设置示波器3的触发电压为0.2伏(即参数a＝2)，设定当跳变电压的幅值超过0.5伏(即参数b＝5)，且持续时长超过50纳秒，视为监测到一次间歇故障。图3(a)是完好电连接器在一次冲击试验中记录的端电压的时域波形图，图中标记的第50微秒是电连接器冲击发生的时刻，可以看出电压没有明显变化，电压峰值为0.1伏，电压起伏持续时间低于50纳秒。图3(b)是间歇故障电连接器在一次冲击试验中记录的端电压的时域波形图，图中标记的第50微秒是电连接器冲击发生的时刻，可以看出电压幅值有一个跳变，故障幅值变化至0.8伏至1.5伏左右，且持续时间为12微秒，远超设定的阈值，可以认为发生了一次间歇故障，而后续在第90微秒和160微秒出现了两次跳变，这是冲击后因为惯性产生的现象。
本发明提出一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，间歇故障复现效率更高，更容易激发出电连接器中的间歇故障；将跳变电压幅值和跳变时长共同作为间歇故障判据，提出一种双阈值的间歇故障判据，这样即使偶有噪声峰值超过电压阈值，也能够用时长阈值将其过滤掉；而且有时长阈值保底，能够适当降低电压阈值，以防止微弱的间歇故障被漏检掉，因此，激发出的电连接器的间歇故障的最终试验结论更加准确。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，构建复现电连接器间歇故障的冲击试验系统；冲击试验系统包括冲击单元和检测单元，受试电连接器固定于冲击单元上，检测单元包括电流源模块和信号采集模块，电流源模块与受试电连接器连接，受试电连接器与信号采集模块连接；
第二步，实施冲击试验，判断受试电连接器是否存在间歇故障，具体方法如下：
步骤2.1，将受试电连接器处于静置状态，记录此时的受试电连接器端电压峰值V0伏，将信号采集模块的触发电压设为aV0伏；
步骤2.2，采用步进应力的方式实施冲击试验，设置受试电连接器的冲击强度，分别开展M次冲击试验；
步骤2.3，对每次冲击时监测到的受试电连接器端电压信号进行双阈值判断：当冲击作用下受试电连接器端电压出现跳变，若跳变电压的幅值超过信号采集模块的触发电压aV0伏，信号采集模块记录下此后的波形；若跳变电压的幅值超过bV0伏，则截取跳变电压连续超过bV0伏这一段信号的持续时长τ，若时长τ超过预设的门限值T，则判断信号采集模块捕捉到这次冲击激发的间歇故障；
步骤2.4，判断间歇故障复现是否成功以及终止试验的条件：统计步骤2.3中捕捉到间歇故障的次数，若累积达到N次，则判断受试电连接器存在间歇故障，并停止后续冲击试验；若全部冲击试验完成后均未达到N次，则判定受试电连接器复现间歇故障的试验失败。
2.如权利要求1所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：第一步中，冲击单元采用标准化的振动台，使用夹具将受试电连接器固定于振动台上方。
3.如权利要求1所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：第一步中，按照四线检测法将检测单元与受试电连接器连接，具体连接方法如下：通过线缆A、B将电流源模块和受试电连接器连接，线缆A、B的一端分别连接电流源模块，线缆A、B的另一端分别连接受试电连接器；通过线缆C、D将信号采集模块和受试电连接器连接，线缆C、D的一端分别连接信号采集模块，线缆C、D的另一端分别连接受试电连接器。
4.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.1中，系数a设置为1.2～2。
5.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.2中，设置冲击强度即冲击加速度依次为490m/s2、735m/s2、980m/s2、2940m/s2。
6.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.2中，M设置为4～12。
7.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.3中，系数b设置为5.0～10.0。
8.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.3中，预设的门限值T为50～1000纳秒。
9.如权利要求1～3之一所述的复现电连接器间歇故障的冲击试验方法，其特征在于：步骤2.4中，N设置为2～5。
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