專利名稱：電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電連接器性能測量的系統(tǒng)，尤其是涉及一種電連接器接觸電阻在線測
量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電連接器作為一種基礎(chǔ)元件，用于實現(xiàn)電信號和控制以及電子與電器設(shè)備之間的 連接，在航空、航天、通信等行業(yè)中應(yīng)用范圍大、數(shù)量可觀，地位重要。電連接器在貯存和工 作過程中，受到溫度、振動、濕度、淋雨、沙塵、鹽霧、腐蝕性氣體等各種環(huán)境應(yīng)力以及工作應(yīng) 力的綜合影響而失效。 為發(fā)現(xiàn)電連接器的潛在缺陷，評估在電連接器各種應(yīng)力作用下的可靠性水平，保 證電連接器在實際使用中能夠可靠的工作，需要模擬電連接器實際的貯存和工作環(huán)境，進(jìn) 行各種應(yīng)力作用下的可靠性試驗。電連接器的主要功能是實現(xiàn)各種元件、電路、設(shè)備、系統(tǒng) 等之間的導(dǎo)通，而實現(xiàn)這一功能的是集成在電連接器絕緣體內(nèi)部的多對接觸對。接觸對的 接觸電阻是反映電連接器可靠性水平的重要參數(shù)。在貯存和工作過程中，航天電連接器的 主要失效形式是其接觸對的接觸電阻過大而導(dǎo)致失效。因此，準(zhǔn)確而及時的測得電連接器 內(nèi)部接觸對接觸電阻的大小，對達(dá)到發(fā)現(xiàn)其潛在缺陷、準(zhǔn)確評估其可靠性水平、提高其可靠 性水平是很有意義的。 目前電連接器接觸電阻的測量多采用離線測量的方法，將電連接器從試驗設(shè)備中
取出，采取手工離線測量，如圖l所示，為現(xiàn)有電連接器接觸電阻測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖，使
用電流源在單對插針內(nèi)通入恒定的電流讀數(shù)為IR '，由電壓表讀取接觸電阻兩端電壓值U，
接觸電阻Rx二U/IR '。使用這種離線測量的方法主要有以下兩個缺點(diǎn) 1.接觸電阻離線測量，測得的結(jié)果是靜態(tài)的、單一實驗室環(huán)境溫度、濕度等條件下
的電阻值，這個結(jié)果雖然合格，但不能保證各種應(yīng)力作用下的接觸電阻仍然能夠合格。也就
是說，離線測量雖然技術(shù)手段簡單，但不能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 2.電連接器的壽命周期長，采用離線測量，使用的測試裝置自動化程度不高，需要 進(jìn)行測量的次數(shù)過多，限制了測量結(jié)果獲得及時性降低了實驗效率，勞動強(qiáng)度大，并人為的 增加了不可靠的因素，限制了測量結(jié)果獲得及時性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種電連接器接觸電阻在線測量系 統(tǒng)。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 包括信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)；環(huán)境設(shè)備中的電連接 器接觸電阻依次與信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)連接；其中
1)信號測量單元接觸對電阻Rx，四個導(dǎo)線電阻rl、r2、r3、r4，電流源根據(jù)實驗 需要提供恒定電流或者短時脈沖電流IR，電源的兩根引線分別經(jīng)第一導(dǎo)線電阻rl和第一導(dǎo)線電阻r2分別與接觸對電阻Rx的兩端相連，接觸對電阻Rx的兩端分別經(jīng)第三導(dǎo)線電阻 r3和第四導(dǎo)線電阻r4，輸出兩端電壓信號Ul至后續(xù)信號調(diào)理單元；
2)信號調(diào)理單元包括測量放大電路、低通濾波電路和光電隔離電路；其中
測量放大電路采用同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩個U1、 U2放大電路組成同相并聯(lián)輸入第一 級放大，U3為差動放大作為放大器的第二級；低通濾波電路采用的是二階壓控電壓源低通 濾波電路，由兩節(jié)RC無源濾波電路和同相比例放大電路組成二階有源低通濾波電路；光電 隔離電路采用滯回調(diào)制-解調(diào)的10S124隔離放大器及四個電容C3、C4、C5、C6組成；
3)數(shù)據(jù)采集單元 采用AD506集成多路模擬開關(guān)，AD506為16選一通道模擬開關(guān)，通過ADRESS3 ADRESSO地址來選擇一路通道，使用8片AD506組成128個模擬輸入接口 ；一個地址將選擇 8個芯片的同一順序的輸入端，8個AD506的輸出端作為數(shù)據(jù)采集卡的8個模擬輸入；用數(shù) 據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端的D3、D2、D1、D0作為通道選擇地址，每位數(shù)據(jù)輸出線都帶有8個負(fù) 載，加入八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74LS244，使每個地址線帶四個負(fù)載；數(shù)據(jù)采集卡的 通道進(jìn)行8選1的選擇，將數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。
本發(fā)明的具有的有益效果是 本發(fā)明能夠連續(xù)、自動、即時地對多個接觸電阻進(jìn)行測量，并上傳至計算機(jī)上進(jìn)行 儲存、分析、顯示，解決了目前測量方法中不準(zhǔn)確和不及時兩大問題，進(jìn)而提高了電連接器 可靠性的途徑。該系統(tǒng)采用不中斷可靠性實驗的在線測量方法，操作簡便，運(yùn)行可靠，實現(xiàn) 了多對接觸電阻連續(xù)自動測量，可用于各電連接器廠和研究機(jī)構(gòu)在對電連接器進(jìn)行各種試 驗時實現(xiàn)接觸電阻的在線監(jiān)測，保證了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性，對提高電連接器的可 靠性具有明顯的促進(jìn)作用，可帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是現(xiàn)有電連接器可靠性試驗中接觸電阻測量原理圖。 圖2是本發(fā)明中接觸電阻在線測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是本發(fā)明中接觸電阻信號測量電路原理圖。 圖4是本發(fā)明中信號調(diào)理電路結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5是本發(fā)明中測量放大電路示意圖。 圖6是本發(fā)明中低通濾波電路示意圖。 圖7是本發(fā)明中光電隔離電路示意圖。 圖8是本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集卡模擬通道擴(kuò)展電路原理示意圖。 圖9是本發(fā)明中程序功能模塊圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 本發(fā)明利用計算機(jī)，配以模塊化電路和數(shù)據(jù)采集卡，對電連接器的接觸電阻進(jìn)行 即時測量，所得數(shù)據(jù)由計算機(jī)進(jìn)行儲存、分析、顯示、報警等。本發(fā)明中的在線測量系統(tǒng)，主 要包括電連接器接觸電阻信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元、計算機(jī)單元和環(huán)境 設(shè)備。其連接方式是電連接器放置于試驗設(shè)備中，引線至接觸電阻測量單元，信號調(diào)理電路與接觸電阻測量單元相連并將信號傳遞至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元與計算機(jī)相連。 本發(fā)明電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)將電連接器放置于可以施加各種應(yīng)力的
試驗設(shè)備中進(jìn)行可靠性試驗，預(yù)先將電連接器的各對接觸對串聯(lián)，在串聯(lián)接觸對的兩端連
接電流源，根據(jù)實驗需要通以恒定電流或者脈沖電流，在每對接觸對兩端另外引出兩根導(dǎo)
線以輸出接觸對兩端的電壓值，電壓信號傳遞至信號調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波，將信號放大
到數(shù)據(jù)采集單元模擬輸入通道的量程范圍之內(nèi)，濾除各種高頻干擾和噪聲，然后，信號通過
光電隔離電路輸出至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元提供并控制模擬量輸入通道的選通，對
輸入的電壓信號進(jìn)行采樣，將采樣信號輸出至計算機(jī)單元，計算機(jī)單元對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自
動儲存、分析、顯示和報警，同時設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，與數(shù)據(jù)采集進(jìn)行交互，控制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集
卡的輸入、輸出。本發(fā)明中人性化的人機(jī)界面操作以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、顯示和報警功能，
可以同時對多個電連接器的接觸電阻進(jìn)行不同環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力條件下的自動連續(xù)測 電連接器可靠性試驗中接觸電阻在線測量方法是在不同環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力作 用下對電連接器進(jìn)行可靠性實驗，連續(xù)自動地對動態(tài)接觸電阻進(jìn)行采樣，直至樣品失效；利 用計算機(jī)單元對測量系統(tǒng)進(jìn)行初始化和參數(shù)設(shè)置，確定系統(tǒng)的通道數(shù)，連接好系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng) 通道的電路接線，配以信號測量單元、信號調(diào)理單元和數(shù)據(jù)采集單元對電連接器接觸電阻 進(jìn)行動態(tài)測量，采樣信號輸出至計算機(jī)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、處理顯示。在測量中，模擬試驗 樣品實際貯存和工作狀況，將試驗樣品放入環(huán)境設(shè)備中，在工作熱態(tài)下進(jìn)行即時測試，而不 是采用中斷實驗進(jìn)行冷態(tài)滯后測試的方法。 本發(fā)明中，利用計算機(jī)配以模塊化電路和PCI數(shù)據(jù)采集卡，對電連接器的接觸電 阻進(jìn)行即時測量，所得數(shù)據(jù)由計算機(jī)進(jìn)行儲存、分析、顯示，失效報警等。如圖2所示，電連 接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)主要包括信號采集單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元私計算 機(jī)。將電連接器放置于可以模擬各種應(yīng)力條件的環(huán)境設(shè)備中進(jìn)行可靠試實驗，預(yù)先將電連 接器的各對接觸對串聯(lián)，在串聯(lián)接觸對的兩端連接電流源，根據(jù)實驗需要通以恒定電流或 者脈沖電流，在每對接觸對兩端另外引出兩根導(dǎo)線以輸出接觸對兩端的電壓值，電壓信號 傳遞至信號調(diào)理電路進(jìn)行放大、濾波，將信號放大到數(shù)據(jù)采集單元模擬輸入通道的量程范 圍之內(nèi)，濾除各種高頻干擾和噪聲，然后，信號通過光電隔離電路輸出至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù) 據(jù)采集單元提供并控制模擬量輸入通道的選通，對輸入的電壓信號進(jìn)行采樣，將采樣信號 輸出至計算機(jī)單元，計算機(jī)單元對接收到的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行自動儲存、分析、顯示和報警，同 時設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，與數(shù)據(jù)采集進(jìn)行交互，控制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集卡的輸入、輸出。本發(fā)明中人 性化的人機(jī)界面操作以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、顯示和報警功能，可以同時對多個電連接器的 接觸電阻進(jìn)行不同環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力條件下的自動連續(xù)測量。 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 圖2是本發(fā)明電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該接觸 電阻測量系統(tǒng)包括信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元、計算機(jī)。各單元介紹如 下 圖3所示為信號采集單元電路原理圖，用于對電連接器的接觸對進(jìn)行動態(tài)接觸電 阻測量，Rx表示接觸對電阻，rl、r2、r3、r4表示導(dǎo)線電阻，Ux為接觸對兩端電壓，圖3中電流源根據(jù)實驗需要提供恒定電流或者短時脈沖電流IR，電源的兩根引線分別與接觸對的兩
端相連，接觸對兩端另外引出兩根線，輸出接觸對兩端電壓信號Ul至后續(xù)信號調(diào)理單元；
如圖4所示為信號調(diào)理單元的結(jié)構(gòu)示意圖，信號調(diào)理單元包括測量放大電路41， 低通濾波電路42，光電隔離電路43。 如圖5所示，信號進(jìn)入測量放大電路41進(jìn)行放大，放大至數(shù)據(jù)采集卡模擬通道輸 入端量程范圍中，本發(fā)明中，測量放大采用同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的放大電路，Ul、 U2組成同相并聯(lián) 輸入第一級放大，以提高放大器的輸入阻抗。U3為差動放大作為放大器的第二級，進(jìn)一步提 高放大倍數(shù)。主要由Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7共7個電阻和三片LM324放大器組成，該芯 片可以選用美國德州儀器公司的產(chǎn)品。本發(fā)明中采用的測量放大電路，具有輸入阻抗高、輸 出阻抗小、共模抑制比高的特點(diǎn)，有效的抑制了信號的干擾和噪聲的影響。
如圖6所示為本發(fā)明的低通濾波電路42，由前述電路獲得的信號均為頻率很低的 模擬信號，因此在模擬信號向數(shù)據(jù)采集卡傳遞的通道中必須加入低通濾波電路，將高于某 一設(shè)定頻率的信號進(jìn)行衰減，以濾除各種高頻的干擾信號，使數(shù)據(jù)采集卡接收到的是純凈 的傳感器信號。本發(fā)明中采用的是二階壓控電壓源低通濾波電路，由兩節(jié)RC無源濾波電路 和同相比例放大電路組成二階有源低通濾波電路，主要由R8、 R9、 RIO、 Rll四個電阻和Cl、 C2兩個電容以及一片LM324放大器組成，該芯片可以選用美國德州儀器公司的產(chǎn)品。這種 電路的特點(diǎn)是輸入阻抗高，輸出阻抗低。此時，信號已滿足數(shù)據(jù)采集單元的量程輸入要求。
如圖7所示為本發(fā)明中的光電隔離電路43。為防止外部噪聲對測量系統(tǒng)的損壞， 在信號輸入通道常采用隔離技術(shù)，保護(hù)系統(tǒng)元器件不受高共模電壓的損害。該電路采用新 穎的滯回調(diào)制-解調(diào)技術(shù)設(shè)計的I0S124隔離放大器及C3、C4、C5、C6共四個電容組成。如 圖7所示，在士Vsl和士Vs2兩部分分別接入士4.5V 士18V的電壓值提供電源。此時， 光電隔離電路將1:1的傳輸信號，輸出Vout能夠高精度的復(fù)現(xiàn)輸入Vin。 ISO可以選用美 國BB公司的產(chǎn)品。 本發(fā)明中，采用的數(shù)據(jù)采集卡PCL-711只有8個模擬輸入通道，對于電連接器可 靠性試驗中接觸電阻在線測量，不能滿足需求，為了能夠到達(dá)128對接觸電阻的測量，只有 對通道進(jìn)行擴(kuò)展，通過數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端作為地址選擇信號，進(jìn)行通道的選擇。如 圖8所示為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集卡模擬通道擴(kuò)展電路原理圖。本發(fā)明通道的擴(kuò)展采用AD506集 成多路模擬開關(guān)，AD506為16選一通道模擬開關(guān)，內(nèi)部自帶譯碼電路，可以通過ADRESS3 ADRESSO地址來選擇一路通道，它的通道選擇和地址有對應(yīng)關(guān)系，使能端高電平有效。使用 8片AD506就可以組成128個模擬輸入接口 ， 8片AD506的使能端接高電平，地址ADRESS3 ADRESS0線并聯(lián)，這樣，一個地址將選擇8個芯片的同一順序的輸入端，如地址OOOOB，則8 個AD506第一個輸入通道IN1和各自的輸出OUT導(dǎo)通；8個AD506的輸出端作為數(shù)據(jù)采集卡 的8個模擬輸入，這樣就實現(xiàn)了 128路A/D轉(zhuǎn)換輸入通道的選8路。用數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字 輸出端的D3、D2、D1、D0作為通道選擇地址，每位數(shù)據(jù)輸出線都帶有8個負(fù)載，負(fù)載過重，因 此加入了八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74LS244，分兩組，使每個地址線帶四個負(fù)載。這樣 對通道的選擇將分為兩步首先用16位數(shù)字輸出對擴(kuò)展通道進(jìn)行選擇，對寄存器74LS273 的低四位寫通道號，完成128通道選8 ;然后再對數(shù)據(jù)采集卡的通道進(jìn)行8選1的選擇。兩 步結(jié)合，完成128選1的功能，將數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡PCL-711可以選用臺灣研華 公司的產(chǎn)品，寄存器74LS273可以選用芯源(中國)的產(chǎn)品。
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如圖9所示為本發(fā)明中程序功能模塊圖，在將數(shù)據(jù)送入計算機(jī)后，需要利用計算 機(jī)軟件完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、顯示、報警等功能。計算機(jī)軟件從功能上分為四部 分虛擬儀器面板(控制、顯示與報警)部分、板卡驅(qū)動部分、數(shù)據(jù)采集存儲處理和顯示數(shù)據(jù) 曲線。 以上所述具體實施方式
，對本發(fā)明作了進(jìn)一步詳細(xì)的說明，所應(yīng)理解的是，以上所 述僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作 的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)，其特征在于包括信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)；環(huán)境設(shè)備中的電連接器接觸電阻依次與信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)連接；其中1)信號測量單元接觸對電阻Rx，四個導(dǎo)線電阻r1、r2、r3、r4，電流源根據(jù)實驗需要提供恒定電流或者短時脈沖電流IR，電源的兩根引線分別經(jīng)第一導(dǎo)線電阻r1和第一導(dǎo)線電阻r2分別與接觸對電阻Rx的兩端相連，接觸對電阻Rx的兩端分別經(jīng)第三導(dǎo)線電阻r3和第四導(dǎo)線電阻r4，輸出兩端電壓信號U1至后續(xù)信號調(diào)理單元；2)信號調(diào)理單元包括測量放大電路(41)、低通濾波電路(42)和光電隔離電路(43)；其中測量放大電路(41)采用同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩個U1、U2放大電路組成同相并聯(lián)輸入第一級放大，U3為差動放大作為放大器的第二級；低通濾波電路(42)采用的是二階壓控電壓源低通濾波電路，由兩節(jié)RC無源濾波電路和同相比例放大電路組成二階有源低通濾波電路；光電隔離電路(43)采用滯回調(diào)制-解調(diào)的IOS124隔離放大器及四個電容C3、C4、C5、C6組成；3)數(shù)據(jù)采集單元采用AD506集成多路模擬開關(guān)，AD506為16選一通道模擬開關(guān)，通過ADRESS3～ADRESS0地址來選擇一路通道，使用8片AD506組成128個模擬輸入接口；一個地址將選擇8個芯片的同一順序的輸入端，8個AD506的輸出端作為數(shù)據(jù)采集卡的8個模擬輸入；用數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端的D3、D2、D1、D0作為通道選擇地址，每位數(shù)據(jù)輸出線都帶有8個負(fù)載，加入八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器74LS244，使每個地址線帶四個負(fù)載；數(shù)據(jù)采集卡的通道進(jìn)行8選1的選擇，將數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電連接器接觸電阻在線測量系統(tǒng)。包括信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)；環(huán)境設(shè)備中的電連接器接觸電阻依次與信號測量單元、信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和計算機(jī)連接。電連接器放置于環(huán)境設(shè)備單元中進(jìn)行可靠性實驗，通過引出線與信號測量單元相連，測量信號經(jīng)由信號調(diào)理單元與數(shù)據(jù)采集單元相連，數(shù)據(jù)采集單元與計算機(jī)單元相連，由計算機(jī)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲存、分析、顯示、報警等。該系統(tǒng)采用不中斷可靠性實驗的在線測量方法，操作簡便，運(yùn)行可靠，實現(xiàn)了多對接觸電阻連續(xù)自動測量，可用于各電連接器廠和研究機(jī)構(gòu)在對電連接器進(jìn)行各種試驗時實現(xiàn)接觸電阻的在線監(jiān)測，保證了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。
文檔編號G01R31/00GK101793933SQ20101013262
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者刁常堃, 劉娟, 李星軍, 李立新, 陳文華 申請人:浙江大學(xué)