能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法，該連接器組件包括：檢測單元，其通過在連接器上專用的檢測通道來實時檢測連接器組件的連接可靠性，采用發(fā)光二極管指示或記錄檢測的數(shù)據(jù)上報給系統(tǒng)。所述檢測單元是采用一個設(shè)定的基準(zhǔn)電壓作為要檢測精度的閾值電壓，當(dāng)在連接器組件專用檢測通道上產(chǎn)生的觸發(fā)電壓超過設(shè)定的基準(zhǔn)電壓時，指示連接器發(fā)生連接性故障。本發(fā)明實現(xiàn)了在連接器組件正常工作的情況下實時自動的完成連接可靠性的檢測，提高了電子系統(tǒng)對連接可靠性的預(yù)測和判斷能力。
【專利說明】能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連接器組件及其檢測方法，特別是涉及能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]連接器在電子系統(tǒng)中隨處可見，它起著在電路內(nèi)被隔斷或孤立不通的電路之間進(jìn)行有效電氣連接的作用，能夠使電路實現(xiàn)預(yù)定的傳輸功能。連接器組件的可靠性是影響整個系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵，能夠在不影響正常工作的情況下同時檢測所述的連接可靠性，使在完全連接失效之前預(yù)判其連接性能尤為重要。
[0003]如圖1所示為連接器組件在電子系統(tǒng)中連接兩個分離電路的模型。連接器組件包括:連接器母頭102，其安裝在印刷電路板101上，通過焊錫連接所述連接器母頭102的管腳107和印刷電路板之間的電氣連接，連接器母頭102的固定安裝腳106增加了和印刷電路板101之間的機(jī)械連接性，連接器公頭103，其是通過插銷109插入連接器母頭102的螺紋孔108內(nèi)，通過擰緊螺栓110迫使所述連接器母頭的彈片111和連接器公頭103的觸點112有效的接觸；連接器的線纜104，其通過咬合或焊接的形式使線纜內(nèi)部的電氣連接線分別跟連接器公頭103連接，為了保護(hù)連接的牢固性還在連接處添加了減壓膠圈113。通過上述連接器組件就可以把兩個不相通的印刷電路板進(jìn)行有效的電氣連接，實現(xiàn)電流流通傳輸信號的功能。
[0004]在一些苛刻環(huán)境下運行的電子系統(tǒng)，連接器組件的連接可靠性會受到腐蝕、老化、磨損和應(yīng)力的影響，使連接器組件的連接性能逐漸退化，造成不規(guī)律的可靠性問題，使系統(tǒng)出現(xiàn)的故障很難被排查，預(yù)警和維護(hù)。而現(xiàn)有測量連接器及其組件的連接可靠性的方法常見的為直接使用測量設(shè)備，在未安裝到電子系統(tǒng)之前進(jìn)行質(zhì)量檢查。如圖2a所示是兩線制測量設(shè)備檢測連接器的示意圖，其使用一種測量設(shè)備200通過兩根單芯線205和204 —端連接在測量設(shè)備200的測試端子201和202，另一測量端分別把206連接到被檢測連接器公頭210的一個連接通道的管腳207上，測量端208連接到公頭212的測量通道的管腳209上，通過在連接器線纜211連接所述連接器兩個公頭210和212的檢測通道上施加一個電壓測量電流或施加一個電流測量電壓來進(jìn)行一個通道的檢測，并通過測量設(shè)備20的顯示屏202顯示檢測的結(jié)果(V/I)。依次對每一個通道進(jìn)行相同的測量就完了一個具有N個通道的連接器的檢測。另一種更為精確的測量如圖2b所示的測量方法，使用兩根雙芯線213和214組成四線測量來減去測量線纜本身的阻抗對測量精度的影響。
[0005]上述連接器組件和測量連接器可靠性的方式有許多局限性?，F(xiàn)有的連接器組件一般都沒有對自身連接性能檢測的功能，更為常見的是，在使用之前，采用大型、價格昂貴的測量設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測。然而采用所述的使用前檢測方式無法在系統(tǒng)正常工作的情況檢測連接器組件的可靠性，更不合適使用在環(huán)境變化的移動工作中。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決上述不足，本發(fā)明提供了能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法，使連接器組件在系統(tǒng)中正常連接時完成對自身連接可靠性的檢測，對即將發(fā)生所述的連接性完全失效進(jìn)行預(yù)判斷，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理連接性故障。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件，包括二個連接器母頭、二個連接器公頭和一條線纜，其特征在于:該連接器組件還包括檢測單元、輸出調(diào)理單元和指示記錄單元，其中所述檢測單元與所述輸出調(diào)理單元連接，該輸出調(diào)理單元用于調(diào)理所述檢測單元的輸入信號使其被有效保存到輸出，所述指示記錄單元和該輸出調(diào)理單元連接，用于指示連接可靠性或?qū)z測到的信息上傳給系統(tǒng)，每個連接器母頭一方面和其中一個連接器公頭連接，另一方面與印刷電路板連接，所述二個連接器公頭通過所述線纜連接，所述檢測電路檢測所述連接器母頭與連接器公頭之間以及所述線纜與所述二個連接器公頭之間的專用通道的整個連接器組件的總體電阻，當(dāng)該電阻超出閾值時，所述檢測單元實時檢測到并通過所述指示記錄單元指示或者上傳給系統(tǒng)預(yù)警。
[0008]本發(fā)明還公開了一種用于檢測連接器組件的方法，其特點在于包括如下步驟:
[0009](I)設(shè)置正電壓源(V+)和負(fù)電壓源(V-)的電壓值；
[0010](2)根據(jù)檢測精度設(shè)定基準(zhǔn)電壓；
[0011](3)根據(jù)正常連接情況下連接器專用檢測通道和調(diào)整電平單元調(diào)整下產(chǎn)生的電壓設(shè)定最大觸發(fā)電壓；
[0012](4)電壓比較單元對連接器組件專用通道的整體電阻在施加正負(fù)電壓源時產(chǎn)生的觸發(fā)電壓和設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)觸發(fā)電壓超過基準(zhǔn)電壓閾值時，表示連接器組件發(fā)生連接性故障；調(diào)理比較單元的輸出電壓，并進(jìn)行指示或上傳信息給系統(tǒng)預(yù)警。
[0013]通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)連接器組件本身實時自檢連接可靠性的功倉泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是連接器組件在電子系統(tǒng)中連接兩個分離電路的模型；
[0015]圖2a是兩線制測量設(shè)備檢測連接器的示意圖；
[0016]圖2b是四線制測量設(shè)備檢測連接器的示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖4是本發(fā)明選定為檢測專用的通道示意圖；
[0019]圖5是檢測單元實現(xiàn)檢測連接可靠性的框圖；
[0020]圖6是一個精簡的檢測連接可靠性的示例圖；
[0021]圖7是本發(fā)明的檢測方法的簡化流程圖；
[0022]圖8是檢測連接器組件可靠性電壓示意圖；
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。為清楚起見，省略了對完整理解本發(fā)明不必要的元素。這些附圖提煉為簡單的示意圖，能夠說明本發(fā)明的連接器組件的基本組成和檢測方法。
[0024]本發(fā)明實現(xiàn)了能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件及其檢測方法，該連接器組件能夠在正常的工作中實時檢測連接可靠性，提高了電子系統(tǒng)的連接可靠性。
[0025]本發(fā)明的總體技術(shù)方案如下所述。在連接器組件上選定容易因變形應(yīng)力而出現(xiàn)連接性問題的四周角落處的通道為專用檢測連接可靠性的通道；連接器母頭內(nèi)嵌檢測單元、輸出調(diào)理單元和指示記錄單元，實現(xiàn)連接器組件實時檢測連接可靠性功能，其通過和所述印刷電路板連接，獲取需要的正電壓源和負(fù)電壓源以及上傳檢測到的信息；檢測單元的正電源經(jīng)過調(diào)節(jié)電平單元的調(diào)節(jié)施加在連接器專用檢測通道上的正端，同時負(fù)電壓源施加在所述專用檢測通道的負(fù)端，把連接器組件上的電阻變化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生的電壓變化作為連接器專用檢測通道的觸發(fā)的電壓；連接器組件的連接可靠性是通過連接器組件上的專用檢測通道上產(chǎn)生的觸發(fā)電壓和基準(zhǔn)電壓的比較得出，當(dāng)檢測到觸發(fā)電壓超過設(shè)定的基準(zhǔn)電壓閾值就表示連接出現(xiàn)故障，通過輸出調(diào)理單元調(diào)理信號，指示記錄單元就會進(jìn)行連接故障指示和上報給系統(tǒng)處理。
[0026]圖3是本發(fā)明的能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件的結(jié)構(gòu)框圖。能夠自檢連接可靠性的連接器組件300的組成結(jié)構(gòu)如虛線框內(nèi)所示，包括連接器母頭A301，其第一端311和連接器的公頭A302通過螺栓110擰緊來迫使所述連接器母頭A301的彈片111和所述連接器公頭A302的觸點112有效地低接觸電阻連接，第二端312和印刷電路板A309連接，所述印刷電路板A309提供正電壓源和負(fù)電壓源以及上傳信號的路徑，第三端313和檢測單元306連接，使所述檢測單元306獲取所需的正負(fù)兩個電壓源和上傳信號的路徑，同時也將連接器組件專用的檢測連接可靠性的通道的正端經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)單元連接到正電壓源，負(fù)端連接到負(fù)電壓源；線纜303通過咬合或焊接的形式使連接器公頭A302和連接器公頭B304形成經(jīng)過有限長度線纜的有效低連通電阻的連接；連接器母頭B305 —方面通過螺栓110的擰緊迫使所述連接器母頭B305的彈片和所述的連接器公頭B304的觸點有效地低接觸電阻連接，另一方面和印刷電路板B310通過焊接進(jìn)行正常工作的連接傳輸通信，在連接器母頭B305內(nèi)把兩個專用檢測通道按照和印刷電路板一樣的焊接形式短接在一起，使所述的專用檢測通道在連接器母頭A301內(nèi)形成一個檢測回路；檢測單元306嵌在連接器母頭A301內(nèi)，檢測通過連接器組件的專用檢測通道，如果通過所述連接器組件的觸發(fā)電壓超過設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，檢測單元就輸出連接故障信號；輸出調(diào)理單元307以及指示記錄單元308都嵌入在連接器母頭301A內(nèi)，所述輸出調(diào)理單元307調(diào)理檢測單元的信號使其被有效保存到輸出，所述指示記錄單元308接收輸出調(diào)理單元的信號，通過發(fā)光二極管或上傳到系統(tǒng)指示發(fā)生的連接性故障。
[0027]圖4是本發(fā)明選定為檢測專用的通道示意圖。在連接器組件的四個角落處由于受到的變形應(yīng)力最大，是連接器組件最容易出現(xiàn)連接性故障的位置。連接器母頭A301的橫截面406，其選定角落處的通道400和401為一組作為連接器組件300檢測專用通道，另一組為通道402和403 ;所述選定作為檢測的通道通過在連接器母頭B通過焊接線404來短接通道400和401形成一個檢測回路，同樣的通過焊接線405來形成通道402和403的檢測回路；通過嵌入連接器母頭A的檢測單元通過調(diào)節(jié)電平單元施加正電壓源到通道400，負(fù)電源到通道401，另一組測量通道402和403相應(yīng)地進(jìn)行施加檢測；所述連接器母頭A相應(yīng)的管腳408連接到PCB板上提供的正電壓源，管腳409連接到負(fù)電源，管腳410連接到用作上傳檢測結(jié)果的信號路徑。
[0028]檢測單元實現(xiàn)檢測連接可靠性的框圖如圖5所示。電壓源(V+) 500通過電平調(diào)節(jié)單元501施加正電壓到連接器組件504的正端503，同時電壓源(V-) 506施加一個負(fù)電壓到連接組件504的負(fù)端505，通過電平調(diào)節(jié)單元的電壓的調(diào)整，在檢測點502上產(chǎn)生觸發(fā)電壓507 ;檢測連接器可靠性的精度通過設(shè)置基準(zhǔn)電壓509確定；電壓比較單元510通過比較在連接器組件專用的檢測通道上產(chǎn)生的觸發(fā)電壓507和基準(zhǔn)電壓509產(chǎn)生的檢測精度電壓508的差值就可確認(rèn)連接器組件的連接性能，當(dāng)連接器組件連接可靠時，其在連接器專用通道上總體電阻為一個低阻值的范圍，從而觸發(fā)電壓507不會超過設(shè)定的精度電壓，隨著變形應(yīng)力、老化等故障的影響，連接器組件專用的檢測通道的阻值慢慢變大，當(dāng)達(dá)到超過設(shè)定的檢測精度電壓時，所述的電壓比較單元輸出連接性故障信號。
[0029]圖6是完成檢測單元功能的一個精簡檢測連接可靠性的示例圖。正電壓源(V+)500使用從印刷電路板提供的正電壓V+601實現(xiàn)，所述的負(fù)電壓源(V-)使用從電路板提供的負(fù)電壓V-或O電勢(地)604來實現(xiàn)；連接器組件514使用所述連接器組件內(nèi)的專用檢測通道603實現(xiàn)；正電壓V+601經(jīng)過電阻Rt602施加到連接器組件專用檢測通道的正端610，同時負(fù)電壓V-604連接到連接器的檢測通道負(fù)端611，通過電阻Rt602阻值的調(diào)整，就可以產(chǎn)生需要的觸發(fā)電壓609 ;在本示例中精度電壓就是帶三態(tài)門的緩沖器607的輸入閾值電壓；當(dāng)調(diào)節(jié)電阻Rt602使連接器組件的檢測通道603在連接可靠時呈現(xiàn)低阻值范圍時產(chǎn)生的觸發(fā)電壓609電壓不高于緩沖器的輸入閾值電壓，因此正常的情況不會指示故障，當(dāng)在連接器專用檢測通道變得連接性不可靠時，其電阻增加，相應(yīng)的觸發(fā)電壓將高于閾值電壓，帶有三態(tài)的緩沖器607在使能端605使能的情況輸出檢測到的故障信號608。由于在剛開機(jī)時期電源電壓不穩(wěn)定出現(xiàn)的噪聲影響較大，為了不產(chǎn)生誤報，在開機(jī)一定的時間后才開始檢測連接器組件的連接可靠性。
[0030]如圖7所示是本發(fā)明的檢測連接器可靠性的簡化流程圖。首先根據(jù)電子系統(tǒng)的常用電源電壓來設(shè)置檢測單元需要配置的正電壓源(V+)和負(fù)電壓源(V-)的電壓值，由于常見的電子系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行通信，所以推薦采用系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)電平如3.3V和5V等(步驟701);其次是根據(jù)連接器組件需要檢測的精度來設(shè)定基準(zhǔn)電壓，也可以直接利用緩沖器的輸入閾值電壓作為基準(zhǔn)電壓(步驟702);—旦設(shè)定好基準(zhǔn)電壓以后，就可以根據(jù)連接器組件專用檢測通道在正?？煽窟B接情況下的整體電阻在正負(fù)電壓源和調(diào)整電平單元調(diào)整下產(chǎn)生的最大觸發(fā)電壓，并且需要預(yù)留一定的噪聲容限(步驟703);當(dāng)上述的步驟都設(shè)置好后，就可以使連接器組件的專用通道的整體電阻在施加正負(fù)電壓的情況下產(chǎn)生觸發(fā)電壓(步驟704);在使能的條件下實時檢測連接器組件專用通道上產(chǎn)生的最大觸發(fā)電壓，一旦超過設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，電壓比較單元就快速輸出故障信號(步驟705);最后電壓比較單元輸出的信號經(jīng)過輸出調(diào)理單元后，通過發(fā)光二極管指示或上傳給系統(tǒng)預(yù)警(步驟706)。
[0031]如圖8所示是檢測連接器組件可靠性電壓變化示意圖。如果連接器組件連接可靠，在連接器組件專用的檢測通道上的整體電阻為低，其產(chǎn)生的觸發(fā)電壓802不會高于設(shè)置的基準(zhǔn)電壓801，檢測單元將不會輸出故障，指示單元指示連接正常可靠；當(dāng)連接器組件受到噪聲的影響時，可能會使檢測到的觸發(fā)電壓發(fā)生波動803，由于設(shè)置的時候考慮了噪聲的容限所以不會超過基準(zhǔn)電壓而發(fā)生誤報；隨著溫度的增高、老化隨時間的加劇，表現(xiàn)在檢測連接器組件專用通道的整體電阻會增加，從而導(dǎo)致觸發(fā)電壓805慢慢升高；當(dāng)連接器組件受到瞬間的震動引起瞬間連接阻值變大，連接線發(fā)生了裂縫或疲勞損傷累積到了設(shè)定的檢測精度等連接不可靠的情況，其觸發(fā)電壓804就會超過設(shè)定檢測精度的基準(zhǔn)電壓801的閾值，檢測單元輸出連接性故障，指示單元指示發(fā)生了連接性不可靠情況，通過發(fā)光二極管指示或上傳連接器組件的故障，系統(tǒng)通過記錄發(fā)生的故障和次數(shù)就能預(yù)警連接器組件的可靠性。
[0032]下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的實施例。
[0033]在已經(jīng)定型的連接器線纜組件的基礎(chǔ)上，利用該發(fā)明的檢測連接可靠性的方法也可以實現(xiàn)一種變通的連接器組件的連接可靠性的檢測。其實施方式就是把檢測單元和輸出調(diào)理單元以及指示記錄單元在電子系統(tǒng)的印刷電路板上實現(xiàn)，所述定型的連接器組件根據(jù)本發(fā)明選擇檢測通道的原則選擇四個角落處的通道作為檢測通道，并在另一端的印刷電路板端設(shè)置選定的通道短接，通過檢測單元的實時檢測選定的檢測通道上產(chǎn)生的觸發(fā)電壓是否大于基準(zhǔn)電壓，就能夠判斷檢測的連接器組件是否發(fā)生連接性故障，采取上述實施方式將減少原始連接器組件的通道數(shù)量和系統(tǒng)資源。
[0034]通過本發(fā)明的上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)實時自檢連接可靠性的連接器組件，使采用該連接器組件和檢測方法的電子系統(tǒng)能夠預(yù)警連接器組件本身的連接可靠性，從而提升電子系統(tǒng)整體的可靠性。
[0035]雖然上述對本發(fā)明在能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件實例中已經(jīng)描述了。需要理解的是，本發(fā)明并不限制于所公開的實施方式，而是意在覆蓋包括在所附的權(quán)利要求書中的實質(zhì)和范圍之內(nèi)的各種修改和等同布置及其等同物。
【權(quán)利要求】
1.能夠?qū)崟r自檢連接可靠性的連接器組件，包括二個連接器母頭、二個連接器公頭和一條線纜，其特征在于:該連接器組件還包括檢測單元、輸出調(diào)理單元和指示記錄單元，其中所述檢測單元與所述輸出調(diào)理單元連接，該輸出調(diào)理單元用于調(diào)理所述檢測單元的輸入信號使其被有效保存到輸出，所述指示記錄單元和該輸出調(diào)理單元連接，用于指示連接可靠性或?qū)z測到的信息上傳給系統(tǒng)，每個連接器母頭一方面和其中一個連接器公頭連接，另一方面與印刷電路板連接，所述二個連接器公頭之間通過所述線纜連接，所述檢測電路檢測所述連接器母頭與連接器公頭之間以及所述線纜與所述二個連接器公頭之間的專用通道的整個連接器組件的總體電阻，當(dāng)該電阻超出閾值時，所述檢測單元實時檢測到并通過所述指示記錄單元指示或者上傳給系統(tǒng)預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于:所述檢測單元包括正電壓源、負(fù)電壓源、電平調(diào)節(jié)單元、基準(zhǔn)電壓和電壓比較單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接器組件，其特征在于:所述檢測單元、輸出調(diào)理單元和指示記錄單元內(nèi)嵌入所述連接器母頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接器組件，其特征在于:所述連接器組件和印刷電路板有正電壓源、負(fù)電壓源和信號傳輸路徑相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于:所述連接器組件的專用通道設(shè)置在容易應(yīng)力變形的四個角落處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于:所述指示記錄單元通過信號路徑上傳給系統(tǒng)，系統(tǒng)通過記錄分析連接故障的次數(shù)進(jìn)行預(yù)警。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連接器組件，其特征在于:所述基準(zhǔn)電壓根據(jù)檢測精度進(jìn)行設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接器組件，其特征在于:所述檢測單元、輸出調(diào)理單元和指示記錄單元在印刷電路板上實現(xiàn)。
9.一種用于檢測根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述連接器組件的方法，其特點在于包括如下步驟: (1)設(shè)置正電壓源(V+)和負(fù)電壓源(V-)的電壓值； (2)根據(jù)檢測精度設(shè)定基準(zhǔn)電壓； (3)根據(jù)正常連接情況下連接器專用檢測通道和調(diào)整電平單元調(diào)整下產(chǎn)生的電壓設(shè)定最大觸發(fā)電壓； (4)電壓比較單元對連接器組件專用通道的整體電阻在施加正負(fù)電壓源時產(chǎn)生的觸發(fā)電壓和設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)觸發(fā)電壓超過基準(zhǔn)電壓閾值時，表示連接器組件發(fā)生連接性故障； (5)調(diào)理比較單元的輸出電壓，并進(jìn)行指示或上傳信息給系統(tǒng)預(yù)警。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:根據(jù)要求檢測的精度設(shè)置基準(zhǔn)電壓，并根據(jù)連接可靠情況下連接器組件專用檢測通道在正負(fù)電壓源和電平調(diào)節(jié)單元作用下產(chǎn)生的電壓以及考慮噪聲容限的條件下設(shè)置最大觸發(fā)電壓。
【文檔編號】G01R31/02GK103915732SQ201410164429
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】劉鵬, 關(guān)永, 金聲震, 張銳, 王洪民, 劉超 申請人:首都師范大學(xué), 北京漢迪永創(chuàng)科技有限責(zé)任公司