测试压接连接器的大难题被NASA解决了

时间:2019-07-26 10:53       来源: 正直新闻网

缆线以及连接器都是最容易也最难测试的对象,而且通常是得同时进行;一个处理RF、特别是几十GHz信号的互连组件,测试起来会很棘手…为什么?因为所有东西都会影响性能,包括设定、测试仪器与设定、材质、尺寸精度、弯曲、操作方式等等因素都会影响测试性能。

还有另一种常见的连结方案应该比较容易检测,也就是广泛应用的压接连结(crimp);原则上这种连结非常直接,因为连接器是用手动或是电动辅助的压着钳(crimper)挤压到线路上,线路与连接器是以塑料(plastic)模式变形并紧密结合成一对,因此在电气与机械上应该都很坚固。如果制作正确,压接式互连的阻抗低、可靠,而且会有成本相当低的附加优点。

市面上有很多种类的压接连接器,包括叉型与环形端子(如下图);但是根据笔者同事,EE Times/EDN资深技术编辑Martin Rowe的经验,不良的压接连接器会导致发热甚至起火。

测试压接连接器的大难题被NASA解决了

市面上有很多形状与尺寸的压接连接器,可满足不同应用需求 (图片来源:miketrask.com)

矛盾的是,虽然压接连结是肉眼完全可见,却很难检测;很多因素会导致错误,例如未均匀施加的压接力道、线路未对齐、压力太大(可能导致固态或标准线路出现微小的裂痕)、压力太小(通常会导致因振动而连接时断时续)…等等。

以拆解或是拉断测试(pull-to-failure test)等方式来检测压接链接的质量并不恰当,因为需要破坏连结本身;拆解只能用在样品随机测试或是用以验证设定。那么,该如何用快速又不具破坏性的方法来测试这些连结?它们都是系统的重要链接接口,可靠度是非常重要的。

为解决这个问题,美国太空总署(NASA)旗下的Langley研究中心提出的方案是用一种实时性超音波设备(如下图),以先进的信号分析来判断链接是否通过测试;该系统(现在可提供授权)是在制作压接连结时将一道声波传送进去。

测试压接连接器的大难题被NASA解决了

NASA开发了一种测试压接连接器质量的工具(图片来源:NASA)

根据NASA提供的资料,随着施加的压力提高以及压接连结端点绕着线路变形,穿过链接的超音波波形也会跟着改变;该系统能分析信号的变化,包括振幅以及频率等内容,以做为判断线路与连结端子之电气与机械链接质量的指针(如下图)。

测试压接连接器的大难题被NASA解决了

用超音波信号波形可轻松判断压接链接的质量(图片来源:NASA)

NASA指出,不同的压接链接质量问题,例如压接力道不足、线股遗漏、线路插入不完整、绝缘部分脱落,以及线路规格不正确等,都能用这种方法被测试出来。

这种精密且显然有效的压接连结测试方法不只容易使用,而且是能在连结制作过程中进行,不是等到制作完成之后才测试;如果压接连结有任何问题,操作者就能在必须以更具破坏性方法解决之前马上停止动作、找出错误。如果连结通过测试,线路就能立即连到端点上,免除随后处理缆线(通常是在庞大的线束中)的需要。

该超音波分析方法并非根据单一数字或是单一组数字,而是以累计数据来定义测试是否过关;举例来说,其中一种方法是在压接过程中量测施加于压接连结一个或多个特定点之压力,这其实是评估压接过程中的次要部分,而非透过超音波波形看到压接连结实际完整度。

笔者猜想,当我们收集更多资料,就有能力做出尺寸更小、成本更低的量测设备(例如超音波收发器),以及开发智能算法,催生更多这类测试方案。在很多情况下,只量测单一数字可能是不够的,我们现在也有更多可以使用的强大工具。

你曾经做过这类精密但简单的测试吗?或者是有哪些测试案例是你希望也有像这种方法可以提供支持的?欢迎讨论!

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