無線電探測器電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應用

摘? 要：針對產品電老煉環(huán)節(jié)中損壞報廢或開路導致老煉失敗的問題進行調查，發(fā)現(xiàn)由短路導致的損壞報廢比約為3%，開路導致電老煉失敗時有發(fā)生，嚴重影響產品生產效率和質量控制。圍繞這一問題，開展無線電探測器電老煉全過程監(jiān)控和保護的研究，并進行了監(jiān)控系統(tǒng)的承制與應用工作。該系統(tǒng)已獲發(fā)明專利，是一款具有單套、多套產品實時監(jiān)控、聲光報警等集成多功能的無線電探測器電老煉監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對電老煉產品全狀態(tài)監(jiān)控保護。

關鍵詞：無線電;探測器;電老煉;斷電保護;開路報警

中圖分類號：TP274? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）01-0035-05

Development and Application of Radio Detector Electric Aging Monitoring System

HU Zongxu

（General Technology Department，The 10th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，

Chengdu? 610036，China）

Abstract：In response to the problem of damage to the residential refining link，it has been investigated，and the damage caused by short-circuit failure is about 3%，and there is a failure of electric aging，which has occurred，seriously affecting product production efficiency and quality control. To solve this problem，the whole process monitoring and protection of radio detector electric aging are studied，and the monitoring system is designed and applied. The system has been patented. It has a multi-functional radio detector electric aging monitoring system，such as single set，multiple sets of product real-time monitoring，sound and light alarm. It can realize the full state monitoring and protection of electric aging products.

Keywords：radio;detector;electric aging;power off protection;open circuit alarm

0? 引? 言

無線電探測器近年來廣泛應用于軍民領域，具有無線接收、發(fā)射、調制解調功能，可通過特殊算法實現(xiàn)特定距離探測的新型電子產品。

電老煉篩選試驗是指在一定時間內對元器件或產品施加一定的應力（通常是高于其正常使用的壓力），如電壓、電流、溫度等，目的是剔除一些有缺陷的元器件，減少或消除因元器件失效而帶來的損失，從而提高元器件或產品質量及可靠性。該篩選方法已在工業(yè)生產尤其是電子制造業(yè)、軍工和航空航天領域中被廣泛采用。

中國電子科技集團公司第十研究所是國內唯一一家能夠研發(fā)和批量年產近7 000套軍民用對應多種型號無線電探測器的單位，根據(jù)產品質量規(guī)范要求，無線電探測器在生產環(huán)節(jié)需要電老煉篩選試驗，其目的是消除或減少產品質量隱患。而電老煉過程中異常產品的保護、全過程監(jiān)控、掉電報警等措施對節(jié)約成本、提高效益，確保產品老煉篩選質量尤為重要。通過市場調研及渠道信息檢索，目前尚無同類電老煉監(jiān)控系統(tǒng)產品或替代品。鑒于此，提出并進行了“無線電探測器電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應用”工作。

1? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的組成、工作原理及可靠性分析

1.1? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由電源穩(wěn)壓控制、定時開關機控制、電流檢測、斷電保護控制、狀態(tài)指示等各部分電路組成，組成框圖如圖1所示。

由圖1可以看出，無線電探測器電老煉監(jiān)控系統(tǒng)啟動后，外部+8 V供電加到穩(wěn)壓控制電路和定時開關機控制電路，穩(wěn)壓控制電路一組輸出+5 V作為各電路的工作電壓，另一組輸出+3.5 V供各控制轉換開關使用。定時開關機控制電路可實現(xiàn)對電老煉產品+8 V供電的控制，從而控制產品的開機或停機。定時開機開啟+8 V經延時控制電路延時約800 ms，再通過電流轉換控制電路經斷電保護控制電路給電老煉產品上電，目的在于穩(wěn)壓輸出的兩組電壓優(yōu)先供給各控制電路以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時，通過延時后的+8 V減小了加電瞬間電流對被老煉產品的沖擊傷害和不必要的干擾。電流轉換控制電路負責使小電流轉換為大電流，使其多套產品同時工作最大能承受+8 V 300 A左右的大電流通路。斷電保護控制電路在沒有收到斷電指令時，對被老煉產品正常供電，在收到斷電指令時立即啟動電路功能，斷開對無線電探測器的老煉產品供電。被監(jiān)控保護的電老煉產品接通+8 V電源后，工作電流被電流檢測電路實時跟蹤和取樣，將跟蹤取樣信號經空載轉換開關電路傳遞給信號比較判斷電路，判斷結果分四路輸出，分別代表四種狀態(tài)，即（1）電老煉產品正常狀態(tài)時，判斷結果發(fā)送給工作指示電路，驅動工作指示燈點亮;（2）電老煉產品開路或工作電流減小時，判斷結果發(fā)送給小電流啟動預處理電路，經處理后傳遞給聲光報警電路完成聲音與旋轉警示燈的故障提醒;（3）電老煉產品短路或工作電流增大時，判斷結果發(fā)送給大電流啟動預處理電路，經處理后分三路輸出，一路輸出斷電保護指令傳遞給斷電保護控制電路，啟動斷電保護功能，切斷電老煉產品的+8 V供電，另一路輸出到故障指示電路，驅動故障指示燈點亮作為故障提醒，還有一路輸出給聲光報警電路完成聲音與旋轉警示燈的故障提醒;（4）夾具有空缺位時，由于產品整批次電老煉通常為幾十上百套產品，每組夾具放置30套，如果某組夾具有空缺，啟動空載轉換開關控制電路，信號比較判斷電路得到空載信號后將判斷結果傳遞給空載指示電路，驅動空載指示燈點亮作為缺位提醒。

1.2? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控原理

該監(jiān)控系統(tǒng)通過對老煉產品的實時監(jiān)控，實現(xiàn)大電流斷電保護及聲光報警，小電流或開路聲光報警，空載時啟動空載開關并做出相應提示，從而達到產品全狀態(tài)監(jiān)控的目的。

1.2.1? 產品正常狀態(tài)

被老煉產品正常情況下，電流檢測器監(jiān)測到的取樣信號通過空載開關加到信號比較判斷電路，正常工作指示燈點亮。

1.2.2? 產品電流增大或短路狀態(tài)

被老煉產品電流增大或短路時，電流檢測器監(jiān)測到的取樣信號通過空載開關加到信號比較判斷電路，判斷結果傳送給大電流啟動預處理電路，經處理后故障指示燈點亮，啟動大電流斷電保護電路，斷開對被老煉產品的供電，同時啟動聲光報警電路，實現(xiàn)斷電保護和聲光報警。

1.2.3? 產品電流減小或開路狀態(tài)

被老煉產品電流減小或開路時，電流檢測器監(jiān)測到的取樣信號通過空載開關加到信號比較判斷電路，判斷結果傳送給小電流啟動預處理電路，經處理后啟動聲光報警電路，從而實現(xiàn)電流減小或開路時聲光報警功能。

1.3? 關鍵器件可靠性分析

電流感應器決定了電老煉產品的檢測精度和穩(wěn)定度，電磁繼電器決定了電老煉產品斷電保護的及時性和有效性，二者對該系統(tǒng)的整體性能起著至關重要的作用，如圖2所示。

1.3.1? 檢測精度及散熱分析

檢測器選用高功率、低阻抗、熱穩(wěn)定好的電流感應器。廠家所提供的電流感應器的熱穩(wěn)定性曲線圖顯示，工作溫度在25 ℃及以下時檢測精度最佳。為了減小工作及環(huán)境溫度對電流檢測器精度的影響，結合采用220 V交流風扇全工作周期風冷散熱及鋁合金機箱散熱，使機箱內部溫度穩(wěn)定在10 ℃～20 ℃范圍，確保電流檢測器實時檢測精度，從而有效控制了因系統(tǒng)連續(xù)工作的溫度變化及環(huán)境溫度變化對檢測精度影響。

1.3.2? 斷電保護動作時間分析

選用小型高靈敏度電磁繼電器，電流超限時能夠及時有效地實施斷電保護，可靠性得到有效保證。廠家提供的繼電器資料顯示，斷電保護繼電器的斷電保護動作時間≤5 ms。

2? 關鍵技術及解決措施

2.1? 大電流斷電保護技術

電流超限斷電保護的同時實施聲光報警和故障指示燈點亮，還需要將保護和報警維持足夠長的時間，這是其中的技術難點。在檢測電路中，電流檢測器監(jiān)測到被老煉產品電流增大或短路時，取樣信號通過空載開關加到信號比較判斷電路，判斷結果傳送給大電流啟動預處理電路，經過處理后啟動大電流斷電保護電路，斷開對被老煉產品的供電，而由于被老煉產品已經被實施斷電，電流檢測器已經無法監(jiān)測到任何取樣信號通過空載開關，無任何信號傳送給信號比較判斷電路，判斷結果最終導致大電流斷電保護電路失效、聲光報警電路失效、故障指示燈無法點亮，產品又被重新加上電繼續(xù)工作，致使產品未能得到有效保護。

由于被監(jiān)控的產品工作電流小，分別為500 mA和1 A左右，需要同時監(jiān)控多套產品，并且是每套產品實現(xiàn)全狀態(tài)獨立監(jiān)控，在設計保護電路時為了突破技術難點，采用了可控硅閥門控制技術，使其每套產品能夠獨立實現(xiàn)全狀態(tài)控制和提示，多套產品電老煉時，只要其中任意一個產品出現(xiàn)異常即可實施斷電報警，不會影響到其他正常產品的電老煉。通過這項具有獨立知識產權的發(fā)明專利技術（發(fā)明專利號：201910453874.5），實現(xiàn)了故障指示燈長亮，長時間斷開對被老煉產品的供電，同時長時間維持聲光報警，直到故障排除或人工報警復位，從而攻克了上述因電路失效而導致產品保護失效的技術難題。

2.2? 空載識別技術

電老煉過程中，常常會有老煉夾具不滿載情況出現(xiàn)。在無產品有空缺狀態(tài)下，空缺位對應的電流感應器無正常信號取樣被視為電流減小或開路，通過信號比較判斷電路，判斷結果傳送給小電流啟動預處理電路，啟動聲光報警電路。

為了滿足使用需求而設計，將產品正常工作的電流取樣采用虛擬模式，采取空載開關點對點控制，使其在空載狀態(tài)下信號判斷電路依然能夠得到正常結果，同時將正常工作的指示燈切換到空載指示燈使其點亮，提示夾具中某個位置為空載狀態(tài)。

2.3? 定時開機、定時關機、開機延時上電技術

根據(jù)實際需要，生產現(xiàn)場提出了對產品的老煉定時開機、關機以及電老煉過程中的定時端點控制需求為了滿足上述定時開關機需求，電路設計采用了小電流轉換為大電流控制技術，以及開機啟動后延時對老煉產品上電技術，實現(xiàn)了定時開機關機功能，解決了開機大電流對產品沖擊的問題。

如圖3所示，S2為交流220 V通斷開關，控制系統(tǒng)內部交流供電狀態(tài);S1為控制+8 V電源總開關，開啟后一路送給穩(wěn)壓控制電路供電，另一路加到大電流通路K3輸入端，等候定時指令對N1進行狀態(tài)控制，N1的導通與截止決定了K2小電流轉換開關和K3大電流開關的動作，從而實現(xiàn)了定時開關機功能、小電流轉換為大電流功能，K3開關觸點承受的最大電流約300 A。

由于多套產品同時電老煉工作時，每組夾具滿載總電流為30 A左右，多組夾具滿載電源總電流限流設置超過100 A，在開機瞬間啟動電流大，對老煉產品形成浪涌沖擊，極易造成產品損壞。

為了避免上述現(xiàn)象對老煉產品的浪涌沖擊，采用開機啟動后對老煉產品延時上電控制技術，解決了開機大電流對產品沖擊的問題。

如圖4所示，+8 V供電加到K1輸入端，等待約800 ms的延時指令來打通N2，使其與K1接通，輸出+8 V供電給斷電保護控制電路最后加到被電老煉產品，完成+8 V供電回路?；芈分型ㄟ^上電延時和三次開關轉換，確保電老煉產品的安全和監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3? 技術指標要求及實際達到的水平

根據(jù)生產無線電探測器對應型號的實際工作需要，特設定對電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控、保護、缺位提示、型號轉換等功能技術指標要求，如表1所示。

4? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)應用前后對比

應用電老煉監(jiān)控系統(tǒng)前，無線電探測器產品從加電工作開始直至48小時全過程電老煉結束，無任何監(jiān)控保護措施，如圖5所示。每批次幾十上百套產品同時電老煉均由一臺+8 V電源并聯(lián)供電，電源輸出總電流達100 A以上，由于并聯(lián)的某套產品未加上電或者電老煉中途斷電導致老煉失敗并不知曉，再或者由于某套產品短路使得電流集中流向該產品而導致產品毀壞報廢，從而影響產品質量和生產成本控制。

應用電老煉監(jiān)控系統(tǒng)后，無線電探測器產品從加電工作開始直至48小時全過程電老煉結束，由電老煉監(jiān)控系統(tǒng)實時全狀態(tài)監(jiān)控保護被電老煉產品，如圖6所示。有效杜絕了多套產品電源并聯(lián)供電、產品短路、開路等帶來的諸多問題，從而有效提升了產品電老煉可靠性并且降低了毀壞報廢率。

5? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)經濟價值

該系統(tǒng)的經濟價值主要體現(xiàn)在無線電探測器產品的損壞報廢成本控制、生產過程的人工成本控制兩大方面。產品成本上每年可節(jié)約207萬元，人工成本上每年可節(jié)約18萬元，兩項成本加起來共計為225萬元。

5.1? 節(jié)約產品成本

按年生產任務6 900套計算，每調試一批電老煉產品25套～30套，損壞剔除1套～2套，如表2所示。年平均損壞報廢比約為3%，每年約有207套產品損壞報廢，每套售價1萬元，每年可減少直接經濟損失207萬元（年產品損失=6 900×3%×10 000=207萬元）。

5.2? 節(jié)約人工成本

每調試一批滾動電老煉產品25套～30套，每批次連續(xù)48小時加電工作，由3人輪流值守監(jiān)測產品電老煉工作全過程狀態(tài)。按每人每月5 000元工資計算，每年可減少工資開支18萬元。按上述數(shù)據(jù)計算，每年直接經濟效益可達225萬元。

6? 電老煉監(jiān)控系統(tǒng)有形無形效益

6.1? 產品質量更有保證

該系統(tǒng)投入使用后，對產品實行100%全時電老煉監(jiān)控，有效控制了產品電老煉過程零損壞率，如表3所示。有效控制了產品電老煉時供電插頭插座接觸不良引起的老煉失敗，從而對產品質量可靠性、交付進度更有保障。

6.2? 推廣應用

該電老煉監(jiān)控系統(tǒng)研制完成后的實物圖如圖7所示，外觀大方、結構合理、操作方便、功能齊全，是采用已獲得發(fā)明專利的先進技術的控制系統(tǒng)?？筛鶕?jù)個性化需求量身定制，實現(xiàn)監(jiān)控功能全面、產品型號數(shù)量不受限的監(jiān)控保護，適合軍民領域推廣應用。還可根據(jù)使用需求，量身定制遠程定時啟動引爆控制、遠程定時關機控制、遠程影像監(jiān)控控制等功能。適合特定行業(yè)推廣使用。

7? 結? 論

通過對無線電探測器電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的技術研究，突破了從單套監(jiān)控到多套產品同時實時監(jiān)控、分別獨立保護、斷電控制和聲光報警功能的多項關鍵技術，完成了“無線電探測器多套電老煉監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應用”。該系統(tǒng)對監(jiān)測電老煉過程中的異常產品具有早發(fā)現(xiàn)、早保護、早預警、早剔除、早處理的良好效果，有效杜絕了由于器件本身或裝配原因引起電流增大甚至短路，引起印制板燒毀進而導致產品報廢的弊端，對成本控制、增效降費起到關鍵作用，具有較好的經濟效益和應用前景。

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作者簡介：胡宗旭（1970.08—），男，漢族，四川成都人，技師，研究方向：射頻與探測技術。