基于S参数Nyquist图的电连接器损伤程度表征方法与流程

基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法
技术领域
1.本发明属于电连接器检测技术领域，特别涉及一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法。


背景技术：

2.目前电连接器的退化行为和故障现象一般是通过对关键结构进行各种材料级的微观测试，例如扫描电子显微镜和能谱分析仪等来实现的，需要将电连接器拆解，虽然观测比较直接也更加准确，但电连接器分离和拆解对关键结构状态仍存在影响。例如多余物的影响在拆解后就不容易被观测到，实际接触位置在分离后也很难恢复，对故障敏感结构分析结果产生不利影响。
3.目前多通过接触电阻的变化规律来表征电连接器内导体电接触退化状态，基本很少通过s参数的nyquist图进行表征的相关研究。在高频条件下，难以直接测量电连接器的电压和电流值，此时电压和电流的概念被弱化，故而表征入射波、反射波等概念的s参数是用来分析器件或系统射频性能的有效手段，是高频、高速器件的主要观测和分析指标。因此，寻求一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法能够在不破坏电连接器接触件接触表面状态的情况下快速获取典型类型电连接器接触结构的损伤程度和状态信息，为产品故障敏感结构的准确判断和分析提供重要技术手段，是本领域技术发展的重要创新。


技术实现要素：

4.本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法。该方法包括选择某种型号电连接器，针对所述电连接器进行不同损伤程度的实验室对比试验，按照所述电连接器规范或测试标准中规定的频率范围，对不同损伤程度等级下的电连接器进行s参数测试，确定不同损伤程度等级下电连接器的谐振频率范围，在试验频率范围内针对不同损伤程度的电连接器进行s参数测试，转换成nyquist图，根据所述电连接器s参数nyquist图的变化规律，判定所述电连接器的损伤程度情况。本发明无需对电连接器进行拆解，无需破坏电连接器内部接触件接触端面的表面状态，能够在电连接器接触件性能退化初期便捕捉到电连接器性能变化的信号，测试手段更灵敏、测试结果更精准。
5.本发明提供一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，所述方法包括以下步骤：
6.s1、进行不同损伤程度下电连接器的实验室对比试验：选择电连接器，针对所述电连接器进行不同损伤程度的实验室对比试验，所述损伤程度包括n个损伤程度等级，对比试验包括腐蚀性试验、插拔试验和环境应力试验；其中腐蚀性试验包括酸性盐雾试验或中性盐雾试验或能对电连接器接触件接触表面造成腐蚀性损伤试验；
7.s2、确定不同损伤程度下电连接器的测试试验频率范围：按照所述电连接器的频
率范围对不同的n个损伤程度等级下的电连接器进行s参数的测试，获得n个损伤程度等级下电连接器的谐振频率点，确定不同损伤程度等级下电连接器的测试试验频率范围；
8.s3、进行不同损伤程度下电连接器的s参数测试：在试验频率范围内针对n个不同损伤程度的电连接器进行s参数的测试，并转换成电连接器s参数nyquist图；
9.s4、判定电连接器的损伤程度情况：根据所述电连接器s参数nyquist图的变化规律，判定所述电连接器的损伤程度情况，所述步骤s4具体包括以下步骤：
10.s41、当电连接器的谐振频率进入拟定频率范围时，谐振阻抗最大，此时nyquist图包围区域最大，表明电连接器接触件表面开始受损，性能由最高值开始下降，出现退化状态；
11.s42、随着损伤程度继续增加，谐振阻抗逐渐变小，谐振频率也降低，nyquist图包围区域也变小，当变小到一定程度，谐振频率小于所设定的频率范围的下限时，此时表现为nyquist图所围区域最小，表明电连接器接触件表面损伤至性能最低点，性能退化濒临失效状态；
12.s43、电连接器的nyquist图呈现非包围区域，此时电连接器接触件表面损伤跌破性能最低点，性能已经退化失效，出现瞬断状态。
13.在一个优选实施方式中，所述步骤s1中电连接器插头与插座端分开放置，取样时插头与插座配合后进行对比试验。
14.在一个优选实施方式中，所述步骤s1中腐蚀性试验的时长对应电连接器不同损伤程度，n取5时设置试验24h、48h、72h、96h和120h分别对应电连接器损伤程度等级1级至电连接器损伤程度等级5级；插拔试验的插拔次数对应电连接器不同损伤程度，n取5时设置插拔300次、600次、900次、1200次和1500次分别对应电连接器损伤程度等级1级至电连接器损伤程度等级5级。
15.进一步，所述步骤s2中谐振频率范围应能够包含n个谐振频率中最大的频率值及最小的频率值。
16.进一步，所述步骤s3中电连接器作为一个对称互易二端口网络，电连接器s参数满足s
11
＝s
22
和s
12
＝s
21
，其中，对s
11
取负值即表示回波损耗，回波损耗越大表示反射回端口1的能量越少，电连接器性能越好；对s
21
取负值即表示插入损耗，插入损耗越小表示传输到端口2的能量越多，电连接器性能越好。
17.进一步，所述电连接器包括低频电连接器、高频电连接器或高速电连接器。
18.与现有技术相比，本发明的技术效果为：
19.1、本发明设计的一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，无需对电连接器进行拆解，无需破坏电连接器内部接触件接触端面的表面状态，只需在电连接器整个使用过程中在特定频率范围内针对s参数进行周期性测试，根据测试结果的nyquist图便能够表征电连接器内部接触件接触损伤程度。
20.2、本发明设计的一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，相较于通过接触电阻的形式来判别电连接器性能退化的传统方式，能够在电连接器接触件性能退化初期便捕捉到电连接器性能变化的信号，测试手段更灵敏、测试结果更精准。
21.3、本发明设计的一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，能够快速地原位检测电连接器的损伤程度，根据不同损伤程度电连接器的谐振点移动速率来判定
该电连接器是否到寿或剩余寿命等，为改进产品设计和产品使用状态分析等提供技术支持。
附图说明
22.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
23.图1是本发明的基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法的流程图；
24.图2是本发明的综合应力试验的流程图；
25.图3是本发明的j599ⅲ系列航空电连接器nyquist图s
11
的测量结果示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.图1示出了本发明的基于s参数奈奎斯特图即nyquist图的电连接器损伤程度表征方法或者也称为电连接器的损伤程度判定方法，该方法包括以下步骤：
29.s1、进行不同损伤程度下电连接器的实验室对比试验：选择某种型号电连接器，电连接器可以为但不限于低频、高频或高速电连接器。针对电连接器进行不同损伤程度的实验室对比试验，损伤程度分为n个等级，对比试验为腐蚀性试验、插拔试验和/或者环境应力试验；其中腐蚀性试验可以是酸性盐雾试验或中性盐雾试验或其他可以对电连接器接触件接触表面造成腐蚀性损伤的试验，损伤程度等级通过试验规定进行评价。
30.一般地，电连接器插头与插座端分开放置，取样时插头与插座配合后进行对比试验。
31.实验室对比试验可分为单项应力试验和综合应力试验。单项应力试验主要包括腐蚀性试验、插拔试验、振动试验等；综合应力试验的目的是为了是电连接器性能快速退化，可由插拔试验、腐蚀性试验以及振动试验组成。
32.其中，腐蚀性试验主要是为了造成电连接器内部接触件表面发生腐蚀现象，进而影响到电连接器的性能变化，必要条件下可将电连接器分开放置进行试验，可分为中性盐雾试验和酸性盐雾试验两种情况：中性盐雾试验控制ph在6.5～7.2之间；酸性盐雾试验则控制ph值在3.0～4.0之间。腐蚀性试验的时长对应电连接器不同损伤程度，n取5时可设置试验24h、48h、72h、96h和120h分别对应电连接器损伤程度等级1至电连接器损伤程度等级5。
33.插拔试验主要是为了造成电连接器内部接触件表面发生滑动磨损现象，进而影响到电连接器的性能变化。具体地，将电连接器固定在试验设备上，插座端固定不动，插头端为自由端，插拔行程为3cm，设置电连接器插拔次数，范围为1～1500次，步进300次，插入和拔出的速率为3次/分钟。插拔试验的插拔次数对应电连接器不同损伤程度，n取5时可设置插拔300次、600次、900次、1200次和1500次分别对应电连接器损伤程度等级1至电连接器损
伤程度等级5。
34.振动试验主要包括两个部分：扫频试验，为了确定电连接器接触结构的敏感频率范围；随机振动试验，在敏感频率范围内进行，为了模拟真实情况的同时，加速电连接器的性能退化。
35.针对扫频试验，电连接器开展分段线性扫频，此方式结合了对数扫频与线性扫频各自的优点。在扫频时间相同的情况下，与对数扫频相比，在低频区保持了较低的扫频速率，但初始扫频速率大于对数扫频在该段的扫频速率；在高频区有较高的扫频速率，但临近终止时的扫频速率远小于对数扫频在该段的扫频速率。与线性扫频相比，在低频区扫频速率较高，因此在频率范围很宽时可以节省较多时间。
36.将电连接器水平放置，即电连接器内部接触件放置方向与振动方向垂直。扫频振动试验实施过程中，可通过在试验对象可能敏感部位粘贴加速度传感器的方式考察其振动响应，即共振情况，以确定敏感部位的敏感频率范围。扫频振动试验量级一般选取1g或2g，敏感振动频率范围不显著的情况下，可适当增大量级，步进量级一般为1g。在获得试验对象的敏感频率范围和振动方向后，扫频振动试验即停止。扫频振动试验的频率范围为5～3000hz，将该频谱划分为20～500hz、500～1000hz、1000～2000hz三个频段。在每一个频段汇总，频率变化率(hz/min)与最高频率(hz)的比为一常数k。那么三个频段的变化率就分别为500k，1000k及2000k。因此，通过三个频段的时间(单位：min)应分别为：(500-20)/(500k)、(1000-500)/(1000k)、(2000-1000)/(2000k)。
37.假定扫描总时间为30min，则可得k＝0.0653。
38.所以，三个频段所需的最大恒定频率变化率分别为32.667hz/min、65.333hz/min和130.667hz/min。通过三个频段的最少时间分别为14.692min、7.653min和7.653min。
39.将2000～3000hz频率段的最大恒定频率变化率也设定为130.667hz/min，通过该频段的最少时间为7.653min。
40.针对随机振动试验，根据扫频试验得出的敏感频率范围，对电连接器进行试验实施。
41.综合应力试验的具体试验条件为：
42.将接好线装配好的电连接器插头与插座端连接和分离50次，随后进行腐蚀性试验，电连接器插合好进行试验96h，随后分开电连接器进行试验24h，以此为一个腐蚀周期，可针对电连接器进行不同周期数的腐蚀试验，最后进行随机振动试验，具体流程如图2所示。
43.不同损伤程度的电连接器对应的试验条件如表1所示。
44.45.表1
46.s2、确定不同损伤程度下电连接器的测试试验频率范围：按照电连接器规范或测试标准中规定的频率范围对n个不同损伤程度等级下的电连接器进行s参数的测试，观察n个不同损伤程度下电连接器的谐振频率点，确定不同损伤程度等级下电连接器的测试试验频率范围，测试试验频率范围应能够包含n个谐振频率中最大的频率值及最小的频率值。
47.s3、进行不同损伤程度下电连接器的s参数测试：在试验频率范围内针对n个不同损伤程度的电连接器进行s参数的测试，并转换成电连接器的s参数nyquist图。
48.电连接器作为一个对称互易二端口网络，即s参数满足s
11
＝s
22
和s
12
＝s
21
，其中，对s
11
取负值即表示回波损耗，回波损耗越大表示反射回端口1的能量越少，电连接器性能越好；对s
21
取负值即表示插入损耗，插入损耗越小表示传输到端口2的能量越多，电连接器性能越好。
49.s4、判定电连接器的损伤程度情况：根据电连接器s参数nyquist图的变化规律，判定电连接器的损伤程度情况，步骤s4具体包括以下步骤：
50.s41、当电连接器的谐振频率进入拟定频率范围时，谐振阻抗最大，此时nyquist图包围区域最大，表明电连接器接触件表面开始受损，性能由最高值开始下降，出现退化状态；此时对应损伤程度等级i，1≤i≤n。
51.s42、随着损伤程度继续增加，谐振阻抗逐渐变小，谐振频率也降低，nyquist图包围区域也变小，当变小到一定程度，谐振频率小于所设定的频率范围的下限时，此时表现为nyquist图所围区域最小，表明电连接器接触件表面损伤至性能最低点，性能退化濒临失效状态；此时对应损伤程度等级j，i≤j≤n。
52.s43、电连接器的nyquist图呈现非包围区域，此时电连接器接触件表面损伤跌破性能最低点，性能已经退化失效，出现瞬断状态；此时对应损伤程度等级g，j≤g≤n。
53.综上，随着时间的推移和次数的增加，性能先是提升的状态，当到达等级i时达到顶峰，随之开始出现退化状态；继续进行试验，性能也随之开始下降，当到达等级j时损伤至性能最低点，性能退化濒临失效状态；之后再进行试验，当到达等级g时损伤跌破性能最低点，性能已经退化失效，出现瞬断状态。
54.下面结合具体的案例对本发明做进一步的详细说明。
55.以某一航空电连接器为研究对象实施基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，具体实施步骤如下：
56.首先，选取航空电连接器为试验对象，电连接器壳体材料为复合材料，内部接触件组成材料为铜合金镀镍后镀金，以下简称je系列电连接器。不同损伤程度的实验室对比试验以酸性盐雾试验为主，将电连接器插头与插座端分开放置于盐雾箱中。分别在试验进行24h、48h、72h、96h、120h时取出电连接器的插头与插座，观察表面损伤程度，通过试验规定进行电连接器插头与插座端插针与插孔表面的腐蚀程度进行评级，将试验24h、48h、72h、96h、120h后的电连接器评价为5个等级(l1～l5)。
57.然后，针对损伤程度等级1～等级5的该型号电连接器按照0.05ghz～3.125ghz进行s参数测试，观察等级1～等级5电连接器的谐振频率点，确定不同损伤程度等级下电连接器的谐振频率，等级1～等级5的谐振频率点分别为2.5ghz、2.1ghz、1.9ghz、1.6ghz、1.4ghz，因此，确定电连接器的测试试验频率范围为1～3ghz。
58.其次，在试验频率范围1～3ghz内针对等级1～等级5的电连接器进行s参数的测试，对不同退化等级的电连接器s参数测量结果，即s
11
＝s
22
，绘制nyquist图，s
11
的测量结果如图3所示，其中b所指的图线为退化之前电连接器s参数的测量结果，区域为l1、l2、l3、l4和l5图线的重叠部分。
59.从图3可以看出s参数的nyquist图形成了一个包围区域，随着退化等级的增加，见退化前到level-2，所包围的区域逐渐增大；随后又逐渐减小，见l2到l4；退化等级level-5时，电连接器视作断路。在此分析中，电连接器接触件表面损伤程度发生明显变化，性能出现退化状态的时间为腐蚀性试验48h；电连接器接触件表面损伤程度较严重，性能退化濒临失效的腐蚀性试验时间为96h；在腐蚀性试验进行至120h时，电连接器接触件损伤严重，性能已经退化失效，出现瞬断的情况。
60.本发明设计的一种基于s参数nyquist图的电连接器损伤程度表征方法，无需对电连接器进行拆解，无需破坏电连接器内部接触件接触端面的表面状态，只需在电连接器整个使用过程中在特定频率范围内针对s参数进行周期性测试，根据测试结果的nyquist图便能够表征电连接器内部接触件接触损伤程度；相较于通过接触电阻的形式来判别电连接器性能退化的传统方式，能够在电连接器接触件性能退化初期便捕捉到电连接器性能变化的信号，测试手段更灵敏、测试结果更精准；能够快速地原位检测电连接器的损伤程度，根据不同损伤程度电连接器的谐振点移动速率来判定该电连接器是否到寿或剩余寿命等，为改进产品的设计方案和对产品使用状态进行及时评价等提供试验分析和准确判断依据。
61.最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。