一种具有插合计数检测功能的连接器的制作方法

1.本发明属于连接器技术领域，特别涉及一种具有插合计数检测功能的连接器。


背景技术：

2.目前连接器主要应用在汽车、工业、医疗、航空航天、武器装备等领域的电子系统中，主要实现电气连接和信号能量的传递。当其作为能量来源的主接口，由于长时间传输大功率，在插针和插孔接触件的接触部位极易出现烧毁的情况，从而造成设备无法工作，一旦发生故障轻则造成设备停机，重则造成整个系统瘫痪，进而引发重大的安全事故。例如，电源连接器是宇航器舱内能源入口，一旦发生故障(接触件折断、老化、短接)会造成宇航器出现功能失效等严重故障。因此需要采取其他措施来提升连接器的可靠性。
3.传统连接器均为无源器件，因此其内部状态不可知，一旦发生故障，只能被动的进行维修或更换。为了实现连接器内部实时状态的可视化和对故障的检测报警，保证系统装备的安全工作，急需研发出能够内嵌入连接器的工作状态自监测模块，可以实现对同连接器自身工作状态直接相关的关键特征量(如插拔寿命)的实时监测功能，从而避免连接器内部关键特性突然失效，对系统造成不可预测的冲击，提高武器装备的安全可靠性和维修经济性。针对连接器自身健康故障即连接器出现结构性故障或老化，最常见的是老化故障，即连接器长时间运行或多次插拔操作后造成接触件老化及性能退化等，这将对系统的运行产生很大的隐患，因此必须提醒系统进行及时的维修和更换。其中针对接触件老化故障可以通过监测插拔次数，当监测到连接器达到设定插拔寿命阈值时，就进行报警，提示连接器出现了健康状态故障。因此可以把插拔次数作为连接器自身健康故障判断的特征值。为了实现对插拔寿命的监测和提示插合到位的功能，本发明提出了一种具备具有插拔次数计数功能的新型连接器。
4.目前连接器插拔次数的计数都是通过外置设备如机械寿命测试仪，使用该测试方法时，连接器处于一种非工作状态，我们只能够用于统计连接器的机械寿命阈值，不能够实时的监测连接器的工作状态并且不具备插合到位的提示功能。


技术实现要素：

5.为解决现有技术问题，本发明提出一种具有插合计数检测功能的连接器，其可以实现对插头/插座插拔次数的独立监测、提示插拔到位的功能和插拔次数数据输出的功能，进而实现对连接器当前状态进行判断和报警。
6.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有插合计数检测功能的连接器，包括相适配的插座及插头，插座包括插座壳体、插座检测接触件和插座印制板部件，插座检测接触件通过插座绝缘体安装在插座壳体内，插座印制板部件上焊接有与插座检测接触件后端相插接的第一同轴插孔；插头包括插头壳体、插头检测接触件和插头印制板部件，插头检测接触件通过插头绝缘体安装在插头壳体内，插头印制板部件上焊接有与插头检测接触件后端相插接的第二同轴插孔；插座印制板部件
上集成有相连接的第一信号收集电路和第一mcu，插头印制板上集成布置有相连接的第二信号收集电路和第二mcu；
7.插头与插座插合时，插座检测接触件与插头检测接触件接触导通，第一信号收集电路和第二信号收集电路均能检测到接触导通信号并将接触导通信号传递至对应的mcu，第一mcu和第二mcu分别对接触导通信号进行处理，从而实现插头、插座的独立插合计数，同时该接触导通信号(电信号)具备插合到位提示的功能。
8.进一步的，插座检测接触件包括插孔外导体以及同轴套设在插孔外导体内的插座检测插针；插头检测接触件包括插针外导体以及同轴套设在插针外导体内的插头检测插针；插头与插座插合时，插针外导体插入插孔外导体内，插座检测插针与插头检测插针接触。
9.进一步的，插座检测插针的前端设有弹针组件，弹针组件包括弹簧以及触头，触头沿插拔方向滑动装配在插座检测插针前端开设的容纳孔内，弹簧安装在容纳孔内并与触头后端连接；插头与插座未插合时，在弹簧作用下，容纳孔前端与触头在轴向上挡止配合；插头与插座插合时，触头与插头检测插针前端弹性接触。
10.进一步的，第一mcu与第二mcu均包括依次相连的ad转换模块、阈值电压比较模块、插拔计数模块，第一mcu中的ad转换模块与第一信号收集电路相连，第二mcu中的ad转换模块与第二信号收集电路相连。
11.进一步的，插座还包括插座尾部线缆附件，插座尾部线缆附件包括插座尾壳、插座封线体以及穿装在插座封线体内并与插座印制板部件连接的插座线缆组件，插座尾壳连接于插座壳体后端，插座封线体固定在插座尾壳后端内部，插座印制板部件通过第一支撑壳固定在插座尾壳中；
12.插头还包括插头尾部线缆附件，插头尾部线缆附件包括插头尾壳、插头封线体以及穿装在插头封线体内并与插头印制板部件连接的插头线缆组件，插头尾壳连接于插头壳体后端，插头封线体固定在插座尾壳后端内部，插头印制板部件通过第二支撑壳固定在插头尾壳中。
13.进一步的，插座检测接触件设置在插座绝缘体的中心轴线上；插头检测接触件设置在插头绝缘体的中心轴线上。
14.进一步的，插座印制板部件集成有与第一mcu相连的第一can总线通信单元，插头印制板部件上集成有与第二mcu相连的第二can总线通信单元；can总线通信单元能够通过插座/插头线缆组件向上位机发送插合寿命数据。
15.进一步的，插座印制板部件包括沿前后方向平行布置的第一插座印制板和第二插座印制板，第一插座印制板与第二插座印制板通过柔板或毛纽扣实现电性相连，第一同轴插孔后端连接在第一插座印制板上，第二插座印制板与插座线缆组件相连；插头印制板部件包括沿前后方向平行布置的第一插头印制板和第二插头印制板，第一插头印制板与第二插头印制板通过柔板或毛纽扣实现电性相连，第二同轴插孔后端连接在第二插座印制板上，第二插头印制板与插头线缆组件相连。
16.进一步的，插座印制板部件通过第一支撑壳固定在插座尾壳内；插头印制板部件通过第二支撑壳固定在插头尾壳内。
17.进一步的，插孔外导体与插座检测插针之间通过注塑绝缘体实现相对固定，插针
外导体与插头检测插针之间通过注塑绝缘体实现相对固定，插座/插头检测接触件内部的绝缘体均为机加的聚乙烯绝缘体。
18.借由上述技术方案，本发明的有益效果是：
19.1、本发明可以实现对连接器的插头、插座插合次数的独立监测，并同时具备提示插合到位检测功能和插合次数数据输出的功能，进而实现对连接器当前状态进行判断和报警。插合到位检测功能机械寿命极长、响应速度极快，可实现连接器工作中插合特性检测的实时监测。插头、插座端的插合计数数据可掉电存储，无需持续供电。
20.2、为了实现对连接器插拔次数的监测和提示插合到位的功能，以及保证计数的准确性同时能够内嵌入连接器体内，本发明所采用的插座/插头检测接触件采用同轴接触件，具有可靠性高、耐环境能力强的特点，非常适合在连接器内部使用。
21.3、本发明在结构上并未对连接器原有的信号接触件作任何更改；位于双端尾部线缆附件内的印制板部件能够很好的适应连接器的结构，未对连接器的信号传输产生影响；连接器有源端引入的电源端口和通信接口，都是低频小信号，不会对连接器原有信号接触件传输信号产生影响、干扰，因此连接器的电性能并没有受到影响。连接器插合面尺寸和插头插座尾端尺寸，插头和插座的外部结构尺寸均无需做任何更改。
22.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
23.图1是本发明一种具有插合计数检测功能的连接器的结构示意图。
24.图2是本发明中第一同轴插孔、插座检测接触件、插头检测接触件以及第二同轴插孔依次插接配合的示意图。
25.图3是本发明中插座端的插拔寿命自检测电路原理框图。
具体实施方式
26.以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
27.请参阅图1至图3，一种具有插合计数检测功能的连接器，包括相适配的插头和插座，以插头、插座相互插接配合的一端作为各自的前端；所述插座包括插座壳体11、插座绝缘体12、插座检测接触件13、插座接触件、插座印制板部件以及插座尾部线缆附件；所述插头包括插头壳体21、插头绝缘体22、插头检测接触件23、插头接触件、插头印制板部件以及插头尾部线缆附件。
28.在插座端，所述插座绝缘体12通过粘接、强装或台阶限位等方式固定安装在插座壳体11内，插座绝缘12体用于固定安装插座接触件以及插座检测接触件13，插座检测接触件13位于插座绝缘体12的中心轴上，且不影响插座接触件的原有节点排列。插座尾部线缆附件包括插座尾壳14、插座封线体15以及穿装在插座封线体15内并与插座印制板部件连接的插座线缆组件，插座尾壳14连接于插座壳体11后端，插座封线体15过盈安装在插座尾壳14内，起到壳体密封及线缆密封的作用。插座印制板部件固定在插座尾壳14内，本实施例中，插座印制板部件包括前后平行间隔设置的第一插座印制板16和第二插座印制板17，第
一插座印制板16与第二插座印制板17通过柔板或毛纽扣实现电性相连，第一及第二插座印制板均通过第一支撑壳固定在插座尾壳14内，固定方式不限于螺钉压接。采用沿轴向前后平行布置的若干插座印制板，能在连接器体积不改变的前提下保证有足够的电路布置面积，保证同现有连接器的兼容性，连接器的外形尺寸、安装尺寸均保持不变，方便快速替换原型号连接器。第一插座印制板16上焊接有第一同轴插孔19，第一同轴插孔19用于和插座检测接触件13后端插接配合。
29.在插头端，所述插头绝缘体22通过粘接、强装等方式固定安装在插头壳体21内，插头绝缘体22用于安装插头接触件以及插头检测接触件23，插头接触件用于和插座接触件对应插接配合，插头检测接触件23位于插头绝缘体22的中心轴上。插头尾部线缆附件包括插头尾壳24、插头封线体25以及穿装在插头封线体25内并用于与插头印制板部件连接的插头线缆组件31；插头尾壳24安装于插头壳体21后端，插头封线体25过盈安装在插头尾壳24内以起到密封作用。插头印制板部件固定在插头尾壳内，与插座端类似，插头印制板部件包括前后平行间隔设置的第一插头印制板26、第二插头印制板27，第一插头印制板26与第二插头印制板27通过柔板或毛纽扣连接器电性相连，第一/第二插头印制板均通过第二支撑壳28和配套螺钉固定在插头尾壳24内。第一插头印制板26上焊接有第二同轴插孔29，第二同轴插孔29用于和插头检测接触件23的后端插接配合，插头检测接触件23的前端用于和插座接触件接触件13插合。其它实施例中，插座印制板/插头印制板也可以仅设置一个，或前后方向间隔设置三个或三个以上，本发明对此不作限制。
30.本实施例中，插头壳体的前端设有连接帽30，连接帽30用于和插座壳体螺纹快速连接，实现头座插合后的锁紧。
31.插座检测接触件13为同轴插孔接触件，插头检测接触件为与该同轴插孔接触件匹配的同轴插针接触件。具体而言，插座检测接触件13包括插孔外导体131以及同轴套设在插孔外导体131内的插座检测插针132，插孔外导体131与插座检测插针132之间通过注塑绝缘体实现相对固定，绝缘体优选为机加的聚乙烯绝缘体，即插孔外导体与插座检测插针的相对定位方式为通过中间的聚乙烯绝缘体的过盈配合加上内部的台阶结构定位；第一同轴插孔和第二同轴插孔的内外插孔之间也是通过注塑绝缘体实现相对绝缘固定。插头检测接触件23包括插针外导体231以及同轴套设在插针外导体231内的插头检测插针232，插针外导体与插头检测插针之间同样通过注塑聚乙烯绝缘体相对定位。
32.插座检测插针131的前端设有弹针组件，弹针组件包括弹簧133以及触头134，触头134沿前后方向滑动装配在插座检测插针前端开设的容纳孔135内；弹簧133安装在触头134与容纳孔135之间，用于为触头提供向前的顶推力或复位力；容纳孔135前端与触头134在轴向上挡止配合，以避免头座未插合时触头脱出容纳孔。插头与插座插合状态下，插针外导体231插入插孔外导体131内，插座检测插针132前端与插头检测插针232的弹针组件弹性接触，以实现可靠的电性接触导通。第一同轴插孔19插入插孔外导体131内并供插座检测插针132后端插入，即第一同轴插孔的外孔插入插孔外导体，插座检测插针插入第一同轴插孔的内孔；第二同轴插孔29插入插针外导体231内并供插头检测插针232后端插入，即第二同轴插孔的外孔插入插针外导体，插头检测插针插入第二同轴插孔的内孔；通过双端的同轴插孔及检测接针这四个同轴接触件进行插接配合，实现信号同轴传输。相比于普通的针/孔接触件，使用同轴接触件可以减少占用孔位数，原先需要两路供电的现在仅需要一路同轴接
触件即可实现，便于连接器集成化、小型化，扩展了应用范围，且同轴接触件传递信号更稳定。
33.如图3，插座印制板部件上集成有第一信号收集电路、第一mcu及第一can总线通信单元，第一信号收集电路用于采集第一同轴插孔与插座印制板部件电连接处的电位，第一信号收集电路的输出端与第一mcu连接，第一mcu与第一can总线通信单元连接。同理，插头印制板部件上也集成布置有依次连接的第二信号收集电路、第二mcu以及第二can总线通信单元，其连接方式及所实现功能与插座端相同，不再赘述。第一同轴插孔一般设置为低电平，插头端的同轴接触件为高电平，头座对插后电位发生变化，信号收集电路即采集此电位信号变化。第一、第二mcu内均设有依次连接的ad转换模块、阈值电压比较模块和插拔计数模块，ad转换模块与信号收集电路连接，用于将信号收集电路采集到的电位变化(模拟量)转换成数字量。此外各mcu还具有故障判断单元，在头座插合时若检测插座检测接触件与插头检测接触件未导通，可将此故障从连接器中输出。本实施例中在插座端设置两块计数功能印制板，则第一mcu、第一can总线通信单元可集成在后端的第二插座印制板17上，第一信号收集电路集成于第一插座印制板16上，当然这仅仅是示例性说明，本发明对此不作限制。
34.当插头、插座处于未插合状态时，插头检测接触件与插座检测接触件分离，头座两端印制板端口没有信号输入，提示未插合到位。当插头、插座插合时，插座检测插针与插头检测插针接触，触头受力使弹簧发生形变，头座两端各同轴接触件导通，座端的同轴插孔接触件和头端的同轴插针接触件插合后其两端电位发生跳变，插合到位状态下该电位变化将一直持续，该电位变化信号同时具备插合到位提示的功能；例如本发明插合到位检测功能的检测范围为0～1mm，检测精度为0.5
±
0.2mm。插头端与插座端的信号收集电路均采集到电位变化信号后，首先进行信号放大，然后送至mcu，mcu将电位变化信号(模拟量)转变成数字量，接着对得到的数据进行预处理，并同预设的插合到位时的阈值电压进行比较，从而判断是否进行了插合操作。当连接器插头、插座插合到位时，插头检测接触件与插座检测接触件也插合到位，头座两端的印制板端口信号输入电位变化，并持续一段时间，据此判定连接器进行了一次头座插合，头座两端的mcu记录一次数据；此外，插头/插座内的各mcu还可以按照规定周期通过对应can总线通信单元向上位机发送寿命数据。由于插座印制板部件和插头印制板部件上均集成有mcu、信号采集电路和can总线通信单元，则本发明能实现插头端和插座端的独立计数；且插头/插座端的插合计数数据可掉电存储，无需持续供电。
35.本实施例中，插座印制板部件上还焊接有电源芯片和供电总线芯片等电子元器件，从而将外部的供电电压转化成各元器件所需的工作电压，电源芯片和供电总线芯片优选集成在第二插座印制板上。因此插头、插座均为无源连接器，由外部供电，当在插头端安装上插头线缆组件时，与插头印制板组件的插针插合，实现对插头插拔寿命的计数功能，并且可以通过插头线缆组件输出与之对插的插座插拔使用寿命数据。本发明检测功能实现插头单端供电，头座插合后经同轴接触件传输可对插座进行供电。
36.本实施例中所述描述的各个零部件的尺寸、材料类型、数量以及安装位置仅仅是示例性说明，例如插头/插座壳体内部的封线体、绝缘体的样式和材料，插头/插座接触件的数量等均为作具体要求；在本发明要求的范围内的多种其他实施例和修改对本领域技术人员来说都将是明显的，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明
技术方案的范围内。