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調(diào)頻引信信號(hào)處理器模塊化改進(jìn)

2014-05-25 00:34盧新棟李艷萍
制導(dǎo)與引信 2014年2期
關(guān)鍵詞:插針印制板信號(hào)處理

盧新棟, 李艷萍

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

調(diào)頻引信信號(hào)處理器模塊化改進(jìn)

盧新棟, 李艷萍

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

針對(duì)調(diào)頻引信信號(hào)處理器元器件、印制板及連接線多,易出現(xiàn)人工焊接錯(cuò)誤且效率低下,印制板間的導(dǎo)線在調(diào)試、灌封等工序上易斷、連接不可靠等問(wèn)題,提出了對(duì)信號(hào)處理器電路采取模塊化的改進(jìn)設(shè)計(jì)。非調(diào)試參數(shù)部分全部集成到專用的小型化模塊上,作為調(diào)頻引信的一個(gè)專用模塊部件。該設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了大量的產(chǎn)品裝配及動(dòng)態(tài)試驗(yàn)證明,產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠,成品率顯著提高,可減少人力成本,提高生產(chǎn)效率。

調(diào)頻引信;信號(hào)處理;模塊化

0 引言

信號(hào)處理器是調(diào)頻引信的重要部件,信號(hào)處理器設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到近炸引信功能的實(shí)現(xiàn)。調(diào)頻引信要求信號(hào)處理器有適當(dāng)?shù)姆糯罅縖1]、一定的頻率特性、一定的抗干擾能力和噪聲抑制能力、工作穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高等功能特點(diǎn)。復(fù)雜的功能要求信號(hào)處理器使用大量的元器件,需要檢測(cè)較多的功能點(diǎn)。舊的信號(hào)處理器印制板間采用鍍銀導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞,實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線在焊接后,焊點(diǎn)附近部位在經(jīng)過(guò)產(chǎn)品多次調(diào)試(高低常溫及熱沖擊)和對(duì)接固定時(shí)變得易斷,使信號(hào)處理器裝配可靠性一直得不到提高,提供產(chǎn)品常常需要增大一倍的量來(lái)挑選產(chǎn)品。實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)每一發(fā)產(chǎn)品的噪聲大小差異很大,分析原因?yàn)槊堪l(fā)產(chǎn)品的多根導(dǎo)線彎折在印制板間位置不同,對(duì)信號(hào)傳輸有一定的耦合干擾不同造成,因此必須對(duì)信號(hào)處理器進(jìn)行徹底的改進(jìn)。

本文提出了對(duì)調(diào)頻引信信號(hào)處理器進(jìn)行模塊化、小型化、通用化改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 改進(jìn)前的信號(hào)處理器

以往信號(hào)處理器部件采用四塊不同功能的印制板完成所有器件的焊接,各印制板間采用鍍銀導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞,信號(hào)流程如圖1所示。

圖1 信號(hào)流程

每塊印制板待各功能參數(shù)調(diào)試完成合格后,再用導(dǎo)線進(jìn)行連接。連接后首先進(jìn)行整體功能測(cè)試,測(cè)試中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線由于經(jīng)常來(lái)回折動(dòng),很容易斷裂,造成個(gè)別器件燒毀,而且還不容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在哪里,往往查找一發(fā)問(wèn)題產(chǎn)品所用的時(shí)間比重新裝配一發(fā)產(chǎn)品的時(shí)間還長(zhǎng),引來(lái)很多麻煩。經(jīng)總體性能測(cè)試合格后的信號(hào)處理器再進(jìn)行總裝固定,總裝成塔式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 信號(hào)處理器塔式結(jié)構(gòu)圖

總裝后的信號(hào)處理還要進(jìn)行性能檢查,確??傃b過(guò)程中導(dǎo)線是否有斷裂、短路和虛焊問(wèn)題。檢測(cè)合格后還要經(jīng)過(guò)熱沖擊和高、低溫等性能篩選。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)所有環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試合格后的信號(hào)處理器,在進(jìn)行灌封固定后,有部分產(chǎn)品功能還會(huì)失效。

對(duì)失效的產(chǎn)品進(jìn)行解剖發(fā)現(xiàn),個(gè)別導(dǎo)線出現(xiàn)了斷裂,還有個(gè)別導(dǎo)線的絕緣層由于前面工序造成破皮而沒(méi)有檢查出來(lái),灌封后經(jīng)灌封料的擠壓,與器件短路在一起,造成產(chǎn)品失效。經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),每個(gè)環(huán)節(jié)均有失效產(chǎn)品,造成產(chǎn)品浪費(fèi),成品率不高,使得每次準(zhǔn)備產(chǎn)品,均要有接近1倍的余量來(lái)挑選,形成了調(diào)頻引信成品率低,不好干的觀念。

實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)同一批的產(chǎn)品,性能上往往有很大的差異,經(jīng)過(guò)反復(fù)分析,原因就是各個(gè)導(dǎo)線在總裝后處于產(chǎn)品中不同的位置,重要導(dǎo)線(如電源,信號(hào)傳輸?shù)龋┰斐傻鸟詈细蓴_不一樣,使每發(fā)產(chǎn)品性能出現(xiàn)了差異。隨著計(jì)算機(jī)程控自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,引信檢測(cè)也引入了自動(dòng)化測(cè)試, 1#~3#板上均有需檢測(cè)的點(diǎn)位,而產(chǎn)品總裝灌封后僅有4#板可與外界連接,這時(shí)需要導(dǎo)線把1 #~3#板上待檢測(cè)的點(diǎn)位引到4#板上去,無(wú)疑增大了工作量和降低了產(chǎn)品的可靠性。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的開發(fā)。

2 信號(hào)處理器模塊化改進(jìn)

新的引信研制提出了“三化”設(shè)計(jì)要求,其中組合化(模塊化)是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同產(chǎn)品進(jìn)行功能分析和分解的基礎(chǔ)上,劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用模塊或標(biāo)準(zhǔn)模塊,并與專用模塊和零部件進(jìn)行組合,構(gòu)成產(chǎn)品系列的一種標(biāo)準(zhǔn)化形式[2]。單片集成電路體積小,前期開發(fā)成本高,批量生產(chǎn)后成本低,適合于固定不變的產(chǎn)品。如果產(chǎn)品參數(shù)需要改進(jìn),需重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)線,不適合產(chǎn)品多項(xiàng)目應(yīng)用。厚膜混合集成電路在陶瓷基片上進(jìn)行封裝[3],強(qiáng)度受限,不適合用于高過(guò)載的產(chǎn)品上。分析了以上兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn),根據(jù)引信特殊的使用環(huán)境和一體化多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用的特點(diǎn),提出了對(duì)信號(hào)處理器的不同功能部位進(jìn)行模塊化、小型化類似集成電路式改進(jìn)設(shè)計(jì),使之成為該體制專用及各項(xiàng)目通用的專用集成模塊。各模塊全部在小型印制板基地上采用機(jī)器自動(dòng)貼片焊接小封裝器件,插針式引腳輸出,參數(shù)可調(diào)可控,可抗高過(guò)載,且完全剔除印制板間的導(dǎo)線,提高產(chǎn)品的成品率和可靠性。

根據(jù)信號(hào)處理器處理信號(hào)的不同功能,按照信號(hào)先后走向,把各功能分別集成到不同的模塊上去。本文針對(duì)調(diào)頻引信采用將前置濾波和放大集成到一塊模塊上,供信號(hào)處理器的電源集成到一塊模塊上,將低頻濾波和檢波集成到一塊模塊上,將信號(hào)判別與輸出集成到一塊模塊上。其模塊設(shè)置和信號(hào)流向如圖3所示。

圖3 模塊設(shè)置及信號(hào)流向圖

專用信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示,專用模塊作為通用部件應(yīng)用在不同項(xiàng)目上的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 專用信號(hào)處理模塊

圖5 專用模塊應(yīng)用在不同項(xiàng)目的側(cè)面結(jié)構(gòu)圖

改進(jìn)前后有了很大的區(qū)別。改進(jìn)后,四塊專用信號(hào)處理模塊輸入輸出全部用插針與1#板和2#板連接,沒(méi)有任何導(dǎo)線,不存在導(dǎo)線因位置不同而導(dǎo)致每發(fā)產(chǎn)品狀態(tài)上的差異;四塊模塊上的插針進(jìn)行了防錯(cuò)裝設(shè)計(jì),不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線連接時(shí)易產(chǎn)生的人為焊接錯(cuò)誤;四塊模塊上的器件和插針?lè)謩e為機(jī)器貼片焊接和壓接,工藝一致性好,適合于批量生產(chǎn);四塊模塊可通過(guò)下排插針將各功能監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部引到2#板上,檢測(cè)點(diǎn)集中,便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)程控檢測(cè);信號(hào)處理可調(diào)試參數(shù)部分全部放到了1#板和2#板上,便于調(diào)試,經(jīng)環(huán)境試驗(yàn)后,若因某一器件散差導(dǎo)致參數(shù)變化,便于替換;四塊模塊上的器件不需要調(diào)試,選用了封裝尺寸小的器件,實(shí)現(xiàn)了小型化,可適應(yīng)不同項(xiàng)目對(duì)信號(hào)處理部件尺寸的要求。

性能上改進(jìn)后的產(chǎn)品與原產(chǎn)品有了較大的區(qū)別,主要是影響產(chǎn)品的通道噪聲。在開始設(shè)計(jì)時(shí)就已注重信號(hào)的流程,相同電路的對(duì)稱設(shè)計(jì),數(shù)模地線的分離,地線網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等[4],但與原產(chǎn)品還是有了些區(qū)別,經(jīng)分析主要是分布參數(shù)的變化。于是在內(nèi)部電源上加入了低通濾波器,使產(chǎn)品的性能滿足了要求,而且每發(fā)產(chǎn)品的噪聲接近一致,這是改進(jìn)前沒(méi)有預(yù)料到的,這便很好控制每一批產(chǎn)品的狀態(tài)了。

四塊專用信號(hào)處理模塊上下均有插針,必須四個(gè)模塊的上下插針同時(shí)插入1#板和2#板后,才可以進(jìn)行焊接。如果上下板插針焊接過(guò)孔設(shè)計(jì)的一樣大小,將很難把四個(gè)模塊的插針對(duì)齊同時(shí)插入一個(gè)印制板的過(guò)孔里。上下兩個(gè)印制板必須有一個(gè)的過(guò)孔增大,以抵消插針的誤差,這是在實(shí)際裝配中發(fā)現(xiàn)后再優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)的。

3 測(cè)試與試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 產(chǎn)品工藝、成品率及性能的提高

專用信號(hào)處理模塊在經(jīng)過(guò)狀態(tài)固化后,進(jìn)行了較大數(shù)量的試裝。器件及引腳插針全部為機(jī)器貼裝,加工合格后用專用信號(hào)處理模塊檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了第一次性能測(cè)試,測(cè)試結(jié)果100%合格。將檢測(cè)合格的專用信號(hào)處理模塊進(jìn)行了熱沖擊篩選試驗(yàn),用以早期發(fā)現(xiàn)焊接上有問(wèn)題的產(chǎn)品,試驗(yàn)后對(duì)專用模塊又進(jìn)行了100%性能檢測(cè),結(jié)果性能與熱沖擊前無(wú)任何變化,測(cè)試全部合格。

將檢測(cè)合格的專用模塊與1#板、2#板進(jìn)行插接,將插接成整個(gè)信號(hào)處理器的印制板放到專用的夾具中固定,使印制板間保持水平與垂直后,對(duì)各插接孔上的插針進(jìn)行焊接。

實(shí)踐中裝配效率比塔式導(dǎo)線結(jié)構(gòu)提高了至少2倍以上。還因設(shè)計(jì)成防錯(cuò)裝模式,不存在產(chǎn)品錯(cuò)裝的問(wèn)題。對(duì)總裝成型的信號(hào)處理器進(jìn)行性能調(diào)試后,利用計(jì)算機(jī)程控檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)記錄,排除了產(chǎn)品人工供電、測(cè)試、讀數(shù)和人工記錄間的錯(cuò)誤,效率顯著提高。對(duì)檢測(cè)合格的信號(hào)處理器進(jìn)行低溫、高溫、熱沖擊性能篩選及灌封后的低溫、高溫、熱沖擊篩選,成品率可達(dá)95%以上;而以前塔式結(jié)構(gòu)時(shí),到最后合格的成品僅能達(dá)到50%~60%。

將灌封后的信號(hào)處理器進(jìn)行了橫向及縱向各30 kg以上馬歇特錘擊試驗(yàn),產(chǎn)品在性能上沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化。

改進(jìn)后的信號(hào)處理器較以前產(chǎn)品在性能上趨于一致,試驗(yàn)室靜態(tài)通道噪聲也較以前產(chǎn)品小一倍以上。信號(hào)處理器新老結(jié)構(gòu)的比較,如表1所示。

表1 新老結(jié)構(gòu)比較數(shù)據(jù)表

3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證

改進(jìn)后的信號(hào)處理器已成功在榴彈及火箭彈引信上順利通過(guò)了各階段動(dòng)態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證。兩類彈種合計(jì)動(dòng)態(tài)射擊數(shù)量達(dá)千余發(fā),沒(méi)有出現(xiàn)一發(fā)早炸,而連續(xù)波多普勒體制引信要達(dá)到早炸小于2%都困難。新的設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了對(duì)地調(diào)頻引信的優(yōu)越性[4]。

4 結(jié)論

本文針對(duì)調(diào)頻引信信號(hào)處理電路進(jìn)行了模塊化、通用化和小型化的改進(jìn)設(shè)計(jì),核心部分集成到四塊專用信號(hào)處理模塊上,需調(diào)試部分放到連接集成模塊的上下印制板上,整個(gè)信號(hào)處理無(wú)任何導(dǎo)線,相比原設(shè)計(jì)成品率和可靠性有了質(zhì)的提高。產(chǎn)品裝配工藝簡(jiǎn)單、提高了效率,還可適用于計(jì)算機(jī)程控檢測(cè)。核心部分小型化后,可適于不同項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的需要。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了榴彈及火箭彈的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn),證明了設(shè)計(jì)可靠可行。

[1] 臧立君,李興國(guó).無(wú)線電引信電路設(shè)計(jì)原理[M].南京:兵器工業(yè)部教材編審室出版,1986.

[2] 馬寶華.我國(guó)兵器引信“三化”的必然趨勢(shì)及其頂層設(shè)計(jì)[C].第十屆引信學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,1997.

[3] James J.Licari,Leonard R.Enlow(著),朱瑞廉(譯).混合微電路技術(shù)手冊(cè)[S].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[4] 楊克俊.電磁兼容原理與設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2004.

The Improvement of Modularization on Signal Processor of Frequency Modulation Fuze

LU Xin-dong, LI Yan-ping
(Xi'an Institute of Electromechanical Information Technology, Xi'an Shaanxi 710065,China)

The frequency modulation fuze signal processor has much more components, printed and connecting wires.It is prone to the problem of error and low efficiency of manual welding,easily broken and unreliable connection of the wires on the printed plate after the debugging and perfusion process.Aming at the problems,animproved design of the modularization of signal processor circuit was designed in this paper.Non debug parameter parts are integrated in the small and specific component as a special components of FM fuze.This design was proved by a lot of product assembly and dynamic experiments that it was credible and the inverse proportion of the finished product was imporving.It can reduce the labor cost and improve the production efficiency.

frequency modulation fuze;signal processor;modularization

TJ431

A

1671-0576(2014)02-0014-04

2013-10-30

盧新棟(1978-),男,工程師,主要從事引信信號(hào)處理方面的研究;李艷萍(1981-),女,工程師,主要從事探測(cè)器方面的研究。

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