電容近炸引信高頻部件儲存性能試驗研究

王洪巖，吳英偉，路志爽

(1.陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 彈藥工程系， 石家莊 050003；2.中國人民解放軍63850部隊，吉林 白城 137001； 3. 32137部隊，河北 張家口 075000)

電容近炸引信高頻部件主要功能是探測和識別目標(biāo)信息，是近炸引信的核心部件，經(jīng)長期儲存，高頻部件內(nèi)部電子元器件的性能參數(shù)會發(fā)生漂移，一旦某些性能退化失效影響引信功能，會導(dǎo)致引信近炸失效[1]。目前國內(nèi)尚未對其開展儲存性能檢測試驗，長儲后性能狀態(tài)無人知曉，也無具體的檢測手段與方法。因此本文以列裝部隊已有12年之久的電容近炸引信為研究對象，并選取儲存時間為2、4、6～12年共9個年份庫存非密封引信的高頻部件進行檢測試驗，并對試驗結(jié)果進行分析確定儲存性能失效參數(shù)及現(xiàn)象。

1 高頻部件儲存失效模式分析

高頻部件由振蕩器、探測電極和檢波器組成[2]，其組成原理框圖如圖1所示。

圖1 高頻部件組成原理框圖

振蕩器產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定的高振幅正弦波信號，經(jīng)探測電極間固有電容分壓耦合到三極管檢波器，檢波器輸出端產(chǎn)生一個穩(wěn)定的檢波電壓[3]。引信接近目標(biāo)時，電極間等效電容均增大，導(dǎo)致檢波電壓的下降。距離目標(biāo)越近，檢波電壓下降越多。隨著目標(biāo)距離接近而產(chǎn)生的檢波電壓的變化，即為檢波輸出的引信與目標(biāo)信號。

采用FTA法，以按照實現(xiàn)特定功能的電路模塊為單位進行高頻部件失效樹分析[4]，如圖2所示。

由高頻部件工作原理可知，振蕩電路中的電容、三極管、電感和電阻失效將導(dǎo)致振蕩器無法起振或振蕩頻率不穩(wěn)定；探測電路引線焊點開裂導(dǎo)致極間電容分壓耦合失??；檢波電路中三極管、二極管、電阻失效致使檢波器無法提取含有目標(biāo)信息的檢波電壓。這些失效都會使高頻部件探測識別目標(biāo)失敗，致使引信電路誤動作，近炸失效。結(jié)合以上分析，利用FMECA法對高頻部件失效模式及影響進行分析，如表1所示。

圖2 高頻部件失效樹

表1 高頻部件失效模式及失效影響

2 高頻部件儲存性能試驗方案設(shè)計

進行引信儲存性能檢測試驗，為不失一般性，需進行抽樣檢測，樣本量越大，試驗結(jié)果越精確，但伴隨著檢測試驗工作量和引信樣本消耗增加，最終導(dǎo)致試驗周期長和試驗成本過高，因此應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計分析需要，合理確定抽樣方案[5～6]。根據(jù)GJB166—86《引信制造與驗收技術(shù)條件》和該引信儲存檢測工藝要求，抽取非密封儲存引信，儲存時間為2、4、6～12年共9個年份每年10發(fā)，進行高頻部件儲存性能檢測[7]，樣本量如表2所示。

表2 高頻部件檢測試驗樣本量

將高頻部件的18V線、檢波線、地線、發(fā)射電極引線對應(yīng)接入測試裝置，輸入直流穩(wěn)壓電源18V進行檢測，檢測原理如圖3所示，所需設(shè)備有直流穩(wěn)壓電源、測試裝置、示波器等[8～10]。

圖3 高頻部件檢測原理框圖

供電18 V，檢測項目如下：

1) 振蕩頻率fz。振蕩頻率是振蕩器將電源供給的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能所產(chǎn)生的一定頻率的交流信號，并使探測器在電極周圍建立一個交變的電場。

2) 振蕩電壓峰峰值Vf。振蕩電壓峰峰值是指振蕩器產(chǎn)生的交流信號的最大電壓值。

3) 飽和檢波電壓Vb。飽和檢波電壓是將接收電極引線與發(fā)射電極引線絞在一起的檢波電壓接近電源電壓18V。

4) 檢波電壓Vj。本文所測檢波電壓是指在無目標(biāo)信號時檢波器輸出的電壓。

3 試驗結(jié)果及分析

利用直流穩(wěn)壓電源和測試裝置檢測非密封儲存時間為2、4、6～12年高頻部件的振蕩頻率fz、振蕩電壓峰峰值Vf、飽和檢波電壓Vb以及檢波電壓Vj共4項參數(shù)。試驗結(jié)果表明：

1) 高頻部件失效存在振蕩電壓峰峰值降低失效和檢波電壓降低失效兩種現(xiàn)象；振蕩頻率和飽和檢波電壓未發(fā)生失效；

2) 高頻部件從第6年開始出現(xiàn)失效，儲存6～12年分別失效4、5、7、10、7、6、10發(fā)；

3) 振蕩電壓峰峰值和檢波電壓均值均有下降趨勢。

3.1 振蕩頻率fz

不同儲存時間非密封引信的高頻部件振蕩頻率的經(jīng)驗分布、均值變化趨勢和失效數(shù)[11]，如圖4、圖5所示。

圖4 振蕩頻率經(jīng)驗分布

圖5 振蕩頻率均值和失效數(shù)變化趨勢

從圖4、圖5可以看出，高頻部件各年份振蕩頻率分布在2.7～2.88 MHz區(qū)域內(nèi)，均滿足儲存性能要求，但普遍接近2.7 MHz要求下限，經(jīng)分析得：

1) 振蕩頻率未發(fā)生失效；

2) 各年份振蕩頻率普遍接近2.7 MHz要求下限，因此高頻部件的振蕩頻率仍需多加關(guān)注；

3) 均值最小為2.723 MHz、最大為2.80 MHz，且無明顯規(guī)律。

3.2 振蕩電壓峰峰值Vf

不同儲存時間非密封引信的高頻部件振蕩電壓峰峰值的經(jīng)驗分布、均值變化趨勢和失效數(shù)，如圖6、圖7所示。

從圖6、圖7可以看出，存在9發(fā)峰值降低失效，最小為41.2 V，經(jīng)分析得：

1) 振蕩電壓峰峰值失效模式為峰值降低失效，屬退化失效；

2) 從第7年開始出現(xiàn)失效，失效率為30%，儲存7～12年分別失效3、1、2、2、2、1發(fā)；

3) 均值分布在51.02～53.91 V之間，有下降趨勢。

圖6 振蕩電壓峰峰值經(jīng)驗分布

圖7 振蕩電壓峰峰值均值及失效數(shù)變化趨勢

3.3 飽和檢波電壓Vb

不同儲存時間非密封引信的高頻部件飽和檢波電壓的經(jīng)驗分布、均值變化趨勢和失效數(shù)，如圖8、圖9所示。

圖8 飽和檢波電壓經(jīng)驗分布對比

從圖8可以看出，高頻部件飽和檢波電壓最低為儲存12年的16.0 V，最高為儲存7年的17.9 V，滿足飽和檢波電壓儲存性能要求。在圖9中可以發(fā)現(xiàn)，飽和檢波電壓均值最小為16.98 V、最大為17.77 V，均符合性能要求，且無失效，經(jīng)分析得：

1) 飽和檢波電壓未發(fā)生失效：

2) 均值分布在16.98～17.77 V，無明顯規(guī)律。

圖9 飽和檢波電壓均值和失效數(shù)變化趨勢

3.4 檢波電壓Vj

不同儲存時間非密封引信的高頻部件檢波電壓的經(jīng)驗分布、均值變化趨勢和失效數(shù)，如圖10、圖11所示。

圖10 檢波電壓經(jīng)驗分布對比

圖11 檢波電壓均值和失效數(shù)變化趨勢

從圖10可以看出，高頻部件檢波電壓除儲存2、4年滿足檢波電壓的要求外，其余各年份均存在失效現(xiàn)象。在圖11中可以發(fā)現(xiàn)，檢波電壓均值隨儲存時間增加有下降趨勢，失效數(shù)量逐年增加，經(jīng)分析得：

1) 檢波電壓失效模式為檢波電壓幅值降低失效，屬退化失效；

2) 從第6年開始出現(xiàn)失效，失效率為40%，儲存6～12年分別失效4、5、7、10、7、6、10發(fā)；

3) 均值分布在4.0～7.8 V之間，有退化趨勢。

4 結(jié)論

開展了高頻部件儲存性能檢測試驗，檢測了振蕩頻率fz、振蕩電壓峰峰值Vf、飽和檢波電壓Vb以及檢波電壓Vj共4項參數(shù)。

高頻部件的振蕩頻率和飽和檢波電壓未發(fā)生失效，但存在振蕩電壓峰峰值降低失效和檢波電壓降低失效兩種現(xiàn)象，且從儲存第6年開始出現(xiàn)失效，儲存6～12年分別失效4、5、7、10、7、6、10發(fā)，振蕩電壓峰峰值和檢波電壓均值均有下降趨勢。