調頻引信信號處理器模塊化改進

盧新棟, 李艷萍

（西安機電信息技術研究所,陜西 西安 710065）

調頻引信信號處理器模塊化改進

盧新棟, 李艷萍

（西安機電信息技術研究所,陜西 西安 710065）

針對調頻引信信號處理器元器件、印制板及連接線多,易出現人工焊接錯誤且效率低下,印制板間的導線在調試、灌封等工序上易斷、連接不可靠等問題,提出了對信號處理器電路采取模塊化的改進設計。非調試參數部分全部集成到專用的小型化模塊上,作為調頻引信的一個專用模塊部件。該設計經過了大量的產品裝配及動態(tài)試驗證明,產品設計可靠,成品率顯著提高,可減少人力成本,提高生產效率。

調頻引信；信號處理；模塊化

0 引言

信號處理器是調頻引信的重要部件,信號處理器設計的好壞將直接影響到近炸引信功能的實現。調頻引信要求信號處理器有適當的放大量[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、強度高等功能特點。復雜的功能要求信號處理器使用大量的元器件,需要檢測較多的功能點。舊的信號處理器印制板間采用鍍銀導線實現信號傳遞,實踐中發(fā)現導線在焊接后,焊點附近部位在經過產品多次調試（高低常溫及熱沖擊）和對接固定時變得易斷,使信號處理器裝配可靠性一直得不到提高,提供產品常常需要增大一倍的量來挑選產品。實踐中還發(fā)現每一發(fā)產品的噪聲大小差異很大,分析原因為每發(fā)產品的多根導線彎折在印制板間位置不同,對信號傳輸有一定的耦合干擾不同造成,因此必須對信號處理器進行徹底的改進。

本文提出了對調頻引信信號處理器進行模塊化、小型化、通用化改進設計。

1 改進前的信號處理器

以往信號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線實現信號的傳遞,信號流程如圖1所示。

圖1 信號流程

每塊印制板待各功能參數調試完成合格后,再用導線進行連接。連接后首先進行整體功能測試,測試中發(fā)現導線由于經常來回折動,很容易斷裂,造成個別器件燒毀,而且還不容易發(fā)現問題出在哪里,往往查找一發(fā)問題產品所用的時間比重新裝配一發(fā)產品的時間還長,引來很多麻煩。經總體性能測試合格后的信號處理器再進行總裝固定,總裝成塔式結構如圖2所示。

圖2 信號處理器塔式結構圖

總裝后的信號處理還要進行性能檢查,確保總裝過程中導線是否有斷裂、短路和虛焊問題。檢測合格后還要經過熱沖擊和高、低溫等性能篩選。實踐中發(fā)現經過所有環(huán)境試驗測試合格后的信號處理器,在進行灌封固定后,有部分產品功能還會失效。

對失效的產品進行解剖發(fā)現,個別導線出現了斷裂,還有個別導線的絕緣層由于前面工序造成破皮而沒有檢查出來,灌封后經灌封料的擠壓,與器件短路在一起,造成產品失效。經過實踐發(fā)現,每個環(huán)節(jié)均有失效產品,造成產品浪費,成品率不高,使得每次準備產品,均要有接近1倍的余量來挑選,形成了調頻引信成品率低,不好干的觀念。

實踐中還發(fā)現同一批的產品,性能上往往有很大的差異,經過反復分析,原因就是各個導線在總裝后處于產品中不同的位置,重要導線（如電源,信號傳輸等）造成的耦合干擾不一樣,使每發(fā)產品性能出現了差異。隨著計算機程控自動檢測系統技術的發(fā)展,引信檢測也引入了自動化測試, 1#～3#板上均有需檢測的點位,而產品總裝灌封后僅有4#板可與外界連接,這時需要導線把1 #～3#板上待檢測的點位引到4#板上去,無疑增大了工作量和降低了產品的可靠性。這些問題嚴重影響了產品的開發(fā)。

2 信號處理器模塊化改進

新的引信研制提出了“三化”設計要求,其中組合化（模塊化）是在對一定范圍內的不同產品進行功能分析和分解的基礎上,劃分并設計出一系列通用模塊或標準模塊,并與專用模塊和零部件進行組合,構成產品系列的一種標準化形式[2]。單片集成電路體積小,前期開發(fā)成本高,批量生產后成本低,適合于固定不變的產品。如果產品參數需要改進,需重新設計生產線,不適合產品多項目應用。厚膜混合集成電路在陶瓷基片上進行封裝[3],強度受限,不適合用于高過載的產品上。分析了以上兩種工藝的優(yōu)缺點,根據引信特殊的使用環(huán)境和一體化多個項目應用的特點,提出了對信號處理器的不同功能部位進行模塊化、小型化類似集成電路式改進設計,使之成為該體制專用及各項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器自動貼片焊接小封裝器件,插針式引腳輸出,參數可調可控,可抗高過載,且完全剔除印制板間的導線,提高產品的成品率和可靠性。

根據信號處理器處理信號的不同功能,按照信號先后走向,把各功能分別集成到不同的模塊上去。本文針對調頻引信采用將前置濾波和放大集成到一塊模塊上,供信號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,將信號判別與輸出集成到一塊模塊上。其模塊設置和信號流向如圖3所示。

圖3 模塊設置及信號流向圖

專用信號處理模塊結構如圖4所示,專用模塊作為通用部件應用在不同項目上的結構如圖5所示。

圖4 專用信號處理模塊

圖5 專用模塊應用在不同項目的側面結構圖

改進前后有了很大的區(qū)別。改進后,四塊專用信號處理模塊輸入輸出全部用插針與1#板和2#板連接,沒有任何導線,不存在導線因位置不同而導致每發(fā)產品狀態(tài)上的差異；四塊模塊上的插針進行了防錯裝設計,不會出現導線連接時易產生的人為焊接錯誤；四塊模塊上的器件和插針分別為機器貼片焊接和壓接,工藝一致性好,適合于批量生產；四塊模塊可通過下排插針將各功能監(jiān)測點全部引到2#板上,檢測點集中,便于實現計算機程控檢測；信號處理可調試參數部分全部放到了1#板和2#板上,便于調試,經環(huán)境試驗后,若因某一器件散差導致參數變化,便于替換；四塊模塊上的器件不需要調試,選用了封裝尺寸小的器件,實現了小型化,可適應不同項目對信號處理部件尺寸的要求。

性能上改進后的產品與原產品有了較大的區(qū)別,主要是影響產品的通道噪聲。在開始設計時就已注重信號的流程,相同電路的對稱設計,數模地線的分離,地線網格結構的設計等[4],但與原產品還是有了些區(qū)別,經分析主要是分布參數的變化。于是在內部電源上加入了低通濾波器,使產品的性能滿足了要求,而且每發(fā)產品的噪聲接近一致,這是改進前沒有預料到的,這便很好控制每一批產品的狀態(tài)了。

四塊專用信號處理模塊上下均有插針,必須四個模塊的上下插針同時插入1#板和2#板后,才可以進行焊接。如果上下板插針焊接過孔設計的一樣大小,將很難把四個模塊的插針對齊同時插入一個印制板的過孔里。上下兩個印制板必須有一個的過孔增大,以抵消插針的誤差,這是在實際裝配中發(fā)現后再優(yōu)化改進設計的。

3 測試與試驗驗證

3.1 產品工藝、成品率及性能的提高

專用信號處理模塊在經過狀態(tài)固化后,進行了較大數量的試裝。器件及引腳插針全部為機器貼裝,加工合格后用專用信號處理模塊檢測系統進行了第一次性能測試,測試結果100%合格。將檢測合格的專用信號處理模塊進行了熱沖擊篩選試驗,用以早期發(fā)現焊接上有問題的產品,試驗后對專用模塊又進行了100%性能檢測,結果性能與熱沖擊前無任何變化,測試全部合格。

將檢測合格的專用模塊與1#板、2#板進行插接,將插接成整個信號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,對各插接孔上的插針進行焊接。

實踐中裝配效率比塔式導線結構提高了至少2倍以上。還因設計成防錯裝模式,不存在產品錯裝的問題。對總裝成型的信號處理器進行性能調試后,利用計算機程控檢測系統進行檢測記錄,排除了產品人工供電、測試、讀數和人工記錄間的錯誤,效率顯著提高。對檢測合格的信號處理器進行低溫、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95%以上；而以前塔式結構時,到最后合格的成品僅能達到50%～60%。

將灌封后的信號處理器進行了橫向及縱向各30 kg以上馬歇特錘擊試驗,產品在性能上沒有出現明顯的變化。

改進后的信號處理器較以前產品在性能上趨于一致,試驗室靜態(tài)通道噪聲也較以前產品小一倍以上。信號處理器新老結構的比較,如表1所示。

表1 新老結構比較數據表

3.2 動態(tài)試驗驗證

改進后的信號處理器已成功在榴彈及火箭彈引信上順利通過了各階段動態(tài)試驗驗證。兩類彈種合計動態(tài)射擊數量達千余發(fā),沒有出現一發(fā)早炸,而連續(xù)波多普勒體制引信要達到早炸小于2%都困難。新的設計充分發(fā)揮了對地調頻引信的優(yōu)越性[4]。

4 結論

本文針對調頻引信信號處理電路進行了模塊化、通用化和小型化的改進設計,核心部分集成到四塊專用信號處理模塊上,需調試部分放到連接集成模塊的上下印制板上,整個信號處理無任何導線,相比原設計成品率和可靠性有了質的提高。產品裝配工藝簡單、提高了效率,還可適用于計算機程控檢測。核心部分小型化后,可適于不同項目結構的需要。產品經過了榴彈及火箭彈的動態(tài)驗證試驗,證明了設計可靠可行。

[1] 臧立君,李興國.無線電引信電路設計原理[M].南京：兵器工業(yè)部教材編審室出版,1986.

[2] 馬寶華.我國兵器引信“三化”的必然趨勢及其頂層設計[C].第十屆引信學術年會論文集,1997.

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

[4] 楊克俊.電磁兼容原理與設計技術[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,主要從事引信信號處理方面的研究；李艷萍（1981-）,女,工程師,主要從事探測器方面的研究。