某型產(chǎn)品近炸引信內(nèi)場(chǎng)測(cè)試PF4故障分析

王小琴 楊雷 李東升 楊寧 王秋霞 李田田

摘要：某型產(chǎn)品是我軍裝備較多的武器裝備。本文對(duì)該產(chǎn)品在內(nèi)場(chǎng)測(cè)試過程中出現(xiàn)的PF4故障展開分析，認(rèn)識(shí)故障的產(chǎn)生機(jī)理及應(yīng)采取的措施，以便更好地對(duì)該型裝備進(jìn)行維護(hù)。

關(guān)鍵詞：近炸引信；PF4；自毀定時(shí)；單結(jié)晶體管性能

Keywords：proximity fuse；PF4；self-destruct timing；single junction transistor performance

0 引言

某型產(chǎn)品近炸引信為主動(dòng)電磁式，原理是利用多普勒效應(yīng)判定接近目標(biāo)的最佳距離，產(chǎn)生引爆信號(hào)，引爆戰(zhàn)斗部擊毀敵機(jī)。

在該型產(chǎn)品的日常維護(hù)測(cè)試時(shí)，前期經(jīng)常出現(xiàn)近炸引信PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格故障。本文通過對(duì)PF4項(xiàng)測(cè)試原理及故障機(jī)理的分析、國(guó)產(chǎn)單結(jié)晶體管性能的驗(yàn)證分析以及PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及載機(jī)安全的影響分析，探討該故障的解決方案，提高維護(hù)人員對(duì)該型故障的分析、處理和排除能力，以便更好地對(duì)該型裝備進(jìn)行維護(hù)。

1 近炸引信工作原理

該型產(chǎn)品近炸引信由射頻源、射頻頭、電路板、電源組件、主線束和天線等組成。

射頻源產(chǎn)生一個(gè)頻率為f0的調(diào)頻信號(hào)，通過射頻頭將信號(hào)送至兩根發(fā)射天線發(fā)射出去，兩根接收天線接收從目標(biāo)反射回來的信號(hào)并送至射頻頭，與本振信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻后的信號(hào)依次送至中頻（1）板、中頻（2）板（見圖1），中頻（2）板產(chǎn)生A、B兩路信號(hào)，送至邏輯（2）板，產(chǎn)生多普勒脈沖（Cc）信號(hào)。

多普勒脈沖（Cc）信號(hào)（以下簡(jiǎn)稱Cc脈沖信號(hào)）是接近脈沖和離開脈沖的疊加信號(hào)，該信號(hào)由邏輯（2）板產(chǎn)生，如圖2所示。Cc脈沖信號(hào)為測(cè)試專用信號(hào)，可顯示彈目交會(huì)狀態(tài)下接近脈沖信號(hào)和離開脈沖的情況，直觀反映產(chǎn)品的工作狀態(tài)。

在進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試中，每次彈目交會(huì)時(shí)，引信計(jì)夠連續(xù)M個(gè)接近脈沖后產(chǎn)生引信解除保險(xiǎn)（PF ARM）信號(hào)。在有PF ARM信號(hào)的情況下計(jì)夠連續(xù)N個(gè)離開脈沖后，邏輯（1）板產(chǎn)生引信起爆1（PF DET1）信號(hào)、近炸引信起爆2（PF DET2）信號(hào)，如圖3所示。

2 PF4測(cè)試原理

PF4項(xiàng)是針對(duì)引信的測(cè)試項(xiàng)目，包括三項(xiàng)內(nèi)容：

1）在引信探測(cè)的頻率范圍內(nèi)和探測(cè)的頻率范圍外，檢查引信對(duì)多普勒頻率的響應(yīng)；

2）引信對(duì)碰撞開關(guān)信號(hào)的響應(yīng)（只有在引信測(cè)試中進(jìn)行本項(xiàng)測(cè)試，在制導(dǎo)艙+引信中不進(jìn)行此項(xiàng)測(cè)試）；

3）自毀定時(shí)測(cè)試。

在進(jìn)行PF4項(xiàng)測(cè)試時(shí)，按照上述順序?qū)θ?xiàng)內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試，啟動(dòng)PF4項(xiàng)測(cè)試的同時(shí)啟動(dòng)設(shè)備計(jì)時(shí)器。在性能單上，PF4項(xiàng)測(cè)試結(jié)果以測(cè)試設(shè)備上指示燈和測(cè)試時(shí)間參數(shù)為記錄結(jié)果，是否合格的判據(jù)以測(cè)試設(shè)備上指示燈為準(zhǔn)。

PF4項(xiàng)測(cè)試過程用時(shí)情況如圖4所示，第1項(xiàng)測(cè)試用時(shí)t1，第2項(xiàng)測(cè)試用時(shí)t2，第3項(xiàng)測(cè)試用時(shí)t3。第3項(xiàng)測(cè)試時(shí)間為SD3指令啟動(dòng)到觸發(fā)指令SQ1、SQ2產(chǎn)生所經(jīng)歷的時(shí)間，啟動(dòng)SD3指令前首先要啟動(dòng)SD指令，啟動(dòng)SD指令后延時(shí)t0才啟動(dòng)SD3指令，按此計(jì)算，PF4項(xiàng)測(cè)試合格時(shí)間范圍為t=t1+t2+t3+t0。由于內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀計(jì)時(shí)器精度為秒級(jí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)果t在t1+t2+t3+t0公差范圍內(nèi)時(shí)，該項(xiàng)測(cè)試合格，亮綠燈；否則為不合格，亮紅燈。

3 故障機(jī)理

對(duì)PF4參數(shù)第3項(xiàng)即自毀定時(shí)測(cè)試的原理進(jìn)行分析，自毀定時(shí)測(cè)試是在引信的某電路板上實(shí)現(xiàn)的，該電路板原理圖如圖5所示。

在每個(gè)測(cè)試階段中，要按預(yù)定順序檢查下列信號(hào)：

● 近炸引信工作1（PF ACT1）信號(hào)；

● 近炸引信解除保險(xiǎn)（PF ARM）信號(hào)；

● 近炸引信起爆1（PF DET1）；

● 近炸引信起爆2（PF DET2）；

● 電爆管（SQUIB）脈沖信號(hào)；

● 多普勒脈沖（Cc）信號(hào)；

● 對(duì)數(shù)放大器（LOG、AMP）信號(hào)；

● 解除保險(xiǎn)+戰(zhàn)斗部（ARMING+ WH）信號(hào)；

● 發(fā)射機(jī)電壓22V和5V（VCC2）；

● 電爆管電容器（SQUIB CAP）充電測(cè)試；

● 遙測(cè)啟動(dòng)（TEL ACT）信號(hào)和假報(bào)警測(cè)試等。

根據(jù)自毀定時(shí)電路工作原理，用示波器對(duì)SD3信號(hào)產(chǎn)生到單結(jié)晶體管Q8導(dǎo)通的時(shí)間差值（該時(shí)間即為產(chǎn)品的自毀定時(shí)時(shí)間）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，時(shí)間差值在t3時(shí)，PF4測(cè)試合格；時(shí)間差值在t3范圍以外時(shí)，該項(xiàng)測(cè)試不合格。由此可以判定，PF4測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)紅燈故障均是由單結(jié)晶體管Q8過早導(dǎo)通啟動(dòng)造成。

為解決單結(jié)晶體管Q8過早導(dǎo)通問題，需要增加SD3信號(hào)產(chǎn)生到單結(jié)晶體管Q8啟動(dòng)導(dǎo)通的時(shí)間。為達(dá)到該目的，采取以下措施進(jìn)行驗(yàn)證：

1）增加R4*阻值以減緩C1充電的上升時(shí)間，以此延長(zhǎng)SD3信號(hào)產(chǎn)生到單結(jié)晶體管Q8啟動(dòng)的時(shí)間。在內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀上測(cè)試時(shí)，部分故障產(chǎn)品效果不明顯。

2）PF4項(xiàng)測(cè)試進(jìn)行到第3項(xiàng)時(shí)，用示波器和電壓表對(duì)SD3信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)聆聽操縱閥和解鎖閥動(dòng)作的聲音，在操縱閥和解鎖閥動(dòng)作的情況下，SD3波動(dòng)較大。進(jìn)一步分析認(rèn)為，SD3電壓波動(dòng)是由于操縱閥和解鎖閥的工作導(dǎo)致內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀26V供電電源波動(dòng)過大，而操縱閥和解鎖閥的工作是因制導(dǎo)艙識(shí)別出目標(biāo)使電子艙產(chǎn)生跟蹤指令造成的。由于SD3信號(hào)的電壓值影響電容C1充電上升時(shí)間的線性度，也影響單結(jié)晶體管Q8按分壓比例輸出的比較電壓，因此進(jìn)行以下驗(yàn)證：在自毀定時(shí)測(cè)試時(shí)，人為遮擋目標(biāo)源，模擬實(shí)現(xiàn)無(wú)目標(biāo)狀態(tài)，從而杜絕操縱閥和解鎖閥動(dòng)作，穩(wěn)定SD3信號(hào)的電壓值。通過遮擋目標(biāo)源，跟蹤指令消失，操縱閥和解鎖閥不工作，PF4項(xiàng)自毀定時(shí)測(cè)試不合格現(xiàn)象消失。

3）內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀26V電源監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。首先對(duì)內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀26V電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括監(jiān)測(cè)產(chǎn)品加電前、加電后、測(cè)試引信自毀時(shí)間三個(gè)階段。經(jīng)監(jiān)測(cè)，26V電源電壓滿足電源指標(biāo)要求，可見測(cè)試時(shí)設(shè)備26V電源輸出并無(wú)異常。

4 PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格的影響性分析

4.1 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格反映到產(chǎn)品具體的性能指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是產(chǎn)品自毀定時(shí)測(cè)試時(shí)間不合格，產(chǎn)品正常自炸時(shí)間約為X。

自毀定時(shí)時(shí)間≈PF4實(shí)測(cè)時(shí)間-2s-n

目前PF4參數(shù)測(cè)試不合格時(shí)測(cè)得的時(shí)間一般為t4、（t4+1）、（t4+2），此時(shí)對(duì)應(yīng)的PF4參數(shù)第3項(xiàng)自毀定時(shí)時(shí)間約為t5、（t5+1）、（t5+2）。該型產(chǎn)品發(fā)射時(shí)序如圖6所示。

按該型產(chǎn)品理論設(shè)計(jì)的最遠(yuǎn)攻擊距離和最大飛行速度推算（假設(shè)載機(jī)速度為0），在發(fā)射后最長(zhǎng)t9的時(shí)間已經(jīng)擊中目標(biāo)。而實(shí)際中載機(jī)速度并不為0，這說明對(duì)于測(cè)試PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格的產(chǎn)品，即使與自毀定時(shí)時(shí)間X相比，時(shí)間差距也相當(dāng)長(zhǎng)。因此，自炸時(shí)間有所縮短不會(huì)影響產(chǎn)品正常跟蹤和命中目標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品本身的攻擊性能影響很有限。

4.2 對(duì)載機(jī)安全影響分析

產(chǎn)品發(fā)射時(shí)，飛行員按下發(fā)射按鈕，產(chǎn)品接收到SD指令，產(chǎn)品離梁，經(jīng)過時(shí)間t0后，安全距離SD2指令和SD3指令產(chǎn)生，產(chǎn)品操縱閥和引信自毀定時(shí)電路啟動(dòng)并工作。該處的時(shí)間延遲就是為了保護(hù)載機(jī)的安全而設(shè)計(jì)?？梢?，SD與SD3間的時(shí)間延遲已經(jīng)確保了載機(jī)是安全的，再加上引信的自毀定時(shí)時(shí)間，即使自毀定時(shí)時(shí)間不合格，也遠(yuǎn)大于t0。因此，PF4參數(shù)第3項(xiàng)不合格對(duì)載機(jī)安全沒有影響。

5 單結(jié)晶體管提前觸發(fā)現(xiàn)象機(jī)理分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試驗(yàn)證。保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)邏輯板上Q8裝配進(jìn)口單結(jié)晶體管（JAN2N494A）的產(chǎn)品，引信PF4參數(shù)測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定且合格；裝配國(guó)產(chǎn)單結(jié)晶體管（BT494A）的產(chǎn)品，引信PF4參數(shù)測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定且出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。

5.1 BT494A工作原理

如圖7所示，在WE=0時(shí)，有一個(gè)微小的反向特性，使晶體管得以廣泛應(yīng)用。BT管電流電壓如圖8所示。

5.2 BT494A提前觸發(fā)現(xiàn)象機(jī)理分析

1）VBB降低引起B(yǎng)T494A提前觸發(fā)

BT494A工作原理中包含公式VP（峰點(diǎn)電壓）=ηVBB+VD，其中，VD為發(fā)射結(jié)正向壓降，常量；η為分壓比，常量；VBB為工作電壓，由外部設(shè)定，其變化時(shí)會(huì)引起VP的變化，即當(dāng)VBB降低時(shí)VP也降低，升高時(shí)VP也升高。

依據(jù)圖5描繪BT494A從充電到導(dǎo)通的電壓和時(shí)間變化圖，如圖9所示，正常26V電壓下觸發(fā)電壓為VP1，此時(shí)發(fā)射極充電時(shí)間為t1，當(dāng)VBB下降時(shí)（受外界干擾時(shí)，電路中R2電阻和充電電容C1沒有改變，充電曲線不變），觸發(fā)電壓相應(yīng)下降為VP1，若該電壓達(dá)到t1時(shí)發(fā)射極電壓，則BT管觸發(fā)。從圖9中可見，當(dāng)VBB降低后，觸發(fā)時(shí)間縮短。

VP2顯示了器件分壓比較高的情況?？梢钥闯霎?dāng)分壓比較高時(shí)不會(huì)出現(xiàn)提前觸發(fā)的現(xiàn)象。

2）η和提前觸發(fā)的關(guān)系

BT494A工作原理中有公式VP=ηVBB+VD，當(dāng)公式中其他條件不變，η越低的產(chǎn)品其VP越低。即如圖5中R2電阻和充電電容C1不改變，η越低的產(chǎn)品越易觸發(fā)，觸發(fā)時(shí)間越短。

3）結(jié)論

提前觸發(fā)是因外界電壓的瞬時(shí)干擾所引起，各批次產(chǎn)品η的高低對(duì)這種干擾的反應(yīng)不同。

6 單結(jié)晶體管BT494A篩選方法

為了篩選出分壓比參數(shù)滿足要求的單結(jié)晶體管，制定如下篩選方法：

1）選擇一枚產(chǎn)品，將其分解，將電路板上的電阻R4*和單結(jié)晶體管Q8拆下，用導(dǎo)線將拆下元器件的焊盤連接并做好標(biāo)記，組裝成試驗(yàn)前艙產(chǎn)品；

2）將試驗(yàn)前艙放置于內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀裝夾臺(tái)，將R4*引線串接至可調(diào)直流電阻器，直流電阻器可調(diào)范圍為0～999kΩ，步進(jìn)為1Ω。將Q8引線與被篩選的單結(jié)晶體管連接，連接時(shí)注意引線極性的一致性；

3）用內(nèi)場(chǎng)測(cè)試儀對(duì)試驗(yàn)前艙進(jìn)行PF4項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試至第3項(xiàng)即自毀定時(shí)測(cè)試時(shí)，用紙遮擋目標(biāo)源，記錄PF4測(cè)試時(shí)間，若PF4測(cè)試時(shí)間不等于t，調(diào)節(jié)直流電阻器。調(diào)節(jié)方法為：增大直流電阻器阻值可增加PF4測(cè)試時(shí)間，減小直流電阻器阻值可降低PF4測(cè)試時(shí)間。調(diào)節(jié)好直流電阻器后，再次進(jìn)行PF4項(xiàng)測(cè)試，直至PF4測(cè)試時(shí)間為t，記錄直流電阻器阻值；

4）在上述條件下，對(duì)試驗(yàn)前艙進(jìn)行PF4測(cè)試，測(cè)試5遍，在進(jìn)行到第3項(xiàng)即自毀定時(shí)測(cè)試時(shí)，聆聽操縱閥和解鎖閥聲響，確認(rèn)在閥動(dòng)作的前提下5遍測(cè)試結(jié)果顯示的時(shí)間均大于等于t，則認(rèn)為該單結(jié)晶體管滿足要求；若5遍測(cè)試結(jié)果顯示的時(shí)間中有一次小于t，則認(rèn)為該單結(jié)晶體管不滿足要求。

C1電壓以Δ值為步進(jìn)值升壓。在SD3波動(dòng)的條件下，假設(shè)SD3波動(dòng)1V（實(shí)際波動(dòng)小于100mV），那么單結(jié)晶體管分出比例電壓Vp造成的差值為0.72V，而C1的電壓差值為0.75V。也就是說，在SD3以1V幅值波動(dòng)的條件下，即使提前觸發(fā)也不會(huì)提前2s。因此在（t+2）s的條件下，提前時(shí)間不會(huì)達(dá)到t。

7 結(jié)論

PF4參數(shù)第3項(xiàng)測(cè)試不合格，故障原因是操縱閥和解鎖閥動(dòng)作造成SD3電壓變化，引起單結(jié)晶體管BT494A的參數(shù)波動(dòng)，造成引信的電路板抗干擾能力減弱，導(dǎo)致自毀定時(shí)時(shí)間測(cè)試不合格。

經(jīng)分析認(rèn)為，調(diào)整電路板電阻R2和R4*（在允許范圍內(nèi)）不會(huì)影響產(chǎn)品的功能性能和戰(zhàn)技指標(biāo)。針對(duì)該P(yáng)F4問題可采取以下措施：更換滿足要求的單結(jié)晶體管并調(diào)整電阻R2和R4*，使自毀定時(shí)時(shí)間滿足要求。

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