基于冷陰極觸發管振動試驗夾具的設計

文 | 中國工程物理研究院電子工程研究所 彭紅 崔松建 陳靜

基于冷陰極觸發管振動試驗夾具的設計

The Design of Vibration Experiment Fixture Based on Cold Cathode Trigger

文 | 中國工程物理研究院電子工程研究所 彭紅 崔松建 陳靜

介紹了一種基于冷陰極觸發管性能檢測及振動試驗所需的夾具，從夾具材料的選取、結構設計和剛度要求進行了設計，分析了該夾具在制造過程中存在的關鍵問題及解決方法，并在振動試驗中加以驗證。

Abstract:A fixture for cold cathode trigger performance test and vibration experiment is introduced. The design is based on the selection of fixture material, structure design and stiffness requirement. The key problem and solution lied in this fixture’s manufacturing process is analyzed, and has been proved in vibration experiment.

冷陰極觸發管；振動試驗；夾具設計

Key words:cold cathode trigger；vibration experiment；fixture design；material selection

1 前言

冷陰極觸發管作為一種高壓開關，由于其導通時問短，承受脈沖電流大等特點被廣泛用于觸發源、快脈沖產生器及大電流脈沖發生器中。

冷陰極觸發管在生產過程中由于操作不當、生產工藝和檢驗工序不完善等原因，會導致部分冷陰極觸發管的可靠性不能達到設計的目標值。

質量篩選試驗的目的就是迫使存在于器件中的、會變成早期故障的缺陷提前變成故障，使有缺陷的元器件在裝機前就被剔除。質量篩選試驗是通過用檢驗或常規試驗的方法在觸發管裝機前剔除有缺陷產品的試驗(即元器件常態檢驗)。冷陰極觸發管的篩選試驗一般分為質量和應力篩選試驗。應力篩選試驗是通過對冷陰極觸發管逐個施加一種或多種應力的方法剔除早期失效的器件并減少冷陰極觸發管失效率的試驗。冷陰極觸發管的應力篩選試驗應遵循以下原則:

(1)應能有效剔除冷陰極觸發管的有關失效模式;

(2)應能明顯降低冷陰極觸發管裝機后的失效率;

(3)超過一般正常篩選應力的篩選項目(如振動試驗項目等)應有充分的分析或試驗數據，并保證對正常器件不造成損壞、損傷及明顯縮短其使用壽命。

冷陰極觸發管的應力篩選主要是振動試驗篩選，一般分2種情況:正弦振動試驗篩選和隨機振動試驗篩選。振動篩選試驗的目的是剔除在振動狀態下有缺陷的產品，降低冷陰極觸發管的自擊穿概率。選擇何種振動試驗篩選方式及是否高于整機產品的振動試驗條件應根據產品的具體要求而定(一般情況下，振動試驗篩選條件與整機產品的振動試驗條件一致)。經過篩選試驗處理后的冷陰極觸發管，在整機產品檢驗中發生故障的概率大大降低。

我們檢測的一種小型冷陰極觸發管，具有體積小，自觸發電壓和工作電壓較高；在振動試驗時加高壓檢測比較困難，且產品一旦進入大批量檢測階段，如用傳統的裝夾方式易產生高壓端脫落打火。并且傳統的振動試驗方式每次只能裝夾一只觸發管進行試驗，每只的試驗時間達到30min左右，因此不能滿足大批量檢測的需要。

為此需要尋求一種快速、簡便的檢測試驗手段，在解決測試可靠性的同時，達到提高工作效率的目的。

基于以上原因分析，結合所測的冷陰極觸發管的參數特性，設計了一種安全性及可靠性較高的振動試驗夾具，以提高冷陰極觸發管振動試驗結果的準確率。

2 夾具材料的選用

基于冷陰極觸發管的振動夾具應具有如下的特點：重量盡量輕,以減少振動臺負載；在結構上要有很好的剛性；保證夾具在振動中不會產生共振；夾具的材料應有很好的絕緣性能；保證夾具具有良好的振動傳遞特性,不會過量衰減振動臺的振動,也不過濾各頻率成分的振動能量。

冷陰極觸發管是目前使用非常廣泛的一種高壓開關器件。它的夾具有別于一般的觸發管的夾具，由于在振動試驗過程中要施加一定的直流高壓，因此，夾具的材料要選擇絕緣性能好，密度較小而剛度較大的材料。

根據高壓產品測試的特殊要求，測試安全是第一位的，因此夾具主體必須具備良好的絕緣性能，我們在酚醛板的材料性能和有機玻璃的材料性能之間進行了比較：

酚醛板具有密度小，機械強度高，變形傾向小，耐化學腐蝕等特點，是高絕緣材料。

有機玻璃（PMMA）是一種常用的工程材料，具有良好的耐老化性、耐化學性和電絕緣性、力學強度較高，且與一般絕緣材料相比質量輕、加工性能好，易于成型而得到廣泛的應用。

經過材料性能比較，酚醛板相對于有機玻璃機械強度較高，但因其有吸潮的特性，當環境相對濕度較大時，極易出現打火、爬電等現象，因而會影響試驗結果的判定，而且對試驗設備的安全性也會產生不良影響。而有機玻璃吸潮性較低，絕緣性能較好，缺點是機械強度相對弱一些，只要不是遭受猛烈的撞擊，機械強度是可以滿足使用要求的，通過材料性能的比較，有機玻璃材料性能略優于酚醛板的材料性能，因此決定選用有機玻璃作為試驗夾具要求的材料。

3 夾具的設計

夾具的制作方法選擇準則是:既加工、安裝簡單方便，又牢固、可靠，能滿足試驗頻率下波形不畸變。

為了提高檢驗試驗效率，降低夾具生產成本，并同時兼顧到冷陰極觸發管的使用，設計制作多個冷陰極觸發管試驗用的工裝夾具，在解決測試可靠性的同時，達到降低夾具生產成本、提高工作效率的目的。

由整塊材料加工成一個完整的夾具效果最好，這樣沒有連接松動，可長期使用，這種設計可以使在同一振動試驗頻率下，不會產生膜片式振動，這對小型試件夾具尤為理想。這種整體結構，消除了許多連接上的問題，適當的用螺釘連接一些中間構件，可提高使用上的靈活性。

采用立方體結構的夾具設計，主要用于小型被測件的振動沖擊試驗；夾具主體采用將有機玻璃材料加工成立方體：即在有機玻璃上銑出凹槽的立方體實體結構，可以同時對兩個冷陰極觸發管進行振動試驗（如圖1所示），這種結構是振動試驗中常用結構形式，可以有效解決絕緣和力學試驗參數傳遞需求。

3.1 產品的安裝采用套筒加壓板固定的方式，高壓引入方式通過高壓導線和彈簧引入，保證可靠接觸。根據產品幾何外形特點，設計了各個安裝部件，設計效果圖如圖2和圖3。

3.2 針對檢驗試驗條件要求，設計制作了檢驗試驗工裝夾具，具體設計如圖3。

直流高壓通過高壓導線焊接在冷陰極觸發管接線片上，保證可靠接觸。被測件的安裝采用螺釘固定的方式，安裝在主夾具的實體上。（試品與夾具；夾具與振動臺）拆裝方便，簡單適用、重量輕、成本低、滿足了振動試驗的要求（見圖4）。

表1

4 夾具的測試

夾具設計制作完成后，必需放在振動臺上予以評定， 先對夾具進行動態測量，主要是驗證夾具振動的傳遞特性和振動量級的一致性,可以暴露夾具設計的不足之處，可以為夾具的改進提供詳細的參考數據。因此我們先做夾具與振動臺系統的評定性試驗，在空載試驗之后，又做了帶試件的負載試驗，在充分測試的基礎上，經預振測試，從測試結果分析，沒有出現共振及過振動和欠振動現象；也沒有出現飛弧及打火等現象；完全滿足了夾具的設計規范指標要求。測試頻譜圖（見圖5）。夾具測試項目及結果見表1。

結論

通過應用的結果分析，采用有機玻璃材料設計的振動試驗夾具，滿足了夾具的設計規范指標要求，解決了該冷陰極觸發管檢驗試驗沒有工裝夾具的問題，而且比傳統試驗方法提高檢驗生產效率一倍以上。保證了冷陰極觸發管振動試驗結果的有效性和可靠性，達到了預期目的。

[1] 胡志強等編著. 隨機振動試驗應用技術. 中國計量出版社出版,199612[2] 清華大學西安交通大學合編 高電壓絕緣 北京電力工業出版社 1980[3] 王冬 振動試驗夾具的設計制作技術 《現代防御技術》1997年第3期

彭紅（1966年 ），女，工程師，重慶，中物院五所。