某型產品近炸引信內場測試PF4故障分析

王小琴 楊雷 李東升 楊寧 王秋霞 李田田

摘要：某型產品是我軍裝備較多的武器裝備。本文對該產品在內場測試過程中出現的PF4故障展開分析，認識故障的產生機理及應采取的措施，以便更好地對該型裝備進行維護。

關鍵詞：近炸引信；PF4；自毀定時；單結晶體管性能

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

0 引言

某型產品近炸引信為主動電磁式，原理是利用多普勒效應判定接近目標的最佳距離，產生引爆信號，引爆戰斗部擊毀敵機。

在該型產品的日常維護測試時，前期經常出現近炸引信PF4參數第3項不合格故障。本文通過對PF4項測試原理及故障機理的分析、國產單結晶體管性能的驗證分析以及PF4參數第3項不合格對產品質量及載機安全的影響分析，探討該故障的解決方案，提高維護人員對該型故障的分析、處理和排除能力，以便更好地對該型裝備進行維護。

1 近炸引信工作原理

該型產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。

射頻源產生一個頻率為f0的調頻信號，通過射頻頭將信號送至兩根發射天線發射出去，兩根接收天線接收從目標反射回來的信號并送至射頻頭，與本振信號進行混頻，混頻后的信號依次送至中頻（1）板、中頻（2）板（見圖1），中頻（2）板產生A、B兩路信號，送至邏輯（2）板，產生多普勒脈沖（Cc）信號。

多普勒脈沖（Cc）信號（以下簡稱Cc脈沖信號）是接近脈沖和離開脈沖的疊加信號，該信號由邏輯（2）板產生，如圖2所示。Cc脈沖信號為測試專用信號，可顯示彈目交會狀態下接近脈沖信號和離開脈沖的情況，直觀反映產品的工作狀態。

在進行產品測試中，每次彈目交會時，引信計夠連續M個接近脈沖后產生引信解除保險（PF ARM）信號。在有PF ARM信號的情況下計夠連續N個離開脈沖后，邏輯（1）板產生引信起爆1（PF DET1）信號、近炸引信起爆2（PF DET2）信號，如圖3所示。

2 PF4測試原理

PF4項是針對引信的測試項目，包括三項內容：

1）在引信探測的頻率范圍內和探測的頻率范圍外，檢查引信對多普勒頻率的響應；

2）引信對碰撞開關信號的響應（只有在引信測試中進行本項測試，在制導艙+引信中不進行此項測試）；

3）自毀定時測試。

在進行PF4項測試時，按照上述順序對三項內容進行測試，啟動PF4項測試的同時啟動設備計時器。在性能單上，PF4項測試結果以測試設備上指示燈和測試時間參數為記錄結果，是否合格的判據以測試設備上指示燈為準。

PF4項測試過程用時情況如圖4所示，第1項測試用時t1，第2項測試用時t2，第3項測試用時t3。第3項測試時間為SD3指令啟動到觸發指令SQ1、SQ2產生所經歷的時間，啟動SD3指令前首先要啟動SD指令，啟動SD指令后延時t0才啟動SD3指令，按此計算，PF4項測試合格時間范圍為t=t1+t2+t3+t0。由于內場測試儀計時器精度為秒級，當計時器計時結果t在t1+t2+t3+t0公差范圍內時，該項測試合格，亮綠燈；否則為不合格，亮紅燈。

3 故障機理

對PF4參數第3項即自毀定時測試的原理進行分析，自毀定時測試是在引信的某電路板上實現的，該電路板原理圖如圖5所示。

在每個測試階段中，要按預定順序檢查下列信號：

● 近炸引信工作1（PF ACT1）信號；

● 近炸引信解除保險（PF ARM）信號；

● 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；

● 多普勒脈沖（Cc）信號；

● 對數放大器（LOG、AMP）信號；

● 解除保險+戰斗部（ARMING+ WH）信號；

● 發射機電壓22V和5V（VCC2）；

● 電爆管電容器（SQUIB CAP）充電測試；

● 遙測啟動（TEL ACT）信號和假報警測試等。

根據自毀定時電路工作原理，用示波器對SD3信號產生到單結晶體管Q8導通的時間差值（該時間即為產品的自毀定時時間）進行監測，時間差值在t3時，PF4測試合格；時間差值在t3范圍以外時，該項測試不合格。由此可以判定，PF4測試結果出現紅燈故障均是由單結晶體管Q8過早導通啟動造成。

為解決單結晶體管Q8過早導通問題，需要增加SD3信號產生到單結晶體管Q8啟動導通的時間。為達到該目的，采取以下措施進行驗證：

1）增加R4*阻值以減緩C1充電的上升時間，以此延長SD3信號產生到單結晶體管Q8啟動的時間。在內場測試儀上測試時，部分故障產品效果不明顯。

2）PF4項測試進行到第3項時，用示波器和電壓表對SD3信號進行觀測，同時聆聽操縱閥和解鎖閥動作的聲音，在操縱閥和解鎖閥動作的情況下，SD3波動較大。進一步分析認為，SD3電壓波動是由于操縱閥和解鎖閥的工作導致內場測試儀26V供電電源波動過大，而操縱閥和解鎖閥的工作是因制導艙識別出目標使電子艙產生跟蹤指令造成的。由于SD3信號的電壓值影響電容C1充電上升時間的線性度，也影響單結晶體管Q8按分壓比例輸出的比較電壓，因此進行以下驗證：在自毀定時測試時，人為遮擋目標源，模擬實現無目標狀態，從而杜絕操縱閥和解鎖閥動作，穩定SD3信號的電壓值。通過遮擋目標源，跟蹤指令消失，操縱閥和解鎖閥不工作，PF4項自毀定時測試不合格現象消失。

3）內場測試儀26V電源監測試驗。首先對內場測試儀26V電源進行監測，包括監測產品加電前、加電后、測試引信自毀時間三個階段。經監測，26V電源電壓滿足電源指標要求，可見測試時設備26V電源輸出并無異常。

4 PF4參數第3項不合格的影響性分析

4.1 對產品質量的影響

PF4參數第3項不合格反映到產品具體的性能指標對應的是產品自毀定時測試時間不合格，產品正常自炸時間約為X。

自毀定時時間≈PF4實測時間-2s-n

目前PF4參數測試不合格時測得的時間一般為t4、（t4+1）、（t4+2），此時對應的PF4參數第3項自毀定時時間約為t5、（t5+1）、（t5+2）。該型產品發射時序如圖6所示。

按該型產品理論設計的最遠攻擊距離和最大飛行速度推算（假設載機速度為0），在發射后最長t9的時間已經擊中目標。而實際中載機速度并不為0，這說明對于測試PF4參數第3項不合格的產品，即使與自毀定時時間X相比，時間差距也相當長。因此，自炸時間有所縮短不會影響產品正常跟蹤和命中目標，對產品本身的攻擊性能影響很有限。

4.2 對載機安全影響分析

產品發射時，飛行員按下發射按鈕，產品接收到SD指令，產品離梁，經過時間t0后，安全距離SD2指令和SD3指令產生，產品操縱閥和引信自毀定時電路啟動并工作。該處的時間延遲就是為了保護載機的安全而設計?？梢?，SD與SD3間的時間延遲已經確保了載機是安全的，再加上引信的自毀定時時間，即使自毀定時時間不合格，也遠大于t0。因此，PF4參數第3項不合格對載機安全沒有影響。

5 單結晶體管提前觸發現象機理分析

對現場產品進行性能測試驗證。保險和解除保險邏輯板上Q8裝配進口單結晶體管（JAN2N494A）的產品，引信PF4參數測試結果穩定且合格；裝配國產單結晶體管（BT494A）的產品，引信PF4參數測試結果不穩定且出現不合格現象。

5.1 BT494A工作原理

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

5.2 BT494A提前觸發現象機理分析

1）VBB降低引起BT494A提前觸發

BT494A工作原理中包含公式VP（峰點電壓）=ηVBB+VD，其中，VD為發射結正向壓降，常量；η為分壓比，常量；VBB為工作電壓，由外部設定，其變化時會引起VP的變化，即當VBB降低時VP也降低，升高時VP也升高。

依據圖5描繪BT494A從充電到導通的電壓和時間變化圖，如圖9所示，正常26V電壓下觸發電壓為VP1，此時發射極充電時間為t1，當VBB下降時（受外界干擾時，電路中R2電阻和充電電容C1沒有改變，充電曲線不變），觸發電壓相應下降為VP1，若該電壓達到t1時發射極電壓，則BT管觸發。從圖9中可見，當VBB降低后，觸發時間縮短。

VP2顯示了器件分壓比較高的情況?？梢钥闯霎敺謮罕容^高時不會出現提前觸發的現象。

2）η和提前觸發的關系

BT494A工作原理中有公式VP=ηVBB+VD，當公式中其他條件不變，η越低的產品其VP越低。即如圖5中R2電阻和充電電容C1不改變，η越低的產品越易觸發，觸發時間越短。

3）結論

提前觸發是因外界電壓的瞬時干擾所引起，各批次產品η的高低對這種干擾的反應不同。

6 單結晶體管BT494A篩選方法

為了篩選出分壓比參數滿足要求的單結晶體管，制定如下篩選方法：

1）選擇一枚產品，將其分解，將電路板上的電阻R4*和單結晶體管Q8拆下，用導線將拆下元器件的焊盤連接并做好標記，組裝成試驗前艙產品；

2）將試驗前艙放置于內場測試儀裝夾臺，將R4*引線串接至可調直流電阻器，直流電阻器可調范圍為0～999kΩ，步進為1Ω。將Q8引線與被篩選的單結晶體管連接，連接時注意引線極性的一致性；

3）用內場測試儀對試驗前艙進行PF4項測試，測試至第3項即自毀定時測試時，用紙遮擋目標源，記錄PF4測試時間，若PF4測試時間不等于t，調節直流電阻器。調節方法為：增大直流電阻器阻值可增加PF4測試時間，減小直流電阻器阻值可降低PF4測試時間。調節好直流電阻器后，再次進行PF4項測試，直至PF4測試時間為t，記錄直流電阻器阻值；

4）在上述條件下，對試驗前艙進行PF4測試，測試5遍，在進行到第3項即自毀定時測試時，聆聽操縱閥和解鎖閥聲響，確認在閥動作的前提下5遍測試結果顯示的時間均大于等于t，則認為該單結晶體管滿足要求；若5遍測試結果顯示的時間中有一次小于t，則認為該單結晶體管不滿足要求。

C1電壓以Δ值為步進值升壓。在SD3波動的條件下，假設SD3波動1V（實際波動小于100mV），那么單結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幅值波動的條件下，即使提前觸發也不會提前2s。因此在（t+2）s的條件下，提前時間不會達到t。

7 結論

PF4參數第3項測試不合格，故障原因是操縱閥和解鎖閥動作造成SD3電壓變化，引起單結晶體管BT494A的參數波動，造成引信的電路板抗干擾能力減弱，導致自毀定時時間測試不合格。

經分析認為，調整電路板電阻R2和R4*（在允許范圍內）不會影響產品的功能性能和戰技指標。針對該PF4問題可采取以下措施：更換滿足要求的單結晶體管并調整電阻R2和R4*，使自毀定時時間滿足要求。

參考文獻

[1]李立坤，呂邦正，等.產品系統概論[M].北京：兵器工業出版社，1997.

[2]董安華，劉毅，劉靖，等.某型產品[Z].空軍裝備部軍械通用裝備部， 2005.

[3]葛滋煊.自動測試系統及其接口技術[M].上海：同濟大學出版社，1987.

[4]張毅剛，彭喜元.自動測試系統[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2001.

[5]產品故障案例叢書[Z].中國人民解放軍第五七一五工廠，2021.