基于冷阴极触发管振动试验夹具的设计

文 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 彭红 崔松建 陈静

基于冷阴极触发管振动试验夹具的设计

The Design of Vibration Experiment Fixture Based on Cold Cathode Trigger

文 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 彭红 崔松建 陈静

介绍了一种基于冷阴极触发管性能检测及振动试验所需的夹具，从夹具材料的选取、结构设计和刚度要求进行了设计，分析了该夹具在制造过程中存在的关键问题及解决方法，并在振动试验中加以验证。

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.

冷阴极触发管；振动试验；夹具设计

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

1 前言

冷阴极触发管作为一种高压开关，由于其导通时问短，承受脉冲电流大等特点被广泛用于触发源、快脉冲产生器及大电流脉冲发生器中。

冷阴极触发管在生产过程中由于操作不当、生产工艺和检验工序不完善等原因，会导致部分冷阴极触发管的可靠性不能达到设计的目标值。

质量筛选试验的目的就是迫使存在于器件中的、会变成早期故障的缺陷提前变成故障，使有缺陷的元器件在装机前就被剔除。质量筛选试验是通过用检验或常规试验的方法在触发管装机前剔除有缺陷产品的试验(即元器件常态检验)。冷阴极触发管的筛选试验一般分为质量和应力筛选试验。应力筛选试验是通过对冷阴极触发管逐个施加一种或多种应力的方法剔除早期失效的器件并减少冷阴极触发管失效率的试验。冷阴极触发管的应力筛选试验应遵循以下原则:

(1)应能有效剔除冷阴极触发管的有关失效模式;

(2)应能明显降低冷阴极触发管装机后的失效率;

(3)超过一般正常筛选应力的筛选项目(如振动试验项目等)应有充分的分析或试验数据，并保证对正常器件不造成损坏、损伤及明显缩短其使用寿命。

冷阴极触发管的应力筛选主要是振动试验筛选，一般分2种情况:正弦振动试验筛选和随机振动试验筛选。振动筛选试验的目的是剔除在振动状态下有缺陷的产品，降低冷阴极触发管的自击穿概率。选择何种振动试验筛选方式及是否高于整机产品的振动试验条件应根据产品的具体要求而定(一般情况下，振动试验筛选条件与整机产品的振动试验条件一致)。经过筛选试验处理后的冷阴极触发管，在整机产品检验中发生故障的概率大大降低。

我们检测的一种小型冷阴极触发管，具有体积小，自触发电压和工作电压较高；在振动试验时加高压检测比较困难，且产品一旦进入大批量检测阶段，如用传统的装夹方式易产生高压端脱落打火。并且传统的振动试验方式每次只能装夹一只触发管进行试验，每只的试验时间达到30min左右，因此不能满足大批量检测的需要。

为此需要寻求一种快速、简便的检测试验手段，在解决测试可靠性的同时，达到提高工作效率的目的。

基于以上原因分析，结合所测的冷阴极触发管的参数特性，设计了一种安全性及可靠性较高的振动试验夹具，以提高冷阴极触发管振动试验结果的准确率。

2 夹具材料的选用

基于冷阴极触发管的振动夹具应具有如下的特点：重量尽量轻,以减少振动台负载；在结构上要有很好的刚性；保证夹具在振动中不会产生共振；夹具的材料应有很好的绝缘性能；保证夹具具有良好的振动传递特性,不会过量衰减振动台的振动,也不过滤各频率成分的振动能量。

冷阴极触发管是目前使用非常广泛的一种高压开关器件。它的夹具有别于一般的触发管的夹具，由于在振动试验过程中要施加一定的直流高压，因此，夹具的材料要选择绝缘性能好，密度较小而刚度较大的材料。

根据高压产品测试的特殊要求，测试安全是第一位的，因此夹具主体必须具备良好的绝缘性能，我们在酚醛板的材料性能和有机玻璃的材料性能之间进行了比较：

酚醛板具有密度小，机械强度高，变形倾向小，耐化学腐蚀等特点，是高绝缘材料。

有机玻璃（PMMA）是一种常用的工程材料，具有良好的耐老化性、耐化学性和电绝缘性、力学强度较高，且与一般绝缘材料相比质量轻、加工性能好，易于成型而得到广泛的应用。

经过材料性能比较，酚醛板相对于有机玻璃机械强度较高，但因其有吸潮的特性，当环境相对湿度较大时，极易出现打火、爬电等现象，因而会影响试验结果的判定，而且对试验设备的安全性也会产生不良影响。而有机玻璃吸潮性较低，绝缘性能较好，缺点是机械强度相对弱一些，只要不是遭受猛烈的撞击，机械强度是可以满足使用要求的，通过材料性能的比较，有机玻璃材料性能略优于酚醛板的材料性能，因此决定选用有机玻璃作为试验夹具要求的材料。

3 夹具的设计

夹具的制作方法选择准则是:既加工、安装简单方便，又牢固、可靠，能满足试验频率下波形不畸变。

为了提高检验试验效率，降低夹具生产成本，并同时兼顾到冷阴极触发管的使用，设计制作多个冷阴极触发管试验用的工装夹具，在解决测试可靠性的同时，达到降低夹具生产成本、提高工作效率的目的。

由整块材料加工成一个完整的夹具效果最好，这样没有连接松动，可长期使用，这种设计可以使在同一振动试验频率下，不会产生膜片式振动，这对小型试件夹具尤为理想。这种整体结构，消除了许多连接上的问题，适当的用螺钉连接一些中间构件，可提高使用上的灵活性。

采用立方体结构的夹具设计，主要用于小型被测件的振动冲击试验；夹具主体采用将有机玻璃材料加工成立方体：即在有机玻璃上铣出凹槽的立方体实体结构，可以同时对两个冷阴极触发管进行振动试验（如图1所示），这种结构是振动试验中常用结构形式，可以有效解决绝缘和力学试验参数传递需求。

3.1 产品的安装采用套筒加压板固定的方式，高压引入方式通过高压导线和弹簧引入，保证可靠接触。根据产品几何外形特点，设计了各个安装部件，设计效果图如图2和图3。

3.2 针对检验试验条件要求，设计制作了检验试验工装夹具，具体设计如图3。

直流高压通过高压导线焊接在冷阴极触发管接线片上，保证可靠接触。被测件的安装采用螺钉固定的方式，安装在主夹具的实体上。（试品与夹具；夹具与振动台）拆装方便，简单适用、重量轻、成本低、满足了振动试验的要求（见图4）。

表1

4 夹具的测试

夹具设计制作完成后，必需放在振动台上予以评定， 先对夹具进行动态测量，主要是验证夹具振动的传递特性和振动量级的一致性,可以暴露夹具设计的不足之处，可以为夹具的改进提供详细的参考数据。因此我们先做夹具与振动台系统的评定性试验，在空载试验之后，又做了带试件的负载试验，在充分测试的基础上，经预振测试，从测试结果分析，没有出现共振及过振动和欠振动现象；也没有出现飞弧及打火等现象；完全满足了夹具的设计规范指标要求。测试频谱图（见图5）。夹具测试项目及结果见表1。

结论

通过应用的结果分析，采用有机玻璃材料设计的振动试验夹具，满足了夹具的设计规范指标要求，解决了该冷阴极触发管检验试验没有工装夹具的问题，而且比传统试验方法提高检验生产效率一倍以上。保证了冷阴极触发管振动试验结果的有效性和可靠性，达到了预期目的。

[1] 胡志强等编著. 随机振动试验应用技术. 中国计量出版社出版,199612[2] 清华大学西安交通大学合编 高电压绝缘 北京电力工业出版社 1980[3] 王冬 振动试验夹具的设计制作技术 《现代防御技术》1997年第3期

彭红（1966年 ），女，工程师，重庆，中物院五所。