某型产品近炸引信内场测试PF4故障分析

王小琴 杨雷 李东升 杨宁 王秋霞 李田田

摘要：某型产品是我军装备较多的武器装备。本文对该产品在内场测试过程中出现的PF4故障展开分析，认识故障的产生机理及应采取的措施，以便更好地对该型装备进行维护。

关键词：近炸引信；PF4；自毁定时；单结晶体管性能

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

0 引言

某型产品近炸引信为主动电磁式，原理是利用多普勒效应判定接近目标的最佳距离，产生引爆信号，引爆战斗部击毁敌机。

在该型产品的日常维护测试时，前期经常出现近炸引信PF4参数第3项不合格故障。本文通过对PF4项测试原理及故障机理的分析、国产单结晶体管性能的验证分析以及PF4参数第3项不合格对产品质量及载机安全的影响分析，探讨该故障的解决方案，提高维护人员对该型故障的分析、处理和排除能力，以便更好地对该型装备进行维护。

1 近炸引信工作原理

该型产品近炸引信由射频源、射频头、电路板、电源组件、主线束和天线等组成。

射频源产生一个频率为f0的调频信号，通过射频头将信号送至两根发射天线发射出去，两根接收天线接收从目标反射回来的信号并送至射频头，与本振信号进行混频，混频后的信号依次送至中频（1）板、中频（2）板（见图1），中频（2）板产生A、B两路信号，送至逻辑（2）板，产生多普勒脉冲（Cc）信号。

多普勒脉冲（Cc）信号（以下简称Cc脉冲信号）是接近脉冲和离开脉冲的叠加信号，该信号由逻辑（2）板产生，如图2所示。Cc脉冲信号为测试专用信号，可显示弹目交会状态下接近脉冲信号和离开脉冲的情况，直观反映产品的工作状态。

在进行产品测试中，每次弹目交会时，引信计够连续M个接近脉冲后产生引信解除保险（PF ARM）信号。在有PF ARM信号的情况下计够连续N个离开脉冲后，逻辑（1）板产生引信起爆1（PF DET1）信号、近炸引信起爆2（PF DET2）信号，如图3所示。

2 PF4测试原理

PF4项是针对引信的测试项目，包括三项内容：

1）在引信探测的频率范围内和探测的频率范围外，检查引信对多普勒频率的响应；

2）引信对碰撞开关信号的响应（只有在引信測试中进行本项测试，在制导舱+引信中不进行此项测试）；

3）自毁定时测试。

在进行PF4项测试时，按照上述顺序对三项内容进行测试，启动PF4项测试的同时启动设备计时器。在性能单上，PF4项测试结果以测试设备上指示灯和测试时间参数为记录结果，是否合格的判据以测试设备上指示灯为准。

PF4项测试过程用时情况如图4所示，第1项测试用时t1，第2项测试用时t2，第3项测试用时t3。第3项测试时间为SD3指令启动到触发指令SQ1、SQ2产生所经历的时间，启动SD3指令前首先要启动SD指令，启动SD指令后延时t0才启动SD3指令，按此计算，PF4项测试合格时间范围为t=t1+t2+t3+t0。由于内场测试仪计时器精度为秒级，当计时器计时结果t在t1+t2+t3+t0公差范围内时，该项测试合格，亮绿灯；否则为不合格，亮红灯。

3 故障机理

对PF4参数第3项即自毁定时测试的原理进行分析，自毁定时测试是在引信的某电路板上实现的，该电路板原理图如图5所示。

在每个测试阶段中，要按预定顺序检查下列信号：

● 近炸引信工作1（PF ACT1）信号；

● 近炸引信解除保险（PF ARM）信号；

● 近炸引信起爆1（PF DET1）；

● 近炸引信起爆2（PF DET2）；

● 电爆管（SQUIB）脉冲信号；

● 多普勒脉冲（Cc）信号；

● 对数放大器（LOG、AMP）信号；

● 解除保险+战斗部（ARMING+ WH）信号；

● 发射机电压22V和5V（VCC2）；

● 电爆管电容器（SQUIB CAP）充电测试；

● 遥测启动（TEL ACT）信号和假报警测试等。

根据自毁定时电路工作原理，用示波器对SD3信号产生到单结晶体管Q8导通的时间差值（该时间即为产品的自毁定时时间）进行监测，时间差值在t3时，PF4测试合格；时间差值在t3范围以外时，该项测试不合格。由此可以判定，PF4测试结果出现红灯故障均是由单结晶体管Q8过早导通启动造成。

为解决单结晶体管Q8过早导通问题，需要增加SD3信号产生到单结晶体管Q8启动导通的时间。为达到该目的，采取以下措施进行验证：

1）增加R4*阻值以减缓C1充电的上升时间，以此延长SD3信号产生到单结晶体管Q8启动的时间。在内场测试仪上测试时，部分故障产品效果不明显。

2）PF4项测试进行到第3项时，用示波器和电压表对SD3信号进行观测，同时聆听操纵阀和解锁阀动作的声音，在操纵阀和解锁阀动作的情况下，SD3波动较大。进一步分析认为，SD3电压波动是由于操纵阀和解锁阀的工作导致内场测试仪26V供电电源波动过大，而操纵阀和解锁阀的工作是因制导舱识别出目标使电子舱产生跟踪指令造成的。由于SD3信号的电压值影响电容C1充电上升时间的线性度，也影响单结晶体管Q8按分压比例输出的比较电压，因此进行以下验证：在自毁定时测试时，人为遮挡目标源，模拟实现无目标状态，从而杜绝操纵阀和解锁阀动作，稳定SD3信号的电压值。通过遮挡目标源，跟踪指令消失，操纵阀和解锁阀不工作，PF4项自毁定时测试不合格现象消失。

3）内场测试仪26V电源监测试验。首先对内场测试仪26V电源进行监测，包括监测产品加电前、加电后、测试引信自毁时间三个阶段。经监测，26V电源电压满足电源指标要求，可见测试时设备26V电源输出并无异常。

4 PF4参数第3项不合格的影响性分析

4.1 对产品质量的影响

PF4参数第3项不合格反映到产品具体的性能指标对应的是产品自毁定时测试时间不合格，产品正常自炸时间约为X。

自毁定时时间≈PF4实测时间-2s-n

目前PF4参数测试不合格时测得的时间一般为t4、（t4+1）、（t4+2），此时对应的PF4参数第3项自毁定时时间约为t5、（t5+1）、（t5+2）。该型产品发射时序如图6所示。

按该型产品理论设计的最远攻击距离和最大飞行速度推算（假设载机速度为0），在发射后最长t9的时间已经击中目标。而实际中载机速度并不为0，这说明对于测试PF4参数第3项不合格的产品，即使与自毁定时时间X相比，时间差距也相当长。因此，自炸时间有所缩短不会影响产品正常跟踪和命中目标，对产品本身的攻击性能影响很有限。

4.2 对载机安全影响分析

产品发射时，飞行员按下发射按钮，产品接收到SD指令，产品离梁，经过时间t0后，安全距离SD2指令和SD3指令产生，产品操纵阀和引信自毁定时电路启动并工作。该处的时间延迟就是为了保护载机的安全而设计。可见，SD与SD3间的时间延迟已经确保了载机是安全的，再加上引信的自毁定时时间，即使自毁定时时间不合格，也远大于t0。因此，PF4参数第3项不合格对载机安全没有影响。

5 单结晶体管提前触发现象机理分析

对现场产品进行性能测试验证。保险和解除保险逻辑板上Q8装配进口单结晶体管（JAN2N494A）的产品，引信PF4参数测试结果稳定且合格；装配国产单结晶体管（BT494A）的产品，引信PF4参数测试结果不稳定且出现不合格现象。

5.1 BT494A工作原理

如图7所示，在WE=0时，有一个微小的反向特性，使晶体管得以广泛应用。BT管电流电压如图8所示。

5.2 BT494A提前触发现象机理分析

1）VBB降低引起BT494A提前触发

BT494A工作原理中包含公式VP（峰点电压）=ηVBB+VD，其中，VD为发射结正向压降，常量；η为分压比，常量；VBB为工作电压，由外部设定，其变化时会引起VP的变化，即当VBB降低时VP也降低，升高时VP也升高。

依据图5描绘BT494A从充电到导通的电压和时间变化图，如图9所示，正常26V电压下触发电压为VP1，此时发射极充电时间为t1，当VBB下降时（受外界干扰时，电路中R2电阻和充电电容C1没有改变，充电曲线不变），触发电压相应下降为VP1，若该电压达到t1时发射极电压，则BT管触发。从图9中可见，当VBB降低后，触发时间缩短。

VP2显示了器件分压比较高的情况。可以看出当分压比较高时不会出现提前触发的现象。

2）η和提前触发的关系

BT494A工作原理中有公式VP=ηVBB+VD，当公式中其他条件不变，η越低的产品其VP越低。即如图5中R2电阻和充电电容C1不改变，η越低的产品越易触发，触发时间越短。

3）结论

提前触发是因外界电压的瞬时干扰所引起，各批次产品η的高低对这种干扰的反应不同。

6 单结晶体管BT494A筛选方法

为了筛选出分压比参数满足要求的单结晶体管，制定如下筛选方法：

1）选择一枚产品，将其分解，将电路板上的电阻R4*和单结晶体管Q8拆下，用导线将拆下元器件的焊盘连接并做好标记，组装成试验前舱产品；

2）将试验前舱放置于内场测试仪装夹台，将R4*引线串接至可调直流电阻器，直流电阻器可调范围为0～999kΩ，步进为1Ω。将Q8引线与被筛选的单结晶体管连接，连接时注意引线极性的一致性；

3）用内场测试仪对试验前舱进行PF4项测试，测试至第3项即自毁定时测试时，用纸遮挡目标源，记录PF4测试时间，若PF4测试时间不等于t，调节直流电阻器。调节方法为：增大直流电阻器阻值可增加PF4测试时间，减小直流电阻器阻值可降低PF4测试时间。调节好直流电阻器后，再次进行PF4项测试，直至PF4测试时间为t，记录直流电阻器阻值；

4）在上述条件下，对试验前舱进行PF4测试，测试5遍，在进行到第3项即自毁定时测试时，聆听操纵阀和解锁阀声响，确认在阀动作的前提下5遍测试结果显示的时间均大于等于t，则认为该单结晶体管满足要求；若5遍测试结果显示的时间中有一次小于t，则认为该单结晶体管不满足要求。

C1电压以Δ值为步进值升压。在SD3波动的条件下，假设SD3波动1V（实际波动小于100mV），那么单结晶体管分出比例电压Vp造成的差值为0.72V，而C1的电压差值为0.75V。也就是说，在SD3以1V幅值波动的条件下，即使提前触发也不会提前2s。因此在（t+2）s的条件下，提前时间不会达到t。

7 结论

PF4参数第3项测试不合格，故障原因是操纵阀和解锁阀动作造成SD3電压变化，引起单结晶体管BT494A的参数波动，造成引信的电路板抗干扰能力减弱，导致自毁定时时间测试不合格。

经分析认为，调整电路板电阻R2和R4*（在允许范围内）不会影响产品的功能性能和战技指标。针对该PF4问题可采取以下措施：更换满足要求的单结晶体管并调整电阻R2和R4*，使自毁定时时间满足要求。

参考文献

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