Диагностика качества электрических контактов и проводников методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Артищев Сергей Александрович

• Артищев Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Артищев Сергей Александрович

Введение

1 Анализ вопроса диагностики качества электрических контактов

1.1 Электрические контакты. Электрические эффекты и свойства

1.1.1 Контактное сопротивление

1.1.2 Зависимость контактного сопротивления от механического сжатия

1.1.3 Зависимость контактного сопротивления от протекающего тока

1.1.4 Критерии качества электрических контактов

1.2 Моделирование электрических контактов

1.2.1 Описание нелинейных свойств контакта при механическом воздействии

1.2.2 Описание нелинейных свойств контакта при электрическом воздействии

1.3 Методы и средства обнаружения некачественных электрических контактов

1.3.1 Методы на основе визуального контроля, в том числе по полученным изображениям контактов

1.3.2 Методы, основанные на прямом и косвенном измерении сопротивления контактов

1.3.3 Методы, основанные на измерении характеристики нелинейности сопротивления контактов

1.4 Постановка задач исследования

2 Модификация метода видеоимпульсной нелинейной рефлектометрии для диагностики качества электрических контактов и проводников

2.1 Анализ возможности применения термоэлектрических эффектов для диагностики качества электрических контактов и проводников

2.2 Способ устранения влияния нестабильности амплитуды тестовых сигналов на результат измерения

2.3 Способ повышения отношения сигнал/шум при регистрации сигналов с использованием двух каналов с разными коэффициентами ослабления

2.4 Выводы

3 Моделирование электрических контактов и проводников с учетом их нелинейных свойств

3.1 Моделирование контактов с малой поверхностью стягивания

3.2 Моделирование кабельной линии передачи, содержащей дефект в виде контакта с малой поверхностью стягивания

3.3 Использование разработанных моделей для анализа достаточности метрологических характеристик существующих инструментальных средств

3.4 Обобщение результатов моделирования и определение требований к системе диагностики на их основе

4 Экспериментальные исследования по обнаружению дефектов электрических контактов и проводников на основе метода нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии и его модификации

4.1 Разработка экспериментальной установки для измерения характеристики нелинейности элементов линий передачи при термоэлектрическом воздействии

4.1.1 Формирование тестового видеоимпульсного воздействия

4.1.2 Разработка аппаратной части экспериментальной установки

4.1.3 Разработка программного обеспечения экспериментальной установки

4.2 Измерение характеристики нелинейности контакта с малой поверхностью стягивания

4.3 Исследование влияния нестабильности амплитуды тестовых сигналов на результат измерения характеристики нелинейности их преобразования электрическими контактами

4.4 Экстракция параметров электрического контакта по термонелинейной рефлектограмме

4.5 Экспериментальные исследования по обнаружению некачественных контактов в линии передачи

4.6 Обсуждение и анализ экспериментальных результатов

Заключение

Список литературы

Приложение А. Акты о внедрении результатов работы (справочное)

Введение

Актуальность темы исследования

Электрические контакты (ЭК) обеспечивают взаимодействие компонентов электрических цепей. Сегодня, в условиях увеличения скорости передачи данных и увеличения верхней границы диапазона рабочих частот, повышается значимость технического состояния электрических контактов, особенно в системах связи и передачи информации [1]. Особый контроль качества осуществляется в изделиях авиационной, космической и автомобильной отраслей и т.д., где к качеству электрических контактных соединений предъявляются требования высокой надежности, прочности и износоустойчивости. Безусловно, решению данного вопроса посвящено множество работ, предложены способы обеспечения, контроля и диагностики качественного контактного соединения [2-8]. Нарушение электрического контакта в соединениях вызывает отказы радиоэлектронной аппаратуры, возникающие в результате влияния различных воздействий (механических, электрических, термических и т. д.). Нарушение контакта в разъемных и разборных соединениях является одной из причин появления помех [9-11], в то время как нарушение контакта в неразборных соединениях играет главную роль среди факторов, обусловливающих ухудшение показателей их вибропрочности и ударопрочности.

Применяемые на данный момент методы контроля и оценки целостности контактных соединений предполагают визуальный контроль состояния контакта, в том числе с получением дополнительных изображений (визуальный осмотр, рентгеноскопия, фото-акустическая микроскопия и т.д.), измерение электрического сопротивления и других физических параметров контактного соединения, косвенно связанных с сопротивлением, таких как падение напряжения, температура, и т.д. Такой подход накладывает определенные требования к изготовлению контактных соединений (фиксированное малое контактное сопротивление и его стабильность к воздействующим факторам) и к средствам их контроля (высокая чувствительность для измерения малых величин,

сохранение работоспособности контакта после контроля и т.д.). Также зачастую для измерения параметров требуется прямой доступ к самому контакту, а это не всегда осуществимо. В таких случаях применимы зондирующие (рефлектометрические) методы измерения, позволяющие по отражению тестового сигнала от неоднородностей линии передачи определять профиль распределения волнового сопротивления линии. Однако, монтаж контактного соединения так или иначе связан с нарушением однородности структуры линии передачи, т.е. электрический контакт расположен в месте перепада волнового сопротивления. Поэтому измерение классической рефлектограммы не дает однозначного ответа о качестве контакта.

Работы по изучению ЭК, проведенные такими авторами как Р. Хольм, В.Б. Штейншлейгер, Л.И. Сафонов, Н.Н. Грачев, О.Б. Брон, H.H. Дзекцер, Н.Б. Демкин и др., свидетельствуют о нелинейном характере изменения сопротивления контакта [12-24]. Это в значительной степени проявляется при ухудшении технического состояния контакта, когда его сопротивление возрастает. В связи с этим представляет интерес изучение возможности контроля качества электрических контактов по измерению нелинейности их сопротивления [25]. Существуют рефлектометрические методы, позволяющие регистрировать не только изменение волнового сопротивления, но и измерять характеристику нелинейности преобразования тестового сигнала объектами [26-28]. Среди таких методов измерения перспективу для диагностики линий передачи представляет метод нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии [29]. Данный метод предложен в работах В.Б. Авдеева, П.Г. Брайанта, Э.В. Семенова и др. Его применение способствует активному изучению вопросов, связанных с нелинейными свойствами неоднородностей, в том числе дефектов электрических контактов и проводников [30].

Существующие варианты реализации нелинейной рефлектометрии отличаются видами тестовых воздействий и способами обработки отраженных сигналов. Так в работе В.Б. Авдеева и его коллег предложено использовать пару тестовых сигналов, один из которых является инвертированным. Такой способ

применим для обнаружения нелинейных объектов с несимметричной ВАХ, например, полупроводниковых приборов и менее эффективен для обнаружения контактирующих деталей из одинакового материала.

Способ обнаружения ЭК, предложенный П.Г. Брайантом, предполагает использование серии тестовых воздействий, отличающихся одним из параметров, в т.ч. возможно добавление постоянного смещения. Известно, что под действием постоянного электрического тока контакты нагреваются и их сопротивление изменяется. Таким образом, данным способом возможно обнаружение контактных соединений, способных нагреваться.

Следует отметить, что оба способа представляют собой частный случай (с точки зрения реализации тестовых воздействий) способа, предложенного Э.В. Семеновым, согласно которому следует выбирать тестовые сигналы разной формы и/или амплитуды с тем, чтобы они различным образом подвергались изменению при нелинейном преобразовании.

Таким образом, перечисленные способы реализации нелинейной рефлектометрии предполагают нахождение разности откликов контакта на различные тестовые сигналы. Полученная характеристика обусловлена изменением контактного сопротивления. При этом абсолютное значение контактного сопротивления, по которому принято оценивать качество контакта, остается неизвестным. Из этого следует, что основным недостатком нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии является отсутствие сведений, указывающих на то, каким образом по результату измерения характеристики нелинейности преобразования тестовых сигналов электрическим контактом определить качество его технического состояния.

Целью работы является исследование возможности обнаружения электрических контактов и проводников с нелинейным сопротивлением и разработка способа определения диагностических параметров их качества в условиях отсутствия сведений об абсолютном значении сопротивления.

Основные задачи исследования

С учетом поставленной цели сформулированы основные задачи исследования.

1. Изучение состояния вопроса в области диагностики электрических контактов и проводников и определение способов их моделирования с учетом нелинейных свойств.

2. Модификация метода нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии для устранения погрешности измерений, связанной с нестабильностью амплитуды тестовых импульсов.

3. Определение геометрических параметров электрического контакта при неизвестном контактном сопротивлении.

4. Разработка способа повышения отношения сигнал/шум при измерении нелинейной рефлектограммы.

5. Экспериментальные исследования по обнаружению некачественных электрических контактов и проводников в кабельной линии передачи.

Объект исследования - некачественные электрические контакты и проводники в электрических цепях, представляющих собой как кабельные линии, так и печатные узлы.

Предмет исследования - измерение характеристики нелинейности преобразования сигналов объектами исследования и экстракция на ее основе собственных параметров электрических контактов и проводников, указывающих на их качество.

Методы и методики исследований

В работе используется метод видеоимпульсной рефлектометрии, называемый также метод отраженных импульсов или локационный метод, базирующийся на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных системах (линиях и кабелях) связи. Сущность метода видеоимпульсной рефлектометрии заключается в подаче в кабель (двухпроводную линию) импульса напряжения и приеме импульсов, отраженных от неоднородностей, влекущих изменение

волнового сопротивления. По временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего определяется расстояние до неоднородностей.

Метод нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии отличается использованием в качестве тестового воздействия пары видеоимпульсов, отличающихся одним или несколькими параметрами. Применительно к диагностике ЭК предполагается использование пары видеоимпульсов, один из которых имеет постоянное смещение. Постоянный электрический ток способствует нагреванию ЭК. После зондирования принимаются отклики от неоднородностей на оба тестовых импульса. Далее рассчитывается разность откликов, которая получила название характеристики нелинейности преобразования сигналов контактом. Таким образом, происходит обнаружение неоднородностей, имеющих нелинейные характеристики.

Научная новизна

1. Предложен способ измерения характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическим контактом, который устраняет влияние нестабильности амплитуды тестового сигнала при первом и втором воздействии, если таковая имеется.

2. Получена формула для расчета характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическим контактом, которая учитывает нелинейное изменение площади контактной поверхности и нагрев материала контакта при воздействии на него тестовым током.

3. Установлено, что собственные параметры электрического контакта вычисляются с помощью измеренной характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическим контактом. По значению собственных параметров оценивается качество технического состояния электрического контакта.

Положения, выносимые на защиту

1. Нестабильность амплитуды тестовых сигналов не влияет на результат вычисления характеристики нелинейности преобразования тестовых сигналов электрическими контактами и проводниками, если зарегистрировать реально

воздействующие на объект тестовые сигналы и использовать их при определении характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическими контактами и проводниками.

2. Собственные параметры электрических контактов, указывающие на качество их технического состояния, определяются по результату нелинейного преобразования ими тестовых сигналов. В зависимости от вида зарегистрированной характеристики нелинейности такими параметрами являются площадь поверхности стягивания либо её изменение.

3. Использование двухканального приемника для регистрации разными каналами тестовых сигналов и отраженных сигналов при измерении методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии снижает уровень собственных шумов экспериментальной установки по отношению к результату измерения одноканальным приемником. Достигнутый уровень собственных шумов экспериментальной установки позволяет обнаруживать неоднородности, сопротивление которых под действием тестового сигнала изменяется на 10 мОм и более.

Теоретическая и практическая значимость работы

Установленная в работе возможность и полученные формулы для определения площади контактной поверхности только по результату изменения переходного сопротивления (без учета абсолютного значения переходного сопротивления) позволят развивать теоретические основы диагностики качества электрических контактов и линий передачи таким образом, чтобы игнорировать сопротивление подводящих линий.

Результаты работы могут быть применимы при разработке систем контроля и диагностики линий передачи, предназначенных для работы в тяжелых эксплуатационных условиях, а также в случае необходимости обеспечения высокого качества и надежности. Проведённые исследования показали возможность повышения эффективности проведения плановых измерений линий передачи и обнаружения участков линии, подверженных выходу из строя.

Достоверность результатов и выводов

Достоверность основных результатов работы подтверждается публикациями в рецензируемых журналах, а также прохождением экспертизы по существу поданной заявки на патент. Достоверность экспериментальных результатов подтверждается их совпадением с результатами теоретических расчетов.

Внедрение результатов

Результаты исследований имеют следующее внедрение:

- обоснование возможности обнаружения латентных дефектов электрических контактов и проводников использовано при выполнении опытно-конструкторской работы по созданию автоматизированной системы контроля информационных магистралей и их компонентов для систем управления и электропитания космических аппаратов (договор № 13.G25.31.0017 от 07.09.2010 г. между ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» (г. Железногорск) и Минобрнауки России). Работа проводилась в порядке реализации постановления Правительства РФ № 218;

- предложенная методика экстракции параметров, а также синтезированные режимы тестовых воздействий и алгоритмы обработки откликов внедрены в диагностическом оборудовании, выпускаемом ООО «НПФ «Сибтроника». Результаты получены при выполнении НИР по договору № СТ 01/12Б от 01.08.2012 г.;

- разработанный нелинейный рефлектометр и соответствующее программное обеспечение для диагностики качества электрических контактов и проводников используется в предложениях к продаже компанией National Instruments;

- разработанные измерительные установки используются в учебном процессе подготовки магистрантов и аспирантов при выполнении выпускных квалификационных работ на кафедре радиоэлектроники и защиты информации Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Кроме того, результаты диссертационной работы применены в следующих научно-исследовательских и опытно-констукторских работах:

- «Изучение нелинейного рассеяния объектами сверхширокополосных сигналов и исследование возможности создания на этой основе нелинейных рефлектометров и сенсоров», в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России 2009-2013», гос. контракт № П453 от 31.07.2009 г.;

- «Разработка дефектоскопа для диагностики качества электрических контактов», в рамках программы УМНИК, договор № 1188ГУ2/2013 от 20.12.2013 г.;

- «Исследование нелинейных свойств тонкопленочных проводников, изготовленных методом струйной печати с применением нанодисперсных электропроводящих чернил», в рамках конкурса «Мой первый грант», финансируемого Российским фондом фундаментальных исследований, проект № 14-08-3149014 мол_а.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика качества электрических контактов и проводников методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии»

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы представлялись на следующих конференциях: Международная конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, Украина, 2012 - 2015 гг.; Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы радиофизики», г. Томск, 2013 г.; научно-техническая конференция молодых специалистов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» «Разработка, производство, испытания и эксплуатация космических аппаратов и систем», посвященной 50-летию полета в космос Ю.А. Гагарина. г. Железногорск, 2011 г; Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР», г. Томск, 2010 - 2013 гг.; Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники», г. Красноярск, 2013 г.; Международная конференция компании National Instruments «NIDays» - 2013 г., 2014 г.; X Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2014 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в т.ч. 4 статьи в журналах из перечня изданий, рекомендованных ВАК; 13 работ, опубликованных в материалах всероссийских и международных конференций. Кроме того, результаты работы отражены в 9 отчетах о НИР и ОКР, а также получен патент на изобретение.

Личный вклад

Результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором или при его непосредственном участии в составе коллектива СКБ «Смена», ТУСУР. Автор использовал методики проведения измерений, предложенные научным руководителем Э. В. Семеновым, при этом автор проводил математические расчеты, разрабатывал экспериментальные установки и образцы, проводил натурные эксперименты, выполнял обработку экспериментальных данных.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 133 наименования, и приложения. Объем текста работы с приложением составляет 123 стр., включая 50 рис., 7 табл.

1 Анализ вопроса диагностики качества электрических контактов

В ходе выполнения литературного обзора были рассмотрены свойства электрических контактов, изучены эффекты, наблюдаемые в контактах при прохождении тока (подраздел 1.1). Выявлено, что одним из наиболее слабых мест линий передач являются электрические контакты. Существующие методы контроля качества электрических контактов обладают рядом недостатков и не все из них получили широкое распространение, поэтому зачастую контроль ограничивают визуальным осмотром, что не обеспечивает высокой надежности при эксплуатации.

Для выявления причин образования дефектов во время эксплуатации, ведущих к повреждению электрических контактов, а также для разработки способов их обнаружения необходимо провести моделирование электрических контактов. В связи с этим были рассмотрены существующие модели контактов и способы моделирования процессов в них (подраздел 1.2).

Известно, что среди повреждений, встречающихся в линиях передачи, проще всего обнаруживаются явные повреждения - разрывы и короткие замыкания. Такие повреждения обнаруживаются любым дистанционным методом. Однако более сложные дефекты требуют дополнительных операций для их обнаружения. Чаще всего их доводят до явного дефекта с использованием так называемого дожига дефектов сильноточным воздействием, что увеличивает затраты на обслуживание и ремонт линий передач. В связи с этим были изучены существующие и наиболее часто используемые методы контроля и диагностики контактных соединений (подраздел 1.3). Наиболее перспективным среди дистанционных методов выделен метод нелинейной рефлектометрии. Данный метод обладает возможностью определения расстояния до дефекта (как и все из существующих дистанционных методов). Кроме того, с помощью данного метода можно оценивать характеристику нелинейности преобразования сигналов дефектами, что позволяет отнести его не только к методам контроля, но и диагностики.

Метод нелинейной рефлектометрии обладает большими перспективами и широкими возможностями применения. Одной из возможностей повышения качества диагностики с его помощью является увеличение количества видов обнаруживаемых дефектов. В связи с этим целью настоящей диссертационной работы является расширение возможностей диагностики линий передач путем обнаружения в них некачественных электрических контактов. Для достижения этой цели необходимо решить ряд задач исследования, сформулированных на основе результатов литературного обзора (подраздел 1.4).

1.1 Электрические контакты. Электрические эффекты и свойства

Под электрическим контактом понимается соединение двух проводников, позволяющее проводить ток между ними. Известно, что любая поверхность имеет определенную шероховатость, поэтому даже после обработки контактных поверхностей, электрический ток проходит только в отдельных точках - выступах шероховатостей, в которых эти поверхности касаются [97, 98].

В идеальных замкнутых контактах вся геометрическая поверхность является проводником электрического тока. В реальных замкнутых контактах ток проводят отдельные области проводимости, поэтому электрическая проводимость реальной поверхности в разы меньше электрической проводимости идеальной поверхности.

1.1.1 Контактное сопротивление

Поскольку электрический ток проходит лишь через отдельные области проводимости, линии электрического тока не могут распределяться равномерно по всей геометрической поверхности контактов, при этом они стягиваются к местам расположения областей проводимости и искривляются. Такое стягивание и уплотнение линий тока ведет к увеличению электрического сопротивления прохождению тока в области проводимости. Это добавочное сопротивление принято называть сопротивлением стягивания. Если поверхность, проводящая ток, состоит из многих областей проводимости, то результирующее сопротивление стягивания определяется как величина, обратная сумме проводимостей отдельных областей. Во многих случаях определение

сопротивления стягивания представляет собой сложную задачу, так как необходимо учитывать формы отдельных областей проводимости, находить их размеры, расстояния между ними и одновременно учитывать неравномерность их расположения на контактной поверхности. К тому же сопротивление каждой области проводимости меняется с изменением температуры поверхности контактов и со временем.

Если же на поверхности появляются пленки (окислы), рабочая поверхность уменьшается и еще более усиливается эффект стягивания линий тока. Создается дополнительное сопротивление, вызываемое пленками, расположенными на поверхностях обоих контактов. Следовательно, контактное сопротивление -это добавочное сопротивление поверхности контактов, появляющееся за счет сужения участков, проводящих ток, и появления на них различных пленок.

Некоторые воздействия могут приводить к значительному изменению контактного сопротивления. Так, например, под воздействием окружающей среды металлические контакты подвергаются коррозии, что приводит к увеличению сопротивления. Под воздействием повышенной температуры материал контактов может размягчаться (плавиться), что приводит к увеличению областей проводимости, и, как следствие, снижению сопротивления. Далее подробнее рассмотрено влияние на контактное сопротивление механического и электрического воздействий.

1.1.2 Зависимость контактного сопротивления от механического сжатия

Размеры контактной поверхности, а следовательно, и электрическая проводимость прямо пропорциональны величине механического усилия сжатия, приложенного к контактам. Характер изменения проводимости при малых, средних и больших контактных усилиях различается, но во всех случаях сдавливание контактов ведет сначала к упругой, а затем - к пластической деформации [12].

Для металлических контактов из разных материалов возрастание электрической проводимости при увеличении контактного усилия происходит по-

разному - возможно резкое увеличение проводимости, замедление или прекращение увеличения. В общем случае зависимость проводимости от сжатия имеет следующий характер: сначала разомкнутое состояние контактов, затем небольшое нажатие на них, вызывающее только упругие деформации и появление электрической проводимости за счет туннельного эффекта, и, наконец, значительные нажатия, приводящие к пластическим деформациям, сопровождающимся разрушением оксидных пленок и образованием большого числа областей проводимости. При дальнейшем увеличении сдавливающих усилий плавно или скачкообразно возрастает число областей проводимости.

Характер деформации поверхностей контактов, количество и скорость образования областей проводимости в каждом конкретном случае зависят от геометрической формы контактов, выбранных для их изготовления материалов, степени полировки поверхностей. Тщательная полировка поверхностей приводит (при прочих равных условиях) к возникновению преимущественно упругих деформаций.

Контакты из некоторых металлов (например, из золота) способны при определенных условиях прилипать друг к другу. При этом, если ослабить контактное усилие, то проводимость может и не уменьшиться. Это объясняется совпадением структур кристаллических решеток обоих контактов, а также тепловыми эффектами, происходящими внутри материала контактов. Возможно прилипание контактов как не нагреваемых электрическим током, так и нагреваемых.

Рассмотрим случай прилипания контактов, не нагреваемых током. Обычно процесс прилипания сопровождается усиленной взаимной диффузией атомов, в результате чего возрастают ковалентные и металлические связи между атомами и между кристаллическими решетками материалов обоих контактов. В одних случаях при прилипании преобладают силы, вызванные высокой температурой, в других большие силы межатомного сцепления. Роль температур в процессе прилипания заключается в этом случае лишь в побочной функции размягчителя материала. Пластичные металлы могут прилипать друг к другу и без повышения

температуры. Особенно легко прилипают друг к другу контакты, изготовленные из очень ковкого, пластичного металла - золота. Таким образом, электрические контакты, находящиеся в эксплуатации под механическим воздействием, способны изменять свои параметры с течением времени. Это, в свою очередь, может привести к появлению дефектов в контакте, а значит, к нарушению целостности электрической цепи.

1.1.3 Зависимость контактного сопротивления от протекающего тока

Процесс прилипания контактов ускоряется при пропускании через них тока. При определенной величине тока происходит размягчение, а в ряде случаев и плавление отдельных частиц материала контактов. При этом пленки частично или полностью разрушаются, что ведет к увеличению рабочей поверхности контактов, а следовательно, к повышению прочности прилипания и сваривания контактов. Прилипание контактов из разных металлов начинается с момента размягчения более твердого металла.

При температуре размягчения площадка касания увеличивается, а переходное сопротивление резко уменьшается при неизменном нажатии. Это состояние имеет место при напряжении рекристаллизации иР или размягчения материала. Если температура продолжает расти, то площадка касания может расплавиться, чему соответствует напряжение плавления ипл. На Рисунке 1.1 представлена зависимость контактного сопротивления от приложенного напряжения.

------

и? Цш и*

Рисунок 1.1 - Характеристика контакта ^К(иК)

В таблице 1.1 [23] приведены температуры и падения напряжения в контакте для двух характерных точек - точки размягчения материала 01, ир и точки плавления материала 02, ипл.

Таблица 1.1 - Значения параметров материалов

Материал 01, оС ир, мВ 02, оС иш, мВ

Олово 100 70 232 130

Серебро 150 90 960 350

Алюминий 150 100 658 300

Медь 190 120 1083 430

Сталь 500 210 1530 600

Никель 520 220 1455 650

Из Таблицы 1.1 видно, что при сравнительно небольшом напряжении (сотни милливольт) в электрическом контакте происходит значительное повышение температуры. Следует отметить, что нагрев в этом случае происходит, прежде всего, в области фактического касания выступов шероховатостей и по мере отдаления от нее температура резко снижается.

1.1.4 Критерии качества электрических контактов

В связи с увеличением размера электрических сетей мобильных средств автомобильной, авиационной и космической отрасли, дефекты проводов и соединителей становятся серьезной проблемой. Зачастую сбои, аварии или отказы происходят из-за обрыва кабелей, некачественной опрессовки кабельных разъемов или деградации соединителей. Контактное соединение в случае недостаточного соприкосновения представляет собой контакт с малой поверхностью стягивания. Такие контакты являются ослабленным участком в токоведущей цепи и способны с течением времени ухудшать свои свойства, например, на контактных поверхностях может появиться оксидная пленка, что может приводить к повреждению контактных соединений. Кроме того, трудность по своевременному обнаружению таких видов дефектов, как правило, приводит к дорогостоящему ремонту. Поэтому представляет интерес обнаружение некачественных контактов и их восстановление.

Качество электрических разъемных контактных соединений характеризуется различными требованиями: высокая надежность, высокая прочность и жесткость,

высокая износоустойчивость, высокая климатическая стойкость, низкий и стабильный коэффициент трения, высокая стабильность контактного усилия, а также усилие сочленения и расчленения. При воздействии существенных вибрационных нагрузок и коррозионных явлений, имеющих место на подвижных объектах, контактное соединение является источником широкополосных контактных радиопомех вследствие нестабильности своих электрических параметров. Если такие контактные радиопомехи поступают на вход радиоприемных устройств, то они создают значительные сложности при организации радиосвязи и ухудшают электромагнитную совместимость (ЭМС) радиоэлектронных средств [9-11].

Чаще всего контакт характеризуется контактным сопротивлением. При хорошо выполненных контактных соединениях участок цепи, содержащий контакт, должен иметь сопротивление, превышающее сопротивление участка цепи такой же длины и не содержащего контактного соединения не более чем на 20%. Повышение сопротивления контактного соединения может говорить об ухудшении качества контакта. Поэтому отношение сопротивления ЯК участка, включающего контакт, к сопротивлению Я такого же целого участка является одним из основных показателей, получивших название коэффициента дефектности контакта по сопротивлению [31].

Кя = Я (1.1)

Учитывая, что увеличение сопротивления вызывает увеличение падения напряжения на данном участке, о качестве контактного соединения можно судить также по величине падения напряжения при определенной силе тока или сравнивая падение напряжения на участке с контролируемым контактным соединением и на таком же целом участке. Поэтому отношение падения напряжения Ц на первом участке к падению напряжения и на втором может служить вторым показателем качества контакта, который называют коэффициентом дефектности контакта по падению напряжения [31].

Ки = и (1.2)

Известно, что при плохом контакте, когда через него протекает электрический ток, выделяется значительное количество тепла и контакт сильно нагревается. Следовательно, отношение температуры 4 контакта к температуре t целого проводника является третьим показателем качества контакта, называемым коэффициентом дефектности по температуре [31].

К, = ± (1.3)

Для одного и того же контактного соединения выполняется соотношение Кк>Ки>К,. Поэтому из перечисленных показателей сопротивление контакта постоянному току является более предпочтительным критерием качества контактного соединения. Однако это не исключает использование и других рассмотренных критериев в качестве дополнительных и даже основных, если по каким-либо причинам затруднительно воспользоваться первым критерием.

Также принято оценивать качество контакта по абсолютному значению сопротивления контакта. В таблице 1.2 представлены значения сопротивления контактов слаботочных разъемов, используемых в линиях передачи информации [32].

Таблица 1.2 - Параметры электрических соединителей

Модель разъема Способ монтажа Сопротивление контакта Я, мОм

1 2 3 4

СНП268 Пайка 10

СНП346 Обжатие 15

Продолжение Таблицы 1.2

1 2 3 4

СНП318 ф 1 Врезание 20

СНП351 Пресс-Фит 20

Анализируя техническую документацию на ВЧ разъёмные соединения [1], можно сделать вывод, что для практического использования в большинстве случаев контактное сопротивление составляет до 5 мОм. Увеличение сопротивления в два раза говорит об ухудшении технического состояния контакта, поэтому примем для дальнейшего рассмотрения минимально допустимое изменение сопротивления контакта АЯК = 5 мОм.

1.2 Моделирование электрических контактов

Описание процессов, протекающих в контактных соединениях электрических сетей, является достаточно трудоемкой задачей, так как необходимо учитывать многие факторы. Поэтому для создания более точной модели контактного соединения необходимо знать и учитывать комплексно как можно больше основных технических характеристик, влияющих на функционирование электрических контактов. На сегодняшний день существует множество работ, посвященных данному вопросу [6, 19, 92, 99, 102]. Однако большинство из них опирается на результаты, полученные Р. Хольмом в начале прошлого столетия. По сути, он является родоначальником теории контактов, так как он первым всесторонне изучил основные свойства контактов и ввел научную систематизацию контактных явлений. Затем немалый вклад в изучение электрических контактов и в развитие путей повышения надежности и качества

их работы внесли зарубежные и отечественные ученые, такие как H.H. Дзекцер,

H.Б. Демкин, Е.К. Реутт, О.Б. Брон, А.Н. Бредихин, М.В. Хомяков, А.А. Чунихин, И.Н. Саксонов, В.И. Бойченко, В.В. Измайлов, Ю.С. Висленев, В.К. Новиков, Л.Г. Саргсян, К.Л. Карлсон, В. Мерл, И.С. Гершман, А.П. Долин, А.И. Плис, В.В. Усов, А.К. Белоусов, В.С. Савченко, А.П. Левин, Б.С. Сотсков, М.И. Витенберг и др.

В работах Р. Хольма было показано, что электрические контакты являются объектами с нелинейными свойствами. Работы в данном направлении также проводили В.Б. Штейншлейгер, Г.П. Жигальский, Н.К. Мышкин, Н.Н. Грачев и др. Результаты данных работ свидетельствуют о неравномерном изменении сопротивления контакта при воздействии некоторых факторов. В связи с этим далее рассматривается влияние на электрические контакты наиболее распространенных воздействий - механического и электрического.

I.2.1 Описание нелинейных свойств контакта при механическом воздействии

Поверхности электрических контактов имеют шероховатости, поэтому область проводимости электрического тока образуется в месте соприкосновения выступов шероховатости. Благодаря нажатию F одного контакта на другой вершины выступов деформируются и образуются площадки действительного касания контактов. В работе [23] был подробно рассмотрен процесс перехода тока из одного контакта в другой при касании двух цилиндрических контактов по торцам. Если предположить, что имеется только одна площадка касания, имеющая форму круга с радиусом а. Радиус а при пластической деформации можно найти с помощью формулы (1.4):

F

Pia2 , (1.4)

s

где Fk - сила контактного нажатия, Н;

о - временное сопротивление на смятие материала контакта, Н/м . Модель реального контакта рассматривается в виде двух полубесконечных тел, контактирующих в круглой площадке касания. Вид линий тока и электрических потенциалов, получающихся при этом, представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Растекание тока в модели точечного контакта

На практике чаще всего размеры площадки касания составляют не более долей миллиметра. Если диаметр контакта превосходит диаметр площадки касания более чем в 15 раз, с точностью до 5% справедлива следующая формула для расчета контактного сопротивления:

2а

где р - удельное сопротивление материала контакта.

Если подставить выражение (1.4) в (1.5), то получим:

(1.5)

К 2 ]]

ко

К

(1.6)

К

Таким образом, контактное сопротивление, обусловленное стягиванием линий тока обратно пропорционально корню квадратному из силы контактного нажатия Кк. Зависимость сопротивления контакта от силы нажатия представлена на Рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Зависимость контактного сопротивления от приложенной силы

нажатия контактов

Из Рисунка 1.3 видно, что сопротивление уменьшается при увеличении нажатия (кривая 1). Однако, если после нажатия уменьшить силу (кривая 2), то зависимость отличается под действием остаточных деформаций контактирующих выступов шероховатостей.

Таким образом, при слабом прижатии контактных поверхностей, контактное сопротивление определяется малым количеством контактных точек и представляет собой некачественный контакт. Подобного рода контакты с дефектами могут образовываться, например, при опрессовке или обжиме кабелей, если неправильно настроены параметры обжимного оборудования.

1.2.2 Описание нелинейных свойств контакта при электрическом

воздействии

Анализ научно-технической информации показывает некоторую сосредоточенность авторов на проведении исследований, связанных с проявлением нелинейных свойств электрических контактов в зависимости от силы нажатия. Однако также представляет интерес изучение иных нелинейных эффектов. В частности, в рамках диссертационной работы предполагается использование теромоэлектрических эффектов, когда электрическое сопротивление контактов меняется при нагреве контактов. Первое описание этих эффектов сделал основоположник теории электрических контактов Р. Хольм. Согласно его работе [12] два разрывных контакта, сжатых некоторое время, могут прилипнуть друг к другу и остаться в таком положении после снятия усилия сжатия. Это явление объясняется совпадением структур кристаллических решеток обоих контактов, а также тепловыми эффектами, происходящими внутри материала контактов. При прохождении тока через область стягивания его линий контакт нагревается. Приближенно превышение температуры в области стягивания Ах к можно найти по формуле:

2 1

Ах к = и2к—~, (1.7)

8 Ар

где ик - падение напряжения на переходном сопротивлении, В;

X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С);

р - удельное электрическое сопротивление материала контактов, Ом-м.

Наибольшую температуру имеет площадка касания. По мере удаления от нее температура контакта быстро падает. Существующая методика [23], которая описывает процесс нагрева точечного торцевого контакта, предполагает рассмотрение этого контакта в виде проводника переменного сечения (Рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - К расчету температуры контактов

Обозначим через Р мощность тепловых потерь в различных точках контакта. Ток I, проходя по телу контакта, нагревает его. Тепло Р1 = 0.5!2^Я входит в торец контакта. Одновременно через боковую поверхность тепло отдается в окружающее пространство. При установившемся режиме тепло, которое входит в элемент толщиной йх, равно теплу, которое из него выходит:

Рх + йРх = ёРо + Рх+х, (1.8)

где Рх = —щ--тепло, которое подошло к элементу справа;

х йх

йх

йР = 12р— - тепло, которое выделяется в этом элементе; х Я

Я - сечение контакта;

йР0 = ктр(® - ©0)йх - тепло, отдаваемое с боковой поверхности; р - периметр сечения контакта;

аРх+х = --тепло, выходящее из элемента в направлении оси х.

ах , ,

х+аХ

Введем х = 0-00 и подставим в (1.8) мощности Рх, йРх, Рх+ах, выраженные через ток и определяющие их параметры. После преобразования получим:

а 2 х + КР + 12р = 0

ах2 д 21

Решая это уравнение с учетом начальных условий, получаем:

Т= 12 Як 1 е-4ктТХдх + 12 Я

2 41ктрд ктРд'

Тогда температура контактной точки

г 2 -

I ^ _ .2- 1

0конт = ©о + Т„ + Ах + Ахк = 00 + --+ 0.512Я

ктРЧ ' к V 1ктрд '

где тт - превышение температуры тела контакта относительно окружающей среды;

Ат - превышение температуры контакта в начале области стягивания;

2 1 Ах = 0.512 Як .

41кшРч

С ростом температуры сопротивление стягивания Я(0) изменяется из-за роста удельного сопротивления материала:

Я (0) = Я(0)[1 + (2/3) а я Ах к ], (1.9)

где Я (0) - сопротивление стягивания при температуре, равной температуре на границе области стягивания 0 = 00 + хТ + Ах;

ая - температурный коэффициент сопротивления материала контактов, 1/оС. При увеличении тока через контакт увеличивается падение напряжения ик = 1ЯК. Согласно (1.7) возрастает превышение температуры Ахк контактной

площадки. Это, в свою очередь, вызывает увеличение сопротивления Як согласно (1.9). Зависимость сопротивления Як от напряжения ик показана на Рисунке 1.1. При выводе (1.9) изменение прочности материала не учитывалось, поэтому оно

справедливо при температурах, не превосходящих температуру размягчения материала.

1.3 Методы и средства обнаружения некачественных электрических

контактов

В промышленном производстве наиболее часто используются в сочетании два метода контроля неразъемных соединений: разрушающий (выборочный) контроль качества по силе отрыва и характеру разрушения соединения и неразрушающий визуальный контроль - отбраковка потенциально ненадежных паяных соединений по результатам визуального осмотра. Такой подход недостаточен для управления технологическим процессом монтажа межсоединений и прогнозирования их надежности ввиду его низкой информативности [37].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Артищев Сергей Александрович, 2015 год

К источнику тока

Г-►

-С4

Я

С

Ь1

+

С2

, Як

К осциллографу,

канал 2 ^-*

К осциллографу, канал 1

О >

Рисунок 4.17 - Схема электрическая принципиальная экспериментальной

установки

Для устранения влияния нестабильности работы регистрирующего устройства осциллограф был включен заранее и предварительно прогрет. Таким образом, на ошибку результата измерения характеристики нелинейности в большей степени влияет работа генератора тестовых импульсов.

В первом случае отклики контактов регистрировались сразу же после включения генератора. При этом регистрировались входные сигналы. Затем выдерживалось 30 мин для прогрева генератора. После этого на электрический контакт подавался ток нагрева 200 мА в течение 30 с. Регистрировались отклики нагретых контактов, а также входные сигналы. На Рисунке 4.18 представлены характеристики нелинейности качественного (кривая 1) и некачественного

(кривая 2) контактов, вычисленные по формуле (2.5). Это соответствует случаю нахождения обычной разности откликов для двух состояний.

8(0/'кМШСс, МОМ

Рисунок 4.18 - Характеристика нелинейности электрического контакта без учета

входных сигналов

На Рисунке 4.19 представлены характеристики нелинейности качественного (кривая 1) и некачественного (кривая 2) контактов, вычисленные по формуле (2.11). В этом случае расчет учитывает входной сигнал именно в момент измерения отклика конкретного объекта. Тем самым устраняется невязка между тестовыми импульсами, которая приводит к ошибке измерения.

Рисунок 4.19 - Характеристика нелинейности электрического контакта с учетом

входных сигналов

Результаты экспериментального исследования способа компенсации нестабильности амплитуды тестового сигнала опубликованы в работе [116].

4.4 Экстракция параметров электрического контакта по термонелинейной

рефлектограмме

Для проведения экстракции параметров контактов по измеренной терморефлектограмме воспользуемся результатами эксперимента, описанного в подразделе 4.2. В качестве опорных данных используем зарегистрированные характеристики, представленные на Рисунке 4.20.

8(0/'кмШСс, мОм

100 —

50 0 -50 - 3

\ 1 /

-100

-150 2

-200 | | 1

0

1.5

2

2.5

мкс

Рисунок 4.20 -Характеристика нелинейности контакта. Кривая 1 — качественный контакт, кривая 2 — некачественный контакт (сопротивление уменьшилось), кривая 3 — некачественный контакт

(сопротивление увеличилось)

По экспериментальным данным характеристики нелинейности с помощью формулы (3.7) рассчитаем изменение сопротивления контакта ДКК. Результаты расчета представлены в Таблице 4.1.

ДДК =£■

1К 1К

11 'К

(3.7)

Таблица 4.1 - Параметры модели электрического контакта

Параметр контакта Некачественный контакт Качественный контакт

1. Эффект температурной зависимости сопротивления контактов 2. Эффект прилипания контактов

ДЯК, мОм 53 200 0,38

ап, нм 32 — 150

Ын (ап)х % Мх ' — 73 —

Сопротивление, вносимое элементами коммутации в экспериментальной установке, не влияет на абсолютное изменение сопротивления при нагревании, так как коммутационные элементы в меньшей степени нагреваются при прохождении через них электрического тока. Таким образом, значения в Таблице 4.1 практически полностью определяются изменением сопротивления фактической области касания контактирующих поверхностей. Далее для случая температурной зависимости сопротивления контактов из уравнения (3.8) была определена контактная поверхность ап (Таблица 4.1). На основании полученной оценки ап по формуле (3.9) было определено относительное изменение контактной поверхности для случая прилипания контактов [128]:

ЛЯК = —--1---—, (3.8)

2ап 1 Ра к 12 2ап

48 (ап )21

ЛЙК ; ЛЯК = Р

1 (ап )н (ап )х

(3.9)

2(ап)н 2(ап)х К 2(ап)н Результаты изменения сопротивления контактов при исследовании методом нелинейной рефлектометрии представлены в Таблице 4.2. Проявлением нелинейных свойств качественного контакта можно пренебречь, поэтому его характеристику нелинейности (кривая 1) можно считать собственной нелинейностью всей измерительной установки в целом.

Таблица 4.2 - Результаты измерений

Параметр Нелинейность установки Нелинейность объекта

|ДКК| без учета входных сигналов, мОм 11 21

|ДКК*| с учетом входных сигналов, мОм 5 23

Использование формулы (2.11) оказывает различное влияние на результат. На это влияет форма полученного отклика. Наблюдается значительное снижение собственной нелинейности. Сравнивая результаты кривой 1 на Рисунке 4.18 и Рисунке 4.19, можно говорить о повышении порога чувствительности метода. Иными словами предлагаемый способ устранения погрешности позволяет измерять меньший уровень изменения сопротивления.

Таким образом показано, что применение нелинейной рефлектометрии с учетом компенсации нестабильности амплитуды тестовых сигналов позволяет обнаруживать неоднородности с малым уровнем нелинейности.

Экспериментально определена нижняя граница диапазона измерения нелинейности преобразования сигналов объектами. В текущей конфигурации измерительных средств метод позволяет фиксировать изменение сопротивления от 10 мОм. Представляет интерес в дальнейшем снижение пороговой величины для обеспечения возможности диагностики печатных узлов, определения дефектов проводников СВЧ-трактов и т.д.

4.5 Экспериментальные исследования по обнаружению некачественных

контактов в линии передачи

В подразделе 3.2 было проведено моделирование кабельной линии передачи, содержащей некачественный контакт. Для подтверждения полученных результатов необходимо провести реальный эксперимент. Для этого был использован макет кабельной линии передачи, представляющий собой два отрезка коаксиального кабеля ЯО-58Л/и. Центральные проводники этих отрезков соединены через образец некачественного контакта (Рисунок 4.12). Экраны отрезков соединены непосредственно при помощи пайки. На конце второго

отрезка подключался терминатор 50 Ом, имитирующий продолжение кабеля. В местах подключения источника напряжения последовательно включены катушки индуктивности номиналом 2.7 мкГн, обеспечивающие контур прохождения постоянного электрического тока через центральный провод кабеля.

Данная цепь развязки не учитывалась на этапе моделирования (подраздел 3.2), так как она не оказывает влияния на результат термонелинейной рефлектограммы. Однако для сопоставления линейных рефлектограмм следует дополнить разработанную ранее модель линии передачи. Также по результатам экспериментального исследования было обнаружено, что в местах подключения разъемов к кабелю происходит влияние паразитных реактивностей, вероятно, связанных с монтажом и нарушением целостности кабеля. В связи с этим было произведено уточнение модели по измерению линейной рефлектограммы (Рисунок 4.21). Результат уточнения модели представлен на Рисунке 4.21, 4.22.

АИР

ю-иг

ТШР (0=11.1 У_РР0БЕ £0=50 ОЬт Ю=УР1 1=17.а т

ТШР Ю=Т|_2 г0=50 ОИт 1=5 т

А=0 с1В 5=5

Р=0 МНг

то ю=иг

1=3005пН

САР Ю=С2

с=о.о1 иг

Рисунок 4.21 - Уточнение модели кабельной линии передачи

И 2

1

-1

10

20

Ь, м

30

40

Рисунок 4.22 - Моделирование рефлектограммы после уточнения параметров модели. Кривая 1 - модель, кривая 2 - эксперимент

Макет используемой кабельной линии представлен на Рисунке 4.23.

Некачественный контакт

Рисунок 4.23 - Макет кабельной линии, содержащей некачественный

электрический контакт

В качестве тестового использовался ток нагрева величиной 200 мА. Исходя из исследований, проведенных на прошлых этапах работы, такой силы тока достаточно для нагрева подобного рода контактов, чтобы в нем стали проявляться

свойства нелинейности при наличии в нем дефекта. Результаты экспериментального исследования представлены на Рисунках 4.24-4.26.

и(0, В 5

4

3

2

1

0

-1

и(0, В 5

4

3

2

1

I _

0

0.1

0.2

0.3 мкс

0 1

0

0.1

0.2

0.3 I, мкс

Рисунок 4.24 - Рефлектограммы кабельной линии с электрическим контактом в холодном (слева) и нагретом (справа) состоянии. Кривая 1 - 1 канал (тестовый сигнал), кривая 2 - 2 канал (сигнал-отклик)

е(0, В

-0.05 -

-0.25

_1_

_1_

_1_

J

0 0.1 0.2 0.3 I, мкс

Рисунок 4.25 - Термонелинейная рефлектограмма кабеля с контактом

0.1

о

т

^ -0.1

-0.2

-0.3

0 10 20 30 40

Ь, м

Рисунок 4.26 - Результат сопоставления расчетной и экспериментальной

термонелинейных рефлектограмм кабельной лини передачи, содержащей

некачественный контакт

Из Рисунка 4.26 видно, что некачественный контакт обнаруживается в кабеле ЯО-58Л/и на расстоянии 18 м, так как наличие отклика на нелинейной рефлектограмме связано с изменением сопротивления контакта под действием тестового сигнала. На линейной рефлектограмме также виден отклик, однако по нему нельзя оценить качество контакта. Поэтому для обнаружения некачественных электрических контактов предпочтительно измерение нелинейной рефлектограммы.

4.6 Обсуждение и анализ экспериментальных результатов

1. Разработанная экспериментальная установка выполняет функции нелинейного рефлектометра, при этом реализован режим измерения, когда к тестовому видеоимпульсному воздействию добавляется постоянное смещение. В этом смысле аналогов данному устройству в настоящий момент на рынке не представлено.

2. По экспериментально измеренной характеристике нелинейности преобразования (термонелинейная рефлектограмма) тестового сигнала

электрическим контактом проведена экстракция собственных параметров электрического контакта. Задавая допустимый уровень значения таких параметров, оценивается качество технического состояния электрического контакта.

3. Применение модифицированного метода нелинейной рефлектометрии с использованием компенсации нестабильности амплитуды тестовых сигналов позволяет обнаруживать малые дефекты проводников и контактов. В текущей конфигурации использованных измерительных средств метод позволяет фиксировать изменение сопротивления от 10 мОм.

Заключение

Показана возможность использования термоэлектрических эффектов в электрических контактах, приводящих к изменению контактного сопротивления. С помощью математического описания подтверждено следующее предположение: чем больше контактное сопротивление (соответственно контакт является некачественным при превышении допустимого значения сопротивления), тем больше возможно изменение контактного сопротивления при нагреве.

Предложено по измерению величины изменения контактного сопротивления в холодном и нагретом состояниях определять качество электрических контактов, при этом изменение контактного сопротивления вычисляется по характеристике нелинейности преобразования видеоимпульсного сигнала электрическим контактом.

Модификация метода нелинейной рефлектометрии основана на том, что увеличение уровня нелинейности электрического контакта пропорционально ухудшению его технического состояния. Эффективность использования предложенного метода по сравнению с измерением сопротивления контакта на постоянном токе обусловлена следующим. Нелинейная рефлектометрия позволяет фиксировать изменение сопротивления в каждой точке кабеля, при этом подводящие проводники не влияют на результат измерения сопротивления контакта. Измерения сопротивления с помощью двух пробников позволяет получить общее сопротивление контакта и подводящих проводников, при этом изменение сопротивления контакта не приводит к существенному изменению общего сопротивления измеряемой цепи.

Предложенный способ расчета разницы сигналов-откликов позволяет устранить влияние нестабильности амплитуды тестовых сигналов, что уменьшает погрешность измерения характеристики нелинейности преобразования тестовых сигналов объектами. Для этого необходимо регистрировать реально воздействующие на объект тестовые сигналы и использовать их при определении характеристики нелинейности.

Разработана математическая модель электрического контакта для широкополосных сигналов, которая учитывает нелинейное изменение активного сопротивления контакта при прохождении через него постоянного электрического тока, при этом предложена формула для расчета характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическим контактом, которая учитывает нелинейное изменение площади контактной поверхности и нагрев материала контакта при воздействии на него тестовым током.

По экспериментально измеренной характеристике нелинейности преобразования (термонелинейная рефлектограмма) тестового сигнала электрическим контактом проведена экстракция собственных параметров электрического контакта. Задавая допустимый уровень значения таких параметров, оценивается качество технического состояния электрического контакта.

Применение модифицированного метода нелинейной рефлектометрии с устранением влияния нестабильности амплитуды тестовых сигналов позволяет обнаруживать малые дефекты электрических контактов и проводников. С учетом конфигурации измерительных средств, использованных при разработке экспериментальной установки, имеется возможность фиксировать изменение сопротивления 10 мОм и более. Данное значение определяется, исходя из возможностей используемой измерительной техники.

Вышесказанное позволяет утверждать, что в работе решена задача обеспечения диагностики качества электрических контактов и проводников методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии, что вносит существенный вклад в развитие сферы производства и эксплуатации кабельных линий передачи информации.

Список литературы

1 Джуринский К. Б. Миниатюрные коаксиальные радио-компоненты для микроэлектроники СВЧ. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Техносфера, 2006. - 214 с.

2 Тихонов С.А. Как проверить качество жгутовых сборок // Информационный бюллетень «Соединение». - № 3. - ЗАО Предприятие «Остек», 2009. - 28 с.

3 Клюквин Н.А. Практические аспекты электрического контроля собранных печатных модулей // Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж». -№ 2. - ЗАО Предприятие «Остек», 2010. - 36 с.

4 Урличич Ю.М. Неразрушающий контроль паяных соединений в радиоэлектронной аппаратуре / Ю.М. Урличич, Н.С. Данилин // Мир измерений. -2010. - № 6. - С. 4-11.

5 Бенда Д. Поиск неисправностей в электрических схемах // Пер. с нем. -СПб.: БХВ - Петербург, 2010. - 256 с.

6 Дзекцер Н. Н. Методы испытаний и диагностики электрических контактных соединений / Н.Н. Дзекцер, Г.Ю. Авраменко // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел и деталей машин. Межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Н.Б. Демкина. Тверь: ТГТУ, 2006. - С. 187-192.

7 ГОСТ 17441-84. Соединения контактные электрические. Приемка и методы испытаний. [Текст]. - Введ. 1986-01-01. М.: Изд-во стандартов, 11 с.

8 Справка по средствам контроля проводных линий, оценка параметров анализатора линий ЬВО-50 [Электронный ресурс] // Информационная система «Техника для спецслужб». - Электронные данные - М.: Бюро научно-технической информации URL: http://www.bnti.ru/aprintit.asp?aid=53 (дата обращения 04.03.2012).

9 Грачев Н.Н., Лазарев Д.В. Влияние контактных помех при обеспечении электромагнитной совместимости на подвижных объектах радиосвязи // Технологии электромагнитной совместимости. - 2007. - № 2 (21). - С. 22-32.

10 Газизов Т. Р. Уменьшение искажений электрических сигналов в межсоединениях. - Томск: Изд-во науч.-техн. лит., 2003. - 212 с.

11 Грачев Н.Н., Лазарев Д.В. Измерение спектрально-энергетических характеристик контактных радиопомех типовых механических соединений и построение их эксплуатационных макромоделей // Измерительная техника. -2009. - № 1. - С. 57-61.

12 Хольм Р. Электрические контакты. Москва: Изд-во иностранной литературы, 1961. - 464 с.

13 Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в РЭА / Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов,

A.В. Сигалов. - М.: Радио и связь, 1984. - 247 с.

14 Дульнев Г.Н. Методы расчета теплового режима приборов / Г.Н. Дульнев,

B. Г. Парфенов, А.В. Сигалов. - М.: Радио и связь, 1990. - 312 с.

15 Лысов H.E. Об устанавливающемся процессе нагрева электрических контактов. Изв. Вузов. Электротехника. - 1963. - № 8.

16 Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах // Справочник. Москва, Металлургия, 1989. -384 с.

17 Карпенко Л.Н., Скорняков В.А. Распределение потенциала и плотности тока в цилиндрических контактах в зависимости от их радиуса. // Электричество. - 1984. - №4. - C. 61-65.

18 Киршин Н.Н. Исследование влияния температуры на фактическую площадь контакта и контактные деформации: Автореф. канд. техн. наук. -Калинин, 1975. - 22 с.

19 Некрасов С.А. Моделирование методом Монте-Карло электрического и теплового полей в многоточечных контактах / С. А. Некрасов, З.В. Шабанова // Изв. ВУЗов. Электромеханика. - 1988. - №4. - C. 14-21.

20 Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. - М.: Энергия, 1971. - 216 с.

21 Штейншлейгер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами // Успехи физических наук. - 1984. - Т. 142, вып. 1. - С. 131-145.

22 Штейншлейгер В. Б. К теории рассеяния электромагнитных волн вибратором с нелинейным контактом // Радиотехника и электроника. - 1978. - Т. 23, вып. 7. - С. 13-29.

23 Чунихин А.А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. - Изд 3-е, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 720 с.

24 Мышкин Н.К. Электрические контакты / Н.К. Мышкин, В.В. Кончиц, М. Браунович. - Долгопрудный: Интеллект, 2008. - 558 с.

25 Мисежников Г.С. Исследование нелинейных электрических эффектов в контакте двух металлов, включенном в дипольную антенну / Г.С. Мисежников, М.М. Мухина, А.Г. Сельский, В.Б. Штейншлейгер // Вопросы радиоэлектроники. - 1978. - Вып. 1.

26 Пат. 2436115 C2 Российская Федерация МПК7 G01S 13/00. Способ нелинейной радиолокации [Текст] / В.П. Лихачев, Н.А. Усов; патентообладатель ФГОУВП «Военный авиационный инженерный университет». -№ 2009105568/09; заявл. 17.02.2009, опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34

27 Пат. US 7230970 B1 МПК7 H04B 1/69, H04M 1/24. Apparatus and method for locating nonlinear impairments in a communication channel by use of nonlinear time domain reflectomery [Текст] / Bryant P.H., патентообладатель Chaos Telecom Inc (США), - № 10/612, 175, заявл. 02.07.2003, опубл. 12.06.2007.

28 Пат. US 7346149 B1 МПК7 H04M 1/24, H04M 3/08, H04M 3/22. Method and apparatus for reversibly correcting nonlinear impairments in a communications channel / Bryant P.H., патентообладатель Chaos Telecom Inc (США), - №10/643, 060, заявл. 18.08.2003, опубл. 18.03.2008.

29 Семёнов Э.В. Нелинейная рефлектометрия с применением видеоимпульсных тестовых сигналов // Известия Томского политехнического университета. - 2006. - Т. 307, № 3. - С. 153-155.

30 Павлов А.П. Синтез эффективного тестового сигнала для обнаружения нелинейного контакта металл-окисел-металл / А.П. Павлов, Э.В. Семенов // Технические науки в России и за рубежом: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Москва, май 2011 г.). — М.: Ваш полиграфический партнер, 2011. — С. 34-38.

31 Камнев В.Н. Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок. -Учеб. пособие для средних проф.-техн. училищ. - М.: Высш. школа, 1977 г. - 352 с.

32 Типоконструкции электрических прямоугольных соединителей для печатного монтажа, под ленточный кабель, обжимку, объемный монтаж и пресс-фит // Каталог продукции АО "Карачевский завод "Электродеталь. URL: http://www.elektrodetal.com/catalog/ (дата обращения: 15.08.2015).

33 Обложин В.А. Тепловизионный контроль при организации ремонтов электротехнического оборудования по его состоянию // Электрические станции. -2000. - № 6. - С. 58-63.

34 Поляков В.Н. Тепловизионная диагностика высоковольтного оборудования энергосистем и энергопредприятий / В.Н. Поляков, Л.А Петров // Новости электротехники, - 2001. -№ 5(11). - http://www.news.elteh.ru/arh/ (дата обращения 31.08.2005).

35 Тепловизионный контроль в энергетике. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pergam.info/teplovizor/see/e25/180/. (дата обращения 30.01.2007).

36 Тепловизионное обследование электрооборудования [Электронный ресурс] - URL: http://gorod-zhizni.ru/teplovizor-electrical.html (дата обращения 16.03.2014).

37 Беляев А.Д. Фотоакустический метод неразрушающего контроля качества микросварных соединений полупроводниковых приборов и ИС / А.Д. Беляев, С. А. Голомедова, В.Г. Гриц, Ю.П. Клюев, 3.Ч. Сушиньский, Б.А. Цыганок. -Электронная техника. - 1989. - Сер. 2, вып. 6. - С. 46-50.

38 Гапонов С. С. Фотоакустическая микроскопия - новое средство неразрушающей диагностики и контроля материалов и изделий электронной техники / С.С. Гапонов, Г.Л Горшков, Л.М. Кузнецов, Н.В. Рабодзей // Электронная промышленность. - 1986. - № 6. - С. 72-73.

39 Волкенштейн С.С. Контроль качества и диагностика неразъемных соединений на печатных платах / С.С. Волкенштейн, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль // Печатный монтаж - 2010. - № 3. - С. 33-37.

40 ГОСТ 10434-82. Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования. [Текст]. - Введ. 1983-01-01. - М.: Изд-во стандартов. - 15 с.

41 Kwon D. Early detection of interconnect degradation by continuous monitoring of rf impedance / D. Kwon, M. H. Azarian and M. Pecht // IEEE Trans. Device Mater. Rel., 2009. - vol. 9, no. 2, - pp. 296-304.

42 Kwon D. Nondestructive Sensing of Interconnect Failure Mechanisms Using Time-Domain Reflectometry / D. Kwon, m.h. Azarian and m. Pecht // IEEE Sensors Journal, May 2011, - vol. 11, no. 5, - P. 1236-1240.

43 Loete F. Diagnostic of connector's degradation level by Frequency Domain Reflectometry / F. Loete, C. Gilbert // IEEE 58th Holm Conference «Electrical Contacts», Portland, 23-26 Sept. 2012. - P. 1-4,

44 Yaglioglu O. Method of characterizing electrical contact of carbon nanotube coasted surfaces / O. Yaglioglu, A. John Hart, R. Martens, A. Slocum // Review of Scientific Instruments. - vol. 77, - no 9. - 2006. - pp 095105/1-3.

45 Методы измерения [Электронный ресурс] // Кабельная измерительная техника. URL: http://www.stell-2.narod.ru/metodall.htm (дата обращения: 20.03.20012).

46 Дементьев В.С. Как определить место повреждения в силовом кабеле. -3-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1980. - 72 с.

47 Поиск трасс и точное определение мест повреждения кабельных линий индукционными трассоискателями фирмы "СТЭЛЛ" Методические материалы; Автор - Тарасов Николай Александрович, кандидат технических наук http://www.debryansk.ru/~stell/met_ind.htm (дата обращения 09.03.2012).

48 ГОСТ 23474-79. Приборы кабельные. Общие технические требования, правила приемки и методы испытаний. - Введ. 1979-01-01. - М.: 1979. - 23 с.

49 Приборы, оборудование и средства для неразрушающего контроля и технической диагностики. Неразрушающий Контроль ООО «Неразрушающий контроль» [Электронный ресурс]: - [Новосибирск]. - Режим доступа: http://ncontrol.ru/, свободный. - Загл. с экрана, (дата обращения 02.05.2012).

50 Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий [Электронный ресурс] //

Информационный лист АО «ВАТСОН»: Приборы и средства измерений. - URL: http://www.watson.ru/izm/doc/met_ref/index.shtml (дата обращения 08.04.15)

51 Гильманов Э.А. Повышение эффективности эксплуатации кабельных линий передачи на основе их диагностики методом импульсной рефлектометрии : дис ... канд.техн.наук :05.12.13 : защищена 29.01.10 : Уфа, 2010. - 134 с.

52 Воронцов A.C. Импульсные измерения коаксиальных кабелей связи. / A.C. Воронцов, П. А. Фролов - М.: Радио и связь, 1985. - 96 с.

53 Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982. - 312 с.

54 Тарасов Н.А. Отечественные цифровые рефлектометры // Вестник связи.-2001. - № 8. - С. 16-23.

55 Иванцов И. Локализация дефектов в кабеле посредством рефлектометров // Журнал сетевых решений LAN. - 2005. - № 5. http://www.osp.ru/lan/2005/05.

56 Былина М.С. Исследование импульсного метода измерений параметров двухпроводных цепей : дис. ... канд. техн. наук : 05.12.13 : защищена 08.06.08 : -СПб, 2006. - 162 с.

57 Былина М.С. Новый подход к оценке разрешающей способности импульсного метода измерений / М.С. Былина, С.Ф. Глаголев // II Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». СПб. - 2013. - С. 687-692.

58 Лебедев Г.М. Диагностика изоляции кабельных линий 6-10 кВ методом высокочастотной рефлектометрии // Электрика. - 2005. - № 5. - С. 39-41.

59 Аксенов Ю.П., Ляпин А.Г., Певчев Б.Г. и др. Определение характеристик неоднородностей в кабельных линиях методом рефлектометрии // Электрические станции. - 1997. - № 7. - С. 49-54.

60 Кадомская К. П. Метод импульсной диагностики соединительных муфт и оболочек кабелей / К.П. Кадомская, В.В. Сахно // Электротехника. - 2000. -№ 12. - С. 12-17.

61 Eastman A. The Generation of Spurious Signal by Nonlinearity of the Transmission Path / A. Eastman, L. Horle // Proc. IRE. - 1940. - Vol. 28. - P. 438-443.

62 Betts J. Intermodulation interference in mobile multiple-transmission communication systems operating at high frequencies (3-30 MHz) / J. Betts, D. Ebenezer // Proc. IEE. - 1973. - Vol. 120. - P. 1337-1344.

63 Вернигоров Н.С. СВЧ-метод дистанционной диагностики полупроводниковых приборов на основе нелинейного рассеяния / Н. С. Вернигоров, А. Р. Борисов, Г. Н. Парватов и др. // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Оптический, радиоволновый и тепловой методы неразрушающего контроля», Могилев. - 1989. - Ч.2. - С.7.

64 Вернигоров Н.С. Процесс нелинейного преобразования и рассеяния электромагнитного поля электрически нелинейными объектами // Радиотехника и электроника. - 1997. - №10 - 275 с.

65 Вернигоров Н.С. Нелинейный радиолокатор-эффективное средство обеспечения безопасности в области утечки информации // Журнал «Конфидент». - 1996. - №1. - С. 67.

66 Вернигоров Н.С. К вопросу о применении многочастотного сигнала в нелинейной радиолокации / Н.С. Вернигоров, А.Р. Борисов, В.Б. Харин // Радиотехника и электроника. - 1998. - Т. 43, №1. - С. 63-66.

67 Вернигоров Н.С. Экспериментальные исследования воздействия импульсного СВЧ-излучения на материалы / Н.С. Вернигоров, А.П. Саркисьян, А. А. Сулакшин, Ю.П Шаркеев // Информост. - 2002. - № 6. - С. 51. Электронный вариант: www.informost.ru.

68 Горбачев А. А. Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями //Радиотехника и электроника. - 1996, - Т. 41. №2, - С. 152-157.

69 Горбачев A.A. О влиянии некоторых факторов на нелинейное рассеяние электромагнитных волн структурами с несовершенными металлическими контактами / A.A. Горбачев, С.В. Ларцов, С.П. Тараканков, Е.П. Чигин // Радиотехника и электроника. - 1997. - Т.42, №7 - С. 782-784.

70 Ларцов C.B. Зондирующий сигнал для обнаружения параметрических рассеивателей // Радиотехника. - 2000. - №5. - С. 8-12.

71 Мельников М.А. Исследование переходного сопротивления электрических контактов [Электронный ресурс] // Методические указания для лабораторной работы № 3 по курсу «Электрические аппараты». - 7 с. URL: http://www.stgau.ru/company/personal/user/7414/files/lib (дата обращения 08.04.15).

72 Туев В.И. Измерение сопротивлений двухполюсников с применением импульсного сигнала//Известия Том. политех. ун-та. - 2006. - № 1. - С. 178-182.

73 Туев В.И. Расчет нелинейных искажений в пассивных аттенюаторах на полевых транзисторах // Известия Томского политехнического университета. 2007. - Т. 310, № 1. - С. 202-205.

74 Якубов В.П., Лосев Д.В., Мальцев А.И. Использование сверхширокополосного излучения для диагностики нелинейностей [Электронный ресурс] // Журнал радиоэлектроники. - 2000. - № 3. - URL: http://jre.cplire.rU/jre/marOO/l/text.html (дата обращения: 26.06.2012).

75 Бомбизов А. А. Векторный импульсный измеритель характеристик цепей и проводных систем / А. А. Бомбизов, А.А. Ладур, А.Г. Лощилов и др. // Приборы. -2007. - № 9. - С. 28-31

76 Семенов Э.В. Исследование нелинейности преобразования сверхширокополосных сигналов: дис. ... д-ра техн. наук : 05.12.04 : защищена 29.05.12. Томск, 2012. - 248 с.

77 Семёнов Э.В. Использование разности сверток тестовых сигналов и откликов объекта для исследования нелинейности преобразования сверхширокополосных сигналов / Э.В. Семёнов, А.В. Семёнов // Радиотехника и электроника. - 2007. - Т. 52, № 4. - С. 480-485.

78 Пат. 2263929 Российская федерация, МПК7 G 01 S 13/00. Способ исследования нелинейности преобразования сигналов объектом / Семёнов Э.В.; заявитель и патентообладатель Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2004110640/09; заявл. 07.04.04; опубл. 10.11.05, Бюл. № 31 (III ч.). - С. 595.

79 Семёнов Э.В. Исследование нелинейности преобразования детерминированных сверхширокополосных сигналов путем линейного комбинирования откликов объекта на линейно зависимые тестовые сигналы // Известия томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307, № 4. - С. 18-21.

80 Пат. 2227921 РФ, МПК7 G01R23/16, G01S13/00. Способ исследования нелинейных свойств объекта / Э.В. Семёнов (РФ). - № 2002123629; заявл. 04.09.2002; опубл. 27.04.2004; Бюл. - № 12 (III ч.). - 1 с.

81 Патент на полезную модель 106385 Российская Федерация, МПК G 01 R 29/00. Генератор тестовых сигналов для исследования нелинейности преобразования видеоимпульсных сигналов объектом / Семёнов Э.В., Лощилов А.Г.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2011107889/28; заявл. 01.03.11; опубл. 10.07.11, Бюл. № 19.

82 Авдеев В.Б. Сверхкороткоимпульсная сверхширокополосная нелинейная радиолокация / В.Б. Авдеев, А.В. Бердышев, С.Н. Панычев // Телекоммуникации. -2006. - № 8. - С. 23-27.

83 Заявка на изобретение 96113331 А Российская Федерация, МПК6 G01R 31/26. Способ определения нелинейности вольт-амперной характеристики двухполюсника [Текст] / Г.П. Жигальский, А.В. Карев, панетнообладатель Московский государственный институт электронной техники. - № 96113331/09, заявл. 26.06.1996, опубл 27.09.1998.

84 Фельдштейн А. Л. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ / А. Л. Фельдштейн, Л.Р. Явич. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Советское радио, 1971. - 388 с.

85 Лазько М.А. Способ регистрации откликов объекта для повышения чувствительности сверхширокополосного нелинейного измерителя характеристик цепей / М.А. Лазько, Э.В. Семенов // Доклады ТУСУР. - 2013. - № 2 (28). - С. 40-45.

86 Семенов Э.В. Виртуальный нелинейный импульсный измеритель характеристик цепей для САПР Microwave Office / Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин,

А.Г. Лощилов // 19-я Межд. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2009). Севастополь, Украина, 1418 сентября, 2009. - Севастополь: Вебер, 2009. - Ч. 1. - С. 103-104.

87 Бибиков Т.Х. Программный продукт для Microwave Office, интегрирующий реальные и виртуальные средства измерения на базе единых методов измерения и интерфейса / Т.Х. Бибиков, Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин, С.Б. Сунцов // 21-я Межд. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2009). Севастополь, Украина, 1216 сентября, 2011. - Севастополь: Вебер, 2011. - Ч. 1. - С. 205-206.

88 Лощилов А.Г. Экспериментальная установка для исследования характеристик нелинейности СВЧ-цепей в режиме сверхширокополосного импульсного воздействия/А.Г. Лощилов, Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин//Доклады ТУСУРа. - 2010. - № 2 (22), ч. 1. - С. 161-165.

89 Глебович Г.В. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Г.В. Глебович, А. В. Андриянов, Ю.В. Введенский и др. ; под ред. Г.В. Глебовича. М. : Радио и связь, 1984. - 256 с.

90 Ильюшенко В. Н. Пикосекундная импульсная техника / В. Н. Ильюшенко, Б.И. Авдоченко, В.Ю. Баранов и др. ; под ред. В.Н. Ильюшенко. М. : Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.

91 Корнеев К. Б. Система контроля и прогнозирования состояния контактных соединений электрических сетей : дис. ... канд.техн.наук : 05.13.01 : защищена 14.05.04 : Тверь, 2004. - 162 с.

92 Бредихин А.Н., Хомяков М.В. Электрические контактные соединения. -М.: Энергия, 1980. - 186 с.

93 Заявка на изобретение 94036130 А1 РФ, МПК6 G01R 31/02 Способ контроля электрических соединителей [Текст] / В.Н. Дианов, С.В. Дианов, заявитель В.Н. Дианов - №94036130/07, заявл. 27.09.1994, опубл. 20.07.1996.

94 Пат. 2054839 Российская Федерация, МПК6 H 05 K 13/08, G 01 R 31/28. Способ контроля качества сборки блоков радиоэлектронных средств / Б.В. Петров, Н. Н. Грачев; заявитель и патентообладатель Московский

государственный институт электроники и математики (технический университет). - № 4951493/07; заявл. 28.06.91; опубл. 20.02.96, Бюлл. № 5. 3 с.

95 ГОСТ 24606.3-82. Изделия коммутационные, установочные и соединители электрические. Методы измерения сопротивления контакта и динамической и статической нестабильности переходного сопротивления контакта.

96 Перелыгин Ю.П. Усовершенствование методов измерения переходного электросопротивления и толщины гальванических покрытий / Ю.П. Перелыгин // Гальванотехника и обработка поверхности. - 1993. - Т. 2, № 4. - С. 65-66.

97 Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей, - М.: Наука, 1970. - 227 с.

98 Бородич Ф.М. Фрактальная шероховатость в задачах контакта и трения (простейшие модели). / Ю.Н. Балаков, Д. А. Онищенко // Трение и износ, - 1993. -Т.14, № 3. - C. 452-459.

99 Балаков Ю.Н. Исследование электрических характеристик неподвижных контактах соединений: Автореф. дис. к.т.н. - М., 1978. - 18 с.

100 Левин А.П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов.радио, 1972. - 216 с.

101 Некрасов С.А. Сопротивление стягивания многоточечного контакта. // Известия ВУЗов. Электромеханика. - 1986. - № 3. - C. 13-17.

102 Нетягов П. Д. Исследование временной зависимости фактической площади касания и контактных деформаций металлических поверхностей: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Калинин,1973. - 27 с.

103 Semyonov Е., Loschilov A. Measurements of the Nonlinearity of the Ultra Wideband Signals Transformation // Ultra Wideband Communications: Novel Trends -System, Architecture and Implementation / edited by M. Matin. - Rijeka, Croatia: InTech, 2011. - P. 3-16.

104 Holm R., Electric Contacts: Theory and applications, Fourth Ed., SpringerVerlag, Berlin, 1999.

105 R. El Abdi, N. Benjemaa, « Study of contact resistance for high copper alloys under indentation and insertion forces». International journal of systems engineering, applications and development, 2008. - vol. 2. - no 2. - Р. 75-82.

106 Banerjee, A. Amerasekera, G. Dixit, C. Hu, «Temperature and Current Effects on Small-Geometry-Contact Resistance», Electron Devices Meeting, IEDM '97. Technical Digest., International, Washington, DC, USA, 10 Dec. 1997, pp. 115 - 118.

107 Wilkerson J., Lam P., Gard K., Steer M., «Distributed passive intermodulation distortion on transmission lines», IEEE Microwave Theory and Techniques, vol. 59, no. 5, pp. 1190-1205, May 2011.

108 M.L. Westwood. Selecting a time domain reflectometer Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. Электрон, дан. (1 файл) - 1997. - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdfytb01.pdf,. свободный. - Загл. с экрана. Яз. англ.

109 Turvey М. Power cable applications for Bicotest TDRs Электронный ресурс.: Technical Bulletin / Bicotest. - Электрон, дан. (1 файл) 1997 - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pdf/anQ 1 .pdf, свободный. - Загл. с экрана. Яз. англ.

110 Selecting a time domain reflectomter Электронный ресурс. / Bicotest. -Электрон, - Режим доступа: http://www.radiodetection.com/bicotest/pages/ selecting/selectl.html, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.

111 Jangho Yun, Jintae Cho, Sang Bin Lee, Jiyoon Yoo. On-line Detection of High-Resistance Connections in the Incoming Electrical Circuit for Induction Motors // Electric Machines & Drives Conference, 2007. IEMDC '07. IEEE International Volume 1, 3-5 May 2007. P. 583-589.

112 Sletbak J., Kristensen R., Sundklakk H., Navik G., Runde M. Glowing contact areas in loose copper wire connections // Components, Hybrids, and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on [see also IEEE Trans. on Components, Packaging, and Manufacturing Technology, Part A, B, C], Volume 15, Issue 3, June 1992. - P. 322-327.

113 Shea J.J. Conditions for series arcing phenomena in PVC wiring // Electrical Contacts, 2005. Proceedings of the Fifty-First IEEE Holm Conference on 26-28 Sept. 2005. - P. 167-175.

114 Пат. 2560034 РФ, МПК 2013 G01R 31/11. Способ обнаружения некачественного электрического контакта / С.А. Артищев, Э.В. Семенов; патентообладатель Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2014108784/28, заявл. 06.03.2014; опубл 20.08.2015; Бюл. - № 23.

115 Семенов Э.В. Диагностика качества электрических контактов методом нелинейной рефлектометрии с учетом термоэффектов / Э.В. Семенов, С.А. Артищев, А. А. Городилов, С. Б. Сунцов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2012) : материалы 22 Международ. конф. Севастополь, Украина, 10-14 сентября 2012 г. - Севастополь : Вебер, 2012. -Т. 1 - С. 915-916.

116 Артищев С.А. Способ обнаружения малых дефектов электрических контактов методом термонелинейной рефлектометрии с применением компенсации нестационарности генератора тестовых сигналов / С. А. Артищев, Э. В. Семенов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2013) : материалы 23 Международ. конф. Севастополь, Украина, 7-14 сентября 2013 г. -Севастополь : Вебер, 2013. - Т.1. - С. 1018-1019.

117 Артищев С. А. Нелинейная модель электрического контакта для термонелинейного рефлектометра / С.А. Артищев, Э.В. Семенов // Актуальные проблемы радиофизики : материалы докладов международной научно-практической конференци, Томск, 1-6 октября 2013 г. - Томск: НИТГУ. - 2013. -№ 8/3. - С. 72-74.

118 Артищев С. А. Построение модели контакта металл-окисел-металл // Научная сессия ТУСУР-2010 : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 4-7 мая 2010 г. - Томск : В-Спектр, 2010. - Ч.1. - С. 226-229.

119 Артищев С. А. Моделирование и экспериментальное исследование нелинейного контакта металл-окисел-металл / Научная сессия ТУСУР-2010 :

материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 4-7 мая 2010 г. - Томск : В-Спектр, 2010. -Ч.1. - С. 229-231.

120 Артищев С.А. Специализированный нелинейный рефлектометр / С. А. Артищев, Э.В. Семенов // Научная сессия ТУСУР-2011 : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 4-6 мая 2011 г. - Томск: В-Спектр, 2011. - Ч.1. - С. 168-170.

121 Артищев С. А. Тепловое моделирование кабельной линии передачи / С. А. Артищев, Э.В. Семенов // Научная сессия ТУСУР-2012 : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 16-18 мая 2012 г. - Томск : В-Спектр, 2012. - Ч.1. -С. 156-158.

122 Артищев С.А. Обнаружение нелинейных неоднородностей в тракте мультиплексного канала обмена спутниковых аппаратов / С.А. Артищев, Т.Х. Бибиков, Э.В. Семенов, А.Г. Лощилов // Разработка, производство, испытания и эксплуатация космических аппаратов и систем : м-лы конф. мол-х специалистов «Информационные спутниковые системы» им. ак. М.Ф. Решетнева»», посвященной 50-летию полета в космос Ю.А. Гагарина, Железногорск, 2011 г. - С.74-76.

123 Артищев С. А. Экспериментальная установка для исследования электрических контактов с учетом термоэлектрических эффектов / С.А. Артищев, Э.В. Семенов // Научная сессия ТУСУР-2013 : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15-17 мая 2013 г. - Томск : В-Спектр, 2013. - Ч.1. - С. 191-194.

124 Артищев С. А. Влияние нестабильности амплитуды выходного сигнала генератора тестовых импульсов при проведении измерений методом нелинейной рефлектометрии / С.А. Артищев, Э.В. Семенов // Научная сессия ТУСУР-2013 : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 15-17 мая 2013 г. - Томск : В-Спектр, 2013. - Ч.1. - С. 194-196.

125 Артищев С.А. Определение параметров электрических контактов по измеренной характеристике нелинейности для оценки их качества / С. А. Артищев, Э.В. Семенов // Современные проблемы радиоэлектроники : материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции, Красноярск, 6-7 мая 2013 г. -С. 389-393.

126 Лощилов А.Г. Анализ искажений цифровых сигналов, вызванных частотной зависимостью первичных параметров симметричных кабелей марки КВСФМ-75 информационных магистралей космических аппаратов / А.Г. Лощилов, Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин, С.Б. Сунцов, Т.Х. Бибиков, С.А. Артищев // Известия вузов. Физика. - 2011. - № 10/2. - С. 115-121.

127 Лощилов А.Г. Автоматизированная система контроля параметров информационных магистралей и их компонентов для систем управления космических аппаратов / А.Г. Лощилов, А.А. Бомбизов, С.П. Караульных и др. // Известия вузов. Физика. - 2012. - № 9/3. - С. 72-78.

128 Артищев С.А. Диагностика качества электрических контактов методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии с учетом термоэлектрических эффектов / С.А. Артищев, Э.В. Семенов // Известия вузов. Физика. - 2013. -№ 9. - С. 60-65.

129 Артищев С. А. Нелинейная модель электрического контакта для термонелинейного рефлектометра / С.А. Артищев, Э.В. Семенов // Известия вузов. Физика. - 2013. - № 8/3. - С. 72-74.

130 Артищев С.А. Оценка расстояния обнаружения последовательных низкоомных повреждений в линии передачи с помощью термо-нелинейной рефлектометрии / С.А. Артищев, А.Г. Лощилов, Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2015) : материалы 25 Международ. конф. Севастополь, Украина, 6-12 сентября 2015 г. -Севастополь: Вебер, 2015.- Т.2. - С. 855-856.

131 Артищев С. А. Оценка расстояния обнаружения последовательных низкоомных повреждений в линии передачи с помощью термо-нелинейной рефлектометрии / С.А. Артищев, А.Г. Лощилов, Э.В. Семенов, Н.Д. Малютин //

СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо'2015) : материалы 25 Международ. конф. Севастополь, Украина, 6-12 сентября 2015 г. -Севастополь: Вебер, 2015.- Т.2. - С. 855-856.

132Артищев С.А. Измерительный стенд для контроля электрических параметров функциональных слоев изделий органической электроники / С.А. Артищев, А.А. Бомбизов, А.Е. Здрок А.Г. Лощилов // Электронные средства и системы управления-2014 : материалы докладов X Международной научно-практической конференции, Томск 12-14 ноября 2014 г. - Томск: В-Спектр, 2014. - Ч.2. - С. 205-208.

133 Изучение нелинейного рассеяния объектами сверхширокополосных сигналов и исследование возможности создания на этой основе нелинейных рефлектометров и сенсоров : отчет о НИР (заключительный) / ТУСУР ; рук. Семенов Э.В. - Томск, 2011. - 144 с. - Библиогр.: с. 140-144. -№ ГР 01200961361.

Приложение А. Акты о внедрении результатов работы

(справочное)

Ф

Акционсрнос об шсство )ННЫЕ СПУТНИКОВ! имени академика М.Ф. Рсшстнсва» РЕШЕТНЕВ

«ИНФОРМАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ»

УТВЕРЖДАЮ Заместитель генерального конструктора по электрическому проектированию и системам управления КА акционерного общества «Информтно^шые спутниковые системы» имени акаде^^^^Р^^нёва» (АО «ИСС»), 11 редаЬдй щй^-^ед^ад^Щ? НТС, к.т.н., доцент

АКТ

о внедрении (использовании) результатов диссертационной работы Артищева Сергея Александровича

Комиссия в составе:

главного конструктора проектирования и испытаний РЭА ОАО «ИСС» В.Н. Школьного, начальника отдела конструирования бортовой РЭА АО «ИСС», к.т.н. С.Б. Сунцова, начальника сектора проектирования наземных кабельных сетей A.A. Городилова составила настоящий акт, подтверждающий факт использования в АО «ИСС» следующих результатов диссертационной работы A.C. Артищева:

]) принцип определения качества электрических контактов по измерению величины изменения контактного сопротивления в холодном и нагретом состояниях;

2) формула для расчета характеристики нелинейности преобразования сигнала электрическим контактом, которая учитывает нелинейное изменение площади контактной поверхности и нагрев материала контакта при воздействии на него тестовым током;

3) методология диагностики качества электрических контактов и проводников методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии.

Указанные результаты использованы акционерным обществом «Информационные спутниковые системы» им. академика М.Ф. Решетнёва» при выполнении ОКР «Разработка унифицированного ряда электронных модулей на основе технологии «система-на-кристалле» для систем управления и электропитания космических аппаратов связи, навигации и дистанционного зондирования Земли с длительным сроком активного существования», договор № 13.G25.31.0017 от 07.09.2010. Результатом выполнения ОКР является разработанная автоматизированная система контроля информационных магистралей и их компонентов, которая обеспечивает проведение ряда тестов в соответствии с ГОСТ 52070-2003. На этапе разработки технического предложения упомянутой системы использованы результаты исследования возможности обнаружения латентных дефектов электрических контактов и проводников методом нелинейной рефлектометрии.

В отчете об ОКР показано, что внедрение рефлектометрических измерений позволит повысить качество контроля информационных магистралей, а предложенная методика экстракции собственных параметров контактов позволит осуществлять диагностику дефектов, что в свою очередь способствует повышению срока службы готовых изделий кабельных сборок.

A.C. Арийцев проводил математические расчеты, разрабатывал экспериментальные установки и образцы, проводил натурные эксперименты.

Главный конструктор проектирования и испытаний РЭА ОАО «ИСС»

В.Н. Школьный

Начальник отдела конструирования бортовой РЭА ОАО «ИСС», к.т.н.

Начальник сектора эельных сетей

A.A. Городилов

УТВЕРЖДАЮ

об использовании (внедрении) результатов диссертационной работы Артищева Сергея Александровича компанией National Instruments

Комиссия в составе генерального директора ООО «ЭнАй Рус» Сспояна П.Р., руководителя проектов образовательной программы ООО «ЭнАй Рус» Ананьина A.A., руководителя отдела маркетинга ООО «ЭнАй Рус» Бурматова A.B. составила настоящий акт о том, что компанией National Instruments использованы результаты диссертационной работы Артищева Сергея Александровича на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Разработанный Артищевым С.А. термонелинейный рефлектометр используется

компанией National Instruments на выставках и семинарах для демонстрации к

возможностей производимого оборудования и программного обеспечения, а также в предложениях к продаже.

Термонелинейный рефлектометр разработан на базе модульной технологии . Управление измерительными модулями осуществляется с помощью программного обеспечения «T-NTDR», разработанного в среде программирования LabVIEW. В разработке применяется способ обнаружения некачественных электрических контактов, позволяющий селективно выявлять электрические контакты, сопротивление которых изменяется под действием постоянного электрического тока. Конкурентное преимущество разработки заключается в следующем. Предложенный способ регистрации сигналов с использованием двух каналов приемника позволяет устранить систематическую ошибку измерения, связанную с нестационарностью тестовых сигналов, и увеличить чувствительность измерений. Предложенная методика экстракции собственных параметров контактных соединений обеспечивает новую функциональную возможность диагностики кабельных линий.

Генеральный директор

Руководитель отдела маркетинга

Руководитель проектов образовательной программы

A.B. Бурматов

УТВЕРЖДАЮ

ООО «НПФ Сибтроника»

_А.Г. Лощилов

& 2015 г.

об использовании (внедрении) результ1тШШ)й£сертационной работы Артищева Сергея Александровича

в ООО «НПФ Сибтроника»

Настоящий акт подтверждает использование в обществе с ограниченной ответственностью «Научно-производственная фирма Сибтроника» результатов диссертационной работы Артищева Сергея Александровича на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Материалы исследований представлены в виде отчета о НИОКР «Разработка дефектоскопа для диагностики качества электрических контактов» в рамках договора №СТ01/12Б от 01.08.2012. В результате выполнения НИОКР Артищевым С.А. разработан макет устройства для обнаружения и диагностики некачественных электрических контактов. Проведены его экспериментальные исследования. В основу функционирования прибора положена методика экстракции параметров электрических контактов по анализу их нелинейной рефлектограммы. Это позволяет оценить качество технического состояния контактных соединений, как одиночных, так и в составе кабельных линий.

Предложенная Артищевым С.А. методика экстракции параметров, а также синтезированные режимы тестовых воздействий и алгоритмы обработки откликов внедрены в диагностическом оборудовании, выпускаемом ООО «НПФ Сибтроника».

УТВЕРЖДАЮ

Директор департамента образования (Проректор по учебной работе),

об использовании (внед;

Артищева Сергея Александровича

в учебном процессе кафедры радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ) Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Комиссия в составе проректора по учебной работе ТУСУР Бокова Л.А., заведующего кафедрой РЗИ Задорина A.C. и доцента Дубинина Д.В. составила настоящий акт о том, что в учебном процессе кафедры РЗИ ТУСУР (г. Томск) использованы результаты диссертационной работы Артищева Сергея Александровича на соискание ученой степени кандидата технических наук в виде экспериментальной установки для исследования объектов методом нелинейной видеоимпульсной рефлектометрии.

Разработанная Артищевым С.А. экспериментальная установка используется магистрантами и аспирантами для проведения исследований при подготовке диссертационных работ. Экспериментальная установка (термонелинейный рефлектометр) реализует способ обнаружения некачественных электрических контактов, защищенный патентом РФ. Аналогичных устройств на рынке не представлено.

Таким образом, внедрение экспериментальной установки в учебный процесс позволяет магистрантам и аспирантам кафедры РЗИ проводить уникальные научные исследования в области импульсных измерений.

Зав. кафедрой РЗИ, д.ф-м.н., профессор

доцент