基于PCB板的连接器稳定性检测模块及系统的制作方法

基于pcb板的连接器稳定性检测模块及系统
技术领域
1.本技术属于连接器检测技术领域，尤其涉及一种基于pcb板的连接器稳定性检测模块及系统。


背景技术：

2.连接器，一般是指电器连接器，即物理连接两个有源器件或电路，并形成有效通路的器件，以实现电流或电压信号的传输功能。连接器的作用一般包括：在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起连通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能。在理想情况下，正常使用的连接器应具有极低的接触阻抗和较高的绝缘电阻与电抗强度。在实际使用中，由于连接处压力不够、连接角度错误、连接器损坏等各种原因，会导致连接处电气性能达不到使用标准。这种问题在连接器大量使用的场景中出现的概率更大。
3.弹簧针，是一种由针轴、弹簧、针管三个基本部件通过精密仪器铆压预压之后形成的弹簧式探针，其内部有一个精密的弹簧结构，通过施加正向力实现印制电路板pcb的板对板连接。在弹簧针使用数量达上百个的电路中，由于弹簧针针轴所处平面的不连续性，弹簧针个体体质的差异性等原因，依靠步进电机单次动作产生的正向力很难将所有弹簧针压合在一个连接可靠的状态。
4.为了检测这种连接状态，目前现有连接器检测方案，大多依赖于线材测试仪或类似系统。现有的线材测试仪，使用大量继电器做电流信号通道，通过检测电流过连接器产生的电压判断连接器电器性能。这种方案检测速度较慢，仪器体积庞大，价格昂贵，且并不适用于数字微流控系统内部的微流控芯片与微流控控制电路连接稳定性及可靠性的检测。鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题，本技术考虑采用电阻抗原理来反映上百个弹簧针的连接情况。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测模块和系统，利用简单的电阻电容阵列验证两连接器连接的稳定性。
6.本技术提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测模块，其特征在于，包括：第一连接器、第二连接器；
7.所述第一连接器呈轴对称、中心对称或旋转对称布设n个pin；
8.所述第二连接器用于与所述第一连接器连接；
9.所述第二连接器根据所述第一连接器的pin布局设置有n个匹配的连接点；所述第二连接器布设有m个电容和/或电阻，n、m均为正整数且n是m的整数倍；所述第二连接器的n个连接点划分为n/m个测试组，选择一测试组的连接点与m个电容和/或电阻一一连接，每一电容和/或电阻连接至对应的连接点后通过接地点接地；将第二连接器的连接点和第一连接器的pin一一对接后，每次旋转一预设角度，检测n/m次即可完成对第一连接器的检测。
10.其中，所述第一连接器的n个pin呈轴对称、中心对称或旋转对称平均分布于n个区
域，每一区域分布n/n个pin，所述第二连接器的n个的连接点分布与第一连接器的n个pin分布一致，第二连接器的每一区域分布n/n个连接点。
11.其中，所述第二连接器的分布于同一区域的n/n个连接点对应设置一所述接地点，以使该相同区域中的每一连接点通过该接地点接地。
12.其中，n＝6，n/m＝3，第二连接器的每一区域均选择1/3的连接点与电容和/或电阻一一连接，以使第二连接器和第一连接器对接后，每次旋转120
°
，检测3次即可完成对第一连接器的检测。
13.其中，n为偶数，第二连接器的至少一对相对区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且其余区域中的全部连接点均未连接至电容和/或电阻。
14.其中，n为偶数，第二连接器的至少两相邻区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且其他区域中的全部连接点均未连接至电容和/或电阻，所述至少两相邻区域的数量不超过全部区域的数量的一半。
15.所述第二连接器的一区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且与其他区域的全部连接点均未连接至电容和/或电阻。
16.本技术还提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测系统，其包括：检测模块、检测电路、处理器；
17.所述检测模块采用如上所述的基于pcb板的连接器稳定性检测模块；
18.所述检测电路包括初级放大电路、次级放大电路、分压电路；
19.所述检测模块接至初级放大电路输入端，所述初级放大电路、次级放大电路、分压电路依次串联，所述次级放大电路输入端接所述初级放大电路输出端，所述次级放大电路输出端接分压电路输入端；
20.所述分压电路输出端接所述处理器的adc模块；
21.所述处理器用于采集分压电路输出电压进行处理，计算检测模块开路或通路工作状态时的电压模值大小，设定判断检测模块开路或通路工作状态的电压阈值，并根据电压模值与设定的电压阈值比较，判断出检测模块的工作状态。
22.其中，所述初级放大电路采用电压跟随器电路；
23.所述次级放大电路采用同相放大器电路；
24.所述检测模块串联第一分压电阻后接地，第一分压电阻非接地端串联第二分压电阻后接电压跟随器电路同相输入端；
25.电压跟随器电路输出端接同相放大电路同相输入端；
26.所述分压电路包括第三分压电阻、第四分压电阻、双向稳压管；
27.同相放大电路输出端串联第三分压电阻后串接至由第四分压电阻与双向稳压管组成的并联电路。
28.其中，还包括上位机，上位机与处理器连接，以实时显示检测模块的工作状态。
29.与现有技术相比，本技术的优点和积极效果在于：
30.本技术提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测模块，包括第一连接器、第二连接器；第二连接器采用包括m个电容和/或电阻的电阻电容阵列，验证两连接器连接的稳定性；同时，根据连接器的形状与对称性，将第二连接器的n个连接点划分为多个测试组，选择一测试组的连接点与m个电容和/或电阻一一连接，每一电容和/或电阻连接至对应的连接
点后通过接地点接地，第二连接器与第一连接器对接后，形成闭合回路，每次检测后旋转一预设角度，检测n/m次即可完成对第一连接器的检测。该检测模块电路结构较为简单，可置于系统内部易于集成，可以对封装好的电路进行测试，只调节对用户的电路部分，无需测试内部电路。同时，利用轴对称、中心对称或旋转对称关系验证两连接器连接的所有连接点的稳定性，对连接点量化分析，减少测量所需等效电阻数量，既可模块化又能节省元器件。
31.基于pcb板的连接器稳定性检测模块，本技术还同时提供了检测系统，检测系统通过设置检测电路、处理器与上位机，检测模块接入检测系统，利用adc采集的电压幅值很小，处理器通过实时比较各连接点的电压模值与电压阈值的大小，对几十个甚至几百个连接点进行检测，实时反馈未连接上的连接点，检测方便，检测效果精确。对于内置的及接触面积比较有限且无机械固定的连接器，可有效地掌握其连接稳定性，对于弹簧针等需要机械机构配合的连接器，检测效果更显著。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术基于pcb板的连接器稳定性检测模块的主视结构图；
34.图2为图1所示连接器稳定性检测模块的第一连接器结构图；
35.图3为本技术基于pcb板的连接器稳定性检测模块第一实施例的第一连接器与第二连接器连接的示意图；
36.图4为图3所示第二连接器的m个电容和/或电阻分布示意图；
37.图5(a)为未旋转状态的第二连接器示意图；
38.图5(b)为旋转120
°
状态的第二连接器示意图；
39.图5(c)为旋转240
°
状态的第二连接器示意图；
40.图6为本技术基于pcb板的连接器稳定性检测模块第二实施例的第二连接器的示意图；
41.图7为本技术基于pcb板的连接器稳定性检测系统优选实施例示意图；
42.图8为图7所示连接器稳定性检测系统的检测电路原理图；
43.图9为应用图7所示连接器稳定性检测系统检测连接器稳定性的检测方法流程图；
44.其中：1-第一连接器，11-pin，2-第二连接器，21-连接点，22-m个电容和/或电阻，23-待检测区域；
45.31-第一分压电阻、32-第二分压电阻、33-第三分压电阻、34-第四分压电阻、41-电压跟随器电路、42-同相放大器电路、5-双向稳压管。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
47.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
48.本技术实施例提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测模块，参考图1-图4所示，包括第一连接器1、第二连接器2；
49.其中，第一连接器1呈轴对称、中心对称或旋转对称布设n个pin 11；第二连接器2用于与所述第一连接器1连接，所述第二连接器2根据所述第一连接器的pin布局设置有n个匹配的连接点21；所述第二连接器2布设有m个电容和/或电阻22，n、m均为正整数且n是m的整数倍；所述第二连接器的n个连接点划分为n/m个测试组23，选择一测试组的连接点与m个电容和/或电阻一一连接，每一电容和/或电阻连接至对应的连接点后通过接地点接地；将第二连接器的连接点和第一连接器的pin一一对接后，每次旋转一预设角度，检测n/m次即可完成对第一连接器的检测。所述m个电容和/或电阻22位于所述第二连接器2中心。
50.本实施例中，第一连接器还包括近似六边形结构的第一基板，每条边上分布n/6个pin，第二连接器还包括与第一连接器的第一基板结构及规格相同的第二基板，第二基板的每条边上分布n/6个连接点；第二连接器的每条边均选择1/3的连接点与电容和/或电阻一一连接，n/m＝3，以使第二连接器和第一连接器对接后，每次旋转120
°
，检测3次即可完成对第一连接器的检测。即本实施例中，预设角度为120
°
。对于近似六边形的结构来说，在其他的实施例中，预设角度亦可能是60
°
或180
°
。预设角度为60
°
的情况请参照图6所示的第二实施例。
51.实际应用中，第一基板和第二基板均可以为任意形状，仅需满足第一连接器的n个pin旋转对称、中心对称或轴对称分布于n个区域，每个区域分布n/n个pin，所述第二连接器的n个的连接点分布与第一连接器的n个pin分布一致即可，第二连接器的每一区域分布n/n个连接点。后续实施例对第一基板和第二基板的结构亦不进行限制。
52.优选地，为了方便基板布线，第二连接器的的分布于同一区域的n/n个连接点对应设置一所述接地点，以使该相同区域中的每一连接点通过该接地点接地。实际应用中，接地点的数目与第二连接器的连接点分布的区域的数量可以不一一对应，例如，全部连接点均连接至同一接地点；相邻两区域的全部连接点连接至同一接地点等等。
53.作为对上述实施例的变形，请参照图6所示的第二实施例。本实施例中，第二连接器的连接点分布的区域数量n＝6。第二连接器的一对相对区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且与除上述一对相对区域外，其余区域中的全部连接点均未连接至电容和/或电阻，即，在这种连接点与电容和/或电阻的连接部署情况下，预设角度为60
°
，即，n/m＝3；第二连接器和第一连接器对接后，每次旋转60
°
，检测3次即可完成对第一连接器的检测。
54.作为对该实施例的拓展，连接点分布的区域数量n还可以为除6之外的其他偶数个区域，例如，n个连接点可以呈正方形(4区域)、正八边形(8区域)分布等等。当n个连接点呈正方形分布时，第二连接器的一对相对区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，即，n/m＝2，预设角度为90
°
；当n个连接点呈为八边形分布时，第二连接器的一对相对区域
或两对相对区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，即n/m＝4或2，预设角度为45
°
；n个连接点呈多边形分布时，其他边数为偶数的多边形结构的情形以此类推。即，当n为偶数时，第二连接器的至少一对相对区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且其余区域中的全部连接点均未连接至电容和/或电阻。
55.作为对区域n为偶数的结构的拓展，连接点与电容和/或电阻的连接还可以演化为间隔设置的边上的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，此时，n/m＝2，预设角度为360/n。
56.在其他实施例中，当n仍为偶数时，连接点与电容和/或电阻的连接还可以为第二连接器的至少两相邻的区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且其他区域中的全部连接点均未连接至电容和/或电阻。具体地，以n个连接点呈正方形结构分布来说，相邻两条边上的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，n/m＝2。以n个连接点呈八边形结构分布来说，至少两相邻的区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接包括两种情况：相邻两条边上的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，此时n/m＝4，和相邻四条边上的全部连接点与电容和/或电阻一一连接，此时n/m＝2，在满足至少两条边不超过多边形边数的一半的条件下，亦需满足n是m的整数倍的要求，因此，对于八边形结构来说，至少两相邻的区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接不包括相邻三条边上的全部连接点与电容和/或电阻一一连接的情形，由于各个实施例均需满足n是m的整数倍的要求，因此，即便不用排出法，该限定亦是清楚的。
57.以上全部实施例中，第一连接器的n个pin和第二连接器的n个连接点构成的区域数量、结构及规格相同，，第一基板的每一区域上分布n/n个pin，第二基板的每一对应区域上分布n/n个连接点。
58.在其他的实施例中，n可以是任意大于3的数，即，n可以是上述实施例中提及的数字4、6、8，亦可以是3、5、7、9等奇数，在这种情况下，所述第二连接器一区域中的全部连接点与电容和/或电阻一一连接且其他区域的全部连接点均未连接至电容和/或电阻，即，每次检测一条边上的pin点是否可以正常接触，此时，预设角度为(360/n)
°
。
59.n个pin或n个连接点形成的轴对称结构、中心对称或旋转对称结构包括但不限于多边形、圆形、椭圆形、风车形、扇叶形结构等等。
60.根据上述的检测模块，本技术还提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测系统，参考图7、图8所示，该检测系统包括：检测模块、检测电路、处理器、上位机；
61.检测模块采用上述实施例中所提供的基于pcb板的连接器稳定性检测模块；
62.所述检测电路包括初级放大电路、次级放大电路、分压电路；
63.所述检测模块接至初级放大电路输入端，所述初级放大电路、次级放大电路、分压电路依次串联，所述次级放大电路输入端接所述初级放大电路输出端，所述次级放大电路输出端接分压电路输入端；
64.所述分压电路输出端接所述处理器的adc模块；
65.所述处理器用于采集分压电路输出电压进行处理，计算检测模块开路或通路工作状态时的电压模值大小，设定判断检测模块开路或通路工作状态的电压阈值，并根据电压模值与设定的电压阈值比较，判断出检测模块的工作状态。
66.所述上位机与处理器连接，以实时显示检测模块的工作状态。
67.参考图7所示，该实施例中所述初级放大电路具体采用电压跟随器电路41，所述次级放大电路采用同相放大器电路42，所述检测模块串联第一分压电阻31后接地，第一分压电阻31非接地端串联第二分压电阻32后接电压跟随器电路41同相输入端，电压跟随器电路41输出端接同相放大电路42同相输入端。所述分压电路包括第三分压电阻33、第四分压电阻34、双向稳压管5，同相放大电路42输出端串联第三分压电阻33后串接至由第四分压电阻34与双向稳压管5组成的并联电路。处理器采用单片机，当交流电压信号通过检测模块后，将所有待测电阻短接，然后串联第一分压电阻31、第二分压电阻32，然后将两第一分压电阻31与第二分压电阻32之间的分压信号接到电压跟随器电路41，来提高带负载能力。电压跟随器电路41输出端接一个同相加法器电路42，加入3.3v直流电压分量。由于单片机处理器adc不能采集大于3.3v的信号，于是再经过分压电路，降到3.3v以内，被处理器上的adc采集。
68.根据上述的检测模块与检测系统，本技术还同时提供了一种基于pcb板的连接器稳定性检测方法，检测模块采用上述实施例中提供的检测模块，检测系统采用上述实施例提供的检测系统。连接器稳定性检测方法包括：
69.s1：将所述第二连接器的n个连接点划分为n/m个测试组，选择一个测试组将测试组划分未多个子待检测区域，并将每一子待检测区域的连接点顺序命名，各子待检测区域选择一连接点接地；
70.s2：将所述第二连接器的m个电容和/或电阻划分为与子待检测区域数目相同的分组电容和/或电阻，并呈阵列式排布；
71.s3：将各分组电容和/或电阻选择一子待检测区域，并按照连接点的命名顺序将各电容和/或电阻与非接地连接点连接；
72.s4：将所述第一连接器的n个pin对接所述第二连接器的n个连接点，使所述第一连接器与所述第二连接器连接；
73.s5：将检测模块接入检测系统，采用阻抗分析法，判断出检测模块的工作状态，对检测模块的两连接器的连接性能进行检测。
74.s6：将检测模块的第二连接器多次旋转，直至第二连接器的n个连接点与第一连接器的n个pin的连接情况全部检测出。
75.本技术中将检测模块接入检测系统，采用阻抗分析法，当交流电压信号通过检测模块后，将m个电容和/或电阻短接，然后串联第一分压电阻、第二分压电阻，第一分压电阻、第二分压电阻之间的分压信号接到初级放大电路、次级放大电路与分压电路进行放大、降压后处理器上的adc采集；
76.adc采集分压电路输出电压进行处理，计算检测模块开路或通路工作状态时的各连接点电压模值大小，设定判断检测模块开路或通路工作状态的电压阈值，电压阈值大小取决于激励信号的电压的幅值和频率还有第二连接器上等效电阻的阻值。
77.根据电压模值与设定的电压阈值比较，判断出检测模块的工作状态。
78.下面以一六边形的180个连接点的连接器的检测为例，详细说明本技术的基于pcb板的连接器稳定性的检测过程。
79.参考图3、图4、图5(a)-图5(c)所示，本实施例中图3中右侧图的连接器为第一连接器，其包括180个pin；左侧连接器为第二连接器，其包括180个连接点。对于第二连接器，为
方便区分，暂且将180个连接点均分成a，b，c三个子待检测区域，每个子待检测区域有60个连接点，并顺序编号为01-60，再将每个子待检测区域二等分，分为01-30和31-60两个部分，最终180个连接点分为a01-a30，a31-a60，b01-b30，b31-b60，c01-c30，c31-c60六个方向，并将a30、b30、c30、a60、b60、c60接地。同时，如图4所示，利用阻抗分析原理，利用pcb板与已知元器件配合作为第二连接器，通过电容、电阻的组合，等效为各种与连接器相连的负载设备。在第二连接器上面呈阵列式分布有60个贴片电阻，每一个电阻与单一检测通道相连，60个电阻可实现对60个通道的独立测试，同时电阻阻值可根据情况调整。将60个贴片电阻等分为6组，即a01-a10，a31-a40，b21-b29，b51-b59，c11-c20，c41-c50，6个不同区域的贴片电阻分别对应连接6个子待检测区域的连接点。将第二连接器与第一连接器对接，将第一连接器六个等分区域的180个弹簧针的连接情况进行量化分析。
80.当封装好的第二连接器pcb板放置在第一连接器弹簧针上时，为了证明某一方向的双排弹簧针可以全部连接可靠，将这一方向的30个连接点三等分，以精确某一区域受到的压力位置。同时，利于连接点的旋转对称、中心对称或轴对称，设定：a区两个部分选取前十个点，即a01-a10，a31-a40；b区两个部分选后九个点即b21-b29，b51-b59；c区选取后十个点即c11-c20，c41-c50，由于需要形成回路，所以考虑将所有区域编号为30和60的连接点接地，有6个连接点与地相连容错率较高，并且防止误操作时会对数据选择器及测试板造成损坏。
81.将组装好的检测模块接入检测系统中，连接电源和串口。下载好连接测试的程序，打开上位机，发送一串指令，上位机即可显示出每个连接点的fft值，计算每个连接点电压模值，并通过比较电压模值与电压阈值的大小，判断是否连接成功，并返回连接无效的连接点编号。根据连接无效的区域调整机械结构。再次旋转测试板，重复上述操作两次，若都能达到相应电压阈值即没有返回无效连接点编号，则可判定180个点全部连接成功。若不能，则可以排查电路和机构上面的问题，如图9所示。本实施例中连接器pcb形状和布局是六边形且旋转对称，为了利用这一点，将本来待测的180个连接点简化为60个连接点，再通过120
°
的旋转，共旋转两次，可测量全部180个pin的连接情况。并且，为了模拟实际设备，也为了防止短路，将a30、b30、c30、a60、b60、c60等对地连接点进行旋转对称，以防止误操作。具体为：
82.图3为检测模块的的操作示意图，将左侧的第二连接器正确对准右侧第一连接器的弹簧针板，此时a01-a10、a31-a40、b21-b29、b51-b59、c11-c20、c41-c50这58个连接点等待检测。按照图9所指示的步骤执行一个内循环，如果上位机有返回连接点编号，则判定该连接点连接无效，随即可知机械结构上面压力不均匀，及时调整机械结构或步进机压力，再次测试，直到上位机没有反馈连接编号。如图3、图5(a)-图5(c)所示，然后，将第二连接器顺时针或逆时针旋转(此处为顺时针)120
°
，第一连接器保持原状，此时a11-a20、a41-a50、b01-b10、b31-b40、c21-c29、c51-c59这58个连接点等待检测，再次重复图9的循环，上位机再次反馈连接点的编号。再将第二连接器顺时针旋转120
°
，此时a21-c29、a51-a59、b21-b29、b51-b59、c01-b10、c31-b40这58个连接点等待检测。重复上述操作，即可测得除接地连接点a30、b30、c30、a60、b60、c60之外的所有的连接点的连接情况。
83.综上可知，本技术提供的基于pcb板的连接器稳定性检测模块，第二连接器采用包括m个电容和/或电阻的电阻电容阵列，验证两连接器连接的稳定性；同时，根据连接器的形
状与对称性，将第二连接器的n个连接点划分为多个测试组，选择一测试组的连接点与m个电容和/或电阻一一连接，每一电容和/或电阻连接至对应的连接点后通过接地点接地，第二连接器与第一连接器对接后，形成闭合回路，每次检测后旋转一预设角度，检测n/m次即可完成对第一连接器的检测。该检测模块电路结构较为简单，可置于系统内部易于集成，可以对封装好的电路进行测试，只调节对用户的电路部分，无需测试内部电路。同时，利用轴对称、中心对称或旋转对称关系验证两连接器连接的所有连接点的稳定性，对连接点量化分析，减少测量所需等效电阻数量，既可模块化又能节省元器件。
84.基于pcb板的连接器稳定性检测模块，本技术还同时提供了检测系统与检测方法，检测系统通过设置检测电路、处理器与上位机，利用adc采集的电压幅值很小，处理器通过实时比较各连接点的电压模值与电压阈值的大小，对几十个甚至几百个连接点进行检测，实时反馈未连接上的连接点，检测方便，检测效果精确。对于内置的及接触面积比较有限且无机械固定的连接器，可有效地掌握其连接稳定性，对于弹簧针等需要机械机构配合的连接器，检测效果更显著。
85.以上所述，仅是本技术的较佳实施例而已，并非是对本技术作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本技术技术方案内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本技术技术方案的保护范围。