李蓉，尚紹環(huán)

（中國工程物理研究院電子工程研究所，四川 綿陽 621900）

0 引言

內(nèi)部有多余物的缺陷電真空器件在使用過程中會帶來致命的故障，直接導(dǎo)致產(chǎn)品失效。但在電真空器件的制造過程中，因工藝環(huán)節(jié)較多，個別產(chǎn)品的內(nèi)部會不可避免地被引入或殘留多余物，這就要求我們不僅要嚴(yán)格控制工藝過程，盡量減少產(chǎn)生帶有多余物的缺陷產(chǎn)品，也要加強檢測手段，盡量減少缺陷產(chǎn)品逃逸至合格品中?，F(xiàn)在常用的電真空器件內(nèi)部多余物檢測手段有隨機振動和顆粒碰撞噪聲檢測兩種方式，它們各有優(yōu)勢：隨機振動篩選因產(chǎn)品是在帶電條件下進(jìn)行檢測的，對產(chǎn)品中金屬可移動多余物的檢測率較高，但對非金屬可移動多余物的檢出率不高；顆粒碰撞噪聲監(jiān)測是在產(chǎn)品非工作狀態(tài)下進(jìn)行檢測的，對金屬與非金屬可移動多余物的檢出率相當(dāng)。就我們目前的隨機振動和顆粒碰撞噪聲檢測對電真空器件內(nèi)部可移動多余物檢測的兩種條件及方式，對比兩種方式對缺陷產(chǎn)品的檢出率，給出比較合理的電真空器件可移動多余物檢測流程，以期盡可能地降低缺陷產(chǎn)品的逃逸率，使合格品中盡量少含缺陷產(chǎn)品并合理設(shè)計工藝流程，提高生產(chǎn)效率。

1 腔體電真空器件的基本結(jié)構(gòu)及多余物對其性能的影響

腔體電真空器件通常為陶瓷-金屬結(jié)構(gòu)，是將金屬電極封裝在陶瓷管殼上，構(gòu)成密閉腔體，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

在工作過程中，一般一個電極施加直流高壓，另一個電極接地；陶瓷管殼作為絕緣子，如果腔體中存在可移動的多余物，就會引起電場畸變，導(dǎo)致工作異常。

圖1 腔體電真空器件的結(jié)構(gòu)示意圖

2 隨機振動和顆粒碰撞噪聲檢測對腔體內(nèi)可移動多余物的原理分析

2.1 隨機振動

隨機振動是一種最常見的非確定性振動形式。物體在作隨機振動時，它們的振動參數(shù)瞬時值無法用確定的函數(shù)來描述。隨機振動的特征是采用在相同的試驗條件下得到的多個隨機振動樣本的統(tǒng)計特性來描述的[1]。用隨機振動試驗來篩選腔體電真空器件，一方面可以更真實地反映產(chǎn)品的抗振性能；另一方面在振動過程中對器件兩電極間施加適當(dāng)?shù)母唠妷?，隨著器件的振動，腔體內(nèi)的可移動多余物在腔體中移動，使兩電極間的電場發(fā)生畸變，導(dǎo)致兩電極間的電場擊穿，并通過線路的設(shè)計，使電場擊穿時報警，由此可檢測出帶有可移動多余物的缺陷產(chǎn)品。電真空器件在加電情況下進(jìn)行隨機振動試驗，是檢測電真空器件耐震性能和腔體內(nèi)多余物的常用手段，隨機振動的能譜圖如圖2所示。

圖2 隨機振動振動能譜圖示

2.2 顆粒碰撞噪聲檢測 (PIND)

PIND原理：PIND試驗是一種多余物檢驗的有效手段，其原理是利用振動臺產(chǎn)生一系列指定的機械沖擊和振動，通過沖擊使被束縛在產(chǎn)品中的顆粒(即多余物)松動，再通過一定頻率的振動，使多余物在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生位移。活動多余物在產(chǎn)品中發(fā)生位移的過程，是多余物相對產(chǎn)品殼體的滑動過程和撞擊過程的一個隨機組合過程。在這個過程中，將產(chǎn)生應(yīng)力彈性波和聲波。兩種波在產(chǎn)品殼體中傳播，并形成混響信號，這個混響信號被定義為位移信號。采用壓電傳感器拾取到位移信號后，經(jīng)前置放大器放大，位移信號由檢測裝置的主機采集、處理并顯示。檢測人可以依據(jù)顯示的信號波形判定出信號性質(zhì)，以此得出檢測結(jié)論[2]。PIND檢測腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的示波器波形如圖3所示。

圖3 是否有多余物的示波器波形

3 隨機振動和顆粒碰撞噪聲檢測對產(chǎn)品缺陷率的對比試驗

3.1 取樣

為了使試驗對比結(jié)果更明顯，選取了生產(chǎn)過程中分別經(jīng)振動篩選和顆粒碰撞噪聲檢測兩種試驗的4組樣品，樣品情況見表1。

表1 試驗樣品

3.2 對比試驗

將第一組顆粒碰撞檢測不合格的樣品全部進(jìn)行隨機振動試驗，將第二組隨機振動檢測不合格的樣品全部進(jìn)行顆粒碰撞檢測；將顆粒碰撞檢測100%合格的樣品進(jìn)行隨機振動試驗，將隨機振動試驗100%合格的產(chǎn)品進(jìn)行顆粒碰撞檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 顆粒碰撞及隨機振動試驗對比

對第二組隨機振動不合格而顆粒碰撞檢測合格的30%的樣品再次進(jìn)行隨機振動試驗，試驗結(jié)果為100%合格。出現(xiàn)這種結(jié)果的初步原因分析為，首次隨機振動檢測不合格表明該樣品內(nèi)確實含有可移動顆粒，但在首次隨機振動檢測的過程中，隨著電場擊穿放電，該微小顆粒在電場放電過程中燃燒分解為更加微小的顆粒，并在隨后的顆粒碰撞噪聲檢測中不足以產(chǎn)生讓儀器能夠識別的噪聲，也在隨后的再次隨機振動試驗過程中不足以引起電場畸變而產(chǎn)生擊穿。

第一組10只噪聲檢測出的缺陷產(chǎn)品在隨機振動中未檢出一只缺陷產(chǎn)品，而第二組隨機振動100%不合格的缺陷產(chǎn)品在顆粒碰撞中檢測出70%的缺陷產(chǎn)品，另外30%合格的產(chǎn)品再次進(jìn)行隨機振動試驗，試驗結(jié)果全部合格，初步原因分析已經(jīng)在上文中說明。第三組顆粒碰撞檢測100%合格的樣品在隨機振動試驗中也是100%合格，第四組隨機振動試驗100%合格的樣品在顆粒碰撞檢測過程中有3%的不合格。以上4組對比試驗結(jié)果表明：對檢測腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的檢測手段而言，顆粒碰撞噪聲檢測是目前檢出率較高的方式。經(jīng)顆粒碰撞噪聲檢測后沒有必要再進(jìn)行針對多余物檢測的隨機振動試驗。

4 腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測流程

總結(jié)實踐經(jīng)驗并分析以上對比試驗結(jié)果而得出腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測流程，如圖4所示。按該流程檢測，不但能夠達(dá)到檢測出缺陷產(chǎn)品的目的，還容易將檢測過程中出現(xiàn)的不合格現(xiàn)象原因進(jìn)行定位，便于控制產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測流程

5 結(jié)論

對比試驗和長期生產(chǎn)實踐表明，針對腔體電真空器件內(nèi)部是否有可移動多余物的檢測方法而言，顆粒碰撞噪聲檢測可以達(dá)到檢測目的，缺陷產(chǎn)品的檢出率很高，但須在檢驗產(chǎn)品耐震性能的隨機振動之前進(jìn)行。

[1]季馨.電子設(shè)備振動環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：33.

[2]王楠.應(yīng)用顆粒碰撞噪聲檢測技術(shù)檢驗航天產(chǎn)品多余物[C]//制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)——2006中國電子制造技術(shù)論壇論文集.北京：中國電子學(xué)會電子制造與封裝技術(shù)分會，2006.