הפרקטיקות הטובות ביותר עבור בחירת מחברים חסונים

כדי שנתונים, אותות או הספקת-כוח יזרמו בין רכיבים שונים במערכת, נדרשים מחברים המקשרים ציוד חיוני זה עם זה. לדוגמה, מחברים מנתבים יציאת מיקרופון למגבר. בדומה, קישור ספקי כוח לראדאר ומערכות תקשורת אחרות, וחיישנים למעבדי נתונים כדי להעביר אותות אנלוגיים או דיגיטליים, הם רק שתיים מתוך הרבה דרכים שבהן מחברים משמשים בפעולות יומיומיות.

טכנולוגיית המחברים ממשיכה להתפתח ביחד עם מקרי השימוש עבור חלקים חיוניים אלה. למרות שהצבא צפוי להמשיך להיות אחד מהשווקים הגדולים ביותר למחברים בעתיד, הביקוש אינו מוגבל למגזר זה בלבד. שוק המחברים החסונים בעולם צפוי לצמוח בקצב יציב של צמיחה שנתית ממוצעת של 3.5% עד 2030, על פי מחקר שוק של Lucintel‏.

חידושים בטכנולוגיית המחברים

לטכנולוגיית המחברים יש היסטוריה ארוכה, שהחלה במחבר עגול שהוזמן עבור מטוס Douglas DC-1 בשנות ה-30. ג'יימס קאנון מ-ITT Cannon‏ פיתח את המוצר. מאז, טכנולוגיית המחברים - והתחומים הרחבים שבהם מוצרים אלה מוצעים - התפתחה כדי לענות על הביקוש בתעשייה. מעקב אחר החידושים בטכנולוגיית המחברים נותן הצצה למקרי השימוש התעשייתיים הרבים של מחברים.

מיוצר עבור טמפרטורות גבוהות

פעולות צבאיות בתנאי אקלים קיצוניים או משימות חלל דורשות מחברים היכולים לא רק לסבול קור וחום קשים, אלא גם לעמוד בשינויים מהירים בין שני מצבי טמפרטורה שונים דרמטית. החידושים בטכנולוגיית המחברים מאפשרים הרכב חומרים שסובל תנאים כאלה מבלי לפגוע בביצועים.

חומרים קלי-משקל

המשקל תמיד היה חשוב ביישומי תעופה וחלל, שבהם כל גרם משפיע על האווירודינמיקה ועל צריכת הדלק. כעת, הנושא נמצא במחקר מחודש כאשר מחברים משמשים במערכות נהיגה אוטונומית, רכבים חשמליים (EV), רובוטיקה ואוטומציה תעשייתית. עומסים גדולים וחיי סוללה אינם תואמים, כשהמשמעות היא שהמחברים מיוצרים עם חומרים מרוכבים קלים כדי לעמוד באילוצי הנדסה ותכן.

תכנים מודולריים

צורכי התשתית משתנים לעתים קרובות, והפתרונות של היום יכולים להתיישן מחר. במקרים כאלה, גישת החלפה לחלוטין לרכיבים היא בזבזנית ויקרה. מחברים מודולריים מטפלים בבעיה זו על ידי מתן יכולת להחליף חלקים באופן סלקטיבי. המשתמשים יכולים גם לערבב ולהתאים תצורות עבור גמישות רבה יותר כדי לענות על צרכים מותאמים-במיוחד.

מזעור הרכיבים

אימוץ חיישנים במגוון של מקרי שימוש, כולל מערכות רכב, מניע את הצורך במחברים במגוון רחב יותר של גדלים. המזעור יעזור למהנדסי תכנון לפתח מעגלים קומפקטיים היכולים להתאים למקומות צרים יותר, שהם הכרחיים במגוון של יישומים, מצבא ועד לתעופה וחלל ומעבר להם.

צמיחתם של מחברים חסונים

הגידול בביקוש לטכנולוגיית מחברים חסונים עולה ככל הנראה בקנה אחד עם הגידול בביקוש למכונות מחוברות בתעשייה. IoT תעשייתי מחייב איסוף נתונים מחיישנים העלולים לעמוד במגוון של תנאים קשים.

למרות שקל לדמיין שמרכזי נתונים הם המוקדים למחשוב ומידע בזמן-אמת, החלטות מונעות-נתונים עומדות בבסיס מרבית הפעולות כיום. הצבא, רכבות, תעופה וחלל, נפט וגז, חקלאות, אוטומציה של מפעלים ורובוטיקה תלויים כולם בנתונים בזמן-אמת - תנאי הפעולה והסביבה בשטח רחוקים מלהיות אידיאליים. ייתכן שהציוד יצטרך לסבול טמפרטורות קיצוניות, לכלוך וסופות רוח מבלי לאבד את שלמות האות והמהירות. כל ציוד החומרה - עד למחברים המשמשים לתקשורת, רשתות, נתונים והעברת הספקת-כוח בשטח - צריך להיות מחוזק לעמידות.

מפרטים תובעניים עבור מחברים חסונים

לא כל המחברים החסונים הם זהים; המגוון של תנאי הפעולה מכתיבים את מאפייני המחבר. כמה מהפרקטיקות הטובות ביותר לפני שבוחרים מחבר כוללות:

• היישום בשימוש הסופי: חשוב לשקול אם המחבר ישמש בסביבות רפואיות - ובמקרה זה הוא חייב לעמוד בסטריליזציה - באזור מלחמה צבאי, או מתחת למים. מחברי CA/5015‏ של ITT Cannon, למשל, הם חיברורים חסונים המתוכננים עבור היישומים התובעניים ביותר. מחברים אלה פותחו במקור עבור תעופה מסחרית, והם נמצאים כיום בשימוש נרחב במגזרי צבא, תחבורה, תעשייה וציוד כבד.
• המשקל הסופי של המערכת: המשקל יכול להשפיע על הביצועים של מחבר פשוט על ידי הגברת הלחץ על הקצוות וגרימת בלאי. המשקל משנה גם עבור מערכות מוזנות-סוללות כמו רובוטים או מכונות חצי-אוטונומיות, מכיוון שההספק הדרוש לסחוב משקל נוסף יכול לקצר את חיי הסוללה. המשקל גם קובע את החומר של המעטה עבור המחברים. בתי-מחבר עשויים אלומיניום קל-משקל מפחיתים את המשקל הסופי.
• אבטחת סייבר והצורך בהסתרה: פעולות צבאיות דורשות מערכות היכולות להימנע מגילוי על ידי האויב. זה דורש טכניקות מיגון מיוחדות במחברים חסונים. מעטים אחוריים (Backshell‏) מתכתיים-במלואם שומרים על אותות אלקטרוניים ומונעים הפרעות אלקטרומגנטיות. סדרת CA/5015 של ITT Cannon מציעה מגוון רחב של מעטים אחוריים עם חיבורים באמצעות חוטים בודדים או כבלים עם מעטה בגרסות מסוככות או לא-מסוככות.
• צורת המחבר: מחברים מגיעים במגוון של צורות, כולל עגולים, מלבניים, בצורת-להב או מודולריים, אם לציין כמה. מחברים עגולים הם הגרסה הנפוצה ביותר עבור העברת הספקת-כוח, אותות או נתונים. קל יותר ליישר את הפינים במהלך החיבור, ותכן עגול מעניק איטום קומפקטי. מחברים עגולים הם בעלי פינים או מגעים רבים המסודרים בתבנית סריג כדי להתאים לסוגים שונים של חיבורים, כגון הספקת-כוח או נתונים.

סוגי מערכות נעילה

ברגע שהמחבר מקשר בין שתי מערכות, יש לנעול אותו במקומו כדי שהחיבור לא ישתחרר וישפיע על העברת הכוח, הנתונים או איכות האותות. מערכות הנעילה הנפוצות ביותר כוללות מנגנון צימוד הברגה דמוי-בורג כדי להחזיק את החיבורים היטב במקומם, ו-Push-Pull‏ כאשר החיבורים ננעלים יחד בעת דחיפה ומשתחררים בעת משיכה. למחברים כמו ה-TBF10SL-4PS-B‏ של ITT Cannon (איור 1) יש מנגנון כידון, שהוא בעל פינים וחריצים הננעלים במקומם בסיבוב.

מתוכם, מנגנון הצימוד עם הברגה מציע חסינות מעולה לרעידות, מאפיין שימושי במיוחד ביישומים צבאיים ותעופה וחלל.

איור 1: המחבר העגול החסון TBF10SL-4PS-B של ITT Cannon משתמש במנגנון נעילת כידון. (מקור התמונה: ITT Cannon, LLC)

מחזורי חיבור-ניתוק

מחזור חיבור-ניתוק הוא התהליך שבו מתבצע חיבור וניתוק של התקע והשקע. חיבור וניתוק חוזרים ונשנים של ציוד עלול לגרום לבלאי של המוליכים במחבר. כתוצאה מכך המחברים מדורגים לפי מספר מחזורי חיבור-ניתוק שהם יכולים לעמוד בהם. יחידה אמינה יכולה להתמודד עם מאות צימודים כאלה ללא נזק משמעותי.

הגנת חדירות

ה-International Electrotechnical Commission‏ (IEC‏) הנהיגה סדרה של דירוגים להערכת האפקטיביות של מניעת סיכונים כגון לכלוך ומים. דירוגים אלה הם חשובים במיוחד במבצעים צבאיים שבהם הציוד חייב לתפקד בתנאים קשים כמו אבק וסופות ברד, שבהם הביצועים נבחנים כשגרה. חשיפה חוזרת לחול שוחק או מים עלולה לגרום לקורוזיה במוליכי אלקטרוניקה, להוביל להעברת אותות לקויה וליצור מחסומים המונעים חיבורים חזקים. סביבות קיצוניות דורשות בדרך כלל מחברים בעלי דירוג IP68 ומעלה.

תנאים אלה ועוד שורה של תנאים אחרים הם אלה שמחברים עם מפרט צבאי (MIL-SPEC) עוברים. מחברים עגולים הם בדרך כלל לפי תקני MIL-SPEC כמו MIL-DT-5015‏, אשר מחברי CA/5015 של ITT Cannon עומדים בהם (איור 2). מחברים עגולים אלה פועלים היטב בתחום רחב של תנאי טמפרטורה מ-55°C- עד 200°C+.

איור 2: מחברי CA/5015 של ITT Cannon הם פתרונות חסונים וורסאטיליים עבור סביבות תובעניות (מקור התמונה: ITT Cannon, LLC)

מחברי CA/5015 של ITT Cannon הם אידיאליים עבור יישומים תעשייתיים, הגנה וביטחון, רכבות, תעופה וחלל, כמו גם אוטומציה במפעלים ורובוטיקה. הסדרה מציעה חמישה קיטובים שונים שבאמצעותם יכולים המשתמשים להבטיח שהרכיבים יתחברו בכיוון הנכון כדי למנוע פגיעה במעגלים. המחברים מגיעים במגוון של אפשרויות ציפוי: קדמיום, TinZinc‏ (ציפוי J‏), ZincNickelBlueGen‏, ZincCobaltBlack‏, ותרכובות ניקל. המחברים גם תואמים ל-RoHS (הגבלה של חומרים מסוכנים), תקנה של האיחוד האירופי המפקחת על השימוש בחומרים מסוכנים מסוימים בציוד חשמלי ואלקטרוני.

סיכום

התפקוד החיוני של ציוד אלקטרוני וחשמלי בסביבות קשות הופך יותר ויותר הכרחי במגזרים שונים, כולל ייצור רכיבים בדידים, מתקני נפט וגז, טכנולוגיות סולאריות ורוח, ופעולות תעשייתיות כגון כרייה. בהתחשב בכך שרבות מהפעולות התעשייתיות והצבאיות של היום הן על נתונים בזמן-אמת, חומרת מחשוב וחיישנים זקוקים לציוד שנבחן בחזית כדי לתמוך בתשתית שטח חסונה. מחברים חסונים כגון סדרת המחברים CA/5015‏ של ITT Cannon‏ הם בעלי תפקיד מפתח בביצוע המשימה של פעולות מונעות-נתונים בכל המגזרים.