工业 4.0 生产、机器人、物流设备、重型机械、运输系统以及石油和天然气生产等作业中使用的连接器经常暴露在恶劣且苛刻的环境中，例如水和盐雾、灰尘、湿度、高强度冲击和振动、极端温度以及保持电磁兼容性 (EMC) 的需要。需要特定类型的连接器来满足这些极端要求并确保高可靠性。

根据应用情况，这些连接器需要满足国际电工委员会 (IEC)、美国汽车研究理事会 (USCAR)、美国汽车工程师学会 (SAE)、德国 AK 集团等的一系列标准。

本文首先介绍一些细微的考虑因素，例如防风雨和防水之间的区别，以及不同级别的防水性能。然后，本文探讨了 USCAR-2 和德国 LV 214 振动测试之间的差异。

例如线对板连接器、USB Type-C®、ix、M12 推挽式连接器、滤波 sub-D 设计和可更换电池解决方案，旨在满足恶劣和极端环境的需求。

防风雨与防水

一些连接器被吹捧为“防风雨”。根据美国国家气象局的说法，“天气是指在特定时间和地点的大气状态，包括温度、湿度、风速和风向以及气压等变量。”防风雨在气象学和连接器中有不同的含义。

连接器的技术标准中未使用防风雨一词。连接器规格通常不讨论各种风速水平或气压。天气的气象定义不涉及可能影响连接器性能的灰尘或其他颗粒，并且包含在适用于连接器的标准中，例如 IEC 60529、外壳提供的防护等级（IP 代码）。

IP评级系统

一般来说，防风雨连接器专为户外使用和暴露在天气中而设计。它们的防护等级通常为 IP65 及以上，并使用抗紫外线 (UV) 材料制成，以应对长时间暴露在阳光下。防水连接器的 IP 等级为 IP67 或更高。虽然识别连接器是防风雨还是防水会有所帮助，但最好确定其具体的 IP 等级。

最低等级为 IP11。这意味着可以防止手等 50 毫米物体的渗透，但水可以渗透。连接器通常具有更高的 IP 等级。例如，额定为 IP65 的防风雨连接器不会因暴露在灰尘中两到八小时而降低其性能，并且可以防止水射流，允许有限的水进入。

IP67 等级的防水连接器具有防尘功能，可在 1 米深的水下浸泡 30 分钟而不会渗水。对于要求更高的应用，防水 IP 等级甚至更高（图 1）。

振动变化

为了确保可靠运行，连接器需要具有牢固的接触。这在工业系统、重型设备和运输应用等高振动环境中可能具有挑战性。连接器的两个常用振动标准是 LV214 和 USCAR-2。

二者均参考 IEC 60068，SR（系统要求）系列，用于环境测试，涵盖一系列条件，包括正弦、随机和冲击激励以及极热和极冷。它们参考 IEC 60512-1-1，其中规定了测试期间的目视检查。虽然它们有很多共同之处，但 LV214 和 USCAR-2 有所不同。

德国汽车制造商 AK 集团开发了 LV214。它专注于使用压接力监控器来监控端子的质量。端子必须满足压接力特性的特定标准。压接力监控器测量压接过程中施加的压力并确保其符合标准要求。

USCAR-2 的范围更广。它包括开发各个阶段的测试以及高压（60 V 至 600 V）汽车应用中的端子、连接器和其他组件的现场分析。

两个标准都将振动分为五个强度等级。在 LV214 中，振动等级从 S1（最严重的振动，通常发生在轮胎附近）到 S5（最不严重的振动，通常发生在乘客舱内）不等。S2 级振动发生在电动汽车的电池组等位置。USCAR-2 等级包括 V1（底盘振动曲线）和更严重的 V2（发动机振动曲线），更高的振动测试等级包括测试期间的热循环。（表 1）。

防水且坚固的 USB Type-C

USB Type-C 连接对许多应用至关重要，包括工业和恶劣环境。它定义了一种连接器样式，而不是协议，并且可以支持高达 10 千兆位每秒 (Gb/s) 的数据传输和电力输送。除了在 USB 连接中的应用外，这些连接器还可用于 Thunderbolt、外围组件互连快速 (PCIe)、高清多媒体接口 (HDMI)、DisplayPort 和其他协议。

为了支持最大数据速率，这些连接器中的所有接地部件（如引脚、锁扣和 EMC 片）都接地以减少共振。控制共振可限制串扰和电磁干扰 (EMI) 的数量，并有助于提高连接器性能。

Amphenol 提供防水和加固版 USB Type-C 连接器。防水 USB Type-C连接器的防护等级为 IP68，可长时间防止浸水。防水是使用该公司的液体注塑 (LIM) 工艺在连接器外部制作防水橡胶 O 形圈来实现的，这确保不锈钢外壳完全密封。这些 24 针连接器的额定配接次数为 10,000 次。

对于某些应用，防水是不够的。设计人员可以针对这些应用使用MUSBR 坚固型 Type-C USB连接器。与防水版本一样，这些坚固型连接器的额定配接次数为 10,000 次。

它们采用 UL94V-0 级黑色工程热塑性塑料外壳，封装在镀镍压铸锌合金外壳中，可提供稳定性，防止冲击、振动和撞击。后盖为不锈钢，导电硅橡胶垫圈密封件支持 IP67 等级，工作温度为 -40°C 至 +105°C（图 3）。

防风雨以太网

工业以太网支持多种协议，支持工业 4.0 设施中的实时控制和确定性，包括 EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP 等。安费诺提供各种工业以太网解决方案，以满足特定应用需求。它们的 IP 等级从 IP20 到 IP67。

NDH系列密封式 ix 工业闩锁接口是一种矩形推拉式连接器和电缆解决方案，具有防风雨功能，IP 等级为 IP67，并采用防紫外线外壳，可在室内、室外和恶劣环境中使用。它们使用标准 IEC 61076-3-124 配接接口支持 Cat6A 以太网连接。功能包括（图 4）：

推拉式正向锁定闩锁机制

体积小、重量轻、外形尺寸

可作为现场端接插头套件或预制电缆组件提供

与标准 IP20 ix 工业插座配合使用

适用于恶劣环境的 M12

安费诺提供一系列适用于恶劣环境的产品解决方案，包括MPronto-12 M12 推拉式连接器。MPronto-12 插头可与所有 M12*1.0 插座配合使用，并符合任何制造商的 IEC 61076-2-101 标准。它们提供了一种快速而直接的方式来升级工业自动化、重型设备、电动汽车和物料搬运设备等应用中的系统性能，因为它们符合 IP67、IP68 和 IP69K 防护等级，并支持 M12 A、B、D、K、L、S、T 和 X 代码。其他功能包括：

工作温度为 -20°C 至 +105°C

节省 80% 以上的安装时间

发出咔嗒声确保正确配接

比需要配对的竞争性 M12 推拉式连接器更小

滤波 D-sub

FCE17 D-sub 滤波连接器通过过滤传导和辐射 EMI 干扰来保护数据信号的完整性。它们专为汽车、工业、医疗、数据通信和能源行业而设计。

所提供的滤波性能超过了安装在系统印刷电路板 (PCB) 上的相同滤波元件的性能，并且连接器中包含滤波元件可减小解决方案尺寸和成本。这些滤波连接器适合标准的非滤波连接器尺寸，并支持简单的 EMI 性能升级。

我们提供各种低阻抗芯片电容器（NP0 或 X7R 电介质），标准值为 50 皮法拉 (pf) 至 47000 pf，可满足各种滤波需求。还提供定制电容值。

安费诺的应力隔离技术使连接器具有出色的机械和热冲击能力。连接器或触点上的机械应力不会导致滤波元件破裂或电气连接中断。此外，来自外部 EMI 和设备的辐射和传导发射被分流到地面，从而提高了 EMC 性能。

无人机和机器人可更换电池

仓库和工厂中无人机、机器人和电动汽车系统的可更换电池系统的设计人员可以使用DURASWAP可更换电池连接器解决方案。它们有两种电源和六种信号配置可供选择；还提供定制设计。它们可以承载 15 至 70 安培 (A) 的连续电流，额定配接次数为 10,000 次。

支持盲插，浮动范围为 ±2 毫米 (mm)。先插后断 (FMLB) 技术允许在电源连接之前建立接地连接，并保持接地连接直到电源连接断开。用于面板紧固的金属衬套可承受高扭矩负载，实现高效的面板 IP 密封。其他功能包括（图 5）：

导销确保正确配合

配接和未配接时均达到 IP67 等级

UL94V-0 级外壳材料

工作温度范围为 -20°C 至 +90°C

图 5：这些电源连接器采用 FMLB 技术，支持 ±2 毫米浮子的盲配。（图片来源：Amphenol）

结论

本文回顾了在恶劣和极端环境下指定连接器时的一些注意事项。在某些情况下，有必要区分 USCAR-2 和 LV214 振动测试。随着越来越多的系统在户外使用，认识到防风雨和防水之间的区别以及不同级别的防水性能非常重要。最后，特定于应用的考虑因素可以包括在电源连接器中使用 FMLB 技术以及在高速数据连接器中使用集成 EMI 滤波。