网站资质
自定内容

环境可靠性与电磁兼容试验中心

Environmental Reliability & EMC Test Center

资讯导航
 
 
舰载雷达系统装备环境试验与第三方检测服务
作者:管理员    发布于:2016-09-09 17:06:05    文字:【】【】【
摘要:摘要:舰栽雷达电子设备的耐环境试验是验证产品可靠性指标的一个重要途径。本文简要介绍了电子产品可靠性设计及可靠性增长试验,着重论述了舰栽雷达电子产品环境试验以及环境试验防护技术要点,并提出了提高雷达电子装备耐环境适应性必须重视有效的可靠性增长环境试验防护技术。

舰载雷达系统装备环境试验与可靠性技术应用

张继源(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003) 

摘要:舰载雷达电子设备的耐环境试验是验证产品可靠性指标的一个重要途径。本文简要介绍了电子产品可靠性设计及可靠性增长试验,着重论述了舰栽雷达电子产品环境试验以及环境试验防护技术要点,并提出了提高雷达电子装备耐环境适应性必须重视有效的可靠性增长环境试验防护技术。结合舰栽雷达电子装备的特点,给出了部分环境试验防护技术及环境应力筛选的具体应用措施。

关键词:舰载雷达;电子设备;环境试验;可靠性

1 引言

随着科学技术突飞猛进的发展,舰载电子设备技术发展迅速,尤其是舰载雷达设备技术水平取得了极大的进展,舰载雷达装备质量也有了长足的进步,主战雷达装备质量有了明显的提高,但其质量还有很大的提升潜力。目前存在的主要质量问题是可靠性与使用需求上存在较大的差距、性能不够稳定,并且不能完全满足顶用、耐用、适用的要求,特别是在接近实战的冲击振动和南海高温、高湿、高盐雾腐蚀的环境下,装备的故障率明显上升。虽然舰载雷达装备的任务可靠性基本能满足使用要求,但基本可靠性较低。对于舰载雷达装备而言,由于其所处的环境为湿热带型,因此舰载雷达电子设备通常均需进行湿热、霉菌、盐雾(常称三防试验)试验的考核;户外型的设备还需进行耐雨淋、太阳辐照和高低温试验等项目的考核。而试验周期和性能考核的项目及参数要求均以保证舰载雷达装备安全可靠运行为目标,对于舰载雷达电子设备经一系列环境试验后,必须考核其运行功能和电气绝缘性能能。

因此,要实现舰载雷达在恶劣环境中正常、可靠地工作,就必须进行设备的耐恶劣环境工作试验,探究舰载雷达环境试验的可靠性技术应用就显得尤为重要。

2 可靠性预计技术及可靠性增长试验收

初步设计阶段的可靠性预计分析是定位产品中的潜在的“不稳定”因素,而且在于制造成本和研制周期都能得到保证。因为通过可靠性预计和建立合理的系统可靠性模型,可得到整机系统、分机的失效率数据,以及每一个元器件的失效率,或者某些子电路块的失效率,从而判断出设计的合理性和关键点,达到有序控制设计的进程,确保在一定环境条件下舰载雷达系统性能指标的实现。

可靠性增长试验是根据一个有计划地试验、分析,系统性消除故障的机理,使设备的固有可靠性指标得到增长的方法和过程。在这个过程中,设备处在实际环境、模拟环境或加速变化的环境下经受试验,以便暴露和分析确定潜在的故障模式和机理,采取纠正措施并进行验证,防止这些故障模式和机理再现。因此,可靠性增长试验就成为“试验.分析.改进”的过程。所以,可靠性增长试验应在完成环境试验之后可靠性鉴定试验之前进行。

如果要使增长试验时间缩短,可同时进行分机设备级的环境应力筛选,使在正常应力下很长时间才能暴露的失效,在超常应力环境下提前暴露,采取有计划的故障分析纠正措施,在尽可能短的时间里提高可靠性增长的速度。产品的可靠性增长程度取决于通过增长试验是否能把设计和制造中的潜在缺陷暴露出来,以及对这些缺陷的分析和改进程度。在试验过程中首先耍考虑的是环境因素。除环境因素外,其次十分重要的因素是器件本身的可靠性参数,包括内部结构、工艺、封装、应力等等,而每种器件的内部结构不同而其参数就不同,如CPU和电阻的结构差别很大。此外,要考虑的是电子系统加工工艺和结构,如器件插座、焊接、过孔数、贴片器件、连线等等。这些因素也会导致系统不可靠。

3 环境试验

要确定电子设备的耐环境适应的性能,必须进行环境试验评价。而环境试验首先是选择合适的试验方法和试验条件(包括试验参数、周期等)。其次是对设备的评价技术要求(性能项目及参数要求)。合适的电子设备环境防护工艺既能使电子设备很好地通过国军标准GJB一150的电子设备的耐环境适应的试验,又能在电子设备可靠性增长试验中加速试验进程。

常规的环境试验按试验条件可分为人工模拟、自然条件和现场运行三类。按环境因素可分为:气候、生物、腐蚀、机械、电磁和综合、组合及其他环境试验。

3.1环境试验对提高舰载雷达电子产品可靠性技术水平的重要性

舰载雷达电子设备组件的环境应力筛选试验,主要是对装入雷达设备中全部电子组件如线路板进行较严酷条件下的环境试验,如高低温冲击、高低温交变湿热、高低温交变湿热加随机振动的组合或综合试验等。通过此类试验,可以使有缺陷的元器件或有工艺缺陷的组件筛选出来,显著提高设备的运行可靠性。而筛选试验的条件则可按舰载雷达电子设备运行的高可靠性要求选定,即应选择较严酷的试验条件。而通过可靠性预计判断其设计正确性,对产品在环境试验过程中最可能出现的故障进行危害度分析和预测,从而指导改进产品设计工作。如果结合使用元器件应力分析预计方法,还可以揭示出其他需要进行更改的领域(如过应力元器件)。通过可靠性预计和元器件应力分析预计方法,结合环境试验程序、条件,对产品进行针对性的环境防护是提高产品质量和可靠性技术指标的一个重要方法。

3.2环境应力筛选

环境应力筛选是确保舰载雷达电子设备固有可靠性增长的有效方法。环境应力筛选实质是对产品施加振动及温度应力,使制造、工艺和元件中的缺陷迅速发展成故障而得到剔除的一种工序或方法。对由3个级别(印制板组件、单元分机、设备)组成的雷达产品应尽可能100%加以筛选。环境应力筛选就是施加振动和温度应力将这些设计的缺陷、试制生产中工艺的缺陷激活并使它们提前暴露出来,得到剔除,使可靠性得以增长,避免这些缺陷带到部队影响使用可靠性。为了激活和提前暴露缺陷,筛选应力条件的原则是:尽快暴露早期失效;不超过产品设计极限。

通常印制板组件级别是在不通电情况下通过振动和高低温冲击应力,提前暴露研制装配中的缺陷(工艺、结构、操作);而单元和设备级别是在通电情况下监控其电性能参数,通过振动和温度应力进行应力筛选。

对于电子产品来说,在众多的环境应力筛选方案中,根据环境应力筛选机理和产品的可靠性和有关标准的要求,选取温度循环一随机振动(电子产品)应力组合,以较高的费效比剔除早期失效的产品。随机振动主要是剔除结构设计与制造所带来的潜在缺陷;温度循环对于剔除电路设计、元器件和制造的缺陷则非常有效。环境应力筛选的原则是在不损坏产品的前提下,施加产品的环境极限应力,加速剔除产品由设计和制造所带来的潜在缺陷。

3.3环境防护技术验证的条件考虑

由于舰载雷达电子设备所处的恶劣环境条件,因此其环境防护技术就显得尤其重要。环境防护就是研究和解决设备维持正常工作能力和设计性能而采取的防护措施和对策。因此,试验设备的条件考虑:

(1)试验温度箱首先要考虑的是容积要求,温度箱内容积和受试品体积的比一般为3:1。特殊的受试品就必须做特殊内尺寸的温度箱。

(2)环境试验温度箱的温度范围应严格按照环境试验规范要求,通常舰载电子雷达环境试验要求温度箱的温度范围为一60~+150℃。

(3)环境试验温度箱的变温率。根据国军标的规定,电子产品应力筛选试验和可靠性增长试验的最低要求的变温率为5~C/rain,且要求线性变化。

(4)受试品的功耗。在进行可靠性增长试验时,在受试品通电的情况下要求箱温按一定变温率变化。这时,受试品的功耗发热对箱体的变温率有一定影响。因受试品是在通电的情况下进行试验的,所以要求环境试验温度箱须处在良好的全功率工作状态下。

(5)由于需要加湿度的环境试验温度箱,加湿的水源应是离子交换处理的水源,这样在进行湿热交变试验过程中就避免因水质产生的霉变、腐蚀的影响。

4 舰载雷达电子设备在各类特殊环境下的防护要求9措施要点

4.1湿热环境

(1)选择耐潮、耐霉、耐蚀材料和工艺;(2)提高外壳防护等级(IP44或以上),采用优良的密封材料及合理的结构;(3)加防护网罩;(4)选用耐腐蚀、抗氧化油脂;(5)适当增大绝缘性好、耐击穿电压高的优质材料装防潮加热器。

4.2高温环境

(1)采用耐高温油脂及绝缘材料;(2)提高外壳防护等级(IP54或IP55);(3)采用耐高温及耐光老化的塑料、橡胶等材料。

4.3寒冷(低温)环境(一20℃以下)

(1)选用耐低温塑料、橡胶和绝缘材料;(2)采用耐低温金属材料及结构;(3)采用耐低温油脂;(4)应用冷起动辅助加热装置;(5)采用耐低温涂料;(6)冷却系统采取防冻措施。

4.4户外环境

(1)选用耐太阳辐照以及耐高、低温的涂料、橡胶、塑料和油脂;(2)增强外壳结构密封(IP54或IP55);(3)用加热器防寒或冷起动装置;(4)海洋:防潮措施同湿热型;(5)提高金属表面防腐蚀性能;(6)采取防振动、冲击、摇摆的结构措施;(7)提高外壳防护等级(IP54、IP55);(8)防电磁干扰措施;(9)提高绝缘耐热性;(10)平台用电气设备选用防爆型(或防腐防爆型)。

5 结束语

通过上述论述,我们可以清楚地看到:

(1)可靠性设计及可靠性增长试验无疑将使产品的可靠性以相当高的置信度得到保障。

(2)通过科学合理地制定环境应力筛选方案,选择环境应力和保证一定的应力积累,根据环境应力筛选机理和产品的可靠性和有关标准的要求,选取有效的激发应力形式,即温度循环.随机振动(电子产品)应力组合,是剔除产品潜在缺陷的有效保证。

(3)通过环境试验来考核产品、暴露产品的设计和制造质量中的问题,从而提高其可靠性,是一种十分有效的措施。为了提高舰载雷达电子设备的环境适应能力,严格保证环境试验设备自身的质量,同时加强产品环境试验防护技术的研究是舰载雷达电子设备在产品的全寿命周期中的可靠性得以不断提高的根本途径。

(2)因此,研究环境试验及其防护技术,突破传统的可靠性试验的技术思路,将激发的试验机制引入到可靠性试验,将大大缩短试验时间,提高试验效率,降低试验耗损。环境试验技术领域的研究与应用推广对可靠性工程的发展具有重要的现实意义。

参考文献:

[1]陆延孝,郑鹏洲.可靠性设计与分析[M].北京:国防工业出版社,1996.7.

[2]贺国方,许海宝.可靠性试验技术[M].北京:国防工业出版社,1996.7.

[3]GJB15086,军用设备环境试验方法[S][4]GJB89990,可靠性鉴定和验收试验[S]

0