淺談車(chē)載雷達(dá)機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

陳東星 陳興 謝眾

摘要：文中從可靠性設(shè)計(jì)意義、三防設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、裕度設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等方面對(duì)車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討，目的在于提高車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；可靠性；裕度設(shè)計(jì)；電磁兼容性

1.概述

車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)由于其工作環(huán)境的多變性、再加上其自身復(fù)雜性、重要性和特殊性的特征，其可靠性的要求對(duì)比其他機(jī)電一體化系統(tǒng)就顯得更為引人關(guān)注。

2.可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)工作應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

理性估計(jì)現(xiàn)有的技術(shù)水平，盡量采用成熟的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)的原材料和元器件、現(xiàn)有的工藝水平來(lái)完成設(shè)計(jì)；

準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品在使用中遇到的各種環(huán)境條件，采取相適應(yīng)的可靠性設(shè)計(jì)方法，以增強(qiáng)產(chǎn)品惡劣環(huán)境下的適應(yīng)能力；

考慮到雷達(dá)行業(yè)的特殊性，在收發(fā)分系統(tǒng)、T/R電源等關(guān)鍵部位進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)；

3.元器件的選用

元器件是機(jī)電一體化系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)之一，由于車(chē)載雷達(dá)使用環(huán)境的復(fù)雜性，元器件的選用問(wèn)題也就顯得更為重要。

3.1元器件的選用原則

根據(jù)元器件使用時(shí)的應(yīng)力情況，按照降額設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行元器件的篩選；

關(guān)鍵件應(yīng)選用軍用級(jí)以上的元器件，根據(jù)使用環(huán)境要求，非關(guān)鍵件可選用標(biāo)準(zhǔn)的、系列化的元器件，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的元器件按要求進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)證；

元器件應(yīng)優(yōu)先從軍方及本單位的元器件優(yōu)選手冊(cè)中選用。

3.2器件封裝結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等級(jí)的選擇

3.2.1 器件封裝結(jié)構(gòu)的選擇

由于車(chē)載雷達(dá)使用環(huán)境的苛刻，因此，應(yīng)優(yōu)先選用金屬、陶瓷或低熔點(diǎn)玻璃封裝的器件。

3.2.2 質(zhì)量等級(jí)的選擇

對(duì)可靠性要求高的產(chǎn)品，優(yōu)先選用通過(guò)生產(chǎn)線軍用標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證并已上質(zhì)量認(rèn)證合格產(chǎn)品目錄表的元器件；

關(guān)鍵件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件應(yīng)當(dāng)選用質(zhì)量等級(jí)高的元器件；

其它元器件可按其生產(chǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，參照國(guó)標(biāo)中質(zhì)量等級(jí)順序選用。

3.3 降額設(shè)計(jì)

3.3.1 降額設(shè)計(jì)的依據(jù)

降額設(shè)計(jì)就是使電路中元器件的實(shí)際工作應(yīng)力低于其額定值，以保證元器件較低的失效率。

3.3.2 降額等級(jí)

對(duì)不同的元器件，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)行不同的降額等級(jí)：

元器件的工作應(yīng)力必須進(jìn)行降額設(shè)計(jì)。

3.4三防設(shè)計(jì)

在潮濕、鹽霧和霉菌等惡劣環(huán)境中會(huì)降低材料的絕緣強(qiáng)度，引起漏電，導(dǎo)致雷達(dá)設(shè)備故障。因此，必須采取減少環(huán)境條件對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)可靠性影響的各種方法，保證雷達(dá)的工作性能。

3.4.1 防潮設(shè)計(jì)

選用吸濕性小的元器件和材料，合理選擇噴涂、浸漬、灌封、憎水等處理方式，針對(duì)重要位置做密封結(jié)構(gòu)處理。

3.4.2 防霉設(shè)計(jì)

選用抗霉材料，根據(jù)使用環(huán)境要求采用防霉劑進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.4.3 防鹽霧設(shè)計(jì)

選用防潮和防腐能力強(qiáng)的材料，并針對(duì)重要位置做密封結(jié)構(gòu)處理。

4.熱設(shè)計(jì)

為了使元件不在過(guò)高溫度下工作，避免參數(shù)漂移、保持電氣性能穩(wěn)定及提升電子產(chǎn)品的可靠性，應(yīng)針對(duì)不同部位采用液冷、冷板、空調(diào)等散熱方式，以使整個(gè)系統(tǒng)工作在合理的溫度范圍內(nèi)。部分措施如下：

盡量選用低功耗器件；

電路板布局應(yīng)對(duì)發(fā)熱元器件、熱敏元器件進(jìn)行合理布局；

印制板盡量選用介質(zhì)損耗小、介電常數(shù)低，具有優(yōu)良介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，熱傳導(dǎo)性能好的板材；

盡量選用厚度大的印制板，以利于印制線的導(dǎo)熱和自然對(duì)流散熱。

5.裕度設(shè)計(jì)

裕度設(shè)計(jì)又稱(chēng)“漂移設(shè)計(jì)”或“容差設(shè)計(jì)”。為防止電路因公差、環(huán)境、電壓、負(fù)荷等變化，造成漂移性故障。裕度設(shè)計(jì)包括性能裕度和可靠性指標(biāo)裕度設(shè)計(jì)兩項(xiàng)內(nèi)容。部分措施如下：

將雷達(dá)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)提高20%后分配給各個(gè)分系統(tǒng)；

雷達(dá)各分系統(tǒng)指標(biāo)留有一定裕度，確保雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)有一定裕度。

電站應(yīng)留有充分的功率余量，以滿(mǎn)足整機(jī)在高海拔環(huán)境的用電。

發(fā)射功率在發(fā)射組件故障一定數(shù)量時(shí)，整機(jī)威力仍然能達(dá)標(biāo)。

6.電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。包括電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）兩個(gè)方面。

電磁兼容性設(shè)計(jì)主要措施如下：

6.1抑制干擾源的影響：

直流電源的去耦、交流電源變壓器的電磁屏蔽、采用獨(dú)立電源等措施。

6.2切斷干擾的耦合通道：

適當(dāng)?shù)慕拥亍⒏鶕?jù)不同性質(zhì)信號(hào)選用適配的導(dǎo)線等施。

6.3提升電路的抗干擾能力：

設(shè)計(jì)增加電磁屏蔽、濾波、去耦等措施。

7.軟件可靠性

軟件的可靠性不僅與軟件存在的差錯(cuò)（缺陷）有關(guān)，而且與系統(tǒng)的輸入和系統(tǒng)使用有關(guān)。具體措施如下：

開(kāi)展軟件工程化工作，減少軟件缺陷；

嚴(yán)格軟件技術(shù)狀態(tài)管理，不同階段的軟件進(jìn)入不同的受控庫(kù)，經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試合格后才可進(jìn)入產(chǎn)品庫(kù)受控。

8.安全性設(shè)計(jì)

雷達(dá)系統(tǒng)存在高壓、高溫、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等不安全因素，因而在安全性設(shè)計(jì)采取了如下針對(duì)性的措施：

8.1 防止電危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

在明顯位置設(shè)置緊急停機(jī)按鈕，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)按下按鈕可直接斷電；

設(shè)置過(guò)壓、過(guò)流和漏電保護(hù)裝置；

電源和高壓部位應(yīng)當(dāng)設(shè)置明顯標(biāo)志（U、V、W）和標(biāo)牌（高壓符號(hào)）；

系統(tǒng)對(duì)外電源進(jìn)出接口、電信號(hào)進(jìn)出接口均配置SPD浪涌保護(hù)器。

8.2 防止機(jī)械危險(xiǎn)的安全性設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)部件設(shè)置防護(hù)裝置以保證設(shè)備及操作人員的安全；

設(shè)備的邊角應(yīng)當(dāng)多設(shè)計(jì)為弧形；

門(mén)、抽屜等運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)設(shè)置連鎖裝置；

在危險(xiǎn)的部位，設(shè)置明顯的危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)。

8.3使用與定期維護(hù)

按照隨機(jī)配備的維修保障手冊(cè)正確使用與定期維護(hù)也是提高雷達(dá)系統(tǒng)可靠性的重要內(nèi)容。

9.結(jié)語(yǔ)

隨著機(jī)載雷達(dá)使用環(huán)境變的越來(lái)越惡劣，對(duì)車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)可靠性的要求也越來(lái)越高。本文僅僅對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)可靠性的內(nèi)容進(jìn)行了初步的探討，以供設(shè)計(jì)人員了解與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王世萍，朱敏波.電子機(jī)械可靠性與維修性[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[2]謝云葉.機(jī)電一體化系統(tǒng)與產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2004，33（7）：15-16.

（作者單位：武漢濱湖電子有限責(zé)任公司）