某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

歐陽(yáng)江，白 琳，杜 禎，劉 博

（北京泰瑞特檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，北京 100015）

1 概 述

環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)是指，在設(shè)備壽命周期內(nèi)，驗(yàn)證其遇到各種環(huán)境干涉與外界因素作用后功能能否保持正常運(yùn)作而進(jìn)行的試驗(yàn)。其中包括對(duì)產(chǎn)品在鹽霧、氣壓、溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)等方面進(jìn)行的各項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)后分析研究環(huán)境因素的影響程度和作用機(jī)理，檢驗(yàn)設(shè)備的可靠性。

我國(guó)幅員遼闊，地域廣袤，自然條件、設(shè)備貯存條件多樣，對(duì)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求比較嚴(yán)苛。因此對(duì)設(shè)備進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)很有必要。

2 研究目的

本文涉及的某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備具有多平臺(tái)搭載、使用環(huán)境復(fù)雜多變的特點(diǎn)。為能在較短時(shí)間內(nèi)有效驗(yàn)證其在各種特定環(huán)境下的可靠性，本文為其設(shè)計(jì)了一套環(huán)境適應(yīng)性方案，為其質(zhì)量控制及設(shè)計(jì)改進(jìn)提供參考依據(jù)。

3 試驗(yàn)方案

本文涉及的某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備大致組成部分為振膜、磁鐵、相位塞以及外殼，其工作及貯存環(huán)境包括高溫、高濕、高鹽霧、高寒、高海拔及振動(dòng)沖擊。依此特點(diǎn)，為其設(shè)計(jì)的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)包含氣候類(lèi)試驗(yàn)、機(jī)械類(lèi)試驗(yàn)以及外殼防護(hù)類(lèi)試驗(yàn)。

3.1 分析與影響

3.1.1 溫 度

溫度對(duì)該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在性能和機(jī)械結(jié)構(gòu)。溫度類(lèi)試驗(yàn)對(duì)設(shè)備內(nèi)磁鐵性能的影響主要體現(xiàn)在高溫。當(dāng)溫度升高，分子無(wú)序運(yùn)動(dòng)加劇，磁性隨之降低或消失，直接影響設(shè)備性能。

溫度對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響主要由熱變形造成，簡(jiǎn)化的工程熱變形公式為[1]：

式中：L0為溫度為t0時(shí)的長(zhǎng)度，L1為溫度為t1時(shí)的長(zhǎng)度，a為熱膨脹系數(shù)，Δt為溫度差。

由式（1）可見(jiàn)，當(dāng)溫度發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)件的尺寸也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)引起內(nèi)部件尺寸增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加，可致使活動(dòng)部件咬死或密封墊變形。當(dāng)引起內(nèi)部件尺寸收縮，不同材料的收縮差可能導(dǎo)致零部件縫隙擴(kuò)大，致使密封性下降或隔振性能 降低。

3.1.2 濕 度

本文選擇FH7點(diǎn)作為研究對(duì)象，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算得出p-s曲線及s-lgt曲線（圖1），其中p為荷載，s為沉降量，t為時(shí)間。FH7點(diǎn)最終加載值至300 kPa，最終沉降21.20 mm，卸載后殘余沉降為18.26 mm。該點(diǎn)p-s曲線呈圓滑型，特征點(diǎn)不明顯，無(wú)明顯陡降段，最大加載值的一半小于相對(duì)變形s/d=0.008所對(duì)應(yīng)的荷載，因此取最大加載值的一半作為該點(diǎn)的復(fù)合地基承載力特征值。

高濕度環(huán)境對(duì)該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭的影響主要體現(xiàn)在水分子的吸附及凝露現(xiàn)象對(duì)其材料特性、產(chǎn)品機(jī)械性能及電性能造成的變化。高濕環(huán)境有可能使該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備發(fā)生諸如物理強(qiáng)度降低、電絕緣和隔熱特性變化、復(fù)合材料的分層以及塑性材料變性等現(xiàn)象。

3.1.3 振動(dòng)及沖擊

振動(dòng)及沖擊環(huán)境對(duì)該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在機(jī)械性能及結(jié)構(gòu)。振動(dòng)及沖擊環(huán)境可能對(duì)元器件、零部件及整機(jī)造成不可逆的機(jī)械性變形或損壞，致使設(shè)備出現(xiàn)變形、活動(dòng)部件咬死、短路以及零部件脫落等現(xiàn)象。

3.1.4 鹽 霧

鹽霧環(huán)境對(duì)該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備的影響主要表現(xiàn)在對(duì)設(shè)備材料的破壞性腐蝕。本文主要考慮中性鹽霧（氯化鈉）對(duì)設(shè)備的影響，除腐蝕設(shè)備外觀外，滲透至設(shè)備內(nèi)部的鹽霧氣體同樣可能腐蝕設(shè)備內(nèi)部材料，致使部分材料發(fā)生變性、強(qiáng)度降低、褪色及短路等現(xiàn)象。

3.1.5 低氣壓試驗(yàn)

低氣壓環(huán)境對(duì)該型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備的影響同樣體現(xiàn)在性能及機(jī)械結(jié)構(gòu)。較低的氣壓值有可能造成設(shè)備內(nèi)部密封性能下降或元器件損壞，低壓環(huán)境可致使空氣絕緣強(qiáng)度降低，產(chǎn)生電暈放電、損耗增加、電離等現(xiàn)象；低壓環(huán)境使得散熱條件變差，部分元器件溫度上升，導(dǎo)致設(shè)備喪失部分功能或性能下降。按照我國(guó)青藏高原海拔在3 000～6 000 m的高度，依據(jù)GB/T 2423.21—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)M：低氣壓》其中一檔4 850 m的55 kPa進(jìn)行試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)項(xiàng)目及順序

本文涉及的試驗(yàn)項(xiàng)目順序?yàn)椋旱蜏刭A存→高溫貯存→低溫工作→高溫工作→濕熱→振動(dòng)→沖擊→鹽霧→低氣壓。

4.1 高低溫貯存試驗(yàn)

在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、搭載、放置期間，設(shè)備一定會(huì)受外界環(huán)境溫度影響，因此需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行高低溫貯存試驗(yàn)，以驗(yàn)證其在相應(yīng)環(huán)境中的適應(yīng)性。

在樣品裝配、調(diào)試等符合要求，排除非環(huán)境應(yīng)力可能造成的故障后，按GJB 150A—2009標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的試驗(yàn)方法進(jìn)行高低溫貯存試驗(yàn)，同時(shí)考慮誘發(fā)條件[2]對(duì)受試設(shè)備的影響，取用表1中的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 高低溫貯存試驗(yàn)條件

4.2 高低溫工作試驗(yàn)

參照本文3.1節(jié)高低溫貯存試驗(yàn)中的內(nèi)容，高低溫工作試驗(yàn)的試驗(yàn)條件如表2所示。

表2 高低溫工作試驗(yàn)條件

試驗(yàn)中，溫度穩(wěn)定時(shí)間結(jié)束后，樣品通電工作2 h。

4.3 濕熱試驗(yàn)

濕熱試驗(yàn)的試驗(yàn)條件如表3所示。

表3 濕熱試驗(yàn)條件

4.4 振動(dòng)試驗(yàn)

為有效了解該型設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)及特定功能之退化情形，依據(jù)GJB 150.16A—2009中C.1[3]的規(guī)定進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)中，受試樣品以非工作狀態(tài)，在三個(gè)互相垂直的軸上各進(jìn)行1 h的振動(dòng)試驗(yàn)。

4.5 沖擊試驗(yàn)

按照GJB 150.18A—2009進(jìn)行試驗(yàn)，具體參數(shù)如表4所示。

表4 沖擊振動(dòng)試驗(yàn)條件

4.6 鹽霧試驗(yàn)

鹽霧是指氯化物的大氣，主要來(lái)源于海洋和內(nèi)地鹽堿地區(qū)。該型設(shè)備運(yùn)用于南海海島等沿海地區(qū)，常見(jiàn)鹽霧環(huán)境。按照GJB 150.11A—2009，試驗(yàn)條件如表5所示。

表5 鹽霧試驗(yàn)條件

試驗(yàn)方法：將強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭放置于鹽霧試驗(yàn)箱中。調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱溫度為35 ℃，并在噴霧前將試件保持在這種條件下至少2 h。

（1）噴鹽霧24 h。噴霧期間，對(duì)鹽霧沉降率和沉降溶液的pH值至少每隔24 h測(cè)量一次，保證鹽溶液的沉降率為（1～2）mL/（80cm2·h）。

（2）在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件溫度（15～35 ℃）和相對(duì)濕度不高于50%的條件下干燥試件24 h。干燥期間，不能改變時(shí)間段技術(shù)狀態(tài)或?qū)ζ錂C(jī)械狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

干燥階段結(jié)束時(shí)，應(yīng)對(duì)試件重置于鹽霧箱內(nèi)并重復(fù)步驟（1）和步驟（2）各一次[5]。

4.7 某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備低氣壓試驗(yàn)

本設(shè)備使用環(huán)境包含3 000～5 000 m的高海拔低氣壓環(huán)境，按照GB/T 2423.21—2008《電工電子產(chǎn)品 環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)M：低氣壓》中4 850 m的低氣壓環(huán)境條件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如表6所示。

表6 低氣壓試驗(yàn)條件

試驗(yàn)方法：將強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭放置于低氣壓試驗(yàn)箱中。將試驗(yàn)箱壓力降低至55 kpa，保持1 h。貯存結(jié)束后，使產(chǎn)品溫度恢復(fù)至正常大氣條件，并放置2 h。

5 試驗(yàn)設(shè)備及儀器儀表

所有用于檢驗(yàn)的檢驗(yàn)設(shè)備、儀器及儀表應(yīng)滿(mǎn)足本規(guī)范的有關(guān)要求。建議后續(xù)測(cè)試在全消音室或半消音室進(jìn)行系列試驗(yàn)以及比測(cè)實(shí)驗(yàn)。產(chǎn)品性能檢驗(yàn)的主要設(shè)備、儀器如表7所示。表7中序號(hào)1～3為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，4～8為聲學(xué)測(cè)試設(shè)備。試驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表的檢定期應(yīng)不大于相關(guān)規(guī)定值。

表7 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備和聲學(xué)檢測(cè)設(shè)備列表

6 失效判定及檢測(cè)

每項(xiàng)測(cè)試之后，對(duì)測(cè)試樣品通電，測(cè)試發(fā)聲是否正常。

每項(xiàng)測(cè)試之后，對(duì)測(cè)試樣品外觀進(jìn)行檢查，檢查樣品外觀是否正常。

每項(xiàng)測(cè)試之后，對(duì)測(cè)試樣品與其他類(lèi)似指標(biāo)型號(hào)的驅(qū)動(dòng)頭可進(jìn)行比測(cè)試驗(yàn)。

每項(xiàng)測(cè)試之后，對(duì)測(cè)試樣品用游標(biāo)卡尺或卷尺逐項(xiàng)測(cè)量待測(cè)強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭外形尺寸（直徑和厚度）并記錄。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)要求分析各環(huán)境應(yīng)力對(duì)某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生的影響并設(shè)計(jì)了一套環(huán)境適應(yīng)性檢測(cè)方案，驗(yàn)證其是否滿(mǎn)足要求。在試驗(yàn)過(guò)程中及恢復(fù)后，其功能、參數(shù)和外觀等均滿(mǎn)足檢測(cè)要求規(guī)定。

本文設(shè)計(jì)的某型強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)方案為其他類(lèi)似產(chǎn)品的試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了一定參考，對(duì)強(qiáng)聲驅(qū)動(dòng)頭設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量控制和改進(jìn)設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)價(jià)值。