室外型攝像頭的外殼防水檢測方法及應用

沈援海，李強，嚴東升，郎春華

（中移（杭州）信息技術有限公司，杭州 311121）

引言

隨著時代的發展和社會的需要,需要安裝監控攝像頭的地方越來越多，不僅僅是學校、工作場合、商場的內部安裝攝像頭來監控全局，不僅僅可以記錄下發生的情況，還可以保障人的安全。在大街小巷的室外場合,監控攝像頭更是大量運用，形成監控網絡對室外進行全局監控。而室外攝像頭使用壽命和安全性能受沙塵、雨水等外界環境影響，一旦產品進水引起短路，產品容易燒毀造成安全事故和經濟損失。所以，為了保證攝像頭的安全性和正常使用，消費者對室外型攝像頭提出了較高的防水性能要求。本文將針對攝像頭的外殼防水等級標準進行淺析，并介紹浸水（壓力等效）試驗和氣密等效試驗這兩種試驗的方法及優缺點，以期為業界提供參考[1]。

1 IPX7防水等級標準解析

目前室外攝像頭通常采用國家標準GB/T 4208-2017 《外殼防護等級（IP代碼）》中的IPX7的標準。IP是 Ingress Protection的縮寫，IP代碼表明外殼對人接近危險部件、防止固體異物或水進入的防護等級。其由代碼字母IP（國際防護）、第一位特征數字、第二位特征數字、附加字母以及補充字母組成。其中“IPX7”等級要求的含義為防短時間浸水的影響，要求將外殼浸入水中并且外殼底面在水面下至少1 m，外殼頂部至少在水面下15 min，持續30 min后，取出檢測產品查看內部進水量，未達到有害程度[2,3]。

2 浸水（壓力等效）試驗

2.1 試驗環境

浸水（壓力等效）試驗時，推薦環境條件如下：溫度：15~35 ℃；相對濕度：25~75 %RH；大氣壓力：1個標準大氣壓。

2.2 試驗方法

一般的室外型智能攝像頭外型尺寸為長×寬×高=250 mm×100 mm×80 mm，其中高度為80 mm。

同時我們通過以下公式（1）得到水下不同位置產生的壓力值，然后使用壓力浸水試驗機模擬等效壓力替代大型試驗水箱進行試驗。

對于水下壓力來說，可由以下公式得到產生的壓強：

式中：

P—壓強，單位為N/㎡；

ρ—液體密度，水的密度為1×103kg/m3；

g—重力加速度取9.8 N/kg，為方便計算通常取10 N/kg；

h—壓點到液面的高度，單位為米（m） 。

由上式可知，水下1 m處的壓力約為10 000 N/m2（單位也叫帕），相當于0.1個標準大氣壓 。

將攝像頭產品全部浸入水中且使水剛好漫過產品的頂部，同時通過空氣壓縮機使壓力浸水試驗機內部腔體內的空氣壓強增加相應的氣壓值，等效使產品底部的水壓保持在0.1個標準大氣壓下，試驗持續時間為30 min，試驗布置圖如如1所示[4]。

2.3 接受條件

試驗后，檢查試驗產品外殼內進水的情況。一般說來，室外型攝像頭外殼內部不應進水。如果外殼內部進水，應不能影響設備的正常操作或破壞安全性。

圖1 試驗布置圖

對于外殼有泄水孔的設備，需要確認進水不會聚集在帶電部分且能排出，不會對設備造成損害[5]。

3 氣密等效試驗

3.1 檢測原理

氣密等效試驗是利用氣密測試儀通過比較工裝腔體內的氣壓值的試驗，其是浸水試驗的一種等效測試方法。

詳細原理如圖2所示：將待測攝像頭放入定制的在密閉的工裝腔體內，然后輸入一定壓力一定體積的氣體，待工裝腔體內壓力穩定后，封閉工裝腔體，然后經過規定的一段時間后，通過傳感器測量腔體內的壓力變化。如果前后壓力值變化較大，則證明待測產品的外殼的存在漏氣點，其氣密性差，等效防水性能弱。其檢測原理如圖2所示[6]。

圖2 氣密檢測原理圖

3.2 試驗方法

按照氣密性檢測原理，其檢測方法主要分成以下幾步：

1）充氣階段：來自空氣壓縮機提供的壓縮空氣經調壓閥變成測試壓力P0，通過控制板打開的電磁閥1和電磁閥 4，將測試壓力充到模具與待測試產品間的腔體內。充氣設定時間到達后，電磁閥1和電磁閥4關閉。在充氣階段，電磁閥2和電磁閥3始終保持關閉。

2）穩壓階段：當電磁閥4關閉后，充到模具內的壓縮空氣有一定動蕩，這時需要設定一個穩壓的時間，以讓壓縮空氣達到平穩狀態；在穩壓階段，電磁閥 1234 始終保持關閉。壓力傳感器一直監測穩定過程的壓力。

3）泄露值測試階段：當穩壓的時間達到后，進入產品泄漏測試階段，在設定的測試時間內，壓力傳感器一直監測測試過程中的壓力，并在顯示屏上顯示出測試開始前的壓力為P1和測試結束后的壓力為P2，然后通過 ΔP=P2-P1計算出測試泄露值ΔP。

4）容積氣壓測試階段： 泄露值測試階段結束后通過控制面板打開電磁閥2和電磁閥4，將模具中的壓縮空氣充到儲氣罐中，經過設定的時間后，模具內的氣體壓力于儲氣罐中的氣壓達到平衡，這時傳感器檢測儲氣罐中的氣壓,記錄為P3。儲氣罐內體積V1，模具與待測產品之間的間隙以及管路的體積V2，待測產品內部容積V3。待測產品氣密性較好時，充氣過程中壓縮空氣不會充到待測產品內部，模具內的容積為 V2，在充氣階段的測試壓力為P0，容積測試階段時氣壓為P3；產品氣密性較差時，充氣過程中壓縮空氣不會充到待測產品內部，模具內的容積為V2+V3，充氣氣壓同樣是P0，容積測試階段是的氣壓為P3′。氣密性較差的待測產品的容積氣壓P3大于氣密性較好的待測產品的容積氣壓P3。

5）排氣階段：當測試完成后，要排空模具內的壓縮空氣，所以要設定一個排氣的時間，在排氣時間內，電磁閥2，電磁閥3和電磁閥4都打開，將裝置內壓力排空。

在測試的整個過程中，由控制板按需要打開或關閉各電磁閥，由傳感器系統記錄各階段的氣壓值， 由計算系統計算和判斷氣壓值的變化，由顯示屏顯示測試結果或接收操作者輸入的指令[6]。

3.3 試驗結果分析

試驗后， 通過氣密性儀器測試泄漏值ΔP，其在規范范圍內，即產品為合格，無泄漏;超過規格范圍，即產品不合格，有泄漏，同時當容積氣壓P3大于設定參數進氣上限時，代表產品存在大漏。

3.4 氣密標定

使用氣密等效試驗，需要使用標準樣機進行氣密標定，確定出氣密試驗的充氣時間、穩壓時間、輸入氣體壓力、體積等值。其標定方法如下：

1）氣密機校驗：使用金機，根據氣密系統提供的充氣時間和穩壓時間，確定規定測試時間內泄露值是否在-10~10 Pa之間，測試壓力是否9~11 kpa之間。

2）重復測試13次，如果有任何一次的結果在規定測試時間內（參考裝備系統提供的測試時間參數）測試壓力或測試泄漏值不滿足第1步要求，判定氣密系統不合格。

3）準備不同泄漏值的產品，制作方法參考表1。

表1 泄露產品制作方法表

4）先用產品標準機校正氣密系統的充壓及穩定時間是否合理，如果規定時間內達不到9~11 kpa或泄露值沒有在-10~10 Pa之間，證明氣密系統存在問題，需要修改；如果滿足要求開展下一步。

5）用大漏品驗證氣密系統，如果氣密系統在規定時間內壓力值達到了規定的9~11 kPa，證明充氣時間存在問題；需要裝備調整，如果沒有問題開展下一步。

6）對產品標準機的測試時間進行加大（一般為10 s為階梯，最長測試時間為不超過60 s），確認泄漏值，不同測試時間的泄漏值不能超過10 Pa。

7）用制作的不同泄露等級的樣品進行氣密測試，記錄泄露值，重復測試3次，每次間隔時間不小于30 min（主要是將產品內部充入氣體被釋放掉，不影響下次測試，每次測試不改變產品狀態）。

8）對測試數據進行確認，如果3次測試數據相差10 pa以上，證明氣密系統一致性存在問題，需要修改；如沒有問題，進行下一步。

9）進行高溫負壓防水測試（70 ℃2 h以上，確保設備熱透，立即取出放到常溫水中浸泡15 min以上），找出漏水與不漏水的樣品之間的泄漏值上下限。

10）根據不漏水產品的下限泄漏值加上10 pa（或裝備給定的儀器誤差，但是不能超過10 pa），作為下限。

所以產品在進行氣密性試驗時，要進場充分的氣密標定測試，明確氣密性試驗中的各參數指標，確保氣密試驗的質量穩定。

4 兩種試驗方法的優點和缺點

從試驗參加標準、測試介質、試驗時間以及數量景等方面分析比較浸水（壓力等效）試驗和氣密等效試驗，如表2所示。

表2中所列數據表明，浸水（壓力等效）試驗和氣密等效試驗有如下相對優點和缺點。

表2 試驗比較表

1）試驗標準

浸水（壓力等效）試驗測試標準明確，其檢測方法、試驗步驟和試驗參數條件簡單明了，和試樣樣機無關，通用性強；而氣密等效試驗標準缺乏明確的理論依據，其試驗過程中充氣時間、充氣氣壓值、穩定時間值、測試氣壓差值等參數數據，都需在氣密標定過程根據標準樣機不斷進行調試修正，不同類型的試驗產品其參數值不一樣，參數值通用性差。

2）試驗成本

浸水（壓力等效）試驗中一旦樣機殼體出現明顯滲漏，由于水已經進入殼內，容易造成攝像頭內部電路損毀，進而導致整機報廢；而氣密試驗過程中不需要接觸水，對于測試不合格的樣機，可正常維修，不需要增加額外成本和造成浪費。

3）試驗效率

浸水（壓力等效）試驗一般用時較長，試驗對象主要是單件樣機或少量樣機，試驗效率不高，主要為研發階段試驗，不適用于產線大批量產線檢測使用。而氣密等效試驗整體用時較短，可對多臺相同產品同時進行檢測，試驗效率高，其適用于產線批量生產，為批量產品質量檢驗提供了較好的技術支持和幫助。

所以，對于室外攝像頭的防水等級測試，浸水（壓力等效）試驗和氣密等效試驗是互相補充，在產品全生命周期中這兩種方法都很重要，即浸水（壓力等效）試驗適用于研發階段的單件檢測場景，氣密等效試驗適用于量產階段的大批量快速檢驗場景。

5 結束語

目前，企業越來越重視攝像頭產品的防水質量，其外殼防水能力檢測是生產使用過程中比較重要的一個檢測環節，企業通過防水檢測來檢驗產品的防水性能，在試驗過程中找到問題原因，以提升攝像頭產品的整體防護能力。本文對攝像頭外殼防護等級（IPX7）標準進行了相關闡述，以及針對攝像頭外殼防護等級試驗，介紹了浸水（壓力等效）試驗和氣密等效試驗的兩種試驗，同時比較兩種試驗的優點和缺點，為攝像頭研發人員及制造商等提供有力的防水試驗選擇依據，為智能攝像頭產業質量提升提供支持。