物聯網通信設備海水試驗方法探討

鄭志國

（1.海南科技職業大學信息工程學院，海口 570100 2.海南大學信息與通信工程學院，海口 510500）

引言

現階段隨著海洋開發力度不斷加大以及海洋通信設備的持續投入，海水以及海洋環境對通信設備的影響則成為急需研究的課題。以及由于風浪、海水流速等外界條件影響造成海水浸漬與試驗室的浸漬試驗還存在一些不同之處。因此，研究海水浸漬試驗對物聯網通信設備及其附件產生的影響，根據試驗情況整理出一套海水浸漬試驗方法對提高通信設備的環境適應性和可靠性具有重要作用，同時也對了解諸如武裝泅渡、海訓等行動時海水對通信設備造成的影響，都具有著重要的意義。

1 海水試驗步驟

海水對金屬材料及其制品會造成腐蝕，研究這一特性對新一代野戰物聯網通信設備及其附件產生的影響，對提高物聯網通信設備的環境適應性和可靠性，為了解諸如武裝泅渡、海訓等行動可能造成的影響，都有著重要的研究意義。

1）試驗內容

①背負式物聯網通信設備及其附件的海水浸漬；

②車載物聯網通信設備天線及底座在海水浸漬（此處只考慮暴露在車體外面的部分）。

2）試驗場地

海南熱帶沿海地區。典型海域為南海，海水平均表層溫度為（10～35）℃，表層最大鹽度為37 %。

3）環境監測項目

試驗時對太陽輻射強度、空氣濕度、風速、降水（時間、量）、海水（表層溫度、表層最大鹽度、海浪、海流表層速度）等外界環境因素進行記錄。

4）試驗時間

海南每年5～10月是一年中溫度最高的時間，因此選擇該時段的中午11點至下午4點左右的時間，此時海南溫度為每天的最高值，有利于更好的激發出故障。

5）浸漬深度

背負式物聯網通信設備及其附件采用（0.2～0.3）m覆蓋深度，這個數值考慮了武裝泅渡和登陸作戰的應用條件，該深度不考慮物聯網通信設備意外落入海水中的情況。

車載天線及底座采用1 m覆蓋深度，這個數值考慮了坦克和裝甲車涉深水時的應用條件，以及海浪對此造成的影響。

6）浸漬時間

背負式、手持式涉水時間為30 mins，車載式涉水時間1 h。如果為了檢驗產品在海水中浸漬多長時間會失效，則采用多組物聯網通信設備分別浸漬不同時間并進行多次觀察，統計試驗時間直至產品部分失效或全部失效。

7）試件工作狀態

由于預期的實際應用環境不可知，試驗可考慮完成靜態（物聯網通信設備不加電工作）和動態（物聯網通信設備加電工作，試驗前應考慮此種方式是否對物聯網通信設備或人體造成傷害）試驗。

8）樣品數量

為了分析試驗效果，試驗樣品建議選擇同一批次的物聯網通信設備，數量應不小于3部，其中1部作為封樣。

9）試驗準備

①設備安裝

背負式物聯網通信設備及其附件安裝到背架上，車載天線及天線座固定到試驗支架上。試驗時樣品可通過試驗支架放置于近海位置（該方法有可能受潮汐影響，浸漬深度會產生變化），也可使用繩索吊于浮排下進行。

②試驗記錄

環境監測記錄表格內容包括：時間、日期、太陽輻射強度、海水表面空氣濕度、海水溫度、鹽度、流速、測試人員簽名和審核員簽名等。

電性能指標包括：物聯網通信設備及附件的主要指標測量。

功能外觀記錄表包括：物聯網通信設備及附件表面的完整性和功能的正常實現。

③預處理

涉水前應將物聯網通信設備接口、電池自帶的防水或防塵帽蓋上。

10）試驗實施

①初始檢測

設備安裝到試驗支架前，按試驗記錄中要求的項目進行測試并記錄。

②試驗流程

步驟1：將物聯網通信設備安裝在試驗支架上置于沙灘上暴曬1 h，使物聯網通信設備表面溫度與海水溫度形成一定的溫差，然后試驗樣品放入海中，并記錄環境指標；

步驟2：在確保人身安全條件下，物聯網通信設備開機進行通信試驗（為了安全起見，此項目可以省略不做）。

步驟3:物聯網通信設備保持關機狀態，將物聯網通信設備及其天線在海水中放置1 h后，將物聯網通信設備從海水中取出，其中1部馬上用淡水沖洗干凈，另1部物聯網通信設備不用淡水沖洗，間隔24 h后檢查物聯網通信設備及天線的外觀和功能，并記錄。

11）結果分析

試驗結束后，必須評估海水對物聯網通信設備及其附件產生的短期和長期影響，綜合試驗數據及實際任務剖析，考慮是否進行失效規律試驗。

2 實驗結果分析及建議

2.1 試驗結論

1）物聯網通信設備主機未進水，試驗之后指標及功能均正常。

2）短波及超短波的電池接口處有進水，試驗樣品在放置1天后，1部超短波物聯網通信設備（浸漬2 h）的正極接口有輕微銹蝕現象，波段旋鈕開關有銹蝕現象。

3）全部的鞭天線的天線桿節與節之間的接觸面都出現銹蝕現象。

4）2塊12 V鎳氫電池組的充電接口有銹蝕現象。

2.2 建議意見

1）在考慮設備的防水要求時，除了對設備本身提出防水的要求外，還應當考慮配套設備的防水性能。比如，背負物聯網通信設備的主要需要防水，但是在實際應用時，在渡水的情況下物聯網通信設備的配套設備，如電池、天線等設備也需要防水.因此，建議對有防水要求的設備，在其配套件的選型時也要考慮和主機相同的環境條件要求。

2）從試驗結果來看，由于海水具有一定的腐蝕性，在浸泡過海水之后需要對設備進行及時的清洗，已清除設備表面的鹽分.

3）建議在產品的設計開發階段，針對在海洋環境下應用的設備應考慮增加對設備的浸漬的防護，這樣在武裝泅渡等條件下就可以很好的對設備進行防水保護。

3 海水實驗的優勢以及與鹽霧實驗的區別

海水試驗是一種自然環境試驗，目的是考核設備在海洋的自然環境條件的適應能力。與在實驗室進行的環境試驗相比，自然環境試驗具有以下幾個方面的優勢：

圖1 背負式設備海水浸漬試驗

圖2 車載式設備海水浸漬實驗

圖3 背負設備電池海水浸漬實驗

1）與環境試驗室的環境試驗相比推薦的方法是自然環境試驗，只有當自然環境試驗無法滿足時才考慮采用環境試驗室的模擬試驗。環境試驗室的模擬試驗只能盡可能去模擬自然環境條件下的環境及指標等，但是不能完全代替自然環境試驗。環境試驗室的試驗原理和試驗方法均來源于自然環境試驗，均要根據設備的使用場景和具體環境的測量數值來選擇試驗的條件和等級，只有當不具備自然環境試驗條件或者不方便實施的時候才推薦進行環境試驗室的模擬試驗。

2）海水試驗的部分指標在環境實驗室無法進行模擬，比如該試驗中的海水的成分、流速、溫度以及海水對設備的沖擊效應等，這些在環境試驗室中均無法進行模擬。因此，環境實驗室中的模擬試驗無法完全代替自然環境試驗，從而會造成部分環境實驗室考核通過但是在實際使用環境下會出現故障的現象發生。

3）環境試驗室的試驗條件由國家標準和軍用標準規定，試驗條件相對固定，但由于不同地方的海洋氣候其地理位置不同、海水成分不同、海水流速不同等因素造成了不能用一個統一的標準來完全模擬不同地區的海洋氣候條件。并且，已經形成的標準是根據數年之前的測量數據編制而成，隨著時間的流逝，這些數據不一定能概括目前的現狀。因此，根據設備的不同使用場景所進行的自然環境試驗數據更可信，更能反映出設備在此環境下使用會暴露的問題，也更具備推廣和應用的價值。

與已經形成標準的鹽霧實驗相比，兩者有著如下的不同點：

1）實驗環境不同：與鹽霧實驗相比，本文中提出的試驗方法屬于自然環境試驗的范疇，與鹽霧等在環境實驗室中進行的環境試驗相比屬于兩種不同的試驗方法。

2）實驗目的不同：本文介紹的試驗方式是考察設備的防海水浸漬的能力以及試驗結果評估海水對通信設備及其附件產生的短期和長期的影響；而鹽霧試驗是看設備的構成材料對鹽霧的防護能力，兩者的實驗目的和考核內容不同。

3）實驗方式不同：由于鹽霧試驗是在實驗室中進行，可以控制試驗箱的溫度，并將其調整到所要達到的溫度（比如35 ℃）。而本文中所提出的海水試驗時無法控制海水溫度、流速、鹽分等指標，只能在試驗前和試驗中如實記錄上述指標，并對比上述指標對實驗結果的影響。

4 結束語

本文介紹了海水試驗的目的、意義，具體實施方法及步驟，通過試驗發現了問題并給出了相關的意見和建議。隨著海洋開發力度的不斷加大，越來越多的物聯網設備在海洋探測、海洋感知以及信息傳輸等方面起到越來越重要的作用。因此，研究海洋等自然條件下的環境試驗的試驗方法以及組織實施就成為一個緊迫的任務。