浅谈车载雷达机电一体化系统的可靠性设计

2019-04-16 09:35陈东星陈兴谢众
科学与技术 2019年17期
关键词:机电一体化可靠性

陈东星 陈兴 谢众

摘要:文中从可靠性设计意义、三防设计、热设计、裕度设计、电磁兼容性设计等方面对车载雷达系统的可靠性设计进行了初步探讨,目的在于提高车载雷达系统的可靠性。

关键词:机电一体化;可靠性;裕度设计;电磁兼容性

1.概述

车载雷达系统由于其工作环境的多变性、再加上其自身复杂性、重要性和特殊性的特征,其可靠性的要求对比其他机电一体化系统就显得更为引人关注。

2.可靠性设计

可靠性设计工作应注意以下几个方面:

理性估计现有的技术水平,尽量采用成熟的技术、标准的原材料和元器件、现有的工艺水平来完成设计;

准确掌握产品在使用中遇到的各种环境条件,采取相适应的可靠性设计方法,以增强产品恶劣环境下的适应能力;

考虑到雷达行业的特殊性,在收发分系统、T/R电源等关键部位进行冗余设计;

3.元器件的选用

元器件是机电一体化系统可靠性的基础之一,由于车载雷达使用环境的复杂性,元器件的选用问题也就显得更为重要。

3.1元器件的选用原则

根据元器件使用时的应力情况,按照降额设计的原则进行元器件的筛选;

关键件应选用军用级以上的元器件,根据使用环境要求,非关键件可选用标准的、系列化的元器件,对非标准的元器件按要求进行严格的验证;

元器件应优先从军方及本单位的元器件优选手册中选用。

3.2器件封装结构和质量等级的选择

3.2.1 器件封装结构的选择

由于车载雷达使用环境的苛刻,因此,应优先选用金属、陶瓷或低熔点玻璃封装的器件。

3.2.2 质量等级的选择

对可靠性要求高的产品,优先选用通过生产线军用标准认证并已上质量认证合格产品目录表的元器件;

关键件、重要件、分配可靠性高、基本失效率高的元器件应当选用质量等级高的元器件;

其它元器件可按其生产执行标准,参照国标中质量等级顺序选用。

3.3 降额设计

3.3.1 降额设计的依据

降额设计就是使电路中元器件的实际工作应力低于其额定值,以保证元器件较低的失效率。

3.3.2 降额等级

对不同的元器件,在不同的应用场合,实行不同的降额等级:

元器件的工作应力必须进行降额设计。

3.4三防设计

在潮湿、盐雾和霉菌等恶劣环境中会降低材料的绝缘强度,引起漏电,导致雷达设备故障。因此,必须采取减少环境条件对雷达系统可靠性影响的各种方法,保证雷达的工作性能。

3.4.1 防潮设计

選用吸湿性小的元器件和材料,合理选择喷涂、浸渍、灌封、憎水等处理方式,针对重要位置做密封结构处理。

3.4.2 防霉设计

选用抗霉材料,根据使用环境要求采用防霉剂进行相应处理。

3.4.3 防盐雾设计

选用防潮和防腐能力强的材料,并针对重要位置做密封结构处理。

4.热设计

为了使元件不在过高温度下工作,避免参数漂移、保持电气性能稳定及提升电子产品的可靠性,应针对不同部位采用液冷、冷板、空调等散热方式,以使整个系统工作在合理的温度范围内。部分措施如下:

尽量选用低功耗器件;

电路板布局应对发热元器件、热敏元器件进行合理布局;

印制板尽量选用介质损耗小、介电常数低,具有优良介电性能和化学稳定性,热传导性能好的板材;

尽量选用厚度大的印制板,以利于印制线的导热和自然对流散热。

5.裕度设计

裕度设计又称“漂移设计”或“容差设计”。为防止电路因公差、环境、电压、负荷等变化,造成漂移性故障。裕度设计包括性能裕度和可靠性指标裕度设计两项内容。部分措施如下:

将雷达系统可靠性指标提高20%后分配给各个分系统;

雷达各分系统指标留有一定裕度,确保雷达系统性能指标有一定裕度。

电站应留有充分的功率余量,以满足整机在高海拔环境的用电。

发射功率在发射组件故障一定数量时,整机威力仍然能达标。

6.电磁兼容性设计

电磁兼容是指产品或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。包括电磁干扰(EMI)和电磁敏感度(EMS)两个方面。

电磁兼容性设计主要措施如下:

6.1抑制干扰源的影响:

直流电源的去耦、交流电源变压器的电磁屏蔽、采用独立电源等措施。

6.2切断干扰的耦合通道:

适当的接地、根据不同性质信号选用适配的导线等施。

6.3提升电路的抗干扰能力:

设计增加电磁屏蔽、滤波、去耦等措施。

7.软件可靠性

软件的可靠性不仅与软件存在的差错(缺陷)有关,而且与系统的输入和系统使用有关。具体措施如下:

开展软件工程化工作,减少软件缺陷;

严格软件技术状态管理,不同阶段的软件进入不同的受控库,经系统测试合格后才可进入产品库受控。

8.安全性设计

雷达系统存在高压、高温、机械运动等不安全因素,因而在安全性设计采取了如下针对性的措施:

8.1 防止电危险的安全性设计

在明显位置设置紧急停机按钮,在出现紧急情况时按下按钮可直接断电;

设置过压、过流和漏电保护装置;

电源和高压部位应当设置明显标志(U、V、W)和标牌(高压符号);

系统对外电源进出接口、电信号进出接口均配置SPD浪涌保护器。

8.2 防止机械危险的安全性设计

运动部件设置防护装置以保证设备及操作人员的安全;

设备的边角应当多设计为弧形;

门、抽屉等运动部件,应设置连锁装置;

在危险的部位,设置明显的危险标识。

8.3使用与定期维护

按照随机配备的维修保障手册正确使用与定期维护也是提高雷达系统可靠性的重要内容。

9.结语

随着机载雷达使用环境变的越来越恶劣,对车载雷达系统可靠性的要求也越来越高。本文仅仅对雷达系统可靠性的内容进行了初步的探讨,以供设计人员了解与参考。

参考文献

[1]王世萍,朱敏波.电子机械可靠性与维修性[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2]谢云叶.机电一体化系统与产品的可靠性设计分析[J].机电工程技术,2004,33(7):15-16.

(作者单位:武汉滨湖电子有限责任公司)

猜你喜欢
机电一体化可靠性
高密度存储服务器可靠性设计与实现①
高密度存储服务器可靠性设计与实现
基于大小交路套跑对地铁不均衡客流的可靠性分析
可靠性增长试验与相关概念的关系及作用研究
民用飞机供应商可靠性管理研究
J.D. Power发布2016年中国车辆可靠性研究SM(VDS)报告
机电专业技能实训教学模式研究与实践
基于“教学做”合一模式下的高职机电一体化专业高等数学教学实践探索
基于“教学做”合一模式下的高职机电一体化专业高等数学教学实践探索
机电一体化技术教学模式探索