物联网通信设备海水试验方法探讨

郑志国

（1.海南科技职业大学信息工程学院，海口 570100 2.海南大学信息与通信工程学院，海口 510500）

引言

现阶段随着海洋开发力度不断加大以及海洋通信设备的持续投入，海水以及海洋环境对通信设备的影响则成为急需研究的课题。以及由于风浪、海水流速等外界条件影响造成海水浸渍与试验室的浸渍试验还存在一些不同之处。因此，研究海水浸渍试验对物联网通信设备及其附件产生的影响，根据试验情况整理出一套海水浸渍试验方法对提高通信设备的环境适应性和可靠性具有重要作用，同时也对了解诸如武装泅渡、海训等行动时海水对通信设备造成的影响，都具有着重要的意义。

1 海水试验步骤

海水对金属材料及其制品会造成腐蚀，研究这一特性对新一代野战物联网通信设备及其附件产生的影响，对提高物联网通信设备的环境适应性和可靠性，为了解诸如武装泅渡、海训等行动可能造成的影响，都有着重要的研究意义。

1）试验内容

①背负式物联网通信设备及其附件的海水浸渍；

②车载物联网通信设备天线及底座在海水浸渍（此处只考虑暴露在车体外面的部分）。

2）试验场地

海南热带沿海地区。典型海域为南海，海水平均表层温度为（10～35）℃，表层最大盐度为37 %。

3）环境监测项目

试验时对太阳辐射强度、空气湿度、风速、降水（时间、量）、海水（表层温度、表层最大盐度、海浪、海流表层速度）等外界环境因素进行记录。

4）试验时间

海南每年5～10月是一年中温度最高的时间，因此选择该时段的中午11点至下午4点左右的时间，此时海南温度为每天的最高值，有利于更好的激发出故障。

5）浸渍深度

背负式物联网通信设备及其附件采用（0.2～0.3）m覆盖深度，这个数值考虑了武装泅渡和登陆作战的应用条件，该深度不考虑物联网通信设备意外落入海水中的情况。

车载天线及底座采用1 m覆盖深度，这个数值考虑了坦克和装甲车涉深水时的应用条件，以及海浪对此造成的影响。

6）浸渍时间

背负式、手持式涉水时间为30 mins，车载式涉水时间1 h。如果为了检验产品在海水中浸渍多长时间会失效，则采用多组物联网通信设备分别浸渍不同时间并进行多次观察，统计试验时间直至产品部分失效或全部失效。

7）试件工作状态

由于预期的实际应用环境不可知，试验可考虑完成静态（物联网通信设备不加电工作）和动态（物联网通信设备加电工作，试验前应考虑此种方式是否对物联网通信设备或人体造成伤害）试验。

8）样品数量

为了分析试验效果，试验样品建议选择同一批次的物联网通信设备，数量应不小于3部，其中1部作为封样。

9）试验准备

①设备安装

背负式物联网通信设备及其附件安装到背架上，车载天线及天线座固定到试验支架上。试验时样品可通过试验支架放置于近海位置（该方法有可能受潮汐影响，浸渍深度会产生变化），也可使用绳索吊于浮排下进行。

②试验记录

环境监测记录表格内容包括：时间、日期、太阳辐射强度、海水表面空气湿度、海水温度、盐度、流速、测试人员签名和审核员签名等。

电性能指标包括：物联网通信设备及附件的主要指标测量。

功能外观记录表包括：物联网通信设备及附件表面的完整性和功能的正常实现。

③预处理

涉水前应将物联网通信设备接口、电池自带的防水或防尘帽盖上。

10）试验实施

①初始检测

设备安装到试验支架前，按试验记录中要求的项目进行测试并记录。

②试验流程

步骤1：将物联网通信设备安装在试验支架上置于沙滩上暴晒1 h，使物联网通信设备表面温度与海水温度形成一定的温差，然后试验样品放入海中，并记录环境指标；

步骤2：在确保人身安全条件下，物联网通信设备开机进行通信试验（为了安全起见，此项目可以省略不做）。

步骤3:物联网通信设备保持关机状态，将物联网通信设备及其天线在海水中放置1 h后，将物联网通信设备从海水中取出，其中1部马上用淡水冲洗干净，另1部物联网通信设备不用淡水冲洗，间隔24 h后检查物联网通信设备及天线的外观和功能，并记录。

11）结果分析

试验结束后，必须评估海水对物联网通信设备及其附件产生的短期和长期影响，综合试验数据及实际任务剖析，考虑是否进行失效规律试验。

2 实验结果分析及建议

2.1 试验结论

1）物联网通信设备主机未进水，试验之后指标及功能均正常。

2）短波及超短波的电池接口处有进水，试验样品在放置1天后，1部超短波物联网通信设备（浸渍2 h）的正极接口有轻微锈蚀现象，波段旋钮开关有锈蚀现象。

3）全部的鞭天线的天线杆节与节之间的接触面都出现锈蚀现象。

4）2块12 V镍氢电池组的充电接口有锈蚀现象。

2.2 建议意见

1）在考虑设备的防水要求时，除了对设备本身提出防水的要求外，还应当考虑配套设备的防水性能。比如，背负物联网通信设备的主要需要防水，但是在实际应用时，在渡水的情况下物联网通信设备的配套设备，如电池、天线等设备也需要防水.因此，建议对有防水要求的设备，在其配套件的选型时也要考虑和主机相同的环境条件要求。

2）从试验结果来看，由于海水具有一定的腐蚀性，在浸泡过海水之后需要对设备进行及时的清洗，已清除设备表面的盐分.

3）建议在产品的设计开发阶段，针对在海洋环境下应用的设备应考虑增加对设备的浸渍的防护，这样在武装泅渡等条件下就可以很好的对设备进行防水保护。

3 海水实验的优势以及与盐雾实验的区别

海水试验是一种自然环境试验，目的是考核设备在海洋的自然环境条件的适应能力。与在实验室进行的环境试验相比，自然环境试验具有以下几个方面的优势：

图1 背负式设备海水浸渍试验

图2 车载式设备海水浸渍实验

图3 背负设备电池海水浸渍实验

1）与环境试验室的环境试验相比推荐的方法是自然环境试验，只有当自然环境试验无法满足时才考虑采用环境试验室的模拟试验。环境试验室的模拟试验只能尽可能去模拟自然环境条件下的环境及指标等，但是不能完全代替自然环境试验。环境试验室的试验原理和试验方法均来源于自然环境试验，均要根据设备的使用场景和具体环境的测量数值来选择试验的条件和等级，只有当不具备自然环境试验条件或者不方便实施的时候才推荐进行环境试验室的模拟试验。

2）海水试验的部分指标在环境实验室无法进行模拟，比如该试验中的海水的成分、流速、温度以及海水对设备的冲击效应等，这些在环境试验室中均无法进行模拟。因此，环境实验室中的模拟试验无法完全代替自然环境试验，从而会造成部分环境实验室考核通过但是在实际使用环境下会出现故障的现象发生。

3）环境试验室的试验条件由国家标准和军用标准规定，试验条件相对固定，但由于不同地方的海洋气候其地理位置不同、海水成分不同、海水流速不同等因素造成了不能用一个统一的标准来完全模拟不同地区的海洋气候条件。并且，已经形成的标准是根据数年之前的测量数据编制而成，随着时间的流逝，这些数据不一定能概括目前的现状。因此，根据设备的不同使用场景所进行的自然环境试验数据更可信，更能反映出设备在此环境下使用会暴露的问题，也更具备推广和应用的价值。

与已经形成标准的盐雾实验相比，两者有着如下的不同点：

1）实验环境不同：与盐雾实验相比，本文中提出的试验方法属于自然环境试验的范畴，与盐雾等在环境实验室中进行的环境试验相比属于两种不同的试验方法。

2）实验目的不同：本文介绍的试验方式是考察设备的防海水浸渍的能力以及试验结果评估海水对通信设备及其附件产生的短期和长期的影响；而盐雾试验是看设备的构成材料对盐雾的防护能力，两者的实验目的和考核内容不同。

3）实验方式不同：由于盐雾试验是在实验室中进行，可以控制试验箱的温度，并将其调整到所要达到的温度（比如35 ℃）。而本文中所提出的海水试验时无法控制海水温度、流速、盐分等指标，只能在试验前和试验中如实记录上述指标，并对比上述指标对实验结果的影响。

4 结束语

本文介绍了海水试验的目的、意义，具体实施方法及步骤，通过试验发现了问题并给出了相关的意见和建议。随着海洋开发力度的不断加大，越来越多的物联网设备在海洋探测、海洋感知以及信息传输等方面起到越来越重要的作用。因此，研究海洋等自然条件下的环境试验的试验方法以及组织实施就成为一个紧迫的任务。