7.5 Повышение устойчивости радиоэлектронной и оптической  аппаратуры

Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию ударной волны.

Для оценки устойчивости прибора к ударной нагруз­ке целесообразно считать, что на него в первые доли секунды будут одновременно действовать сила от избыточного давле­ния ударной волны и сила давления скоростного напора.

Сум­марная сила будет равна:

                                                                               (7.1)

где Рф – избыточное давление во фронте ударной волны; Рск – давление скоростного типа; S – площадь стенки прибора, на которую действует сила FΣ. Известно, что сила инерции (Fи) равна сумме действующих сил и реакций связи (для незакрепленного прибора – это сила трения):

                                                                            (7.2)

где m – масса прибора; а – ударное ускорение; Fтр – сила трения. Учитывая, что Fтр << FΣ, можно записать:

                                                                                   (7.3)

Обычно для всех приборов допустимая величина ускорения задается (рассчитывается) и отмечается в техническом паспорте на прибор. В некоторых случаях может задаваться допусти­мая величина перегрузки, равная , где g - уско­рение свободного падения тела; адоп - допустимое ускорение. Зная допустимое значение перегрузки, массу прибора и его размеры, можно определить допустимую суммарную силу.         

                                                                                  (7.4)

Масса прибора составляет m = 1,5 кг. Допустимая величина ускорения прибора равна aдоп = 98 м/c2. Следовательно, допустимая суммарная сила будет равна:

     Н.

Далее находим допустимое давление, при котором прибор не разрушится и не получит существенных повреждений:

                                                                                    (7.5)

Площадь самой широкой стенки прибора равна S = 0,04 м2.

Тогда

.

По величине ΔPдоп, используя график (рисунок 7.1), находим ΔPф, которое соответствует допустимому давлению. Прибор будет работать устойчиво, если ΔPдоп ≥ ΔPф, где ΔPф – избыточное давление, действующее на прибор.

Рис. 7.1 - Нахождение допустимого давления

По теореме синусов ΔPф доп = (ΔPдоп/sin 57°)·sin33° = 2695 Па. Отсюда следует, что прибор будет работать устойчиво.

Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию теплового (светового) излучения.

Основным параметром, характеризующим поражающее действии теплового излучения, является тепловой импульс Uт (Дж/м2). Величину теплового импульса можно рассчитать.

Критерием устойчивости радиоэлектронных и оптических приборов и систем к воздействию теплового излучения является максимальная величина теплового импульса, при которой не происходит нарушения функционирования прибора или системы.

Радиоэлектронные и оптические приборы размещены в корпусах (кожухах) эксплуатируются преимущественно в помещениях. Поэтому аппаратура от непосредственного воздействия теплового излучения защищена.

Однако по­мещения, в которых она расположена, могут быть выполнены из сгораемых материалов и под действием теплового излу­чения могут загореться. В результате произойдет нагрев аппаратуры, возможна засветка оптических приборов. Оценка вероятности загорания помещений и элементов аппаратуры производится с помощью таблиц, приведенных в  [28].

Прибор будет эксплуатироваться в кирпичном здании, имеющем крышу, покрытую рубероидом. Максимальная энергия светового импульса необходимая для его воспламенения будет равна Uс = 840 кДж/м2.

До ближайшего здания, в котором будет находится разрабатываемое устройство около 30 м. По таблице из [28] определим вероятность распространения пожара между зданиями. Она будет равна 23%.

Оценим значение теплового импульса, необходимого для воспламенения прибора.         

                                 , кДж/м2,                            (7.6)

где Uc – световой импульс; Kп – коэффициент поглощения; α – угол между перпендикуляром и направлением света.

Крыша здания изготовлена из рубероида черного цвета, следовательно коэффициент поглощения Kп=0,99. Угол между перпендикуляром и распространением свет примем равным α = 30º.

 кДж/м2.

Определим прирост температуры за счет теплового излучения:

                                  , К,                                        (7.7)

где ρ – плотность материала кожуха, кг/м3; с – теплоемкость материала прибора, Дж/кг, К; δ – толщина листа корпуса прибора.

Корпус прибора – сталь, толщиной 1 мм, ρ = 7700 кг/м3, с =  0,5 Дж/кг, δ = 0,001 м. Следовательно, прирост температуры будет равен:

Зная ΔT, можно определить температуру нагрева:

                                 ,                                           (7.8)

где Tр – рабочая температура прибора. Она равна Tр = 20ºС = 293 K. Таким образом температура нагрева будет равна:

.

Прибор будет работать устойчиво, если допустимая температура  меньше температуры нагрева. Допустимая температура работы прибора    Тдоп = 45ºС = 320K. Следовательно, при такой величине светового импульса прибор выйдет из строя.

Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию ионизирующих излучений.

Известно, что в первые  секунды после ядерного взрыва на аппаратуру действует проникающая радиация (в основном γ-излучение и поток нейтронов), а в после­дующем – радиоактивное излучение зараженной местности (главным образом β- и γ-излучения). Все эти излучения явля­ются ионизирующими. Воздействуя на неорганические и орга­нические материалы, они могут вызывать обратимые и необра­тимые изменения в различных элементах радиоэлектронной и оптической аппаратуры, что будет вести к сбоям или отказам в работе. Поэтому там, где имеется такая аппаратура, необхо­димо производить оценку устойчивости работы ее в условиях воздействия радиоактивного излучения. Особенно подверже­ны воздействию ионизирующих излучений полупроводнико­вые, газоразрядные вакуумные приборы, некоторые типы кон­денсаторов и резисторов, оптическое стекло (эти излучения могут существенно увеличить оптическую плотность).

Критерием оценки устойчивости работы электронных сис­тем при воздействии ионизирующих излучений являются мак­симальные значения интегрального потока нейтронов Фп, дозы Dγ и мощности дозы Рγ, при которых работа этих систем нару­шается.

При радиоактивном заражении местности мощность дозы γ-излучения невелика и ее воздействие на аппаратуру и мате­риалы можно не учитывать.

Оценка устойчивости аппаратуры производится по каждому параметру отдельно. Сравнивая рассчитанные величины параметров Фп, Dγ и Рγ с Пкр (табличными), определяем наиболее подверженные воздействию радиоактивного излучения (слабые) элементы.

Оценку устойчивости аппаратуры к ионизирующим излучениям можно произвести и таким образом: составляем перечень элементов прибора, чувствительных к радиоактивному излучению, и вносим их в сводную таблицу 7.1; определяем по таблицам Пкр для каждого элемента по всем параметрам проникающей радиации (Фп, Dγ и Рγ). Полученные результаты с помощью условных обозначений вносим в сводную таблицу; определяем наиболее уязвимые элементы прибора; определяем целесообразные пределы повышения устойчивости слабых элементов. На стадии проектирования можно рекомендовать замену одних элементов другими.

Таблица 7.1 - Элементы, чувствительные к радиоизлучению

После того, как оценка дана, вырабатываются мероприя­тия по повышению устойчивости работы приборов в условиях воздействия ионизирующих излучений.

Как видно, самыми чувствительными элементами к излучению являются транзисторы, диоды и микросхемы.

Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию электромагнитного импульса.

Критерием устойчивости работы электронных систем при воздействии электромагнитного импульса (ЭМИ) является ма­ксимальная величина энергии, поглощенная функциональны­ми элементами системы, при которой не происходит наруше­ние функционирования системы. В общем случае для оценки устойчивости работы аппаратуры необходимо оценить энергию ЭМИ поглощенную системой, и сравнить ее с той величиной энергии, при которой аппаратура перестает нормально функ­ционировать. В нашем случае можно рекомендовать следующий порядок оценки:

-     проводят анализ электронной системы с целью выявле­ния в ней чувствительных к ЭМИ элементов и определяют дли­ны линейных проводников, связанных с этими элементами. Данные анализа представляют в виде таблицы 7.2;

-     определяют поправочные коэффициенты Кп по формуле:

,                                       (7.9)

где lэ – наибольший размер элемента; lл – размер неэкранированного линейного проводника, связанного с элементом.

- определяют пороги устойчивости выявленных элемен­тов Пкр.сх:

,                                            (7.10)

где Пкр - табличное, значение   порога  устойчивости для данного элемента.

Все эти данные заносятся в таблицу 7.2, затем производится ее анализ,  и выявляются наименее устойчивые элементы в системе (аппаратуре).

Затем разрабатывают, предложения по повышению устойчивости при воздействии ЭМИ.

Таблица 7.2 - Элементы, чувствительные к электромагнитному импульсу

Повышение устойчивости (защита) аппаратуры.

Рассмотрим способы повышения устойчивости радиоэлектронных и оптических приборов и систем к воздействию ударной волны,  теплового излучения, ионизирующих излучений и ЭМИ. Защита от воздушной ударной волны может  быть обеспечена размещением аппаратуры в заглубленных помещениях, надежным креплением к основанию, созданием специальных защит­ных упругих навесов, кожухов, зонтов, металлических сеток и т. д. Эти мероприятия способствуют защите, как от непосред­ственного воздействия ударной волны, так и от разрушающего действия обломков и осколков.

Основными способами защиты радиоэлектронных и опти­ческих систем от теплового (светового) излучения являются: размещение аппаратуры в сооружениях, построенных из несгораемых материалов, или обработка сгораемых мате­риалов защитными составами; замена сгораемых элементов на несгораемые; защита сгораемых элементов легкими несгораемыми экранами; снабжение светоприемников аппаратуры закрытыми светопроводами или защита их блендами для уменьшения вероятности прямого воздействия светового излучения; снабжение аппаратуры системой автоматической венти­ляции для поддержания температуры внутри блоков на до­пустимом уровне.

Для защиты аппаратуры от ионизирующих излучений при­меняются различной конструкции экраны и кожухи. Важ­нейшие требования к материалам, из которых изготавливают­ся защитные устройства, следующие: в состав материалов должны входить элементы с боль­шой атомной массой; защитные материалы должны включать легкие элемен­ты, хорошо замедляющие промежуточные нейтроны, а также элементы, поглощающие замедленные нейтроны без образова­ния γ – излучения.

Основными способами повышения устойчивости радиоэлектронных и оптических систем к воздействию ЭМИ являются: выбор наиболее стойких к воздействию ЭМИ функцио­нальных элементов систем; рациональное пространственное размещение узлов и схем системы; создание стойких к действию ЭМИ радиоэлектронных и оптических схемных решений; применение мер специальной защиты; изменение порядка функционирования системы при по­даче сигнала воздушной тревоги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведем краткое описание полученных результатов.

Конструктивные расчеты: размер печатной платы узла А1 – 40×50 мм; размер печатной платы узла А2 – 160×80 мм; габариты устройства 250×160×120 мм;  коэффициент заполнения устройства по объему – 0,02; вероятность безотказной работы – 0,846 в течение 5000 часов.

Технологические расчеты: коэффициент технологичности – 0,9         (0,7 – заданный); тип производства – крупносерийный; штучно-калькуляционное время сборки  – 12,9 мин.

Отпускная цена единицы продукции с учетом НДС – 159600 р.

Исходя из приведенного выше можно сказать, что разработанное устройство способно на сегодняшний день конкурировать с аналогами на рынке частотных преобразователей.

ЛИТЕРАТУРА

1.                 #"#">#"#">#"#">#"#">http://www.izovolt.ru

10.             Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990.-528 с.: ил.

11.             Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования,  технологии и надежности. - Мн. : Дизайн ПРО, 1998. 335 с.

12.             Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства. Курсовое проектирование: Учебное пособие / Ануфриев Л.П., Бондарик В.М. Ланин В.Л., Хмыль А.А. - Мн.: Бестпринт, 2001. – 144 с.: ил.

13.             Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник / Достанко А.П., Ланин В.Л., Хмыль А.А., Ануфриев Л.П.; Под общей редакцией Достанко А.П.- Мн.: Вышэйшая школа, 2002. – 415 с.: ил.

14.             http:// www.clever.ru

15.             Трудовой кодекс Республики Беларусь.: - текст Кодекса по состоянию на 3 ноября 2006 г. – Мн.: Амалфея, 2006.-272с.

16.             ГОСТ 12.0.002-80 «ССБТ. Термины и определения».

17.             ГОСТ 12.0.003-74 «ССБТ Опасные и вредные производственные факторы. Класси­фикация».

18.              СНБ 2.04.05-98 “Естественное и искусственное освещение”.

19.             СНиП 2.04.05-91 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.

20.             ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны”.

21.             ГОСТ 12.1.019-79 «ССБТ. Электробезопасность. Общие требования».

22.              Межотраслевая типовая инструкция по охране труда при работе с персональными компьютерами.: утв. Постановлением М-ва труда и соц. защиты Республики Беларусь от 30 ноября 2004г. №138: текст приведен по состоянию на 14 сентября 2005г.-Мн.: Дикта, 2005.-20с.

23.             СанПиН РБ 11-15-94 «Санитарные правила для процессов пайки изделий сплавами, содержащими свинец».

24.             СТБ 11.0.02–95 ССТБ. Пожарная безопасность. Общие термины и определения.

25.              СНБ.2.02.02-01 “Эвакуация людей из зданий и сооружений при пожаре”.

26.             НПБ 28-2001 «Нормы пожарной безопасности Республики Беларусь. Пожарная техника. Огнетушители. Требования к эксплуатации».

27.              Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Учебно методический комплекс. Калван Э.П.

28.             Защита населения и объектов народного хозяйства в чрезвычайных ситуациях. Под. ред. М. И. Постника.

29.             Атаманюк В.Г., Ширшев Л.Г., Акимов Н.И. Гражданская оборона. – М.: Высшая школа, 1986.

30.             Егоров А.А. Гражданская оборона. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1977.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Перечень элементов ПАЛ.437293.001 ПЭ3

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)

Спецификация ПАЛ.302821.001

ПРИЛОЖЕНИЕ В

(обязательное)

Спецификация ПАЛ.302822.001

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(обязательное)

Спецификация ПАЛ.437293.001

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

(обязательное)

Деталировки корпуса, оригинальных изделий

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

(обязательное)

Комплект документов на технологический процесс сборки и монтажа

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14