火炮發(fā)射惡劣環(huán)境下存儲(chǔ)測(cè)試儀的可靠性設(shè)計(jì)

謝 銳，，裴東興，

(1.中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030051；2.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030051)

火炮發(fā)射惡劣環(huán)境下存儲(chǔ)測(cè)試儀的可靠性設(shè)計(jì)

謝 銳1，2，裴東興1，2

(1.中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051；2.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原030051)

存儲(chǔ)測(cè)試儀是火炮發(fā)射過程中動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試的首選裝置，在使用中往往面臨惡劣的測(cè)試環(huán)境，其可靠性是影響測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。通過分析惡劣環(huán)境因子對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試儀輸出的影響，分別從電路模塊、電池和防護(hù)殼體幾個(gè)主要部件進(jìn)行失效模式分析，并針對(duì)性地提出了提高其可靠性的有效方法，詳細(xì)說明了真空灌封的工藝流程，對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試儀的可靠性設(shè)計(jì)有一定的價(jià)值。

儀器儀表技術(shù)；惡劣環(huán)境因子；電路可靠性；電池可靠性；防護(hù)殼體；真空灌封

火炮發(fā)射過程中存在高速、高溫、高壓、高沖擊、高瞬態(tài)性和強(qiáng)電磁干擾等不利因素，存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)是在特殊環(huán)境條件下完成各種動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試的有效方法[1]。測(cè)試時(shí)需要把測(cè)試儀放置到被測(cè)對(duì)象內(nèi)或被測(cè)環(huán)境中，測(cè)試儀將承受與被測(cè)對(duì)象相同的惡劣環(huán)境力的作用，對(duì)其性能將產(chǎn)生影響。為了不改變被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，減少介入誤差，對(duì)測(cè)試儀的體積和質(zhì)量也有嚴(yán)格限制。為了保證測(cè)試的有效性,測(cè)試結(jié)束后能可靠地回收數(shù)據(jù)，要求存儲(chǔ)測(cè)試儀具有高可靠性；同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試儀的可靠性研究及驗(yàn)證也是評(píng)價(jià)鑒定其可靠性水平和提高產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)[2]。

存儲(chǔ)測(cè)試儀一般由傳感器、電路模塊、電池、連接導(dǎo)線和保護(hù)殼體構(gòu)成，各部件的可靠性共同決定了測(cè)試儀的可靠性。目前，對(duì)于高沖擊下傳感器的可靠性研究較多，文獻(xiàn)[3]對(duì)加速度傳感器進(jìn)行了沖擊測(cè)試，分析傳感器結(jié)構(gòu)在高沖擊環(huán)境下的輸出信號(hào)及可靠性，總結(jié)出大量程加速度傳感器在高沖擊環(huán)境下的失效模式；文獻(xiàn)[4]分析了高沖擊環(huán)境下器件的失效機(jī)理, 從材料、結(jié)構(gòu)和封裝等方面介紹了3種防護(hù)措施；文獻(xiàn)[5]對(duì)壓阻式懸臂梁加速度計(jì)在不同的環(huán)境下的失效模式進(jìn)行了討論, 并給出了一些加速度計(jì)可靠性設(shè)計(jì)方面的建議；文獻(xiàn)[6]分析了高沖擊加速度傳感器靈敏度橫向效應(yīng)產(chǎn)生原因與測(cè)試儀整體力學(xué)模型，測(cè)試儀結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)傳感器裝配方式可導(dǎo)致測(cè)試誤差。筆者主要對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試儀的其他組成部分的可靠性進(jìn)行分析，總結(jié)出提高各部分可靠性的設(shè)計(jì)方法。

1 存儲(chǔ)測(cè)試儀可靠性分析

通常在動(dòng)態(tài)測(cè)試中，測(cè)試儀置身于被測(cè)環(huán)境之外，不受惡劣環(huán)境力的影響，測(cè)試儀的體積、質(zhì)量一般不受限制，測(cè)試過程常是模擬的?；鹋诎l(fā)射過程動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試，是把測(cè)試儀直接放置在藥室或藥筒中，測(cè)試儀會(huì)承受發(fā)射過程中惡劣的環(huán)境力的作用，環(huán)境力將影響測(cè)試儀的性能，甚至?xí)p壞測(cè)試儀。惡劣環(huán)境下存儲(chǔ)測(cè)試儀的輸入輸出關(guān)系如圖1所示。

被測(cè)信號(hào)x(t)通過測(cè)試儀系統(tǒng)特性Gs輸出yx(t)。v(t)是第1類環(huán)境因子，是一種調(diào)變信號(hào)，它通過Gvs調(diào)變Gs，通過Gvg調(diào)變Gg，g(t)是第2類環(huán)境因子，是干擾信號(hào)，通過干擾特性Gg直接輸出yg(t)。yx(t)與yg(t)合成為輸出信號(hào)y(t)。常規(guī)動(dòng)態(tài)測(cè)試的信號(hào)數(shù)學(xué)表述為：

y(t)=F[x(t),v(t),g(t),Gs,Gvs,Gg,Gvg]

(1)

式中，Gs可以通過校準(zhǔn)得到測(cè)試儀的靈敏度函數(shù)及其不確定度，Gg可以通過輸入不同的g(t)得到測(cè)試儀對(duì)其的靈敏度函數(shù)及其不確定度，在此基礎(chǔ)上若測(cè)試儀要獲取有效、準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，需要得到Gvs、Gvg與Gs、Gg的關(guān)系，但是建立其函數(shù)關(guān)系是很復(fù)雜的，所以降低惡劣環(huán)境因子的影響是提高存儲(chǔ)測(cè)試儀可靠性的一種重要途徑[7]。

2 電路模塊的可靠性設(shè)計(jì)

電路模塊是存儲(chǔ)測(cè)試儀的核心，是測(cè)試儀失效的主要因素之一，因此在電路模塊的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中需要對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。

2.1電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常用的電路結(jié)構(gòu)可根據(jù)功能單元之間的邏輯關(guān)系分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型。由于測(cè)試儀的體積限制，無法采用大量的并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以測(cè)試儀的電路模塊多采用若干個(gè)單元串聯(lián)而成，每個(gè)單元包括元器件和連線，其可靠性是各單元可靠度的乘積，因此各單元中元器件和連線的數(shù)量直接影響整個(gè)測(cè)試儀的可靠性。測(cè)試儀可靠性模型如圖2所示。

電路模塊的整體可靠度為

(1)

則整體不可靠度為

(2)

當(dāng)Fi很小時(shí)，有：

(3)

(4)

式中：Ri為單元i的可靠度；Fi為單元i的不可靠度。

可見，當(dāng)且僅當(dāng)n個(gè)單元全部正常工作時(shí)，測(cè)試儀才能正常工作，電路模塊的可靠性隨著組成單元數(shù)量的增加而降低。因此需要對(duì)電路模塊進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，即去掉多余或不必要的功能，盡可能減少組成單元的數(shù)量，及其相互間的關(guān)聯(lián)，減少軟件指令數(shù)，并使每一個(gè)元器件的Fi盡可能小。盡可能采用模塊化設(shè)計(jì)，即將其中幾個(gè)相關(guān)模塊集成，既減少了元器件個(gè)數(shù)，又減少了導(dǎo)線數(shù)量，將極大地提高可靠性，同時(shí)也減小了測(cè)試儀體積。

此外，為了保證在一次測(cè)試過程中有效地獲取數(shù)據(jù)，可以對(duì)電路中的重要單元進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。冗余設(shè)計(jì)一般針對(duì)電路中可靠性最低的功能單元，特別是當(dāng)基礎(chǔ)元器件由于各種原因質(zhì)量與可靠性水平比較低，采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)無法滿足測(cè)試儀可靠性要求的情況下。例如：設(shè)計(jì)雙電源保證測(cè)試儀的正常工作，雙觸發(fā)機(jī)制保證可靠的觸發(fā)，備份存儲(chǔ)器保證數(shù)據(jù)的完整獲取。

2.2元器件的可靠性設(shè)計(jì)

電子元器件是構(gòu)成電路模塊最基本的單元，電子元器件的失效與損壞會(huì)直接導(dǎo)致電路功能異常。首先所選用元器件的質(zhì)量和性能指標(biāo)要滿足使用要求，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選抗沖擊性能好的、經(jīng)過可靠性篩選試驗(yàn)和可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的元器件，并且所選元器件要經(jīng)過實(shí)際或模擬的應(yīng)用環(huán)境考核。元器件失效的重要原因之一是其工作在允許的應(yīng)力(電、熱、機(jī)械應(yīng)力)水平之上，因此為提高元器件可靠性延長(zhǎng)其使用壽命，設(shè)計(jì)時(shí)要降低加在元器件上的工作應(yīng)力，使其低于規(guī)定的額定應(yīng)力。電路設(shè)計(jì)過程中為使元器件的電性能合理發(fā)揮，可以采用降額設(shè)計(jì)方法，一般選擇II級(jí)降額幅度，即50%的降額。例如：電阻主要從功率角度考慮，將實(shí)際功率降至額定功率的50%以下；電容主要從電壓角度考慮，將實(shí)際工作電壓降為額定工作電壓的50%以下；二極管主要從電流和電壓角度考慮，防止大電流擊穿，降額50%；邏輯器件主要從容量和頻率響應(yīng)方面考慮；頻率響應(yīng)速度設(shè)計(jì)為最高響應(yīng)速度的50%。同時(shí)注意防過熱、防靜電、防瞬態(tài)過載、防寄生耦合和防干擾，使之符合元器件電性能的要求。

2.3PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)

隨著測(cè)試要求的提高，信號(hào)速率越來越快，電路模塊的功能越來越強(qiáng)，PCB(印制電路板)集成度也越來越高，PCB的可靠性設(shè)計(jì)主要考慮火炮發(fā)射過程中存在的電磁干擾，使電路模塊能夠在復(fù)雜電磁環(huán)境下正常工作，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)試。從PCB的分層、布局及布線3個(gè)方面進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，盡量減小差模信號(hào)回路面積，提高電路的抗干擾能力；通過合理選擇濾波、隔離及匹配等方式減小高頻噪聲電流；通過良好的接地設(shè)計(jì)減小共模電壓。

由于測(cè)試儀體積的限制多采用多層板，在分層設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)線、復(fù)位信號(hào)及各種控制信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)線所在層應(yīng)與完整地平面相鄰，對(duì)信號(hào)線形成均勻的接地面，加大信號(hào)線和接地面間的分布電容，抑制其向空間輻射的能力；數(shù)字信號(hào)地線與模擬信號(hào)地線應(yīng)分離；電源和地線設(shè)置成獨(dú)立的板層，用以降低供電線路阻抗，抑制公共阻抗噪聲，提高電路的抗干擾能力。

PCB布局遵循沿信號(hào)流向直線放置原則，避免信號(hào)直接耦合影響信號(hào)質(zhì)量。若數(shù)字、模擬、高速、低速中多個(gè)部分在同一板上時(shí)要分開布局，避免電路間的信號(hào)串?dāng)_。PCB的電源輸入端和接口電路端的濾波電路及其他防護(hù)及隔離器件應(yīng)靠近端口放置，以達(dá)到更好的效果。時(shí)鐘信號(hào)線與模擬信號(hào)不可并行布置；數(shù)字信號(hào)接口連線應(yīng)遠(yuǎn)離A/D轉(zhuǎn)換器；在芯片的電源和地線之間增加去耦電容，為芯片提供電路輸出狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)所需的大電流，減小電源線上的電流突變時(shí)感應(yīng)出的噪聲電壓。

布線時(shí)要避免直角走線引起的阻抗不連續(xù)，從而產(chǎn)生振鈴或過沖。多層板的兩布線層中的走線要相互垂直，或平行走線長(zhǎng)度小于25.4mm，關(guān)鍵信號(hào)走線和其他同層平行走線應(yīng)滿足3W原則，以減小平行走線之間的串?dāng)_。差分信號(hào)布線應(yīng)同層、等長(zhǎng)、并行，線間無其他走線，保證差分對(duì)的共模阻抗相等，提高信號(hào)抗干擾能力。多層板中的信號(hào)線換層時(shí)，應(yīng)在其換層過孔附近設(shè)計(jì)地過孔，以減小信號(hào)回路面積。

最后，在焊接PCB板并調(diào)試完成后，應(yīng)當(dāng)在-40～120℃之間進(jìn)行若干次溫度沖擊循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)元器件、PCB板以及焊點(diǎn)等進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)和電應(yīng)力老化試驗(yàn)。

3 電池的可靠性設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)測(cè)試儀使用電池供電，電路模塊中的電源管理芯片根據(jù)不同元器件的要求提供不同的工作電壓，電池的可靠性是決定測(cè)試是否成功的另一個(gè)關(guān)鍵因素。經(jīng)過多次電池性能試驗(yàn)并結(jié)合實(shí)測(cè)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，總結(jié)出在惡劣環(huán)境下電池失效的主要原因有：瞬間斷電、內(nèi)部極板斷裂及由于內(nèi)部電解質(zhì)短路而造成的爆炸，因此采取以下措施來提高電池的可靠性。

3.1應(yīng)用環(huán)境下的篩選

使用前根據(jù)測(cè)試環(huán)境的實(shí)際要求，例如高低溫環(huán)境，高沖擊環(huán)境，對(duì)所選用的電池在同樣的環(huán)境下分帶負(fù)載和無負(fù)載兩種模式進(jìn)行嚴(yán)格的篩選試驗(yàn)。選用經(jīng)過考核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗過載能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好的高性能電池。

3.2電池結(jié)構(gòu)及布放

試驗(yàn)表明，沖擊載荷作用方向垂直于電池極板時(shí)電池的可靠性,高于平行于電池極板時(shí)的可靠性，因此要根據(jù)測(cè)試儀使用過程中具體的受力情況對(duì)電池進(jìn)行布放。如果測(cè)試過程中的沖擊載荷比較復(fù)雜，可采用在不同方向上分別布置多個(gè)電池并聯(lián)的供電方式，如圖3所示。為使電池在高沖擊下瞬間斷電時(shí)能夠不間斷給電路模塊供電，采用一個(gè)電容與電池并聯(lián)，并聯(lián)電容一般取較大的容值，這對(duì)電池瞬時(shí)斷電或電壓波動(dòng)能起到一定的補(bǔ)償作用，并且在每個(gè)電池正極串聯(lián)二極管，起到隔離作用以防止電流倒灌，并聯(lián)電池組可以較大地提高供電的可靠性。

3.3功耗降額設(shè)計(jì)

由于存儲(chǔ)測(cè)試儀對(duì)體積的要求比較嚴(yán)格，所能選擇的電池容量一般都很小，相應(yīng)的電池額定放電電流也比較小，且每種電源管理芯片都有其最大輸出電流，因此在系統(tǒng)功耗設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮電池的額定功率和芯片的額定工作電流。系統(tǒng)功耗越大，電池和芯片的熱應(yīng)力越高，由此而引起的熱失效概率也越大。所以，電源管理電路的設(shè)計(jì)必須采用降額設(shè)計(jì)方法，一般采用50%的降額。

4 測(cè)試儀的防護(hù)及強(qiáng)化灌封

4.1防護(hù)殼體

防護(hù)是提高存儲(chǔ)測(cè)試儀抗擠壓能力和抗電磁干擾能力的有效方法，其原理是利用殼體的抗壓強(qiáng)度，隔離內(nèi)部或外部其他零部件作用在內(nèi)部電路模塊和電池上的力，使其在只受自身慣性力的作用下不發(fā)生塑性變形。如果測(cè)試儀的使用環(huán)境中存在強(qiáng)電磁干擾，可通過選取適合的殼體材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的屏蔽，防止對(duì)內(nèi)部電路模塊的功能產(chǎn)生影響，在干擾復(fù)雜的環(huán)境中，也可采用多層屏蔽殼體的結(jié)構(gòu)。

存儲(chǔ)測(cè)試儀通常選用圓柱形殼體，因?yàn)閳A柱殼在高g值沖擊下具有潛在的緩沖吸能作用，能夠起到較好的緩沖效果。在相同初始沖擊加速度下，壁厚相同時(shí)，隨著圓柱殼的直徑減小其緩沖效果越來越明顯;直徑相同時(shí)，隨著圓柱殼壁厚的減小，緩沖效果越來越明顯[8]。測(cè)試儀殼體上的接插件、操作鍵和電纜孔等使得殼體不是一個(gè)完整的封閉體，另外殼體結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)性均會(huì)造成電磁泄漏，以至于降低屏蔽效果。因此在設(shè)計(jì)時(shí)殼體的構(gòu)件之間可以采用凹凸對(duì)接的方式，增加接觸面重疊面積，并在對(duì)接處添加軟性導(dǎo)電材料如導(dǎo)電橡膠墊，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的連續(xù)性，以減小電磁波的縫隙泄漏。

圖4為雙環(huán)境力電池性能存儲(chǔ)測(cè)試儀的防護(hù)殼體，測(cè)試儀的使用環(huán)境中存在高沖擊、高速旋轉(zhuǎn)和磁場(chǎng)干擾，因此殼體分3層。內(nèi)層采用磁導(dǎo)率較高的30#鋼對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。外層為鋁殼進(jìn)一步加強(qiáng)防護(hù)作用，兩層中間放置一層橡膠墊作為緩沖介質(zhì)，有效保護(hù)內(nèi)部電路。在內(nèi)層和外層殼體間有止轉(zhuǎn)銷，防止因測(cè)試儀自身相對(duì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不可靠因素。

4.2強(qiáng)化灌封

存儲(chǔ)測(cè)試儀研制完成后需要將傳感器、電路模塊和電池連接、組裝，按要求合理布置于殼體中，最后采用灌封材料整體灌封在殼體內(nèi)，強(qiáng)化灌封是提高存儲(chǔ)測(cè)試儀抗高過載和強(qiáng)振動(dòng)能力的有效方法。

4.2.1緩沖機(jī)理

在高過載條件下，灌封材料可以對(duì)殼體內(nèi)的部件起到緩沖作用，以減弱或隔離高過載對(duì)內(nèi)部模塊的沖擊。緩沖的原理是利用灌封材料的彈塑性變形及阻尼作用，減弱由于測(cè)試儀加速或減速運(yùn)動(dòng)而作用于內(nèi)部部件上的力，使其承受的過載峰值小于其脆值，緩沖過程可看作能量吸收的過程。除了起到緩沖減振作用以外，灌封材料還能有效地隔離或衰減測(cè)試儀承受高過載時(shí)的應(yīng)力波。由于灌封材料波阻抗低，為鋼材的0.0001～0.001倍，當(dāng)應(yīng)力波從測(cè)試儀透射到灌封材料中時(shí)，應(yīng)力幅值將減小約萬分之一至千分之一。另外，由于灌封材料的粘彈性效應(yīng)和橫向慣性效應(yīng)，使得應(yīng)力波在傳播過程中會(huì)發(fā)生幅值衰減和波形彌散[9]，即起到很好的緩沖效果。

4.2.2真空灌封

為了提高存儲(chǔ)測(cè)試儀的灌封質(zhì)量，避免常規(guī)灌封工藝可能產(chǎn)生的氣泡和裂紋，采用真空灌封技術(shù)。真空灌封技術(shù)包括灌封材料選擇和配制，真空灌封工藝控制，以及真空灌封質(zhì)量檢測(cè)，通過在真空條件下用灌封材料進(jìn)行封裝，最終固化成型，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試儀內(nèi)部件的絕緣保護(hù)，是提高過載能力、防潮、抗沖擊振動(dòng)和有效解決局部擊穿的關(guān)鍵技術(shù)，是降低測(cè)試儀短路風(fēng)險(xiǎn)和提高可靠性的重要手段[10-11]。

灌封材料選擇時(shí)主要考慮材料的膨脹系數(shù)和固化應(yīng)力，確保灌封后元器件管腳焊接的可靠性。配制時(shí)要以測(cè)試儀灌封后達(dá)到最佳抗沖擊性能為目的來確定不同組份的比例，保證測(cè)試儀既具有一定的強(qiáng)度，又具有一定的韌性[12]。根據(jù)多次灌封和測(cè)試結(jié)果，目前采用改性環(huán)氧樹脂和新型固化劑，在中溫或高溫下固化的材料。灌封前，對(duì)測(cè)試儀內(nèi)各部件上的雜質(zhì)進(jìn)行清理，避免引起短路或影響粘結(jié)強(qiáng)度，之后將測(cè)試儀各部件合理組裝于殼體內(nèi)并密封，預(yù)熱至與灌封材料相近的溫度，以避免產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。灌封材料配制時(shí)，先將環(huán)氧樹脂和固化劑經(jīng)過加溫、稀釋，利用真空泵在真空室中進(jìn)行脫泡處理，之后混合攪拌進(jìn)行第2次脫泡處理，配制時(shí)要充分?jǐn)嚢?，使材料處于均勻狀態(tài)，經(jīng)過真空處理的灌封材料質(zhì)地細(xì)密，強(qiáng)度有明顯的提高。然后在一定溫度下對(duì)組裝好的測(cè)試儀進(jìn)行灌封，使其固化成型。固化之前先升高灌封箱內(nèi)壓力，使灌封材料內(nèi)殘留的微氣泡縮小，同時(shí)增加其密實(shí)程度，提高灌封質(zhì)量。灌封材料固化過程中會(huì)放熱，若散熱不及時(shí)會(huì)引起固化反應(yīng)速度加快，導(dǎo)致在短時(shí)間內(nèi)凝膠，因此采用分步灌封的方法，即先將電路掛膠，然后根據(jù)殼體的大小分步封裝。灌封后將測(cè)試儀在真空中進(jìn)行最后一次脫泡處理，并進(jìn)行退火處理消除內(nèi)應(yīng)力，如果灌封材料固化產(chǎn)生收縮，則進(jìn)行補(bǔ)膠處理。

5 結(jié)束語

存儲(chǔ)測(cè)試儀的可靠性是其正常工作的基礎(chǔ)，筆者分析了實(shí)際使用中影響存儲(chǔ)測(cè)試儀可靠性的各種因素，通過降低惡劣環(huán)境因子的影響達(dá)到提高測(cè)試儀可靠性的目的。分別從構(gòu)成測(cè)試儀的元器件、PCB板、電池、防護(hù)殼體幾方面分析了主要的失效原因，通過元器件應(yīng)用環(huán)境下的篩選，PCB板的電磁兼容設(shè)計(jì)，供電電路的冗余結(jié)構(gòu)和殼體防護(hù)及真空灌封等手段，有效地提高了各部分可靠性，使存儲(chǔ)測(cè)試儀在惡劣環(huán)境下能表現(xiàn)出最優(yōu)性能。

References)

[1] 秦麗，陳員娥，李峰. 彈載存儲(chǔ)設(shè)備在侵徹下的失效分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2014，34(4):158-161. QIN Li，CHEN Yuan’e，LI Feng. Failure analysis of missile-borne storage device under penetration[J]. Journal of Projectiles，Rockets，Missiles and Guidance,2014,34(4):158-161.(in Chinese)

[2] 趙小龍，馬鐵華，范錦彪. 彈載常用芯片在高g值沖擊下的失效分析[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2013,34(10):2358-2364. ZHAO Xiaolong，MA Tiehua，F(xiàn)AN Jinbiao. Failure analysis of common missile-borne chip in highgshock[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument,2013,34(10):2358-2364. (in Chinese)

[3] 唐軍，趙銳，石云波，等. 高沖擊環(huán)境下MEMS 大量程加速度傳感器結(jié)構(gòu)的失效分析[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，25(4):483-486. TANG Jun，ZHAO Rui，SHI Yunbo，et al. Failure analysis of the MEMS ultra high measure range accelerometer structure under high impact environment[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators,2012,25(4):483-486. (in Chinese)

[4] 陳光焱. 微加速度開關(guān)在高沖擊環(huán)境中的防護(hù)技術(shù)研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2007，24(10)：45-47. CHEN Guangyan. Research on shield methods of micro acceleration switch under high impact[J]. Transducer and Microsystem Technologies,2007,24(10):45-47. (in Chinese)

[5] 高健飛，熊繼軍，郭濤，等. 微加速度計(jì)在惡劣環(huán)境下的可靠性[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(12)：227-229. GAO Jianfei，XIONG Jijun，GUO Tao，et al. The reliability of micro-accelerometer in harsh environment[J]. Microcomputer Information,2007,23(12):227-229. (in Chinese)

[6] 豐雷，馬鐵華. 高沖擊加速度傳感器橫向效應(yīng)及裝配方式所致測(cè)試誤差[J].振動(dòng)與沖擊，2014，33(20)：198-201. FENG Lei，MA Tiehua. Transverse effect on sensitivity of high impact accelerometer and measurement error caused by mounting of accelerometer[J].Journal of Vibration and Shock,2014,33(20):198-201. (in Chinese)

[7] 祖靜，馬鐵華，裴東興，等.新概念動(dòng)態(tài)測(cè)試[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2016:3-6. ZU Jing，MA Tiehua，PEI Dongxing，et al. New concept dynamic test[M].Beijing：National Defense Industry Press，2016:3-6. (in Chinese)

[8] 李文才，徐鵬.高g值沖擊下圓柱殼緩沖數(shù)值仿真[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014(8)：205-207. LI Wencai，XU Peng. Numerical simulation of cylindrical shell buffer under the highgvalue impact[J]. Machinery Design & Manufacture,2014(8):205-207. (in Chinese)

[9] 吳曉莉，張河.高沖擊下電子線路灌封材料的緩沖機(jī)理及措施研究[J].包裝工程，2004，25(1):44-46. WU Xiaoli，ZHANG He. The cushioning mechanism and measures of sealing materials of circuit boards in high-gimpact[J]. Packaging Engineering,2004,25(1):44-46. (in Chinese)

[10] 劉建偉，裴東興，尤文斌，等.回收式固態(tài)彈載記錄儀抗高沖擊設(shè)計(jì)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，25(8)：1045-1048. LIU Jianwei，PEI Dongxing，YOU Wenbin，et al. Anti-high overload excogitation of missile and hard recovery parameters recorder[J]. Chinese Journal of Sensors and Actuators,2012,25(8):1045-1048. (in Chinese)

[11] 洪彬，白乃東，劉曉晨，等.國(guó)內(nèi)外真空灌封技術(shù)進(jìn)展[J].熱固性樹脂，2012，27(3)：52-57. HONG Bin，BAI Naidong，LIU Xiaochen，et al. Vacuum casting technology progress at home and abroad[J]. Thermosetting Resin,2012,27(3):52-57. (in Chinese)

[12] 謝占魁，張文棟，曹濟(jì).抗高過載電路的封裝技術(shù)與封裝材料[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，1996,23(10)：122-125. XIE Zhankui，ZHANG Wendong，CAO Ji. Packaging technology and material for the anti-high load circuit[J]. Journal of Test and Measurement Technology,1996,23(10)：122-125. (in Chinese)

ReliabilityDesignofStorageTestingInstrumentinArtilleryFiringinHarshEnvironment

XIE Rui1,2, PEI Dongxing1,2

(1.Science and Technology on Electronic Test and Measurement Laboratory, NUC, Taiyuan030051, Shanxi,China;2.KeyLaboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement Ministry of Education,NUC, Taiyuan030051,Shanxi, China)

The storage testing instrument is the first choice for dynamic parameter testing of gun firing. It often faces a harsh environment with its reliability being one of the key factors affecting the testing results. By analyzing the impact of harsh environmental factors on storage testing instrument output, fai-lure mode analysis was carried out from several major parts including circuit module, battery and protective shell respectively, and puts forward effective methods to improve the reliability, with the process of vacuum potting described in detail. The contents in this paper have a certain value to the reliability design of storage testing instruments.

technology of instrument and meter; harsh environmental factors; circuit reliability; battery reliability; protective shell; vacuum potting

TJ306

： A

：1673-6524(2017)03-0079-06

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.03.016

2016-10-24

謝銳(1983—)，女，博士，主要從事動(dòng)態(tài)測(cè)控與智能儀器研究。E-mail：zbxierui@163.com