內(nèi)容提要

    為了利用現(xiàn)有的 步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱進(jìn)行太陽(yáng)輻射試驗(yàn)，本文采用一套或兩套可移動(dòng)門(mén)架式輻射試驗(yàn)裝置來(lái)滿(mǎn)足測(cè)試要求。該裝置采用整體或分段式結(jié)構(gòu)，由可移動(dòng)門(mén)架式燈架車(chē)、輻射高度角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、紅外線輻照燈組、太陽(yáng)總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強(qiáng)度調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)等組成。試驗(yàn)結(jié)果表明該裝置能夠模擬太陽(yáng)輻射，達(dá)到測(cè)試要求。可以為同類(lèi)試驗(yàn)箱的加改裝提供借鑒。
    太陽(yáng)輻射是以電磁波的形式傳播到地球表面的能量，由紫外光、可見(jiàn)光和紅外光組成。地球表面各種氣候因素的變化都與太陽(yáng)輻射有關(guān)。電子設(shè)備在露天使用時(shí)，由于強(qiáng)烈的日光照射，其表面溫度和內(nèi)部溫度均顯著升高，表面溫度可超過(guò)80℃，內(nèi)部溫度可提高20℃以上。在這樣的條件下，定會(huì)影響或破壞電子設(shè)備的正常運(yùn)行。
    電子設(shè)備在太陽(yáng)紫外線和高溫的作用下，其密封圈、橡膠、塑料制品會(huì)逐漸老化、變色、發(fā)粘、破裂，從而破壞了密封性能；其表面油漆涂層會(huì)逐漸粉化、起泡、開(kāi)裂、剝落并且會(huì)加速金屬表面的腐蝕，使活動(dòng)部件如旋鈕和儀表板因變形而受阻。當(dāng)露天電子設(shè)備在艦船、海島、氣候惡劣的條件下使用時(shí)，太陽(yáng)輻射的影響將更加嚴(yán)重。所以，有必要對(duì)在露天使用的電子設(shè)備及其所使用的橡膠、塑料、油漆、絕緣材料、涂層等進(jìn)行太陽(yáng)輻射測(cè)試。
     太陽(yáng)輻射測(cè)試是一種在人工模擬環(huán)境中進(jìn)行的測(cè)試，模擬產(chǎn)品在日輻射條件下暴露于地面或低層大氣中的使用和貯存情況。太陽(yáng)輻射對(duì)電子產(chǎn)品的影響主要來(lái)自其熱效應(yīng)與光化學(xué)效應(yīng)。
    熱效應(yīng)主要源自太陽(yáng)輻射中的紅外光譜，主要造成產(chǎn)品的短期高溫及局部過(guò)熱，導(dǎo)致溫度敏感元件故障及結(jié)構(gòu)材料和絕緣材料結(jié)構(gòu)損壞、過(guò)熱損壞等。
    光化學(xué)效應(yīng)源自太陽(yáng)輻射中的紫外光譜。紫外光譜提供足夠的光能以刺激有機(jī)材料分子破裂、降解、相互作用，因而造成材料變質(zhì)、老化。當(dāng)氣候因素如溫度、濕度與太陽(yáng)輻射相結(jié)合時(shí)，其破壞更加顯著。容易發(fā)現(xiàn)的損傷是表面損傷，如表面粉化、失去光澤、變色、開(kāi)裂及結(jié)構(gòu)變形等。并且固有的機(jī)械性能和電性能也會(huì)降低，從而降低材料的使用價(jià)值。
    本文的太陽(yáng)輻射試驗(yàn)裝置主要完成評(píng)估熱輻射熱效應(yīng)。該裝置利用現(xiàn)有的步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱作為試驗(yàn)箱體，采用一套或兩套可移動(dòng)門(mén)架式輻射試驗(yàn)裝置來(lái)滿(mǎn)足測(cè)試要求。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、輻照高度靈活調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。當(dāng)不需要進(jìn)行輻射試驗(yàn)時(shí)可將該裝置人工推出試驗(yàn)箱體進(jìn)行存放。
     模擬輻射裝置組成

    裝置結(jié)構(gòu)

    該裝置采用整體或分段式結(jié)構(gòu)（根據(jù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)情況及要求待定），由可移動(dòng)門(mén)架式燈架車(chē)、輻射高度角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、紅外線輻照燈組、太陽(yáng)總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強(qiáng)度調(diào)節(jié)、控制系統(tǒng)等組成。
    可移動(dòng)門(mén)架式燈架車(chē)
    可移動(dòng)式門(mén)架式燈架車(chē)采用40x80/40x40加強(qiáng)型工業(yè)鋁型材拼裝而成，地腳處安裝重載靜音腳輪，并有制動(dòng)鎖緊功能。該燈架車(chē)外框采用40x80鋁型材組裝成穩(wěn)定的外框架結(jié)構(gòu)，在門(mén)架的前后側(cè)底部未設(shè)置橫梁，方便測(cè)試時(shí)工件的進(jìn)出。

    門(mén)架式結(jié)構(gòu)能夠承載輻照高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及移動(dòng)時(shí)的荷載，不會(huì)出現(xiàn)扭曲變形，確保燈架安裝框上下調(diào)節(jié)靈活。材料圖和結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

    輻射高度角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

    輻射高度角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由輻射燈安裝架、高度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)手柄、燈架左右定位滑道、渦輪減速機(jī)、升降同步器及滑輪組組成。
    輻射燈安裝架上均勻分布安裝有反射紅外輻射燈，燈具位置、角度能夠方便調(diào)節(jié)，并便于輻射燈的更換。
    高度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)手柄與渦輪減速機(jī)相連接，起到減速和高度鎖定功能（無(wú)鎖定功能會(huì)出現(xiàn)燈架滑落）升降同步器將減速機(jī)的輸出力矩分配到不同的提升牽引繩上，起到同步作用。該機(jī)構(gòu)具有高度調(diào)節(jié)方便、位置準(zhǔn)確、燈架升降平穩(wěn)等特點(diǎn)，還可升級(jí)為電動(dòng)升降控制。
    燈架定位滑道主要防止燈架車(chē)移動(dòng)時(shí)限制懸浮燈架的左右、前后擺動(dòng)，高度調(diào)節(jié)的垂直定位作用。

    紅外光源

    紅外光源采用PAR38IR 175 w的飛利浦紅外線工業(yè)加熱燈（如圖3所示），該燈紅外波長(zhǎng)1.4-2.8 μm，紅外反射光源設(shè)計(jì)用于在苛刻的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行。該加熱燈采用硬質(zhì)玻璃，從而使其結(jié)構(gòu)牢固。因其緊湊的尺寸及燈座的通用性使其能與任何合適的設(shè)備一起使用。它們是結(jié)實(shí)耐用、效率的光源。

圖3 飛利浦紅外線工業(yè)加熱燈

    太陽(yáng)總輻射記錄儀

    該儀表的傳感器為熱電效應(yīng)原理，由繞線電鍍式多接點(diǎn)熱電堆和雙層精密石英玻璃蓋組成?？捎糜跍y(cè)量0.3-3 μm光譜范圍內(nèi)的總太陽(yáng)輻射。例如，可以在感應(yīng)面朝下的情況下測(cè)量反射的輻射，并且可以通過(guò)添加光屏蔽環(huán)來(lái)測(cè)量散射的輻射。外觀如圖4所示。

圖4 記錄儀

    太陽(yáng)輻射記錄儀

    技術(shù)參數(shù)

    1.輻照強(qiáng)度：2000 W/ m2；測(cè)量精度：±1  W/ m2；分辨率：0.1 W/ m2
    2.響應(yīng)時(shí)間：<35 s(99 %)；非 線 性：±2 %?。荒攴€(wěn)定度：±2 %
    3.余弦響應(yīng)：±7 %(太陽(yáng)高度10 °時(shí))；溫度系數(shù)：±2 %(-10℃～+40℃)
    4.平均功耗：< 1 mA(存儲(chǔ)間隔60 s)
    5.記錄容量：524 280條
    6.通道數(shù)量：1個(gè)通道(可根據(jù)需求擴(kuò)展至15個(gè)通道)
    7.記錄間隔：1分～100天可隨意調(diào)節(jié)

    功能和特點(diǎn)

    1.該記錄儀體積小，操作方便，性能穩(wěn)定可靠。整個(gè)數(shù)據(jù)跟蹤過(guò)程具有較長(zhǎng)的記錄時(shí)間，集成了數(shù)據(jù)采集和記錄功能，并且在斷電后不會(huì)丟失數(shù)據(jù)；
    2.低功耗設(shè)計(jì)，可更換電池其壽命半年到一年。可以將記錄間隔設(shè)置為1分至100天內(nèi)任意值（建議設(shè)置為分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間，電池使用壽命與間隔長(zhǎng)度成正比）；
    3.擁有待機(jī)和休眠模式的LCD分段漢顯。支持自動(dòng)刷新存儲(chǔ)與定時(shí)刷新存儲(chǔ)；
    4.專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)處理，擁有電量過(guò)低時(shí)擦寫(xiě)保護(hù)、檢測(cè)存儲(chǔ)故障、斷電后恢復(fù)數(shù)據(jù)等功能。

    控制系統(tǒng)

    控制系統(tǒng)具備輻照強(qiáng)度調(diào)節(jié)、輻照強(qiáng)度采集、記錄及輻照試驗(yàn)的定時(shí)開(kāi)關(guān)燈控制功能，采用PLC控制（可編程邏輯控制）方便與上位計(jì)算機(jī)組成交互式人機(jī)畫(huà)面，輻照強(qiáng)度采用數(shù)字顯示，并可生成輻照強(qiáng)度曲線?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)工藝自動(dòng)控制燈光的開(kāi)啟過(guò)程。

    輻照強(qiáng)度的調(diào)整采用數(shù)字化模塊控制，可通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行數(shù)字化無(wú)極調(diào)整。原理圖如圖5所示。

    技術(shù)指標(biāo)

    1. 輻照總強(qiáng)度：1 120 W/m2±47 W/m2
    2.輻照面積：6 m2x2
    3.照射特定區(qū)域均勻度：≤10 %
    4.輻照強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍：80 %-100 %的光調(diào)節(jié)
    5.光源光譜波長(zhǎng)：1.4-2.8 μm（紅外線）
    6.供電電源：380 v±5 %
    7.輻照功率：14 kW
    8.輻照高度調(diào)節(jié)范圍：0-1.5 m

    功能及特點(diǎn)

    1.該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)方便、重量輕、輻照高度靈活調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)；
    2.輻照強(qiáng)度數(shù)字化調(diào)節(jié)功能；
    3.數(shù)字化開(kāi)關(guān)燈過(guò)程控制；
    4.輻照數(shù)據(jù)圖表化顯示、記錄功能；
    5.歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)功能；
    6.交互式人機(jī)操作界面。

    試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

    陽(yáng)光模擬器實(shí)測(cè)輻照測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示。

    開(kāi)始時(shí)間：09:36
    結(jié)束時(shí)間：14:51
    測(cè)試時(shí)間：  連續(xù)測(cè)量，取樣標(biāo)定間隔為1/6 s
    設(shè)定值：  1 155 W/m2
    值：  1 157 W/m2
    小值：  1 152 W/m2
    不穩(wěn)定度：  ≤±1 %
    試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明該裝置的輻照滿(mǎn)足太陽(yáng)輻射試驗(yàn)要求。

    結(jié)論及建議

    對(duì)于長(zhǎng)期露天使用或存放的電子設(shè)備，通過(guò)太陽(yáng)輻射試驗(yàn)，可以真實(shí)地反映出其在太陽(yáng)輻射環(huán)境中貯存、運(yùn)輸和使用的適應(yīng)性，為裝備的研制提供準(zhǔn)確、有效的信息。本文利用現(xiàn)有的步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱作為試驗(yàn)箱體，采用一套或兩套可移動(dòng)門(mén)架式輻射試驗(yàn)裝置來(lái)滿(mǎn)足測(cè)試要求。從而充分利用了現(xiàn)有設(shè)備，減少了資金投入。目前存在大量不具備太陽(yáng)輻射功能的步入式高低溫濕熱試驗(yàn)箱，可以以本文為鑒，根據(jù)需求加裝太陽(yáng)輻射試驗(yàn)裝置。