军用电子产品加速度试验监测问题探讨

徐友康，刘德军，胡鑫

（1.空军驻成都地区军事代表室，四川成都610055曰2.天津航天瑞莱科技有限公司，四川成都610100）

军用电子产品加速度试验监测问题探讨

徐友康1，刘德军2，胡鑫2

（1.空军驻成都地区军事代表室，四川成都610055曰2.天津航天瑞莱科技有限公司，四川成都610100）

院目前，军工行业由于受到诸多因素的限制和影响，因而没能严格地按照GJB 150.15A-2009的要求对军用电子产品实施加速度寿命试验，从而导致了对加速度试验过程监测不力的问题，因此，对出现此类问题的原因进行了深入尧细致的分析，并就如何解决加速度试验过程中的监测难题提出了相应的意见和建议遥

院军用电子产品曰加速度试验曰监测

0 引言

在武器装备迅猛发展的今天，军用电子产品对环境适应性的要求越来越高遥作为军用装备实验室环境试验项目内容之一的加速度试验，对军用电子产品特别是航空航天电子装备尤为重要，它既是特殊的环境试验项目，也是必要的环境试验考核内容遥

1 加速度试验概述

1.1 加速度试验的基本概念和原理

加速度试验就是一种利用加速度试验系统，使被试产品在经受做圆周运动而产生的离心力载荷时，可以测试其功能和性能参数的变化情况，同时观察其结构强度的可靠性状况的有效试验方法遥目前，加速度试验主要是利用转臂式离心机或转臂式稳定加速度试验系统（如图1所示）所产生的加速度载荷，考核所安装在试验设备上的被试产品能否承受大过载并在此条件下能否正常工作遥其基本原理就是将被试产品安装在一定半径的转臂平台上并绕固定转轴旋转而产生离心载荷以模拟加速度，并通过改变被试产品与旋转中心的水平距离和离心机转速来控制加速度的过载载荷，获取不同大小尧不同方向的加速度值，以完成载荷的施加遥

图1 转臂式稳定加速度试验系统

1.2 加速度试验的目的和本质

GJB 150.15A-2009叶军用装备实验室环境试验方法第15部分:加速度试验曳3.1中指出:加速度试验的目的在于验证装备在结构上能够承受使用环境中由平台加尧减速和机动引起的稳态惯性载荷的能力，以及在这些载荷作用期间和作用后其性能不会降低[1]遥其本质就是要模拟飞行器尧装甲车等装备在平台大机动尧大载荷环境条件下，使装备安装架上和装备内部受加速度作用而产生惯性载荷，以验证被试装备在此环境条件下是否完好且能正常工作，结构件尧紧固件尧支架和安装架是否变形或断裂，电子线路板是否短路或开路，电子元器件是否失效，执行机构是否卡死等遥因此，加速度试验不仅仅是考核装备的机械结构尧安装或紧固强度，同时还要考核其功能和性能遥特别是对电子产品而言，更重要的是要考核在此特殊环境条件下其功能和电性能指标是否会受影响遥因此，在GJB 150.15A-2009叶军用装备实验室环境试验方法第15部分:加速度试验曳4.2.3中明确地提出:加速度试验分为结构试验和性能试验，结构试验用于验证装备结构承受由使用加速度产生的载荷的能力曰性能试验用来验证装备在承受由使用加速度产生的载荷时的以及之后性能不会降低[1]遥

1.3 加速度试验对电子产品的作用

电子产品是以电能为工作基础且由电子元器件为其主要成分的产品，用于军事领域的电子产品就被称为军用电子产品，包括电子部组件尧电子设备和电子装备等遥它们都是由各种各样的电子元器件通过原始的尧基础的尧手工的方式或机械化尧智能化尧自动化等高技术手段组合连接搭建而成的，其内部结构尧工作模式尧信号类型尧输入输出和接口关系等非常复杂，使得产品的可靠性尧一致性尧稳定性等质量水平很难得到百分百的保证，因此，对电子产品开展各种各样的检测和试验考核是非常必要的遥而加速度试验不仅能够对电子产品的机械结构强度进行考验，也能够对其工作能力和电性能指标进行考核，通过加速度试验既能突显出机械冲击和振动试验所不一定能检测出的缺陷，也能测定出电子产品的封装尧引线系统尧芯片或封底附着能力，以及微电子元器件其他部件的结构强度极限值遥可见，加速度试验对于电子产品而言是一种较科学尧具有一定再现性的试验，对各型各样元器件的内部电性能组织（焊点尧触点尧间隙），元器件与印制电路板的焊接质量固定效能等都能产生积极的影响遥

2 军用电子产品加速度试验现状及问题

2.1 加速度试验的设备和信号传输

目前，国内电子产品加速度试验大多采用离心式恒加速度试验方式来完成遥在众多的电子军工企业环境实验室中的离心式恒加速度试验设备多数使用国产的离心式恒加速度试验台，例如:核九院7111厂生产的大旋转臂离心机尧西安捷盛公司生产的Y 53100A/ZF离心机等遥这些离心机旋转臂长有5 000～13 000 mm不同规格，加速度试验载荷量值从30～100 g不等遥国产加速度试验设备一般配备50 Hz～2 MHz的导电滑环（汇流环尧集电环或旋转电气关节）以实现试验过程中对参试设备的供电（交直流），以及参试设备与测试设备之间的信息交互和信号传输遥导电滑环安装在悬臂中心，利用支架使其外圈随转臂一起旋转，内圈通过横梁支架固定，离心机在旋转时，滑环外圈随转臂一起旋转，滑环内圈固定不动，内外圈之间的滑环通过电刷保持接触，从而实现控制监测设备对被试产品进行供电和信息交互遥导电滑环目前主要分为圆柱形电滑环和差动式电滑环两种，其共同的特点是传输频率较低尧传输带宽较窄遥尽管某些离心机的电滑环采用特殊设计，可以将传输频率提高，但其传输的最大频率也只能在2 MHz以内，对于高频尧射频尧光电尧视频和图像等信号，这种结构的滑环难以发挥作用遥

2.2 加速度试验与监测

按照环境试验要求，应根据被试装备的任务特点和使用要求来识别并规定其关键性能和重要参数接收范围，作为试验考核的主要内容，以验证产品的性能对加速度试验环境的适应性，例如:通信装备的发射功率和接收灵敏度等遥

然而，许多军工企业在对军用电子产品进行加速度试验时，由于受试验条件尧时间和测试技术的影响和制约，都难免存在一些问题，总结起来，主要包括以下几个方面遥

2.2.1 试验过程中不进行功能与性能检测

开展加速度试验前，按产品规范和试验大纲要求，首先，对被试产品进行外观尧结构检查，以及功能尧性能测试曰然后，将被试产品安装固定在加速度试验的转台上，按规定的试验载荷进行6个方向的稳定旋转，1 min后减速停机，取下被试产品曰最后，再次对被试产品进行外观尧结构检查并通电进行功能尧性能测试，观察其有无变化尧是否满足技术条件的要求遥这种做法存在的问题是:在整个试验过程中未对被试产品通电，没有输入尧输出信号，被试产品处于非工作状态遥因此，试验仅仅对比了被试产品的机械结构强度和性能在经历加速度试验前后的变化，而未有效地监测到被试产品的性能在试验过程中是否发生变化遥另外，部分企业的相关人员对GJB 150.15A-2009的学习理解存在偏差，片面地认为加速度试验的目的主要是考核产品的机械结构和强度，并错误地认为在每个方向旋转时间1 min内（标准规定为至少1 min）无法完成对被试产品的性能检测，因此，在编制产品规范和试验大纲时，不要求在加速度试验过程中对被试产品进行功能和性能的参数检测遥

2.2.2 试验过程只监视功能不测试性能

加速度试验要求在试验过程中对功能和性能均进行检测，但在对许多受试产品进行加速度试验时，常会出现仅仅对产品的功能进行监视而没有测试其性能的现象遥例如:某型航空通信电台在进行加速度环境试验时，就是在试验时通过无线电综合测试仪在控制室内只监视其输入的电流尧电压是否正常，观察有无功率输出尧有无接收到音频信号，以判断接收和发射这两项功能是否正常，但是，对于电台的主要性能，即发射功率和接收灵敏度的具体数值尧其在试验过程中有否变化尧能否满足技术条件要求等问题一概不知曰某型机载无线电罗盘在进行加速度环境试验时，采取通过信号源施加大信号观察其航向指示器是否能够定向的方法来判断罗盘是否正常工作，而对于无线电罗盘的收讯灵敏度和定向精度等重要指标在此环境条件下能否满足使用要求也无法得知遥因此，被试产品的主要性能指标在加速度试验过程中没有得到有效的监视和真实的测量考核遥

在试验过程中，由于被试产品随加速度试验转台的旋转而产生离心加速度载荷，在该载荷应力的作用下，被试产品中某个元器件的性能参数可能会发生改变，从而导致其整体性能指标也随之发生变化甚至下降曰当试验停止后，试验应力和过载消失，该元器件的性能参数可能又会恢复正常，被试产品的性能指标也随之回归常态遥因此，军用电子产品的加速度试验前尧后性能测试对比和试验中功能监测并不能反映加速度试验中产品性能的真实状况，而在此过程中如果不对被试产品进行监测是无法捕捉到这种变化的，更无法正确地判断被试产品在整个试验过程中其性能指标是否真正合格遥

2.2.3 试验过程仅对低频尧窄带信号进行监视和测量

随着科学技术的发展，军用电子产品的战术技术性能要求变得越来越高，技术指标内容越来越严，输入尧输出信号的形式也变得越来越复杂，原来简单的低频窄带模拟信号已被高频宽带数字信号所取代，由以前单一的电信号演变为现在的光电网络信号尧视频图像信号和微波射频信号等遥在进行加速度试验时，只有将这些复杂的信号通过加速度试验台中的电滑环输入输出才能实现对被试产品的控制尧监视和测量遥但是，由于电滑环的频带较窄，因而其对低频模拟信号传输是有效的，但对于高频数字信号乃至光电信号尧网络信号尧视频信号和射频信号等就无能为力了，加之信号在传输过程中电滑环对其干扰和衰减较大，被测性能指标的数据采集将缺乏真实性遥因此，在目前的加速度环境试验条件下，要在试验过程中对复杂电子产品完成功能尧性能监视和测量，困难确实较大遥

由此可见，受到客观和主观因素的影响，多数军工企业在现阶段开展加速度环境试验时没有严格地贯彻GJB 150.15A-2009的要求，只是从考核装备的结构和功能的角度进行了该试验的部分项目，没有严格地按标准的要求对其性能进行考核遥因此，从严格的意义上讲，这种加速度试验都是野虚冶的或是不完整的，不能从真正的意义上来检验电子产品在加速度环境条件下的功能和性能，不能充分地暴露出产品在加速度试验应力下的缺陷和问题遥

3 思考与建议

军用装备实验室环境试验就是要模拟实际战场使用坏境，考核装备在此环境下的使用效能和能否完成任务使命遥试验要求的准确性尧试验方法的可行性尧试验监测的有效性尧试验判据的合理性关系到整个环境适应性考核的正确性和真实性遥加速度试验也不例外，就是要严格地检验军用装备，特别是军用电子产品能否在模拟的大机动尧大过载尧大离心力的环境条件下正常工作并满足任务需求遥但如上所述，由于受到试验设备条件的制约和影响，

目前国内多数军工企业在开展加速度试验时均未严格地按GJB 150.15A-2009的要求进行，即便进行或完成了试验，试验中也没有严格地按要求对被试产品的重要关键功能尧性能指标进行有效的监测，

不论从试验目的尧内容还是试验判据尧结果等角度来评判，试验过程都是不完善的遥因此，要想解决此问题，必须从试验设备升级改造尧试验方法合理实施尧监视技术科学创新入手，攻克加速度试验中射频微波尧视频图像和网络光纤等复杂信号无法传输和监测的难题，建议从以下几个方面来开展工作遥

3.1 应用非接触式电磁耦合技术，以完成对以电信号输出为主要性能的产品试验过程中的监测[2]被试产品的输入尧输出电信号在通过转台上的电滑环进行传递的过程中，由于滑环电刷经过长时间使用后会出现磨损，导致信号的传输能力下降，

因此，最终可能会出现被测性能参数失真而影响试验过程监测的客观性和真实性的问题遥对此可采用非接触式电磁耦合技术，即通过采取电磁耦合方法，在试验转台中心轴布置两个并排同轴的线圈，一个固定在旋转轴上随旋转轴一起旋转，另外一个固定在基座上遥若在其中一个线圈中通过交变电流，则其产生的交变磁场将会通过另一个线圈，从而产生交变感应电动势，信号便由一边的线圈传输到另外一边的线圈中，这样不需要通过连线和滑环即可实现测试信号的非接触式传输并完成监测遥

但是，电磁感应耦合技术是通过近距离电磁感应来传递能量和信号的，电磁感应耦合时动静线圈之间的间隙变化会引起磁阻的变化而影响到数据采集的完整性，加之这种方法的传输带宽较窄，所以，尽管电磁感应信号传输技术的抗干扰能力较强尧能在恶劣的环境中使用，但其在加速度试验监测中的应用仍有一定的局限性遥

3.2 应用光电转换技术，以完成对以光信号和各类通过光端机转换重建信号输出为主要性能的产品试验过程中的监测

光纤传输作为一种信号传输手段，具有传输频率上限高尧传输频带宽尧传输速度快和传输信息量大等特点，近年来在军事等领域中得到了越来越广泛的应用遥随着光纤传输技术的发展，光端机和光纤旋转连接器[3-5]（即光纤滑环）应运而生，解决了旋转机械光纤信号传输问题遥其中，光端机的作用是将电信号与光信号进行互相转换曰光纤滑环的作用是将光能量或光信号从一个静止（旋转）平台不间断地传输到另一个转动（静止）平台上，以实现整个光学旋转系统的信号不间断地旋转传输遥根据光纤滑环和光端机的工作原理，利用这种光电转换技术是可以完成加速度试验过程中对被测信号的传输和监测的遥其基本思路就是野电-光-电冶，试验监测时，离心机上的光端机将采集到的电信号转换成光信号并通过光纤和光纤滑环传输至试验控制室光端机内，光端机再将光信号转化尧重建成电信号，并通过测试线缆输入到测试设备中，以实时地显示测试产品的各项性能指标遥此技术对图像尧视频等光电信号的传递和监测是有效的遥

但是，该项技术在加速度试验监测中的应用仍存在一些问题，例如:光端机需安装在加速度试验设备的平台上，进行试验时，光端机也因尺寸效应会承受一定的加速度载荷，信号转换效率或准确度都可能受到影响曰再者，光纤滑环装配时可能存在的轴向偏差尧离轴偏差和角度偏差，这些均可能会影响信号的传输质量遥尽管如此，光电转换技术相比于其他传输方式，仍具有不可替代的优势遥

3.3 应用网络交换技术，以完成对网络信号或以网络接口输出为主要性能的产品试验过程中的监测

近年来，在高速信号传输中经常采用具有频带宽尧容量大尧隔离度高尧抗干扰能力强尧安全可靠和保密性好等优点的网络技术对大数据进行传输遥而网络传输则以光纤通信为主要技术手段，在进行加速度试验时运用网络传输技术，采用网络交换机对被试产品与测试控制设备通过光缆进行连接，再利用上述光电转换技术实现信号的正常传输，以满足试验要求并确保试验顺利地进行遥与光纤滑环相似，使用网络技术实现加速度试验过程中被试产品的性能监测仍需要在离心机旋转轴位置安装网络旋转关节（网络滑环），其工作原理与光纤滑环类似遥试验时，被试产品通过网线与网络滑环的转子相连，网络滑环的定子通过网线与测试设备相连，从而达到实时监测被试产品的性能指标的目的遥由于现今电子装备的信号类型复杂，须对网络滑环与光纤滑环尧电滑环等加以装配来组合地应用，才能完成对各类电子产品在加速度试验过程中功能和性能的复杂信号的实时监测遥但是，经过各类滑环后重建的信号是否会出现泄漏尧丢失或失真等问题仍有待进一步地探讨遥

3.4 应用遥控遥测远程控制技术，以完成对以射频微波等复杂信号输出为主要性能的产品试验过程中的监测

目前，遥控遥测远程控制技术的应用也十分广泛遥利用其较宽的通信频带尧较强的穿透特性和较远的传输控制能力等特点，也可对加速度试验进行远程控制和监测，完成对被试产品的监视尧测量尧存储和分析等工作遥通过预先将带有测试尧监视尧记录或存储等功能的监测设备安装在加速度试验转台上，试验时通过视频监控系统的实时控制尧显示或记录监测设备界面上被试产品的关键性能指标曰或通过远程遥测遥控技术来启动监测设备的数据采集尧记录和存储等功能，试验结束后通过数据回放和分析来获取被试产品在整个试验过程中的各项性能指标，作为最终评定被试产品质量的依据遥这种方法基本不用改造加速度试验设备，仅通过在加速度试验转台靠近中心转轴的位置安装测试尧监视尧记录或存储等监测设备，就可以实现在加速度试验过程中对被试产品进行有效的监测，以解决对射频微波等复杂信号输出监测难的问题遥但是，该方法也存在一定的缺陷，例如:由于试验时，所有的监视设备在对参试设备和被试产品进行控制尧测试的同时也在被迫进行加速度试验，尽管相比于被试产品，其承受的加速度量值较小，但加速度载荷是否会影响其测试精度和监测效果犹未可知遥此做法虽然能够在一定程度上解决被试产品试验过程中的监测问题，但所有参试的监测设备也必须能经受住加速度过载的考验，这就对参试的监测设备提出了更高的要求遥

从上述研究中可以看出，在现阶段是有办法解决军用电子产品加速度试验过程中对各种复杂信号监测难的问题且这些办法是可行的，但随之带来的新问题也较多，如对监测设备仪器仪表的要求更高尧各种信号转换器（滑环）组合应用难度较大尧试验的时间较长尧新监测技术和方法的精确度仍需验证等，势必需加大人力尧物力尧财力的投入，增加试验成本，这些对于军用电子产品承研承试单位都是不利的遥但是，为了对军工产品的质量负责，确保军用电子产品的可靠性，提高其环境适应性，完善加速度试验和过程监测方法是非常有必要的遥

4 结束语

加速度试验是环境试验中一项十分重要且特殊的试验项目，其试验方法是否合理正确尧试验监测是否科学得当直接关系到对被试产品功能性能验证考核和质量判定的客观性尧准确性和公正性，关乎到军用电子产品实际使用效能能否正常发挥遥因此，认真贯彻GJB 150.15A-2009的要求，开展加速度试验监测问题研究，对于克服当今条件下进行加速度试验尧监测产品的性能和功能所面临的困难具有重要的意义遥

院

[1]中国人民解放军总装备部电子信息基础部.军用装备实验室环境试验方法第15部分:加速度试验:GJB 150.15A-2009[S].总装备部军标出版发行部，2009.

[2]高磊.旋转机械非接触光电耦合信号传输研究[D].南京:南京航空航天大学，2009.

[3]邓玉秀，周革，刘卫，等.对称光学结构的双光信道旋转连接器[J].光电子窑激光，2001，12（8）:17-20.

[4]WARREN H Lweis，MICHAEL B Miller.Single mode fiber optic rotary joint for aircraft application[C]//Proceedings of SPIE，1990，1（1369）:79-86.

[5]曹红军.对兴端机技术发展与应用的探讨[J].民营科技，2014（5）:54.

Discussion on Acceleration Test Monitoring Problem of Military Electronic Products

XU Youkang，LIU Dejun，HU Xin
（1.Military Representative Office of Air Force in Chengdu Area，Chengdu 610055，China曰2.Tianjin Aerospace Reliability Technology Co.，Ltd.，Chengdu 610100，China）

At present，due to limited and influenced by many factors，the military industry fails to strictly in accordance with the requirements of GJB 150.15A-2009 to carry out the acceleration test for military electronic products，which leads to the problem of inadequate supervision of the acceleration test process.Therefore，the reasons for the above problems are analyzed in depth and meticulous，and the corresponding solutions and suggestions are put forword.

military electronic product曰acceleration test曰monitoring

院TB 114.37

院A

院1672-5468（2017）03-0030-06

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.03.006

院2016-10-10

院2017-03-10

院徐友康（1961-），男，江苏丹阳人，空军驻成都地区军事代表室高级工程师，从事航空电子产品的质量监督管理工作。