某型强声驱动头设备环境适应性试验设计方案

欧阳江，白 琳，杜 祯，刘 博

（北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司，北京 100015）

1 概 述

环境适应性试验是指，在设备寿命周期内，验证其遇到各种环境干涉与外界因素作用后功能能否保持正常运作而进行的试验。其中包括对产品在盐雾、气压、温度、湿度、冲击、振动等方面进行的各项试验。试验后分析研究环境因素的影响程度和作用机理，检验设备的可靠性。

我国幅员辽阔，地域广袤，自然条件、设备贮存条件多样，对设备的环境适应性要求比较严苛。因此对设备进行环境适应性试验很有必要。

2 研究目的

本文涉及的某型强声驱动头设备具有多平台搭载、使用环境复杂多变的特点。为能在较短时间内有效验证其在各种特定环境下的可靠性，本文为其设计了一套环境适应性方案，为其质量控制及设计改进提供参考依据。

3 试验方案

本文涉及的某型强声驱动头设备大致组成部分为振膜、磁铁、相位塞以及外壳，其工作及贮存环境包括高温、高湿、高盐雾、高寒、高海拔及振动冲击。依此特点，为其设计的环境适应性试验包含气候类试验、机械类试验以及外壳防护类试验。

3.1 分析与影响

3.1.1 温 度

温度对该型强声驱动头设备的影响主要体现在性能和机械结构。温度类试验对设备内磁铁性能的影响主要体现在高温。当温度升高，分子无序运动加剧，磁性随之降低或消失，直接影响设备性能。

温度对机械结构的影响主要由热变形造成，简化的工程热变形公式为[1]：

式中：L0为温度为t0时的长度，L1为温度为t1时的长度，a为热膨胀系数，Δt为温度差。

由式（1）可见，当温度发生变化，结构件的尺寸也会发生变化。当引起内部件尺寸增加，内部结构应力增加，可致使活动部件咬死或密封垫变形。当引起内部件尺寸收缩，不同材料的收缩差可能导致零部件缝隙扩大，致使密封性下降或隔振性能 降低。

3.1.2 湿 度

本文选择FH7点作为研究对象，根据试验数据分别计算得出p-s曲线及s-lgt曲线（图1），其中p为荷载，s为沉降量，t为时间。FH7点最终加载值至300 kPa，最终沉降21.20 mm，卸载后残余沉降为18.26 mm。该点p-s曲线呈圆滑型，特征点不明显，无明显陡降段，最大加载值的一半小于相对变形s/d=0.008所对应的荷载，因此取最大加载值的一半作为该点的复合地基承载力特征值。

高湿度环境对该型强声驱动头的影响主要体现在水分子的吸附及凝露现象对其材料特性、产品机械性能及电性能造成的变化。高湿环境有可能使该型强声驱动头设备发生诸如物理强度降低、电绝缘和隔热特性变化、复合材料的分层以及塑性材料变性等现象。

3.1.3 振动及冲击

振动及冲击环境对该型强声驱动头设备的影响主要表现在机械性能及结构。振动及冲击环境可能对元器件、零部件及整机造成不可逆的机械性变形或损坏，致使设备出现变形、活动部件咬死、短路以及零部件脱落等现象。

3.1.4 盐 雾

盐雾环境对该型强声驱动头设备的影响主要表现在对设备材料的破坏性腐蚀。本文主要考虑中性盐雾（氯化钠）对设备的影响，除腐蚀设备外观外，渗透至设备内部的盐雾气体同样可能腐蚀设备内部材料，致使部分材料发生变性、强度降低、褪色及短路等现象。

3.1.5 低气压试验

低气压环境对该型强声驱动头设备的影响同样体现在性能及机械结构。较低的气压值有可能造成设备内部密封性能下降或元器件损坏，低压环境可致使空气绝缘强度降低，产生电晕放电、损耗增加、电离等现象；低压环境使得散热条件变差，部分元器件温度上升，导致设备丧失部分功能或性能下降。按照我国青藏高原海拔在3 000～6 000 m的高度，依据GB/T 2423.21—2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验M：低气压》其中一档4 850 m的55 kPa进行试验。

4 试验项目及顺序

本文涉及的试验项目顺序为：低温贮存→高温贮存→低温工作→高温工作→湿热→振动→冲击→盐雾→低气压。

4.1 高低温贮存试验

在运输、存储、搭载、放置期间，设备一定会受外界环境温度影响，因此需要对设备进行高低温贮存试验，以验证其在相应环境中的适应性。

在样品装配、调试等符合要求，排除非环境应力可能造成的故障后，按GJB 150A—2009标准内的试验方法进行高低温贮存试验，同时考虑诱发条件[2]对受试设备的影响，取用表1中的试验条件进行试验。

表1 高低温贮存试验条件

4.2 高低温工作试验

参照本文3.1节高低温贮存试验中的内容，高低温工作试验的试验条件如表2所示。

表2 高低温工作试验条件

试验中，温度稳定时间结束后，样品通电工作2 h。

4.3 湿热试验

湿热试验的试验条件如表3所示。

表3 湿热试验条件

4.4 振动试验

为有效了解该型设备的机械结构弱点及特定功能之退化情形，依据GJB 150.16A—2009中C.1[3]的规定进行振动试验。试验中，受试样品以非工作状态，在三个互相垂直的轴上各进行1 h的振动试验。

4.5 冲击试验

按照GJB 150.18A—2009进行试验，具体参数如表4所示。

表4 冲击振动试验条件

4.6 盐雾试验

盐雾是指氯化物的大气，主要来源于海洋和内地盐碱地区。该型设备运用于南海海岛等沿海地区，常见盐雾环境。按照GJB 150.11A—2009，试验条件如表5所示。

表5 盐雾试验条件

试验方法：将强声驱动头放置于盐雾试验箱中。调节试验箱温度为35 ℃，并在喷雾前将试件保持在这种条件下至少2 h。

（1）喷盐雾24 h。喷雾期间，对盐雾沉降率和沉降溶液的pH值至少每隔24 h测量一次，保证盐溶液的沉降率为（1～2）mL/（80cm2·h）。

（2）在标准大气条件温度（15～35 ℃）和相对湿度不高于50%的条件下干燥试件24 h。干燥期间，不能改变时间段技术状态或对其机械状态进行调节。

干燥阶段结束时，应对试件重置于盐雾箱内并重复步骤（1）和步骤（2）各一次[5]。

4.7 某型强声驱动头设备低气压试验

本设备使用环境包含3 000～5 000 m的高海拔低气压环境，按照GB/T 2423.21—2008《电工电子产品 环境试验 第2部分：试验方法 试验M：低气压》中4 850 m的低气压环境条件进行试验，试验条件如表6所示。

表6 低气压试验条件

试验方法：将强声驱动头放置于低气压试验箱中。将试验箱压力降低至55 kpa，保持1 h。贮存结束后，使产品温度恢复至正常大气条件，并放置2 h。

5 试验设备及仪器仪表

所有用于检验的检验设备、仪器及仪表应满足本规范的有关要求。建议后续测试在全消音室或半消音室进行系列试验以及比测实验。产品性能检验的主要设备、仪器如表7所示。表7中序号1～3为环境试验设备，4～8为声学测试设备。试验设备、仪器、仪表的检定期应不大于相关规定值。

表7 环境试验设备和声学检测设备列表

6 失效判定及检测

每项测试之后，对测试样品通电，测试发声是否正常。

每项测试之后，对测试样品外观进行检查，检查样品外观是否正常。

每项测试之后，对测试样品与其他类似指标型号的驱动头可进行比测试验。

每项测试之后，对测试样品用游标卡尺或卷尺逐项测量待测强声驱动头外形尺寸（直径和厚度）并记录。

7 结 语

本文依据标准及企业要求分析各环境应力对某型强声驱动头设备可能会产生的影响并设计了一套环境适应性检测方案，验证其是否满足要求。在试验过程中及恢复后，其功能、参数和外观等均满足检测要求规定。

本文设计的某型强声驱动头设备环境适应性试验方案为其他类似产品的试验设计提供了一定参考，对强声驱动头设备产品的质量控制和改进设计具有一定指导价值。