CC BY
56
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
Изменение остаточной намагниченности с температурой 1ц(Т) будет определяться зависимостью 1В(Т) с учетом возможного некоторого температурного роста гиперболического тангенса, о чем говорилось выше, что соответствует известным экспериментальным данным.
Щ
to
0.9 0,8 «7 OS 0.5 0,4 Q3
as o.i о
o^Oj
D\
— N ч
• \ Теоретические крияые
сл \ С [Н У
о Ч \ь s
V
V "S
! Ь, п
где
(6)
(7)
Запишем решение квадратного уравнения (6) с учетом того, что знак коэрцитивной силы противоположен знаку поля Н в (4):
Нп =
ь2 ь
1+ЬН_
(8)
Зависимость коэрцитивной силы от температуры будет определяться слагаемым НШ2+21/Ь. Анализ выражения (7) показывает, что температурный ход ЦТ) зависит от гиперболического тангенса с учетом того, что КО, т.е. НС с температурой убывает.
Зависимость обратимой восприимчивости %г от магнитного поля Н может быть найдена из выражения (3), если предположить, что коэффициент а определяется только обратимыми процессами намагничивания, а коэффициент Ь=Ь'+Ь" - как обратимыми (Ь') , так и необратимыми (Ь '') . Продифференцируем (3) по Я, полагая Ь"Н'=сопзЬ:
Л
Хг <ю
Za + 2b%H „Ф di 2(аН + ЬН2)
а> о,2 о.з 0.4 о.ь ас. а7 ая цэ и (В-Ю/В*
Рисунок 4
Величину коэрцитивной силы НС определим, как значение поля Н, при котором намагниченность ферромагнетика, описываемая нисходящей ветвью петли гистерезиса (4), равна нулю:
ЛК +«£) = + -Не)1
После некоторых тригонометрических преобра-з ов а ний получим
1 Ля
Хг
Ха Ch2 (off + iff2)"
(9)
Выражения (3) и (9) не совпадают с известными формулами Ганса [2], в параметрической форме устанавливающими связь между Xr/Xa и I/Is. На рис.4 [4] приведены результаты экспериментов (показаны точками), выполненных для ряда материалов, и теоретические кривые, построенные по расчетам Ганса (а) и Брауна (b). Теоретическая кривая, построенная по формулам (3) и (9) настоящей статьи при b = 0, полностью ложится на кривую Брауна. Если же b £0, то эта кривая имеет максимум, что соответствует экспериментальным точкам, помеченным крестиками. Авторы [2] отмечали, что максимум зависимости
Zr/Za=f(I/Is) , не объясняемый формулами Ганса, обнаружен рядом экспериментаторов и присутствует на некоторых теоретических кривых, построенных по расчетам Брауна и Кондорского.
ЛИТЕРАТУРА
1. Куренчанин В.В. Феноменологическое описание кривой технического намагничивания ферромагнетиков/- Пенза, 2008. - 11 с.: ил. - Библиогр.: 2 назв. - Рус. - Деп. В ВИНИТИ _ №
2. Ландау Л.Д. и Лифшиц Е.М.. Статистическая физика. М.: Наука, 1976. 584 с.
3. Вонсовский С.В., Шур Я.С.. Ферромагнетиз. М.-Л.: ОГИЗ-Гостехиздат, 1948. 816 с.
4. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: ИЛ, 1956. 784 с.
УДК 537.622.4
Мягков Н.Ю., Бростилов С.А., Бростилова Т.Ю., Трусов В.А.
Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЁТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЭКРАНОВ
Давайте рассмотрим эффективность экранирования бесконечно протяжённого экрана, толщиной Ь, причём учтём нормальное падение на этот экран плоской электромагнитной волны. Рассматривается бесконечно протяжённый экран для того, чтобы исключить влияние краевого эффекта. Также учтём, что экран является линейной системой.
Я хотел бы учесть, что случай нормального падения на экран плоской волны является одним из самых неблагоприятных. Просто, если взять падение плоской электромагнитной волны под наклоном, то она частично отражается от стенки экрана, частично попадает в область экрана, продолжая распространяться в перпендикулярном направлении (рисунок 1) [1].
Аналитический метод расчета эффективности электромагнитного экранирования основывается на решении уравнений Максвелла для гармонических колебаний [2, 3, 4]:
гоШ=(о+)ше)Е (1)
гогЯ= -]'шцН (2)
Экранирующий Экранированной
материал область
Рисунок 1 - Схема распространения волны через экран
или
или
Аналитическое вычисление сводится к определению составляющих электромагнитного поля, таких как
• проникшего в экранированную область, пространства (у>>Ь)
• известных параметров воздействующего поля (Е, Я),
• электрофизических и геометрических параметров экрана (ц, о, Ь)
• электрофизических параметров среды (ц0, £0).
Уравнения для расчета электромагнитного поля для различных зон имеют следующий вид:
а) для зоны падания электромагнитной волны во внешней среде ^<0)
F = rF с" jß>z F = rF с* jß>z
ПАД ПАД з^ОТР ОТР
ji = ПАД e-jßz
Z„
ДОТР e-jß z
Z„
(3)
(4)
'« 0
б) для экранированной зоны поглощения проводящим материалом
H = y ^ e~rz, H2 = - y e-rz 1 Z Z
f = rf ejß z
i^np лг^пръ
A F и — . ■ 'пр H ПР = y—^—e
Zo
ПР e-jßoz
(5)
(6)
(7)
(8)
Где
ßo = ®—'o , Zo = — , m = Inf , у = а + jß = Jjmn(a + jrne)
V Eo
Z =
F + F = F + F
ПАД ОТР
jßot
Zo
^ОТР
Z o
. F1 _ F2_ ' Z Z
i e-П _
(12)
Из (9) ражение:
. Fnp e- jßo'
Z' Z~ Zo
(12) можно определить следующее вы-
F.
ПАД
.(Zo + Z )2
" 4ZoZ
Zo _ Z Zo + Z
e-V
(13)
Комплексная постоянная распространения заменяется следующим образом:
7 = 7 + ]ß =
1 + j
(14)
Используя (15) и учитывая, что Z0 >>Z получаем:
F,
ПАД ,
Zo t t J 2t
e3 1 _ e se 3
4Z
S = 2oiogi,
Z„
4Z
+ 2o log1(
+ 2oiogn
1 _ e'
_j 2t/
(15)
К А в
Если провести анализ полученного уравнения (15), то видно, что эффективность экранирования зависит от трех составляющих: К+Л+Е, дБ, (16)
где
А - показывает эффективность экранирования за счет поглощения энергии электромагнитной волны в толще экрана, дБ;
К - составляющая, определяющая отражение энергии от границы раздела при входе волны в экран, дБ;
Е - характеризует потери за счет многократных отражений в толще экрана, дБ.
Теперь можно рассмотреть эти переменные более подробным образом.
Потери на отражение энергии от границы раздела при входе волны в экран
Потери на отражение энергии от границы раздела при входе волны в экран зависит от зоны действия источника электромагнитных помех. Также, рассчитывая потери необходимо рассмотреть формулы для дальней зоны и ближней зоны магнитного и электрического поля.
Дальняя зона
Предположим волновое сопротивление среды Е0 равно 377 Ом, то из уравнения (15) следует выражение потерь на отражение в дальней зоне:
94 25 R = 2oiog^-, ДБ
|Z|
(17)
Можно сделать вывод, чем меньше сопротивление материала экрана, тем выше потери на отражение.
К = 168 + ДБ (18)
[яГ )
Ближняя зона электрического поля
Волновое сопротивление от точечного источника электрического поля может быть заменено
уравнением, когда r<
А/
Пж
I а + ja>s
Чтобы найти аналитическое выражение расчёта эффективности экранирования электромагнитного экрана нужно знать напряженность электромагнитной волны, которая проходит через экранирующий материал. Чтобы найти аналитическое выражение также нужно определить граничные условия z=0 и z=t к уравнениям (3) - (8).
Исходя их этого, можно получить уравнения с неизвестными:
(9) (10) (11)
1 1е InfЕГ
(19)
где
г- дистанция до источника, м;
£ - диэлектрическая постоянная.
Исходя из уравнения (19), можно получить:
Re = 2o log
1
8nf er|Z|
.ДБ
(20)
Подставим значение диэлектрической постоянной в уравнение (20):
п9
(21)
Re = 2oiogl^ ДБ
fr|Zl
Тогда, исходя из уравнения для Е, получаем выражение потерь на отражение в ближней зоне электрического поля:
Re = 322 + 1o log
—rf V2
, ДБ
(22)
Ближняя зона магнитного поля
Волновое сопротивление от точечного источника магнитного поля может быть заменено уравнением, когда г <^2^ [5]:
Kl = 2nf—r
(23)
Где
r- дистанция до источника, м; ц - магнитная проницаемость Подставив уравнение (23) в (15) получаем: 2nf pr
Rm = 2o log-
4| Z|
(24)
Исходя из этого можно получить выражение для расчета эффективности экранирования сплошного экрана:
Подставив значение магнитной постоянной, получаем выражение:
Rm = 2olog
1,97 x 1Q fr
|Z|
(25)
Выражение потерь на отражение в ближней зоне магнитного поля можно получить следующем образом:
Rm = 14,6 + 1olog
fr2or
(26)
Обобщенное выражение для определения потерь на отражение
Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2015, том 2
Выражение потерь на отражении может быть где значения констант С, п, т берутся из табли-представлено в общем виде, как: цы (Таблица 1)
й=с+101°ё(Й(7^)' (27)
Таблица 1
Тип воздействия С n m
Плоская волна 168 1 0
Электрическое поле 322 3 2
Магнитное поле 14,6 -1 -2
Потери на поглощение
Потери за счет поглощения электромагнитной волны в самой стенки экрана зависят от снижения амплитуды поля в е (2,71828) раз на расстоянии, равном толщине 5 скин-слоя (рис. 2) [6].
Уменьшение амплитуды в 2,7 раз на каждом скин слое соответствует ослаблению в 20lge~8,686 дБ. При толщине t экрана в нем «укладывается» t/5 скин слоев. Отсюда следует, что суммарное ослабление за счет поглощения энергии электромагнитной волны, прошедшей через стенку экрана, будет определяться, как:
Рисунок 2 Ослабление поля в толще экрана Потери при переотражении
Часть энергии электромагнитной волны распространяется в стенке экрана, многократно отражаясь от границ раздела сред. Потери на переотражении определяются показателем В (16).
А = 8,686—= 8, 686^п/ип , (28)
5
В инженерной практике удобно использовать формулу с относительными (относительно меди) величинами. Тогда выражение (15) преобразуется к виду:
А = 131,4^//(29)
где Ь -толщина стенки экрана, мм; цг и ог -соотвественно магнитная проницаемость и удельная проводимость относительно меди; Г - частота, МГц.
При учете фактора В значение эффективности экранирования определяется более точно, но его вклад в общую эффективность экранирования незначителен. Поэтому в большинстве случаев фактором В пренебрегают, и учет потерь только на отражения и поглощение даст минимальное значение эффективности экранирования, соответствующее худшему случаю.
При учете фактора В выражение для его определения выражается, как:
В = 20^ (1 - е^'-^е-1), (30)
где Ь- толщина экрана; м; Г - частота, Гц; ^ -абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; о -проводимость материала экрана, См/м.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. 238 с., ил.
2. М.Ф. Астахов, А.В. Кураваев, Справочная книга по расчету самолета на прочность - М.: ГИОП, 1954. - 683 с.
3. Кечиев Л.Н., Кузьмин В.И. Требования к установке прокладок для обеспечения внутриаппаратур-ной ЭМС // Новое в ЭМС.: сб. науч. тр. - М.: Изд-во МИЭМ, 1997. - С. 59-67
4. Gasket design guide, Gore-Shield: www.gore.com
5. Bill Sheldon, Billy Hollis. Professional Visual Basic 2010 and .NET 4. Wrox. 2010.
6. Уильямс Т., Армстронг К. ЭмС для систем и установок. - М.: Издательский дом "Технологии", 2004. - 508 с.
УДК 681.321.3
Кирдяев М.М., Кочегаров И.И. , Трусов В.А.
Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
ВЛАГОЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Нанесение влагозащитных покрытий необходимо для использования оборудования в жёстких условиях и в агрессивных средах. Новые печатные платы обычно работают правильно с точки зрения электрических параметров, но такие факторы, как впитывание влаги из атмосферного воздуха, загрязнение поверхности платы ионным материалом из воздуха, притягивание к плате пыли электростатическим путем, конденсация влаги на поверхности платы приводят к ухудшению их работы. Для решения этих проблем, платы, предназначенные для работы в более жестком режиме или при более высоких требованиях к их спецификациям, на последней стадии производственной цепочки покрываются защитным покрытием.
Целое направление прикладной полимерной химии занимается разработкой различных компаундов, для герметизации узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры . Чаще всего это наполненные эпоксидные или эпоксидно-акрилатные композиции, не содержащие растворителей. Такие компаунды довольно широко используются для герметизации заливкой небольших по размерам печатных узлов в сборе. Отверждение компаундов в большом объеме
сопровождается значительной усадкой и высокими остаточными напряжениями, приводящими к разрыву проводников. Отработка рецептуры и режимов отверждения компаундов для каждой реальной конструкции часто индивидуальна и порой даже близка к шаманству. Существенный недостаток метода -неремонтопригодность изделий.
У многих специалистов слово «влагозащита» ассоциируется с двумя другими словами: «лаковое покрытие». Нанесение дополнительного полимерного покрытия на печатный узел является одним из наиболее распространенных методов влагозащиты. Это более универсальный и, что немаловажно, экономичный метод по сравнению с заливкой изделий полимерными компаундами. Традиционно для нанесения покрытия используют лаки, а формирование полимерной пленки на поверхности печатных узлов происходит чаще всего в результате одновременно протекающих процессов испарения растворителя и реакции поликонденсации связующего.
Что касается характеристик, важных для производственного процесса, идеальным защитным покрытием является однокомпонентный компаунд, поскольку двухкомпонентные варианты неудобны в
