CC BY
35
Метод бесконтактного теплового контроля се- мерам пришли более компактные высокочувствитель-
годня применяется в области электронных ные модели тепловизоров, этот метод хорошо за-
устройств в двух качествах: рекомендовал себя как высокоэффективный способ
- активный тепловой контроль - вид неразру- оперативной диагностики тепловых полей электрон-шающего контроля для поиска дефектов в материа- ных изделий и с успехом начал применяться в элек-лах; для поиска дефектов применяется внешняя тронной промышленности на разных этапах жизнен-стимуляция объекта контроля тепловыми импуль- ного цикла продукции.
сами, после чего по прошествии заданного времени Для того чтобы результаты теплового диагно-
снимается термограмма, на которой температурный стирования изделий электроники и их компонентов
сигнал от внутреннего дефекта достигает макси- были наиболее достоверными и информативными,
мума; важной задачей является разработка такой мето-
- пассивный тепловой контроль - способ визу- дики проведения экспериментов и анализа резуль-ализации тепловых полей готовых изделий в есте- татов, которая в каждом случае максимально учи-ственных условиях работы; в области производства тывает все параметры и характеристики исследуе-электронной аппаратуры применяется чаще; исполь- мого объекта, отвечает целям и задачам диагно-зуется для визуализации тепловых полей готовых стирования. Немаловажной задачей также является изделий для поиска неисправностей и скрытых де- подбор оборудования в комплексе с программным фектов. обеспечением, которые позволят достичь постав-
На рисунках 2 и 3 в качестве примеров пред- ленных целей диагностирования, ставлены объекты бесконтактного теплового кон- Возможности бесконтактного теплового метода
троля и результаты контроля в виде термограмм с диагностики и поиска скрытых дефектов, без-
нанесенными температурными флажками в критичных условно, шире рассмотренной в настоящей работе
с точки зрения теплового поля местах. области. Подобные методы все чаще находят при-
Эксперименты проводились в лаборатории ка- менение в микро- и наноэлектронике, силовой
федры «Проектирование и технология производства электронике и энергетике. Но следует отметить,
ЭА» МГТУ им. Н.Э. Баумана. что на данный момент наибольшее применение ме-
Заключение тоды бесконтактного теплового контроля находят
Бесконтактный тепловой контроль обладает ря- за рубежом [11-13]. Поэтому одной из задач дан-
дом преимуществ по сравнению с контактным кон- ной работы было привлечение внимания отечествен-
тролем. С развитием тепловизионной техники, ко- ных специалистов к возможностям бесконтактных
гда на смену громоздким и малочувствительным ка- методов теплового контроля в решении задачи повышения надежности ЭА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Неразрушающий контроль. Справочник. В 7 т.; Т. 5. Тепловой контроль; под ред. В.В. Клюева. М: Машиностроение, 2004. 688 с.
2. Бесконтактный тепловой контроль электронно-вычислительных средств / С.П. Панфилова, А.И. Власов, В.Н. Гриднев, А.С. Червинский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2007. № 6. С. 1-9.
3. Бесконтактный тепловой контроль изделий электронной техники / С.П. Панфилова, А.И. Власов,
B.Н. Гриднев, А.С. Червинский // Производство электроники: технологии, оборудование, материалы. 2007. № 3. С. 25-32.
4. Системы обеспечения функциональной надежности технологических процессов с помощью активного гашения акустических полей / С.Г. Семенцов, Е.В. Юркевич, Т.Е. Воронцова // Надежность. 2012. № 2.
C. 56-64.
5. Маркелов В.В. Визуальные методы системного анализа при управлении качеством изделий электронной техники / В.В. Маркелов, А.И. Власов, Э.Н. Камышная // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 145-149.
6. Маркелов В.В. Управление и контроль качества изделий электронной техники. Семь основных инструментов системного анализа при управлении качеством изделий электронной техники // Датчики и системы. 2014. № 8 (183). С. 55-66.
7. Маркелов В.В. Автоматизация одноступенчатого контроля качества в среде МАТЬАВ // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 2 (10). С. 34-41.
8. Маркелов В.В. Автоматизация многоступенчатого контроля качества в среде МАТЬАВ // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 1 (9). С. 58-62.
9. Чеканов А.Н. Расчеты и обеспечение надежности электронной аппаратуры: учеб. пособие. М.: КНОРУС, 2012. 440 с.
10. А.А Адамова, А.П. Адамов, В.А. Шахнов Методика оценки технологичности электронных изделий на этапах проектирования и производства / // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 2. С. 352-356.
11. А.А. Адамова, А.И. Власов Визуальное моделирование адаптации подготовки производства к выпуску новой продукции // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2014. № 2
(154). С. 46-56.
12. В.Н. Гриднев В.Н., Г.Н. Гриднева Проектирование коммутационных структур электронных средств: учеб. пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 344 с. (Библиотека «Конструирование и технология электронных средств»: в 25 кн. Кн. 7).
13. Нейросетевые методы дефектоскопии печатных плат / В.Н. Гриднев [и др.] // Электронные компоненты. 2004. № 8. С. 148-155.
УДК 378.147
Затылкин А.В., Лысенко А.В., Кузнецов М.Д,
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ВИБРАЦИОННЫХ НАГРУЗОК
Негативному влиянию внешних механических воздействий наиболее подвержены печатные узлы бортовых электронных средств, при этом величина инерционной силы возникающей в электрорадиоэлементах вследствие резонанса печатного узла может быть больше, чем при вхождении в резонанс на их собственных частотах. Проведено исследование зависимости инерционной силы от частоты внешнего воздействия при различных амплитудных значениях. Ключевые слова:
вибрация, прогнозирование, методика, ресурс, электронные средства.
В процессе своей эксплуатации бортовые электронные средства (ЭС) испытывают влияние различных механических воздействий, которые могут негативно сказываться как на их электрических характеристиках [1, 2], так и на показателях надежности. Поэтому, при разработке бортовых ЭС ответственного назначения особенное внимание уделяется мерам, призванным повысить вибропрочность и виброустойчивость будущих изделий, как на этапах проектирования, так и во время производства [3].
Одной из наиболее уязвимых для механических воздействий частью ЭС является печатный узел [4], поскольку именно на нем возникают такие дефекты, как отслоение печатных проводников, нарушение металлизации сквозных отверстий, разрушение выводов электрорадиоэлементов (ЭРЭ), отрыв ЭРЭ и т.д. [5]. Все эти дефекты, как правило, приводят к нарушению работоспособного состояния печатного узла и, как следствие, отказу всего устройства. Поэтому, еще на этапе проектирования ЭС следует прогнозировать ресурс разрабатываемой аппаратуры и проводить его оценку в соответствии с требованиями технического задания.
Ввиду сказанного одной из актуальнейших научно-практических задач является прогнозирование ресурса ЭРЭ в условиях вибрационных нагрузок.
В настоящее время существуют различные методы защиты ЭРЭ в составе печатного узла [6]. Чтобы выбрать какой-либо из них и дать предварительную оценку его эффективности необходимо на этапе проектирования осуществить прогнозирование ресурса каждого ЭРЭ находящегося в печатном узле.
Развитие методов математического моделирования и вычислительных мощностей современных компьютеров, а также развитие элементной базы вызывает необходимость провести совершенствование методики. Одним из направлений ее модификации является необходимость учета виброускорений, передающихся в выводы ЭРЭ, не с помощью аналитических выражений, а с использованием конечно разностных или конечно-элементных моделей. Такой подход позволит определить резонансную частоту именно печатного узла, а не всей печатной платы, как делается в исходном варианте. Необходимость этого обусловлена тем, что резонансные частоты печатной платы и печатного узла (рассматриваемого согласно [7] как печатная плата с ЭРЭ), существенно различаются, что ведет к ошибке в расчетах.
Кроме того, при выборе резонансной частоты платы или ЭРЭ рекомендует выбирать наименьшую из них, считая ее наиболее разрушительной. В этом можно сомневаться, поскольку во время вхождения в резонанс на собственной частоте печатного узла, ЭРЭ будет испытывать различные нагрузки (перемещения и ускорения) в зависимости от места его установки на плате.
Проведем теоретический эксперимент, в котором сравним величины инерционной силы (Р), получаемые при расчете ресурса ЭРЭ на его резонансной частоте и резонансной частоте печатного узла.
Инерционная сила рассчитывается следующим образом Р = п-ттдтпв,
где т - масса ЭРЭ, кг; д - ускорение свободного падения; Пв - перегрузка при вибрационных воздействиях; п - коэффициент передачи при резонансе.
Перегрузка при вибрационных воздействиях равна
д =
пв = —
а & ;
где а - ускорение внешнего вибрационного воздействия.
Коэффициент передачи при резонансе (п) равен
ж
д •
где fi - резонансная частота ЭРЭ или печатной платы.
Начальные условия эксперимента следующие. В качестве ЭРЭ возьмем резистор С2-23-1, масса которого 2 г., диаметр вывода 0,6 мм, схема закрепления соответствует схеме "а" на рисунке 1. Печатная плата изготовлена из стеклотекстолита фольгированного с размерами 140 X 140 X 1, 22 (мм), имеет жесткое закрепление в четырех точках. Величина внешнего воздействия виброускорения равна 10д.
Для выбранной схемы установки ЭРЭ исходная методика [8] рекомендует проводить расчет на резонансной частоте ЭРЭ. Проведя расчет инерционной силы (Р) на частоте ЭРЭ (2112 Гц) получим ее значение, равное 13, 511 Н, инерционная сила (Р) на частоте печатного узла (219,9 Гц) равна 4,158 Н. По результатам расчета видно, что более разрушительной инерционной силой (Р) действительно является сила, возникающая на частоте ЭРЭ.
Логарифмический декремент затухания (Л), в свою очередь равен
Рисунок 1 - Схема вариантов размещения ЭРЭ на печатной плате
Но если ЭРЭ находится в центре печатного узла, где на первой резонансной частоте (самого печатного узла) ускорение возрастает в разы (например, при наиболее распространенном жестком закреплении в четырех точках ускорение возрастает в четыре раза [8]) по сравнению с ускорением внешнего воздействия, получается совсем другой результат. Если принять, что ускорение возросло в четыре раза (с 10до 40д), то инерционная сила (Р) на частоте печатного узла равна 19,957 Н, а это больше чем 13, 511 Н. Следует учесть, что 10д - это верхний предел значения внешнего вибрационного воздействия для различных групп исполнения наземных, авиационных и космических бортовых ЭС [10]. Резисторы С2-23, при креплении за выводы выдерживают вибрационные воздействия в диапазоне 1-3000Гц, амплитудой 20д. Превышение амплитуды вибрационных воздействий в два раза приводит к значительному сокращению ресурса.
Кроме того, неверный выбор резонансной частоты приводит к следующей ошибке - ресурс ЭРЭ рассчитанный на его собственной частоте будет равен 5,682 с, а на частоте печатного узла 4,5 с. Погрешность такого расчета составляет 26,3 %.
Следует отметить, что по результатам экспериментальных данных амплитуда ускорения в центре печатного узла может превышать амплитуду ускорения внешнего воздействия на порядок и более [8]. Поэтому принятое в этом примере превышение равное четырем является очень скромным, в реальных конструкциях оно много больше [9], а значит и погрешность прогнозирования ресурса тоже выше.
Для более детального изучения зависимости инерционной силы (Р) от величины частоты внешнего воздействия (£) при различных амплитудах внешнего воздействия построен график (рисунок 2), на котором показаны Р1 при а = 10 м/с2, Р2 при а = 2 0 м/с2, Р3 при а = 3 0 м/с2, Р4 при а = 40 м/с2, Р5 при а = 50 м/с2. Из полученного графика видно, что прирост инерционной силы ( Р) более эффективно обеспечивать увеличением амплитуды внешнего воздействия, чем его частотой.
О 500 1.5x10
Рисунок 2 - Зависимости инерционной силы (Р) от величины частоты внешнего воздействия (£) при различных амплитудах внешнего воздействия (Р1 при а = 10 м/с2, Р2 при а = 20 м/с2, Р3 при а =
3 0 м/с2, Р4 при а = 4 0 м/с2, Р5 при а = 5 0 м/с2)
В статье было обоснование прогнозирования ресурса ЭРЭ печатного узла в условиях вибрационных нагрузок. Проведен расчет ресурса ЭРЭ на его резонансной частоте и резонансной частоте печатного узла, кроме того было подробное исследование зависимости инерционной силы от частоты внешнего воздействия при различных амплитудных значениях.
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 15-19-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абжирко, Н.Н. Влияние вибраций на характеристики радиолокационных антенн / Н. Н. Абжир- ко. -. М.: Сов. радио, 1974. - 168 с.
2. Талибов, Н.А. Оценка влияния деформации волноводно-щелевой антенны на ее диаграмму направленности / Н.А.Талибов, А.Н. Якимов // Надежность и качество: сб. тр. Междунар. симп. Т. 2. -Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2008. - С. 146-148.
3.Юрков, Н.К. Методы и средства проектирования высоконадежных электронных средств / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, И.И. Кочегаров ; Под ред. проф. Н.К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2014 - 266 с.
4. Першин Е.О., Шалумов А.С. Анализ механических процессов в электрорадиоизделиях с произвольными вариантами установки на печатных платах // «Системные проблемы надежности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (Инно-ватика - 2010)» / Материалы Международной конференции и Российской научной школы. Часть 1. - М.: Энергоатомиздат, 2010. - С.63-65.
5. Методы обнаружения и локализации латентных технологических дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. проф. Н.К. Юркова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013 - 184 с.
6. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
ГОСТ 20406-75 Платы печатные. Термины и определения.
Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппара-
М.: Радио и связь, 1993 г. , 201 с.
Артемов И.И., Уханов А.П. История техники. Автотракторостроение. Учебное пособие. Пенза,
7.
8.
туры.
9.
2005.
10. Артемов И.И. Повышение долговечности шаровых опор легковых автомобилей / И.И. Артемов, А.А. Войнов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2007. № 9. С. 43-50.
11. Жаднов, В. В. Особенности конструирования бортовой космической аппаратуры : учеб. пособие / В. В. Жаднов, Н. К. Юрков. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - 112 с.
УДК 32.50.5
Белов1 М.Е, Шайко-Шайковский1 А.Г., Назарак1 М.С. , Билык2 С.В., Дудко2 А.Г., Билык2 Г.А.,
1Черновицкий национальный университет им. Ю.Федьковича, Черновцы, Украина 2Буковинский государственный медицинский университет, БДМУ, Украина
УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО БЛОКА С ПОВЫШЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ ТЕЛЕСНОГО УГЛА ИЗМЕРЕНИЯ
Рассмотрена конструкция и устройства усовершенствованного измерительного устройства, позволяющего получать тепловые сигналы в диапазоне телесного угла в 180°. Индикатриса измеренного сигнала свидетельствует о высоком и четком уровне -измеряемого теплового потока. Прибор прошёл апробацию в медицинской диагностике, а а также — в технологических производственных процессах. Ключевые слова:
измерения, тепловые сигналы, телесный угол, чувствительность.
I. Введение
Во многих измерительных системах слежения, измерения тепловых сигналов, освещенности, в технологических и производственных процессах,
научных исследованиях, спецтехнике находят широкое применение приборы, позволяющие проводить измерение сигнала в границах, обусловленных до-
