CN100514050C - 一种电路板污染检测告警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信设备，特别涉及通信设备安全检测技术，公开一种电路板污染检测告警方法，以解决现有技术中判断电路板污染程度时因为没有量化的检测方案而造成的准确度差的问题。所述方法包括如下步骤：检测受到污染的电路板表面恒功率元件的工作温度和电路板的环境温度；计算所述工作温度和环境温度的差值；并当所述温度差值等于或大于设定的温度阈值时发出污染超标告警信号。

Description

一种电路板污染检测告警方法

技术领域

本发明涉及通信设备，特别涉及通信设备的检测技术，公开一种电路板污染检测告警方法。

背景技术

由于近年来空气污染比较严重，空气中的灰尘比较多，加上通信设备机房环境条件的限制、设备送风系统的运行、机房改造及装修等原因，会使长期连续运行下的精密电子设备在一定时间内即覆盖上一定程度上的灰尘，当灰尘积累到一定程度时，就会对设备可靠运行带来负面的影响。

另外，近年为了降低制造成本和运行成本，许多设备供应商纷纷推出非密封式的室外型通信设备和电子设备，进而使有害粉尘进入室外型通信设备和电子设备更加容易，粉尘在更加容易地在电路板上大量积聚，到了一定程度时会影响这些电子设备的运行可靠性，严重时会导致电路板失效及瘫痪。

为了除去灰尘以改善通信设备或电子设备的可靠性，现有技术的方案有两种：一为带电清洗；二为现场离线清洗。

但现有技术中实施时，由于在判断是否需要进行清洗时，随意性和主观性太强，所以存在如下缺点：

由于用户在判断是否需要清洗时，根据的是设备的运行时间长短、不明原因故障率发生的频度或者电路板的被污染外观等因素，所以在判断上的随意性和主观性太强，缺乏科学性依据；

由于主观性太强，所以容易对电路板造成过分频繁的清洗。而过分频繁清洗电路板除了增大用户的清洗成本外，更为重要的是由于相当多的不规范的带电清洗工程不但清洗效果差，反而会对电路板造成损伤，影响设备的正常运行，严重的甚至导致设备运行瘫痪、对设备造成永久性伤害。

发明内容

本发明提供一种电路板污染检测告警方法，以解决现有技术中判断电路板污染程度时存在的随意性和主观性太强的问题。

一种电路板污染检测告警方法，包括如下步骤：

检测受到污染的电路板表面恒功率元件的工作温度和电路板的环境温度，所述恒功率元件安装在电路板表面迎向冷却风的边缘位置；计算所述工作温度和环境温度的差值；并当所述温度差值等于或大于设定的温度阈值时发出污染超标告警信号，所述温度阈值根据发热元件的功率设定。

所述温度阈值根据发热元件的功率设定具体包括：在温度稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+1～2摄氏度；在温度不稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+2～5摄氏度。

本发明的有益效果如下：

1、本发明所述方法利用检测受到污染的电路板表面恒功率元件的工作温度和电路板的环境温度，当工作温度和环境温度的差值等于或大于设定的温度阈值时发出污染超标告警信号，有效提醒用户在必要时及时进行电子设备和通信设备的清洗，以提高电子设备和通信设备的运行可靠性；

2、同时，利用灰尘厚度对电路板散热造成一定影响的原理，使用温度检测装置量化判断灰尘的聚集厚度，保证灰尘的成份和环境相对湿度对表面绝缘电阻影响较小时，通过检测温度差值仍然能够及时发出告警信号提醒用户；

3、本发明所述技术方案给设备制造商提供了解运行现场电路板污染情况的量化标准，有利于控制合理的清洗频度，节省维护开支，并避免因过分频繁清洗电子设备和通信设备在网络运行中进行业务倒换而带来的风险。

附图说明

图1为本发明所述电路板污染检测告警系统结构示意图；

图2为根据电路板表面绝缘电阻变化监测污染情况的一种电路结构图。

具体实施方式

在具体介绍本发明的电路板污染检测告警方法和系统前，先对一些会影响判断的因素作介绍：

事实上，在判断是否需要进行清洗时，不能仅凭设备的灰尘污染外观，还要判断灰尘中的物质化学成分、湿度，具体如下：

1、当灰尘化学成分主要是中性的在水中不溶解的物质，且该地区湿度相对较低时，即使在电路板上有较高的积聚量，一般不会造成设备腐蚀并引发故障，即在这种情况下，清洗的频率应该较低，只有灰尘的厚度大到可能影响发热器件的散热时才需要清洗。

2、当灰尘化学成分含有大量卤素盐类且相对湿度较大或昼夜温差较大时，电路板表面可能产生凝露，此时，即使设备和电路板表面的积聚的灰尘并不严重，仍旧可能造成设备腐蚀和触发故障，这时不但需要进行清洗，而且可能需要进行涂覆(Conformal Coating)以设法降低设备内部的相对湿度。

3、当灰尘中很少腐蚀性盐类且环境干燥时，可以不必清洗，但在潮湿地区，就可能因为灰尘具有极大的总表面面积，会吸附大量水汽和腐蚀性气体而腐蚀设备并影响设备的运行可靠性，这时就需要对设备进行清洗。

从以上分析可知，由于电路板所处的环境非常复杂，所以本发明的目的就是为准确地判断是否应该进行清洗，通过量化提供客观的和科学的判断标准。

经研究表明：影响电路板可靠性运行的重要因素是电路板表面的绝缘电阻，当绝缘电阻值过小时，极易产生噪音、误动作，甚至造成短路事故。而绝缘电阻值的变化又和污染度直接相关，当电路板表面积聚的灰尘中盐类物质到达一定量后，绝缘电阻值便会随之下降，且灰尘中含有的盐类物质越多，电路板表面绝缘电阻值越小，可见，当含有所述盐类物质的灰尘积聚到一定程度时，必须通过清洗来保证电路板表面的绝缘电阻值。

同时，在相同污染条件下，电路板表面相对湿度越大则表面绝缘电阻值越小；但当引起面绝缘电阻值过低的主要原因为相对湿度过大时，则可以通过降低电路板表面相对湿度的方法而提高绝缘电阻，不必清洗电路板表面。

具体变化情况如下表1和表2所示：如表1所示，表1显示了相同污染条件时，电路板表面绝缘电阻在不同的相对湿度下的变化情况，其中：纵坐标为测量得到的表面绝缘电阻，横坐标为环境相对湿度变化，可知，在电路板积聚一定灰尘后，环境相对湿度越大，电路板表面绝缘电阻越小。

表1.通信电路板在不同的环境相对湿度下的绝缘电阻

表2.在相同的环境相对湿度下不同污染度时的绝缘电阻

请参见表2，当环境相对湿度固定时，电路板的表面绝缘电阻随着污染度的增加而降低。

从上述分析可知，电路板表面绝缘电阻值变化可以直接反映一定环境相对湿度下的电路板污染情况，因此可以将电路板表面绝缘电阻值作为衡量电路板污染度的量化值判断污染程度。

为此，本发明提供基于如下基本原理的技术方案，包括步骤：

1、在电路板运行时监测表面绝缘电阻值；

监测设备中容易受到污染的电路板即可实现对整个设备污染情况的检测，容易受到污染的电路板一般位于设备冷却风的进风口处。根据污染度和电路板表面绝缘电阻之间的关系，测量方法为：在每一块电路板(或每个插框的某一功能板)最易聚集灰尘的部位，即冷却迎风侧设置测试表面绝缘电阻变化的电路，可以使用任何当前常用的线路图形(平行线与梳状电极等)，表面绝缘电阻检测电路必须裸露于空气(或冷却气流)中，不用阻焊油墨(sold mask)和其他物质覆盖，否则会影响传感器感知污染度的变化。

2、判断电路板表面绝缘电阻值是否下降到设定电阻阈值；

根据电子设备和通信设备的特性设置电路板表面绝缘电阻变化的阈值，一般情况下，为保证电路板在各个运行条件下的安全性能，应该选择电路板可运行的最高相对湿度环境时的表面绝缘电阻最小值为该电阻阈值。例如：相对湿度为85％RH时，检测间距为0.318mm时，表面绝缘电阻最小值应该在3.00E+6Ω～1.00E+7Ω/0.318mm之间(也可以用漏电流皮安PA来标示)。

3、当电路板表面绝缘电阻值等于或小于设定电阻阈值时进行报警。

当达到设定阈值时上报报警信号，一般情况下，用户可以在收到多次报警信号后到设备现场进行确认，是设备上灰尘太多、相对湿度太大还是电路板上出现凝露甚至有雨水滴漏，用户可以决定是否应该进行设备清洗，还是设法降低运行环境的相对湿度，或者查找产生滴漏的源头，消除影响运行可靠性的隐患。

在电路板某些运行环境中，由于灰尘中可能不含过多的盐类物质，因此对电路板的表面绝缘电阻影响并不大，但这时电路板的正常散热收到影响，仍然需要对电路板进行清洗。因此除了采用在电路板上的特定位置设置表面绝缘电阻变化的传感器来监控电路板受灰尘污染的程度之外，根据灰尘过多会影响电路板散热的原理，还可以在电路板上的特定位置设置温度传感器进行检测，当灰尘积聚增多时，干燥的灰尘会影响散热，使温度传感器感知的温度升高，在设备最先接触冷却风气流电路板的位置安装一个发热元件，灰尘增多时会影响其散热，使温度上升，当发热元件的温度比环境温度高出一定阈值时，说明灰尘已经严重影响到散热，这时应该发出告警，提醒用户需要到现场调查，查看确属于电路板上灰尘太多，决定是否需要进行电子设备和通信设备的清洗。温度阈值根据具体发热元件的功率设定，根据经验，可以按照下述原则设定：

1)、在温度稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+1～2摄氏度；

2)、在温度不稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+2～5摄氏度。

实现上述方法的电路结构如图1所示，包括：检测电路1、连接检测电路1的比较电路2、连接比较电路2的告警显示电路3、和通过传输网络连接告警显示电路3的远端中心监控电路4，远端中心监控电路4一般集中设置在通信系统的监控机房中，对整个通信系统进行集中监控。

检测电路1包括检测电路板表面绝缘电阻电路101和检测温度变化的电路102。灰尘随气流进入设备后，受电路板静电吸引，绝大部分在电路板迎冷却风一侧沉降下来，因此电路板冷却迎风侧的边缘地带收到的灰尘污染最严重，所以检测电路应该设置在电路板迎向冷却风一侧的边缘地带，冷却风向如图1中箭头所示，这样就可以达到监控整个电路板的目的，对于整个设备的污染情况来说，由于处于风口处的电路板最容易受到污染，所以检测位于风口处的电路板即可达到监控整个设备的目的。

表面绝缘电阻检测电路101可以使用任何当前常用的线路图形(平行线回转线或梳状电极等)，直接在设计在走线图形中并印制到印刷电路板上或在印刷电路板印制完成后焊接到板上，表面绝缘电阻检测电路101必须裸露于空气(或冷却气流)中，不得用阻焊油墨(Sold Mask)和其他物质覆盖，否则会影响传感器感知污染度的变化。检测电路101检测表面绝缘电阻所需的工作电源由比较电路2提供，并将检测结果输入比较电路2。

表面温度检测电路102，包括恒功率发热元件，例如二极管或三极管，以及检测恒功率发热元件工作温度的第一温度传感器和检测环境温度的第二温度传感器，如果设备中已经设置了检测环境温度的温度传感装置，则可以直接利用检测结果进行控制，不必单独设置第二温度传感器。功率发热元件和第一温度传感器可以直接设置在电路板冷却迎风侧，也可以在电路板边缘位置上固定连接一个与冷却风风向垂直的绝缘板件，并将恒功率发热元件和温度传感器固定在迎风侧，温度传感器的检测结果输入比较电路2进行判断。

比较电路2包括用于比较绝缘电阻是否低于设定的电阻阈值第一比较子电路201，和用于比较恒功率元件的工作温度和环境温度的差值是否超出设定的温度阈值的第二比较子电路202，其输出并行连接到告警显示电路3，当绝缘电阻等于或小于设定的电阻阈值、或者恒功率元件的工作温度与环境温度的差值等于或高于设定的温度阈值时，向告警显示电路3输出告警信号触发告警。告警方式可以包括声音、发光等常用形式，告警电路3收到告警信号后，通过通信网络传输给远端监控中心，用于远端告警显示。

根据绝缘电阻变化进行控制的电路结构形式很多，下面仅以其中一种电路结构为例进行说明：

如图2所示，图2为绝缘电阻检测比较电路，包括三个标准电阻Rs，以及检测到的绝缘电阻Rx构成电桥，a和c端分别连接检测电路101的两个电极，测试电压V_DC加在该电桥的a和b接线端上，c端接地，d接线端连接电压比较器的正相输入端，电压比较器的反相输入端施加的设定电压Ur为：当Rx为最低设定阈值时，c和d接线端输出的电压，该设定电压可以通过实际测试得到。电路的工作过程为：当电路板被污染后，绝缘电阻Rx下降，输入到正相输入端的电压值则升高，一旦绝缘电阻Rx低于设定阈值时，电压比较器正相输入端电压值等于或超过设定电压，这时，电压比较器的输出端输出信号，控制告警显示装置进行告警，例如图中所示的告警灯。

测试电压V_DC越高，测试精度越高，根据实际的设备的电源配置，一般选择最高的直流电源。

利用两个温度的差值进行控制的实现方法很多，可以通过电压比较器构成的硬件电路实现，也可以通过软件控制实现，为本领域技术人员熟知，这里不再赘述。

本发明所述技术方案带来的有益效果如下：

1、本发明所述方法利用电路板表面绝缘电阻和离子污染度之间的关系，通过检测电路板表面绝缘电阻达到量化检测离子污染度的目的，有效提醒用户在必要时及时进行电子设备和通信设备的清洗，以提高电子设备和通信设备的运行可靠性；

2、同时，利用灰尘厚度对电路板散热造成一定影响的原理，利用温度检测装置量化判断灰尘的聚集厚度，保证灰尘的成份和环境相对湿度对表面绝缘电阻影响较小时，及时发出告警信号提醒用户；

3、本发明所述技术方案给设备制造商提供了解运行现场电路板污染情况的量化标准，有利于控制合理的清洗频度，节省维护开支，并避免因过分频繁清洗电子设备和通信设备给网络运行带来的倒换业务的风险。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1、一种电路板污染检测告警方法，其特征在于，包括如下步骤：

检测受到污染的电路板表面恒功率元件的工作温度和电路板的环境温度，所述恒功率元件安装在电路板表面迎向冷却风的边缘位置；

计算所述工作温度和环境温度的差值；并

当所述温度差值等于或大于设定的温度阈值时发出污染超标告警信号，所述温度阈值根据发热元件的功率设定。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度阈值根据发热元件的功率设定具体包括：

在温度稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+1～2摄氏度；

在温度不稳定的环境内，温度阈值＝环境温度+2～5摄氏度。

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