CN116520039A - 一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可靠性测试领域，具体公开了一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，包括屏蔽仓、电磁模拟系统、应力施加系统、数据采集系统以及控制系统；电磁模拟系统用于在屏蔽仓内发射电磁波以模拟电磁环境；应力施加系统用于在屏蔽仓内固定待测样品，并对待测样品施加应力；数据采集系统用于采集屏蔽仓内的电磁环境数据以及所述待测样品在施加应力后的作用力数据；控制系统用于根据预设的试验程序，根据数据采集系统所采集的数据，控制电磁模拟系统和应力施加系统对待测样品执行可靠性测试。本发明的测试装置可以在复杂电磁环境下，对待测样品的应力性能进行试验，为电子设备及材料的电磁可靠性提供一种快速、可靠、稳定的测试装置。
Description
技术领域
本发明涉及可靠性测试领域，尤其涉及一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置。
背景技术
随着现代信息技术的发展，现代电子设备发展的越来越精密，应对的电磁环境越来越复杂。电子设备与电力设备在正常工作状态下都会主动或被动的发射出电磁波，电子设备内部自身的通信、雷达、电磁干扰的功率增大导致设备辐射产生的近场环境增强，同时外部的各种电子战设备、电磁攻击武器产生的电磁环境，也会威胁设备内部其他敏感元器件的正常工作。因此，在尖端产品的部分元器件和结构设计时，所用材料在复杂电磁环境下的各种性能参数变化也成为了必须要考虑的因素。
目前几乎没有专门用于测试设备或材料在复杂电磁环境下的应力性能变化的研究。为了积极应对这一影响，需要构建接近实际、满足设备和材料的性能测试需求的电磁环境以及应力环境。电磁环境的构建是指综合利用各种技术手段尽可能真实地构建目标电磁环境，可通过实验方案规定试验电磁环境构建要求，一般规定各种参数辐射源的数量、工作频段以及工作参数等。目前主流的电磁环境的构建方法主要有以下三种：一、利用真实的武器装备全实物构建；二、大量依靠各类信号模拟器、分布式交互仿真技术的半实物构建；三、利用计算机模拟和仿真技术的全数学模型构建。这三种电磁环境的构建方法各有优缺点，适用于电子设备研制的不同开发阶段。
目前，缺乏具备复杂电磁环境和应力环境耦合的试验装置，急需研发一种具备复杂工况和复杂电磁环境的材料及设备可靠性试验装置。
发明内容
为了克服缺乏对待测样品在复杂电磁环境下的应力性能测试手段的问题，本发明提供一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置。
本发明采用的技术方案是：一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，包括屏蔽仓、电磁模拟系统、应力施加系统、数据采集系统以及控制系统；
所述屏蔽仓内侧设有微波吸收层和屏蔽层；
所述电磁模拟系统用于在屏蔽仓内发射电磁波以模拟电磁环境；
所述应力施加系统用于在所述屏蔽仓内固定待测样品，并对所述待测样品施加应力；
所述数据采集系统用于采集屏蔽仓内的电磁环境数据以及所述待测样品在施加应力后的作用力数据；
所述控制系统用于根据预设的试验程序，根据所述数据采集系统所采集的数据，控制所述电磁模拟系统和所述应力施加系统对所述待测样品执行可靠性测试。
优选地，所述电磁模拟系统包括依次相连的信号模拟器、滤波器和辐射阵列，所述辐射阵列设于所述防护罩内部，所述辐射阵列包括若干个喇叭天线，所述喇叭天线的发射端朝向所述待测样品；
其中，所述信号模拟器用于产生模拟电磁环境的电磁信号；所述滤波器用于过滤掉非目标频段的电磁信号。
优选地，所述数据采集系统还包括第二电磁辐射检测仪，所述第二电磁辐射检测仪用于采集屏蔽仓外的电磁环境数据，并传输至所述控制系统。
优选地，所述应力施加系统包括加荷装置、上连接杆和下连接杆，所述上连接杆的下端和所述下连接杆的上端均设有样品夹具，所述下连接杆下端与所述屏蔽仓固定相连，所述上连接杆上端与所述加荷装置连接，所述加荷装置用于对待测样品施加应力；所述样品夹具用于固定所述待测样品。
作为优选地，所述屏蔽仓内设有防护罩，所述样品夹具设于所述防护罩内。
优选地，所述样品夹具上设有至少一个紧固螺钉和至少一个防滑螺钉，所述紧固螺钉用于固定所述待测样品，所述防滑螺钉用于防止所述待测样品滑动。
优选地，所述加荷装置包括拉力施加组件和压力施加组件，所述拉力施加组件通过杠杆与所述上连接杆活动相连，所述压力施加组件与所述上连接杆固定相连。
优选地，所述电磁模拟系统和所述应力施加系统相互独立工作。
优选地，所述控制系统包括电磁控制模块和应力控制模块；所述电磁控制模块和所述应力控制模块电性相连；
所述电磁控制模块包括用于显示并操控所述电磁控制模块的电磁控制面板，所述应力控制模块包括用于显示并操控所述应力控制模块的应力控制面板。
优选地，所述屏蔽仓内设有多个隔间，每个所述隔间内均独立设有所述电磁模拟系统和所述应力施加系统，相邻隔间之间设有微波吸收层和屏蔽层。
本发明的有益效果是：
通过电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，可以在复杂电磁环境下，对待测样品的应力性能进行试验，为电子设备及材料的电磁可靠性提供一种快速、可靠、稳定的测试装置，电磁模拟系统和应力施加系统能产生电磁和应力两种环境，可分别独立进行模拟，也可以根据实际使用工况，开启一个或两个系统，可使待测样品在单独一个环境或者两个环境中进行多工况模拟的可靠性试验，使得材料寿命测试更符合实际使用情况模拟试验，将电磁环境模拟技术拓展至材料可靠性测试表征领域。
优选地，屏蔽仓通过微波吸收层和屏蔽层，增加了电磁性能测试的测试环境稳定性与封闭性，使电磁可靠性测试更便捷、灵活；增强了试验过程和试验数据的准确性。
优选地，通过宽频段喇叭天线阵列应用于电磁模拟系统，使电磁模拟系统的频段更宽，所能模拟的电磁环境功率更大。
优选地，通过独立的防护罩，有效防止待测样品在应力作用下爆裂损坏试验设备以及影响其他待测样品的测试。
附图说明
下文将结合说明书附图对本发明进行进一步的描述说明，其中：
图1为本发明其中一个实施例的电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置结构示意图；
图2为本发明其中一个实施例的箱体示意图；
图3为本发明另一个实施例中单个隔间内的电磁模拟系统和应力施加系统的结构示意图。
图中：1、箱体；101、箱门；102、把手；103、滑轮；104、电控柜；2、屏蔽仓；201、微波吸收层；202、屏蔽层；301、辐射阵列；302、喇叭天线；303、滤波器；304、信号模拟器；305、第二电磁辐射检测仪；401、加荷装置；402、上连接杆；403、下连接杆；404、样品夹具；405、安全螺栓；406、紧固螺钉；407、防滑螺钉；408、拉力施加组件；409、压力施加组件；501、电磁传感器；502、力值传感器；6、防护罩；701、电磁控制面板；702、应力控制面板；8、隔间；9、待测样品。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图3，是本发明的其中一个实施例，本实施例的电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置包括：屏蔽仓2、电磁模拟系统、应力施加系统、数据采集系统以及控制系统；
所述屏蔽仓2内侧设有微波吸收层201和屏蔽层202；
所述电磁模拟系统用于在屏蔽仓2内发射电磁波以模拟电磁环境；
所述应力施加系统用于在所述屏蔽仓内固定待测样品，并对所述待测样品施加应力。应力施加系统包括加荷装置401、上连接杆402和下连接杆403，所述上连接杆402的下端和所述下连接杆403的上端均设有样品夹具404，所述下连接杆403下端与所述屏蔽仓2固定相连，所述上连接杆402上端与所述加荷装置401连接，所述加荷装置401用于对待测样品9施加作用力；所述样品夹具404用于固定所述待测样品9的两端以防止其弯曲或扭转，并确保所述作用力沿所述待测样品9轴向传递。
作为本实施例的另一种举例，样品夹具的具体结构可以根据实际情况进行不同程度的改进。如果待测样品为零部件或者设备，且下端夹具固定牢固时，可以省略上端夹具，这样也能确保待测样品不弯曲或扭转。
所述数据采集系统用于采集屏蔽仓2内的电磁环境数据以及待测样品在施加应力后的作用力数据。在本实施例中，数据采集系统通过采集所述加荷装置401输出的作用力作为待测样品在施加应力后的作用力数据；所述数据采集系统包括电磁传感器501和力值传感器502；
所述控制系统用于根据预设的试验程序，根据所述数据采集系统所采集的数据，控制所述电磁模拟系统和所述应力施加系统对所述待测样品9执行可靠性测试。
通过电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，可以在复杂电磁环境下，对待测样品9的应力性能进行试验，为电子设备及材料的电磁可靠性提供一种快速、可靠、稳定的测试装置，将电磁环境模拟技术拓展至材料可靠性测试表征领域。
屏蔽仓2通过微波吸收层201和屏蔽层202，增加了电磁性能测试的测试环境稳定性与封闭性，使电磁可靠性测试更便捷、灵活；增强了试验过程和试验数据的准确性。
作为优选地，所述屏蔽仓2内设有防护罩6，所述样品夹具404设于所述防护罩6内。通过独立的防护罩6，有效防止待测样品9在应力作用下爆裂损坏试验设备以及影响其他待测样品9的测试。
优选地，所述电磁模拟系统包括依次相连的信号模拟器304、滤波器303和辐射阵列301，所述辐射阵列301设于所述防护罩6内部，所述辐射阵列301包括若干个喇叭天线302，所述喇叭天线302的发射端朝向所述待测样品9；
其中，所述信号模拟器304用于产生模拟电磁环境的电磁信号；所述滤波器303用于过滤掉非目标频段的电磁信号。
优选地，所述数据采集系统还包括第二电磁辐射检测仪305，所述第二电磁辐射检测仪305用于采集屏蔽仓2外的电磁环境数据，并传输至所述控制系统。作为优选例子，数据采集系统通过采集屏蔽仓2外的电磁环境数据，将其与屏蔽仓内的电磁数据进行比较分析，实现屏蔽仓的屏蔽效果评估，减少因屏蔽效果而引发测试不准确的问题。
优选地，所述应力施加系统还包括安全螺栓405，所述安全螺栓405设于所述上连接杆402一端。
优选地，所述样品夹具404上设有至少一个紧固螺钉406和至少一个防滑螺钉407，所述紧固螺钉406用于固定所述待测样品9，所述防滑螺钉407用于防止所述待测样品9滑动。
优选地，所述电磁模拟系统和所述应力施加系统相互独立工作。
优选地，所述控制系统包括电磁控制模块和应力控制模块；所述电磁控制模块和所述应力控制模块电性相连；
所述电磁控制模块包括用于显示并操控所述电磁控制模块的电磁控制面板701，所述应力控制模块包括用于显示并操控所述应力控制模块的应力控制面板702。
优选地，所述屏蔽仓2内设有多个隔间8，每个所述隔间8内均独立设有所述电磁模拟系统和所述应力施加系统，相邻隔间8之间设有微波吸收层201和屏蔽层202。
优选地，所述加荷装置401包括拉力施加组件408和压力施加组件409，所述拉力施加组件408通过杠杆与所述上连接杆402活动相连，所述压力施加组件409与所述上连接杆402固定相连。
本实施例的待测样品9可以是产品、设备、组件，也可以是单独材料所制成的标准试样。
优选地，所述电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置还包括箱体1，所述屏蔽仓2、所述数据采集系统以及所述控制系统均设于箱体1内。
所述箱体1上设有箱门101，所述箱门101上设有把手102，所述箱体1下设有滑轮103，滑轮103用于箱体1的搬运移动。
所述箱体1内设有电控柜104，所述箱门101的一侧设有电磁控制面板701和应力控制面板702。
所述箱体1与所述箱门101之间设置有胶合片式导电膜，用于提高屏蔽仓2的电磁隔绝效果，并防止静电聚集在箱门101上。
作为本发明的另一个实施例，提供了一种应力环境和电磁辐射环境双因素耦合的可靠性试验装置，该装置通过特定区域的封闭空间作为实验平台，利用各类信号模拟器304构建电磁环境信号，通过改变各模拟器参数灵活设置所需要的立体空间电磁信号环境。利用加荷装置401可对待测样品9施加应力进行受力模拟。电磁和应力两种环境可分别独立进行模拟，也可以根据实际使用工况，开启一个或两个系统，可使待测样品9在单独一个环境或者两个环境中进行模拟试验。
本发明提供了一种应力环境和电磁辐射环境双因素耦合的可靠性试验装置，其包括箱体1、箱门101、把手102、滑轮103、电磁模拟系统、应力施加系统和控制系统。本发明采用下述电磁、和应力双重环境耦合模拟系统，分别是电磁模拟系统和应力施加系统。所述电磁模拟系统、应力施加系统分别与控制系统相连。
所述箱体1的前端面上设有箱门101，箱门101上设有把手102，本实施例的箱体1内设置有四个隔间8。所述防护罩6和所述箱体1之间设有支撑柱，所述支撑柱用来将防护罩6固定在箱体1内。
箱体1为复杂电磁环境的构建提供无回波的电磁屏蔽暗室，主要通过微波吸收层201和屏蔽层202实现暗室的屏蔽，微波吸收层201是锯齿状吸的波材料。
电磁模拟系统主要包含以下部分：辐射阵列301、喇叭天线302、信号模拟器304、滤波器303、电磁传感器501、电磁控制模块和电磁控制面板701。所述辐射阵列301由八个喇叭天线302组成，成对两两分布于单个隔间8两侧。电磁传感器501安装于防护罩6中间内壁上，防护罩6设置于支撑柱上，信号模拟器304和滤波器303；所述电磁控制面板701设置于电磁控制模块上，可显示参数设置数值已经设备电磁辐射数据监控情况。
所述辐射阵列301：实现目标辐射信号模拟，通过单元组合成的方式拟定目标电磁环境；
所述喇叭天线302：通过喇叭天线302辐射电磁信号至防护罩6内部屏蔽区域；
所述电磁传感器501：采集并监控辐射阵列301发出的电磁信号参数；
所述滤波器303：过滤非目标电磁环境频段信号对试验测试的影响；
喇叭天线302与电磁控制模块通过信号传输模块实现双向通信；电磁环境的动态变化通过电磁控制模块对信号源进行改变，进而改变发射类型和参数等。
电磁控制模块通过电磁传感器501与电磁控制面板701连接实现对防护罩6内电磁环境的实时监控。
参见图3，应力施加系统主要包含以下部分：安全螺栓405、上连接杆402、样品夹具404、紧固螺钉406、防滑螺钉407、下连接杆403、加荷装置401、应力控制模块和应力控制面板702，上连接杆402和下连接杆403连接有样品夹具404，可通过紧固螺钉406和防滑螺钉407将待测样品9固定于样品夹具404中。样品夹具404可防止待测样品9滑动，弯曲和扭转并确保载荷言沿待测样品9轴向传递。加荷装置401位于隔间8后侧，主要是通过平衡杠杆，将一端指定质量砝码通过杠杆传递给上连接杆402，从而可以实现对待测样品9施加一定数值大小的拉力或者压力，本实施例的加荷装置401可对待测样品9施加10N-1000N的作用力。
在其他实施例中，还可以通过电动装置构成的加荷装置401来施加作用力。
具体的，上述电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其进行可靠性试验的步骤如下：
S1、根据待测样品9工作工况特性论证和设计实验参数，其中实验参数包括电磁参数和应力参数，可单独只包含其中一个参数，也可是组合参数；
S2、将待测样品9的上线两端固定在样品夹具404上，关闭箱门101；
S3、数据采集系统工作，采集屏蔽仓2内外的环境参数；
S4、所述控制系统根据环境参数，控制电磁模拟系统、应力施加系统按照实验参数模拟测试环境，对样品夹具404固定的待测样品9执行测试。
在本实施例中，喇叭天线302的有线端与第一电磁辐射检测仪的输出端优选但不限于通过低损耗的带有屏蔽功能的专用射频线缆连接，在屏蔽仓2中开设有供射频线缆穿过的通孔，优选的，在通孔上设有电磁屏蔽防护盖，以避免外界干扰信号进入屏蔽仓2。
(1)暗室屏蔽效能：
0.1GHz～8GHz：≥800dB；
8GHz～18GHz：≥70dB；
18GHz～40GHz：≥60dB；
(2)模拟信号类型：通信信号、导航信号、广播信号、雷达信号、卫通信号、干扰信号、杂波信号、多路径信号等；
(3)四个喇叭天线302阵列的频段分别为：60GHz～70GHz，70GHz～80GHz，80GHz～90GHz，90GHz～100GHz。
由上可见，本发明实施例具有以下有益效果：
1、箱体和防护罩即包含屏蔽吸波材料又包含隔热保温材料，双层电磁保护，同时赋予了温度和电磁性能实施的可能，增强了试验过程和试验数据的准确性和测试安全性；
2、本发明设计了一种针对于材料级电磁可靠性使用寿命试验装置，将电磁环境模拟技术从产品电磁兼容性能测试拓展至材料可靠性测试表征领域；
3、本发明的电磁模拟系统满足宽频段，大功率电磁环境的产生，实现了电磁环境的构建，同时高频段使用可加速材料老化，缩短检测时间，节约时间成本；
4、电磁模拟系统和应力施加系统能产生电磁和应力两种环境，可分别独立进行模拟，也可以根据实际使用工况，开启一个或两个系统，可使待测样品在单独一个环境或者两个环境中进行多工况模拟的可靠性试验，使得材料寿命测试更符合实际使用情况模拟试验，测试结果更具有参考和研究价值；
5、本发明实施例可进行电磁和应力两种环境加速老化试验，有利于缩短试验周期。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，包括屏蔽仓、电磁模拟系统、应力施加系统、数据采集系统以及控制系统；
所述屏蔽仓内侧设有微波吸收层和屏蔽层；
所述电磁模拟系统用于在屏蔽仓内发射电磁波以模拟电磁环境；
所述应力施加系统用于在所述屏蔽仓内固定待测样品，并对所述待测样品施加应力；
所述数据采集系统用于采集屏蔽仓内的电磁环境数据以及所述待测样品在施加应力后的作用力数据；
所述控制系统用于根据预设的试验程序，根据所述数据采集系统所采集的数据，控制所述电磁模拟系统和所述应力施加系统对所述待测样品执行可靠性测试。
2.根据权利要求1所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述电磁模拟系统包括依次相连的信号模拟器、滤波器和辐射阵列，所述辐射阵列设于所述防护罩内部，所述辐射阵列包括若干个喇叭天线，所述喇叭天线的发射端朝向所述待测样品；
其中，所述信号模拟器用于产生模拟电磁环境的电磁信号；所述滤波器用于过滤掉非目标频段的电磁信号。
3.根据权利要求1所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括第二电磁辐射检测仪，所述第二电磁辐射检测仪用于采集屏蔽仓外的电磁环境数据，并传输至所述控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述应力施加系统包括加荷装置、上连接杆和下连接杆，所述上连接杆的下端和所述下连接杆的上端均设有样品夹具，所述下连接杆下端与所述屏蔽仓固定相连，所述上连接杆上端与所述加荷装置连接，所述加荷装置用于对待测样品施加应力；所述样品夹具用于固定所述待测样品。
5.根据权利要求4所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述屏蔽仓内设有防护罩，所述样品夹具设于所述防护罩内。
6.根据权利要求4所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述样品夹具上设有至少一个紧固螺钉和至少一个防滑螺钉，所述紧固螺钉用于固定所述待测样品，所述防滑螺钉用于防止所述待测样品滑动。
7.根据权利要求4所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述加荷装置包括拉力施加组件和压力施加组件，所述拉力施加组件通过杠杆与所述上连接杆活动相连，所述压力施加组件与所述上连接杆固定相连。
8.根据权利要求1所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述电磁模拟系统和所述应力施加系统相互独立工作。
9.根据权利要求8所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述控制系统包括电磁控制模块和应力控制模块；所述电磁控制模块和所述应力控制模块电性相连；
所述电磁控制模块包括用于显示并操控所述电磁控制模块的电磁控制面板，所述应力控制模块包括用于显示并操控所述应力控制模块的应力控制面板。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置，其特征在于，所述屏蔽仓内设有多个隔间，每个所述隔间内均独立设有所述电磁模拟系统和所述应力施加系统，相邻隔间之间设有微波吸收层和屏蔽层。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202210083474.1A CN116520039A (zh) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | 一种电磁环境和应力环境耦合的可靠性测试装置 |
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