內容提要

    為了利用現(xiàn)有的 步入式高低溫濕熱試驗箱進行太陽輻射試驗，本文采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。該裝置采用整體或分段式結構，由可移動門架式燈架車、輻射高度角度調節(jié)機構、紅外線輻照燈組、太陽總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強度調節(jié)、控制系統(tǒng)等組成。試驗結果表明該裝置能夠模擬太陽輻射，達到測試要求?？梢詾橥愒囼炏涞募痈难b提供借鑒。
    太陽輻射是以電磁波的形式傳播到地球表面的能量，由紫外光、可見光和紅外光組成。地球表面各種氣候因素的變化都與太陽輻射有關。電子設備在露天使用時，由于強烈的日光照射，其表面溫度和內部溫度均顯著升高，表面溫度可超過80℃，內部溫度可提高20℃以上。在這樣的條件下，定會影響或破壞電子設備的正常運行。
    電子設備在太陽紫外線和高溫的作用下，其密封圈、橡膠、塑料制品會逐漸老化、變色、發(fā)粘、破裂，從而破壞了密封性能；其表面油漆涂層會逐漸粉化、起泡、開裂、剝落并且會加速金屬表面的腐蝕，使活動部件如旋鈕和儀表板因變形而受阻。當露天電子設備在艦船、海島、氣候惡劣的條件下使用時，太陽輻射的影響將更加嚴重。所以，有必要對在露天使用的電子設備及其所使用的橡膠、塑料、油漆、絕緣材料、涂層等進行太陽輻射測試。
     太陽輻射測試是一種在人工模擬環(huán)境中進行的測試，模擬產(chǎn)品在日輻射條件下暴露于地面或低層大氣中的使用和貯存情況。太陽輻射對電子產(chǎn)品的影響主要來自其熱效應與光化學效應。
    熱效應主要源自太陽輻射中的紅外光譜，主要造成產(chǎn)品的短期高溫及局部過熱，導致溫度敏感元件故障及結構材料和絕緣材料結構損壞、過熱損壞等。
    光化學效應源自太陽輻射中的紫外光譜。紫外光譜提供足夠的光能以刺激有機材料分子破裂、降解、相互作用，因而造成材料變質、老化。當氣候因素如溫度、濕度與太陽輻射相結合時，其破壞更加顯著。容易發(fā)現(xiàn)的損傷是表面損傷，如表面粉化、失去光澤、變色、開裂及結構變形等。并且固有的機械性能和電性能也會降低，從而降低材料的使用價值。
    本文的太陽輻射試驗裝置主要完成評估熱輻射熱效應。該裝置利用現(xiàn)有的步入式高低溫濕熱試驗箱作為試驗箱體，采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。該裝置具有結構緊湊、重量輕、輻照高度靈活調節(jié)、操作簡單等優(yōu)勢。當不需要進行輻射試驗時可將該裝置人工推出試驗箱體進行存放。
     模擬輻射裝置組成

    裝置結構

    該裝置采用整體或分段式結構（根據(jù)用戶現(xiàn)場情況及要求待定），由可移動門架式燈架車、輻射高度角度調節(jié)機構、紅外線輻照燈組、太陽總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強度調節(jié)、控制系統(tǒng)等組成。
    可移動門架式燈架車
    可移動式門架式燈架車采用40x80/40x40加強型工業(yè)鋁型材拼裝而成，地腳處安裝重載靜音腳輪，并有制動鎖緊功能。該燈架車外框采用40x80鋁型材組裝成穩(wěn)定的外框架結構，在門架的前后側底部未設置橫梁，方便測試時工件的進出。

    門架式結構能夠承載輻照高度調節(jié)機構及移動時的荷載，不會出現(xiàn)扭曲變形，確保燈架安裝框上下調節(jié)靈活。材料圖和結構圖如下圖所示。

    輻射高度角度調節(jié)機構

    輻射高度角度調節(jié)機構由輻射燈安裝架、高度調節(jié)旋轉手柄、燈架左右定位滑道、渦輪減速機、升降同步器及滑輪組組成。
    輻射燈安裝架上均勻分布安裝有反射紅外輻射燈，燈具位置、角度能夠方便調節(jié)，并便于輻射燈的更換。
    高度調節(jié)旋轉手柄與渦輪減速機相連接，起到減速和高度鎖定功能（無鎖定功能會出現(xiàn)燈架滑落）升降同步器將減速機的輸出力矩分配到不同的提升牽引繩上，起到同步作用。該機構具有高度調節(jié)方便、位置準確、燈架升降平穩(wěn)等特點，還可升級為電動升降控制。
    燈架定位滑道主要防止燈架車移動時限制懸浮燈架的左右、前后擺動，高度調節(jié)的垂直定位作用。

    紅外光源

    紅外光源采用PAR38IR 175 w的飛利浦紅外線工業(yè)加熱燈（如圖3所示），該燈紅外波長1.4-2.8 μm，紅外反射光源設計用于在苛刻的工業(yè)環(huán)境中運行。該加熱燈采用硬質玻璃，從而使其結構牢固。因其緊湊的尺寸及燈座的通用性使其能與任何合適的設備一起使用。它們是結實耐用、效率的光源。

圖3 飛利浦紅外線工業(yè)加熱燈

    太陽總輻射記錄儀

    該儀表的傳感器為熱電效應原理，由繞線電鍍式多接點熱電堆和雙層精密石英玻璃蓋組成?？捎糜跍y量0.3-3 μm光譜范圍內的總太陽輻射。例如，可以在感應面朝下的情況下測量反射的輻射，并且可以通過添加光屏蔽環(huán)來測量散射的輻射。外觀如圖4所示。

圖4 記錄儀

    太陽輻射記錄儀

    技術參數(shù)

    1.輻照強度：2000 W/ m2；測量精度：±1  W/ m2；分辨率：0.1 W/ m2
    2.響應時間：<35 s(99 %)；非 線 性：±2 %??；年穩(wěn)定度：±2 %
    3.余弦響應：±7 %(太陽高度10 °時)；溫度系數(shù)：±2 %(-10℃～+40℃)
    4.平均功耗：< 1 mA(存儲間隔60 s)
    5.記錄容量：524 280條
    6.通道數(shù)量：1個通道(可根據(jù)需求擴展至15個通道)
    7.記錄間隔：1分～100天可隨意調節(jié)

    功能和特點

    1.該記錄儀體積小，操作方便，性能穩(wěn)定可靠。整個數(shù)據(jù)跟蹤過程具有較長的記錄時間，集成了數(shù)據(jù)采集和記錄功能，并且在斷電后不會丟失數(shù)據(jù)；
    2.低功耗設計，可更換電池其壽命半年到一年?？梢詫⒂涗涢g隔設置為1分至100天內任意值（建議設置為分鐘或更長時間，電池使用壽命與間隔長度成正比）；
    3.擁有待機和休眠模式的LCD分段漢顯。支持自動刷新存儲與定時刷新存儲；
    4.專業(yè)的數(shù)據(jù)處理，擁有電量過低時擦寫保護、檢測存儲故障、斷電后恢復數(shù)據(jù)等功能。

    控制系統(tǒng)

    控制系統(tǒng)具備輻照強度調節(jié)、輻照強度采集、記錄及輻照試驗的定時開關燈控制功能，采用PLC控制（可編程邏輯控制）方便與上位計算機組成交互式人機畫面，輻照強度采用數(shù)字顯示，并可生成輻照強度曲線?？筛鶕?jù)實驗工藝自動控制燈光的開啟過程。

    輻照強度的調整采用數(shù)字化模塊控制，可通過人機界面進行數(shù)字化無極調整。原理圖如圖5所示。

    技術指標

    1. 輻照總強度：1 120 W/m2±47 W/m2
    2.輻照面積：6 m2x2
    3.照射特定區(qū)域均勻度：≤10 %
    4.輻照強度調節(jié)范圍：80 %-100 %的光調節(jié)
    5.光源光譜波長：1.4-2.8 μm（紅外線）
    6.供電電源：380 v±5 %
    7.輻照功率：14 kW
    8.輻照高度調節(jié)范圍：0-1.5 m

    功能及特點

    1.該裝置具有結構緊湊、移動方便、重量輕、輻照高度靈活調節(jié)、操作簡單等優(yōu)勢；
    2.輻照強度數(shù)字化調節(jié)功能；
    3.數(shù)字化開關燈過程控制；
    4.輻照數(shù)據(jù)圖表化顯示、記錄功能；
    5.歷史數(shù)據(jù)查詢功能；
    6.交互式人機操作界面。

    試驗測試數(shù)據(jù)

    陽光模擬器實測輻照測試數(shù)據(jù)如圖6所示。

    開始時間：09:36
    結束時間：14:51
    測試時間：  連續(xù)測量，取樣標定間隔為1/6 s
    設定值：  1 155 W/m2
    值：  1 157 W/m2
    小值：  1 152 W/m2
    不穩(wěn)定度：  ≤±1 %
    試驗測試數(shù)據(jù)表明該裝置的輻照滿足太陽輻射試驗要求。

    結論及建議

    對于長期露天使用或存放的電子設備，通過太陽輻射試驗，可以真實地反映出其在太陽輻射環(huán)境中貯存、運輸和使用的適應性，為裝備的研制提供準確、有效的信息。本文利用現(xiàn)有的步入式高低溫濕熱試驗箱作為試驗箱體，采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。從而充分利用了現(xiàn)有設備，減少了資金投入。目前存在大量不具備太陽輻射功能的步入式高低溫濕熱試驗箱，可以以本文為鑒，根據(jù)需求加裝太陽輻射試驗裝置。