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Abstract: With the development of electronic technology, electronic equipment structure design is in constant development and improvement. This paper firstly describes the overall structure design of the equipment significance, given the design of the main points, to the structure, heat dissipation, electromagnetic compatibility, this paper discussed the general layout, the improvement is also improve the quality of the product and enhance electronic product competitiveness of the important means.

Key Words: Structure design, Electronic equipment, vibration, Electromagnetic compatibility

中圖分類號： TU318 文獻標識碼：A文章編號：

引言

對于一個電子設備的結構設計，要考慮的因素很多，該概念不僅是指設計設備的外形和安裝元器件，更重要的是需要綜合考慮各種因素的影響，包括設備的性能和參數。熱設計、電磁兼容設計、防腐蝕設計等都是非常重要的內容。尤其是對于小型的電子設備，由于其體積小、重量輕，內各種模塊分布共同占有的空間非常小，此時，產生的熱量和電磁干擾對其性能和參數的影響非常大，因此要更加合理的設計，要綜合考慮各種因素，盡可能將對設備性能和參數的影響因素降低到最低的程度[1]。

1結構總體設計

結構總體的設計要從兩個主要方面來入手：系統設計和綜合設計，在設計中，要善于移植其它行業已經發展成熟的設計成果，采用新技術、新材料、新工藝，特別要貫穿機電一體化的思想。例如，對于雷達測量精度的提高，如果采用傳統的設計方法，僅僅從提高天線系統剛度的方面來實現，必然引起重量加大，同時也帶來機動性等問題，但是，如采用強度設計這樣一種新的設計方法，不僅能夠保證精度，而且又能保證重量在允許的范圍內。結構總體設計包括機動性、可維修性及操作性等內容。運輸性能的好壞是機動性問題的重要表現，對于機動式裝備，要能夠很好的實現多種手段的運輸，同時在實戰中，要求快速轉移、展開、架設和折收；這些要求都是在實際中需要嚴格遵守的設計要求，首要的設計思想是使之實現小型化和輕便化。陸用設備普遍采用了方倉來解決運輸性問題，雖然方倉具有很多優點，并且已經被人們普遍接受，但是，設計時機動性問題也是不容忽視的[2]。

可維修性在整體設計中也是值得注意的問題，由于裝備對可靠性有比較嚴格的定量要求，在產品的結構總體設計中可維修性成為重點。周所周知，一個裝備必須具備很好的可維修性，因為我們無法保證一個設備是百分之百可靠的，對其進行維修也是無法避免的。在設備遇到故障的時候，就會涉及到維修的問題，這個時候要求能夠比較方便的接近故障點，也就是接近維修的地方。這樣才能夠在最短的時間內將設備修好，使其快速投入應用。但是，也不能一味的求快。有時，快速連接使用不當，反而引起設備不可靠，這就有點得不償失了。

2熱設計

電子設備的熱設計是不可避免的話題，過熱是造成設備不穩定甚至發生故障的主要原因。近年來，隨著電子技術的飛速發展，集成化器件的功能也日趨復雜，其復雜主要表現在：在輸出功率不斷加大的情況下，電子設備要求體積越來越小，器件的封裝密度不斷提高，以適應電子設備的軍用，因此，熱設計對于對電子產品可靠性來說是至關重要的。減少元器件、部件以及設備的內部和外部熱阻是熱設計研究的基本方向，將在運行過程中產生的熱量迅速地傳至最終的散熱器。減小元器件內部熱阻的方法主要有改進封裝結構以及采用合適的封裝材料，電子設備結構設計師的主要任務是：在滿足環境條件和可靠性要求的前提下，盡量選擇簡單、有效、經濟的冷卻方法。為了確保設備可靠工作，要求在規定的使用期內，冷卻系統的故障率比被冷卻元器件的故障率低[3]。

熱設計技術在我國已經有相應的部標、國標、國軍標等標準文件，這些都為熱設計提供了技術依據。如今的電子設備電路的組裝形式基本上實現了印制電路化，因此印制電路的冷卻成為了關鍵技術。設計中，把箱體兩側壁設計成帶散熱風道的冷板形式，同時在箱體后部安裝有軸流風機，這樣就可以給箱內的印制電路板提供一個傳熱途徑，可以順利的為兩側的風道提供強迫風。現階段，關于熱設計過程的計算與試驗問題還不算完善，在傳熱過程中各種參數相互耦合，計算與試驗相當復雜。因此，還是在嚴格的環境中經受實際考驗來驗證設計。

3電磁兼容的設計

電磁兼容是指設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中其他事物構成不能承受的電磁騷擾的能力，具體包括能在電磁環境中正常工作，具有一定的抵抗電磁干擾的能力和對所處環境中的其他設備的電磁干擾有一定的限值，不致于影響其他設備的正常工作兩個方面的內容。如果電子設備不受任何保護，電磁的干擾就會導致邏輯錯誤或信息丟失，甚至造成電子設備的失控、死機或整個系統的混亂。產生電磁干擾有三個途徑：干擾源、傳輸介質和接收單元。

如今，我國的EMC技術還剛剛起步。造成這種局面的原因主要有以下幾點。

（1）EMC技術的發展相對較晚，又是一門邊緣學科，介于電機之間，多種學科交叉，一些技術人員對有關EMC方面的知識掌握不夠。

（2）測試設備價格昂貴，測試設備不能得到很好的普及。當然，現在我國已從國外引進了EMC監測和實驗手段以及一些先進的設備儀器，加上有關EMC標準的制訂與頒布，我國EM設計技術的發展正在穩步發展。

在電磁兼容的設計方面，有幾點需要注意。

1）對機殼的屏蔽，要想實現較好的電磁屏蔽效果，需要選用良導體材料，并且盡量少開孔。但殼體上往往會有各種接插件、按鍵、顯示器、通風孔和電纜孔等孔縫，而不是一個完整的封閉體，這樣就會會降低屏蔽的效果，造成電磁泄漏。一般情況下，可通過以下幾種方法來提高其屏蔽效能：散熱處采用金屬絲網；采用階梯狀接口，以此增加縫隙深度，提高結合面加工的精度；在接插件與殼體的接觸面上增加導電橡膠襯墊；同時，用金屬箔密封帶對縫隙進行密封，增加殼體的密封性。

2）采用電源濾波器。周多周知，電源濾波器能夠很好地降低由于傳導耦合帶來的系統電磁兼容性能的降低。將濾波器安裝在設備的機殼上；在靠近設備的電源輸入端，連線應盡量短；盡量使用雙絞線和屏蔽線；被測設備中若出現其他單獨的電源，需要在合適的地方加裝各自的濾波器。

4沖擊和振動的隔離設計

由于支承結構的剛性小以及固有頻率低，傳至敏感組件上的沖擊能量會變小。防止結構共振是沖擊振動隔離設計中的首要任務，其次才是在沖擊與共振的隔離之間進行折衷考慮，在這一過程中，也要考慮到設備的造價、體積以及重量等問題。所以沖擊振動隔離的設計夜不是一門單一的技術。在軍用裝備中，由于使用環境的不同，具有各自不同的特點。比如：在艦船上，強迫振動頻率比較低，一般能做到使結構的固有頻率高于強迫振動頻率的上限。在飛機上，振動頻率要高得多，這樣高的強迫振動頻率，只有利用阻尼技術來耗散共振時的能量，使其保持在許可的范圍內。

使用隔振器是沖擊與振動的隔離普遍采用的方法，伴隨隔振器的發展是隔振技術的另一門類。目前，阻尼材料也取得了很大的發展。由于在隔振與降噪方面的獨特功能，粘彈材料一直是工程界普遍采用的材料，但由于生產的成本太高，很難推廣普及，因此主要是應用在航空與航天工程中，還有一種叫減震鉻鐵鋁新材料在受到打擊或振動時，幾乎不發出聲音，它能夠將機械能幾乎全部轉化成了熱能。當材料受震時，在第一個振動周期就使能量消耗。從目前的發展趨勢來看，今后沖擊、振動隔離技術的發展不僅取決于隔振器新形式的出現，更是取決于新的、廉價的隔振材料的出現。

5結束語

電子設備的結構設計，要考慮的因素很多，不僅僅要老考慮熱設計、電磁兼容設計，同時，還需要考慮抗振動沖擊性、機動性、可維修性、可操作性等等，當然，設備的體積、重量和造價等因素也是必須要考慮的因素。尤其是對于軍用電子設備來說，系統中電子設備的技術含量越來越高，要求更高的可靠性，和適應各種惡劣環境的性能，這給結構設計和工藝人員提出了更高的要求。在結構設計的過程中，有時候不能夠把每一方面做到盡善盡美，當各因素遇到矛盾時，要進行綜合考慮，在各矛盾中選擇最優的方案。

參考文獻：

[1] 侯亮-產品模塊化設計理論、技術與應用研究進展(5)-機械工程學報,2004,40(1):56-61.

[2] 邱成悌,趙惇殳.電子設備結構設計原理[M].南京:東南大學出版社, 2001

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當今社會作為一個信息化時代，科學技術與電子產品也是日益更新，電子設備的種類和形式也是千變萬化，從而質量和功能就成為評斷電子設備優劣的標準。電子設備在人們生活和生產中發揮著很大的作用，也得到了越來越多的使用，所以對于電子設備的運行也提出了更高的要求。電子設備想要在電磁環境中正常運行就一定要避免受到電磁的干擾，否則就會影響整個電子設備運行的效率。所以在電子設備結構設計和實際運用中要確保電磁兼容，這樣才能保證電子設備的正常運行，從而對電子設備的質量和功能進行完善。

1電子設備結構設計中的電磁兼容

1.1電磁兼容的概念

所謂電磁兼容就是指在電子設備正常運行狀態下，電子線路產生的電磁對電子設備產生電磁干擾。電子設備結構設計中良好的電磁兼容就是表示電子設備和電子系統，以及電子線路等在電磁環境中都不會受到各自的影響，對電子設備的質量和功能都不會產生影響。要確保電子設備安全、正常運行，就要在電子設備結構設計中充分考慮電磁兼容的問題，這樣才能夠提高電子設備運行效率，從而為電子行業以及相關單位的良好發展作貢獻。比如一些軍工事業應該要高度重視對電磁兼容的設計，在飛機上就存在著許多電子設備，其電磁環境也是十分復雜，所以也就會產生很大的電磁干擾，一旦這些問題沒有處理好就會造成很嚴重的后果。由此可見，電子設備結構設計中的電磁兼容是一定要引起高度重視的。

1.2對電磁兼容進行設計的必要性

現階段人們生活和生產中，電子設備的正常運行是與電磁兼容密切相關的。由于當前社會中各個行業都會頻繁使用各種電子設備，所以一旦電子設備中出現了問題，就會造成整個行業的經濟受到嚴重損失，甚至會影響行業的穩定發展。所以電子產業在設計電子設備時要充分考慮電磁兼容的相關因素，對于那些電磁不兼容的電子設備進行及時的改進。因此，電磁兼容設計的主要目的就是要研究如何有效控制并消除電磁干擾，讓電子設備在與其他設備共同工作時不會受到影響。作為理想的電磁兼容的設計，應該是要使電子設備在正常運行時不受到那些不好的影響。對于電磁兼容的設計應該通過合理的接地和搭接以及屏蔽等方式，將外部對電子設備的干擾進行減弱并消除。

2電子設備結構中電磁兼容的設計措施

2.1電磁兼容設計中要考慮電磁濾波的應用

電磁濾波是一種常見的壓縮信號回路以及影響電磁兼容的方法，電磁濾波在使用時可以有效抑制干擾因素，也能控制相關干擾源譜分量對其他電子設備的影響。所以說電磁濾波就是能夠對信號中一些特定的波段頻率進行過濾，通過這樣的形式就能夠有效抑制電磁的干擾。因此，在對電子設備中電磁兼容進行設計時要考慮電磁濾波的應用。由于電子設備在正常運行中電路會產生一部分較強的干擾信號，而這些干擾信號就會通過電源線及信號線等途徑，從而對整個設備的電路產生極大的干擾。而在當前社會中，電磁濾波已經被廣泛應用于各類電子設備中，這也是能夠保證電子設備安全穩定的重要方法。當然電磁濾波的設置也是需要一定的方法和技巧的，對于改善電路過程中通常會使用到穿心電容、三端電容等重要元件。除此之外，在對電磁濾波進行設置時也要確保所有濾波器裝置是與電子設備連接好的，只有正確、合理地設置了電磁濾波，才能有效提高電磁兼容的成效，從而改善電子設備的運行狀態。

2.2電子設備結構設計中電磁屏蔽的作用

電磁屏蔽就是指對兩個不同的空間進行金屬隔離，使整個電磁場以及電磁波都能得到有效控制，并且對區域之間的輻射和感應也能相應的控制。所以在進行設計時要充分利用電磁屏蔽的作用，利用屏蔽物將整個電路以及電子設備都控制起來，從而阻止干擾源的影響。目前在電子設備中解決此類影響的方法是電磁屏蔽技術，利用電磁屏蔽的作用可以有效促進電磁兼容，從而提高電子設備的質量和效率。另外，在進行電磁屏蔽時也要注意電磁屏蔽設備的放置，放置時要盡可能地靠近被屏蔽的電子設備，這樣才完全發揮其作用。并且電磁屏蔽板的形狀也會影響電磁屏蔽的效果，通過實踐表明，最有效的電磁屏蔽板應該是全封閉的金屬盒電場。這種金屬盒的材質也要特別注意，只有良性的導體材料才能真正起到屏蔽的作用，比如一些銅、鋁等金屬，其金屬材料的厚度也需要根據實際應用情況來靈活改變。

2.3電磁兼容設計時要運用接地技術

在對電子設備結構設計中的電磁兼容也要合理運用接地技術，要將電源與信號提供的回路以及電位進行結合。電子設備中電磁兼容的核心目的就是為了利用接地技術來控制電磁干擾的發生。在運用接地技術過程中也要具有一定的規則和標準，要確保接地的安全性，并且接地的方式以及選擇等因素也會對電子設備的正常運行產生一定的影響。電子設備中使用的金屬外殼要與地面相接，這能夠充分保障人們的經濟效益以及人身安全，從而也能保證電子設備運行的效率。在電子設備正常運行過程中，有時會發生靜電相關的情況，而接地技術能夠有效避免這類問題的發生。如圖1所示，電磁兼容設計中運用接地技術時，要考慮整個電路系統中的單元電路有一個公共的參考電位，這是確保電路正常運行的前提。由于接地技術能夠防止外界電磁場產生的一些不良干擾，所以為了避免電荷形成的高壓而引起電子設備內部漏電以及起火等現象，可以選擇將電子設備的機殼接地，利用這樣的方式可以有效控制電荷的釋放，從而減少電磁的干擾。除此之外，接地技術還能避免雷電等電磁感應的影響，可以對電子設備進行有效的保護。

3結語

隨著電子設備的不斷進步，而電子設備中的電磁兼容也成為電子行業的核心工作。由于電磁兼容作為電子設備正常運行的基礎條件，所以在對電子設備進行設計時要充分考慮電磁的兼容性，要盡量提高電磁的兼容，從而提高電子設備的質量和效率。當然，現階段電子設備結構設計中的電磁兼容性還有許多復雜的問題有待解決，解決過程中也存在著一定局限性，但是提高電子設備的電磁兼容性有許多技術方法，所以在實際操作中要將這些滲透到各個行業中，從而使電子設備中的電磁兼容得到更完善的設計。電子行業在生產中要根據實際情況和需求來對電磁兼容選擇最合適的方法，旨在提高電子設備運行的效率。

[參考文獻]

[1]陳燦雄.論電子設備結構設計中的電磁兼容設計[J].科技展望，2016（30）：286.

[2]劉興俊.電子設備結構設計中的電磁兼容[J].中國新技術新產品，2015（6）：2-3.

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二、電子設備結構電磁兼容設計的目的

當今社會中，電子設備的正常運行，是基于電磁兼容的基礎上，電磁兼容能夠保證電子設備的運行不受電磁的干擾，就能夠很大程度上避免電子設備細節部分和個別部位的不良反應，使電子設備的性能達到最大化，提高電子設備的運行效率，提高整個行業的生產率。眾所周知，當前社會科學技術的不斷發展促進了電子設備應用的廣泛性，與各個行業各個領域息息相關，一旦運行的電子設備出現某些一時間不可解決的故障，就會影響整個行業的經濟發展，極大地威脅整個行業的安全穩定。因此，電子行業在設計電子設備的時候，首先要考慮到影響電子設備電磁兼容的條件和因素，考慮到電磁不兼容的種種跡象和表現，以盡快采用技術手段進行調整解決，以免電子設備投入使用后出現電磁不兼容的情況，影響電子設備的正常運行。電磁兼容，簡而言之就是控制電磁干擾，消除電磁干擾，使電子設備與其他的設備在特定的電磁環境中工作運行時，保證彼此的和諧穩定，保證電子設備各部分性能的正常。一個可以投入廣泛使用的電子設備不僅不會輻射有害能量，而且也不會受到不相關的輻射影響。因此，電磁兼容設計的目的是為了電子設備的正常運行和廣泛應用，是當今社會電子行業發展的整體走向和目標。

三、電子設備結構設計中保證電磁

兼容的方法和措施在電子設備結構設計中，需要通過采用特定的技術手段保證電子設備的電磁兼容性，以減少甚至消除電磁干擾，避免部件受到不良輻射反應而損壞，降低電子設備的整體性能和運行效率，影響整個行業的發展。新型電子產品研究開發之初，首先要對電磁兼容有一個概念性的把握，并在后期研發的時候充分考慮到電磁兼容的影響因素，進行相適應的電磁兼容開發設計，避免重復開發和資源浪費。在設計之初采取措施保證電磁兼容是最最經濟節約的方法，避免了后期維修調整的人力物力的浪費。現實生活中，很多已經投入使用的電子設備如果出現電磁兼容問題維護成本極高，甚至根本沒有解決辦法，因此，電子設備的結構設計要做到未雨綢繆，減少不必要的麻煩和損失。目前，最常見的電子設備電磁兼容的方法有濾波、屏蔽、接地三種，這是有效消除電磁干擾的重要舉措。

1電磁濾波

電磁濾波，是常見的影響電磁兼容性的因素，是壓縮信號回路所致，并且會對頻譜產生嚴重干擾，電磁濾波的存在不僅能影響干擾源的發射，而且會有效抑制干擾源頻譜分量對其他設備元件如敏感設備、電路、元器件的影響。簡單地講，電磁濾波通過某種特定方式過濾信號中的特定波段頻率，這種方式能夠有效抑制干擾，因此，在處理電子設備結構設計中的電磁兼容問題時可以考慮在內并加以應用實施。在電子設備的運行過程中，正在運行的電路會產生一些較強的干擾信號，這些干擾信號能夠通過電源線、信號線以及控制線等方式對整個電路產生巨大的干擾作用，因此，設置濾波電路已然成為當前公用電源線的發展走向和趨勢，這是保證電路安全穩定，減少電路干擾，提高電子設備安全穩定的重要方式。濾波電路的設置需要掌握一定的方法和技巧，鐵氧化體磁環\穿心電容、三端電容是最常見的選擇器件，是有效改善電路特征的重要元件。在濾波電路設置中，還需要保證所有的電源濾波器外殼與電子設備的接地點連接在一起。只有保證濾波電路設置的合理性，才能提高電磁濾波的效率和質量，提高電磁兼容，保證電子設備正常運行和整個電子行業的發展。

2電磁屏蔽

電磁屏蔽是目前解決電磁兼容問題的最有效方法，電磁屏蔽的優點是有效地將內部電磁輻射控制在一定范圍，即限制內部電磁越出既定的領域，與此同時，還能夠防止外部電磁輻射的入侵，切斷電磁波，減少不必要的損害。當前，電子設備出現的大多數電磁兼容問題都能夠通過電磁屏蔽這種技術解決，這種方式還能夠保證電路的正常工作。

2.1電磁屏蔽的作用

電磁屏蔽的作用是極大的，通過對兩個不同的空間區域進行金屬隔離，達到控制整個電場、磁場、電磁波的目的，使一個空間區域對另一個空間區域的輻射和感應控制在可控范圍。也就是充分發揮屏蔽物體的作用，將諸如電纜、元部件、電路、組合件甚至整個系統的干擾源包圍控制，阻斷干擾電磁場的對外擴散；與此同時，還需要充分利用屏蔽物體將系統、電路、電子設備有效包圍起來，以防止它們受到外界電磁場的影響。目前，電磁屏蔽技術是當前有效解決電磁輻射的方法，能夠有效保證電磁兼容，促進電子設備的正常運行。

2.2電磁屏蔽的注意事項

2.2.1電磁屏蔽的時候，一定要注意電磁屏蔽板的放置，一定要將其盡可能地靠近被屏蔽的機械設備，同時電磁屏蔽板要盡可能地與地面相接，這是有效發揮電磁屏蔽效果的關鍵，越靠近被屏蔽的器械元件，電磁屏蔽板所分布的電容容量就會相應地越大。

2.2.2電磁屏蔽板的時候，電磁屏蔽板的整體屏蔽效果還會相應地受到屏蔽板本身形狀的影響，實踐證明，屏蔽效果最好的的屏蔽板形狀是全封閉狀態，并且最好是金屬盒電場。

2.2.3電磁屏蔽的時候，電磁屏蔽板選擇材料的時候要求也很高，經過實踐調查研究，良性導體材料是屏蔽效果最好的屏蔽材料，常見的有銅、鐵、鋁等，與此同時，還需要注意屏蔽材料的厚度，這個需要根據實際強度靈活把握，只要屏蔽材料的厚度符合強度要求即可。

3接地技術

電子設備結構設計的電磁兼容，還會充分運用到接地技術，接地，并不是字面上理解的與土地地面相連，而是為電源和信號提供回路和基準電位。接地技術的使用有一定規則和標準，而不是隨意的。接地技術的使用必須保證接地的安全性，電子設備所使用的金屬質地的外殼一定要與地面相接，這是充分保障生命財產安全的重要舉措，還能夠確保電子設備的有效性和穩定性，保障電子電路的正常運行，杜絕靜電損壞等不良情況的出現。接地技術的使用還包括工作接地，工作接地這種方式相信大家都不陌生，主要指的是單板，母板或系統之間信號的等電位參考點或參考平面，這些參考點或參考平臺相當于信號回流的安全性通道，原則上認為這個通道的阻抗性是極低的。在使用接地技術的時候，一定要保證工作接地的正常，因為他的好壞直接影響整體的信號質量。因此電子設備結構設計中，熟練掌握工作接地的方法極為必要，不僅能夠最大限度地減少電路間的電磁干擾，而且確保了電子設備的電磁兼容，提高了電磁兼容的可能性和穩定性。以下將簡單接受接地的主要目的。電子設備接地技術的目的很明晰，就是為了最大程度上減少甚至避免電路之間的彼此干擾。通常我們提到的接地技術的目的有以下三個：

（1）接地技術的使用能夠使整個電路系統中的單元電路有一個公共的參考零電位，這是保證電路系統穩定工作必要條件。

（2）接地技術能夠有效防止外界電磁場產生的不良干擾。為了避免電荷形成的高壓引起電子設備內部起火放電產生不良干擾，可以選用機殼接地，這樣可以使大量電荷得以釋放，這些積累在機殼上的大量電荷的排放可以減少電磁干擾，保證電子設備的正常運行。此外，要想獲得較好的屏蔽效果，還需要根據線路對屏蔽物體進行挑選，并為其選擇合適的接地，這樣才能保證電子設備的有效運行。

（3）接地技術能夠有效保證工作的安全性，如果發生直接雷電的電磁感應，可以有效保護電子設備，避免電子設備的意外毀壞；如果工頻交流電源的輸入電壓由于絕緣不良的原因與機殼直接相通的時候，可以有效保護操作人員的人身安全，以免發生觸電事故。因此，接地技術也是有效防止電磁干擾的重要方法，正確使用將會大大減少電子設備使用后的故障發生頻率，保證電子設備的正常運行，促進電子行業的發展。

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“三防”設計與工藝

正確、合理地選用材料是“三防”設計的基礎。材料的“三防”能力主要取決于材料本身的性質，在不能滿足防護要求時則必須對材料表面實施鍍涂保護。對于直接暴露在大氣中的零件，應該選用耐蝕鋼、不銹鋼、鋁合金等材料。選用材料時，必須清楚材料的腐蝕機理和相容性，避免出現危險性大的腐蝕形式，防止材料間相互作用引起腐蝕和老化。金、鉻、鎳、鈦及鈦合金、鋁合金、銅合金和不銹鋼等都有好的耐腐蝕性。從經濟性考慮，一般選用鋁合金、不銹鋼和優質碳素鋼等。有更高要求可采用鍍覆金屬層和涂覆非金屬層聯合保護。“三防”結構設計應遵循以下原則：1設備結構外形應盡可能簡單。2避免溝槽等易積水和冷凝液結構。3結構縫隙是無法全部避免情況下，采用人為密封方式進行處理。例如，采用刮膩子、噴涂底漆、涂抹密封膠等手段。4避免結構棱角過于尖銳，如果零件形狀發生改變時，保證足夠圓角過渡。5產品應做好密封，如果考慮通風或者無法做到全密封，對設備要應采取排水措施，排水孔應不小于直徑6mm。6電路板在設計時應盡可能考慮垂直放置，如果因為結構空間原因必須水平放置時，應提高母板的結構強度，避免形成積水面。7不同金屬接觸時，控制電位差不大于0.5V[4]。8對于密封和通風都有很高要求的設備，應該將散熱通風孔布置在設備底部，禁止布置在頂部，如果布置于側面可通過外加擋雨檐等方式處理。通過材料改性和表面鍍涂使得設備的“三防”性能進一步提升。對金屬材料進行冷、熱加工和熱處理工藝等改性處理，可改善材料內部組織、消除應力從而提高材料的耐蝕性能。另外，對于焊接件，可通過合理選擇焊接工裝、參數、次序等工藝措施來減小焊接應力引起的結構形變，減少殘余應力造成的晶間腐蝕。通過材料表面鍍涂可以在設備及其零件表面生成一層金屬鍍層或非金屬涂層，達到與周圍介質隔離的目的，從而起到了防護作用。“三防”鍍涂工藝應遵循以下原則：1鍍涂層適用條件必須與設備使用環境條件相適應，因為各類鍍涂層都有允許的使用條件和范圍。2不同鍍涂層之間要相容。3零件和設備的表面光潔度要滿足鍍涂工藝要求。4盡可能選用成熟的鍍涂工藝，如采用新工藝，必須進行充分的試驗驗證。

應用舉例

所示為一款某型號電子設備的控制系統機箱。機箱的表面整體采用酸洗、磷化、靜電噴涂戶外塑粉達到防潮、防鹽霧的效果，內部的PCB電路板均噴有“三防”漆。各個箱門與箱體體之間全部裝有密封墊，通過彈簧鎖關閉箱門是壓緊密封墊，從而避免積水，消除縫隙。萬一有雨水浸入，通過排水槽也可以將雨水導出。上翻小門開啟，方便操作面板操作；小門關閉時，同樣通過壓緊密封墊實現密封。另外，防雨檐可以起到雙重保護的作用。將電連接器布置在機箱底部，利于防水、防潮，連接器選用自身防水等級較高的，進一步提高防水、防潮效果。4結束語目前，對野外設備的可靠性要求越來越高，而設備的“三防”性能直接決定著設備可靠性的高低。因此，不斷提高野外電子設備的“三防”性能，是今后野外電子設備研發、生產單位及相關人員關注的重要課題。與“三防”有關的新材料、新工藝和新結構不斷出現，如何實現工程化也是一個函待解決的問題。

本文作者：陸玉姣工作單位：機械工業第三設計研究院

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隨著經濟增長以及電子科學技術的發展，人們對自身健康意識也有所增加，這也在一定程度上推動了醫療電子的發展。醫療電子產品從發展前景上看應當滿足三方面要求：便攜、節能、安全。這些特點均符合嵌入式產品的特點，因此使用嵌入式系統作為醫療監控設備的平臺是一個符合設計思路的方案，同時也是一個符合當前電子產品發展趨勢的方案。當今國際形勢日趨復雜，醫療電子市場也在此形勢下備受沖擊，因此發展國產醫療電子就顯得勢在必行。

1. 嵌入式系統

1.1嵌入式系統的介紹

嵌入式系統，是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，國內普遍認同的嵌入式系統定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。通常，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板。事實上，所有帶有數字接口的設備都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯。嵌入式系統的核心是由一個或幾個預先編程好以用來執行少數幾項任務的微處理器或者單片機組成。與通用計算機能夠運行用戶選擇的軟件不同，嵌入式系統上的軟件通常是暫時不變的；所以經常稱為“固件”。

1.2對嵌入式的應用

對于 Windows CE操作系統下的串口驅動程序，微軟公司提供了一套比較成熟的設計方案。但經過對該套串口驅動方案進行穩定性測試后，從數據上反映出該串口驅動方案并不適合做高速大數據量的接收處理，因此并不能滿足醫療監控設備用于接收從醫療監測儀器傳送來的高速串口數據。筆者采用了DMA通道技術，該方案用于使用DMA在串口控制器和內存儲器之間建立映射，并實時控制其數據傳輸，這樣便將 CPU 解放出來，接收效率也將得到大大提高。筆者根據醫療監控設備的需求，定制了一套具有SDRAM、外部存儲器、串口設備、以太網控制器、音頻設備、顯示設備等功能模塊的硬件解決方案，并將其制作成集成電路并調試成功。筆者根據醫療監控設備的需求和硬件上具有的各功能模塊制作了基于各模塊的驅動程序，并將這些設備驅動整合到操作系統中，使得操作系統能夠正確識別并正確操作這些設備模塊。 根據醫療監控設備的需求使用C++語言在Visual Studio 2005 集成開發環境上開發了一款應用軟件，該應用軟件能夠根據醫療監測儀器采集的心率、血氧、體溫參數信息繪制出圖像顯示在操作界面中，給用戶以直觀的顯示。

2. 醫療設備的架構

2.1硬件電路

醫療監控設備需要 128MB 的內部存儲器，使用了兩片 32M×16 位的SDRAM。需要將兩片 SDRAM并聯醫療監控設備使用了非易失性的Flash作為其存儲設備，并用到了兩種Flash，即NOR Flash和 NAND Flash。NOR Flash與 CPU 連接的接口與標準SRAM完全相同，因此NOR Flash不但能夠存儲數據，而且能夠支持程序在芯片內運行。NOR Flash 是用來存儲啟動引導程序和操作系統鏡像等受保護數據的一個比較好的選擇。而相對于NOR Flash，NAND Flash的讀取速度略慢，但擦寫速度要遠快于NOR Flash，并且由于其成本遠低于 NOR Flash，因此 NAND Flash 非常適合作為用戶存儲設備使用。NAND Flash與 CPU的連接接口與SRAM截然不同，因此不支持片上運行，而且讀寫操作需要轉換電路對其接口進行轉換。Pxa270電路相對比較簡單，適合用在醫療監控設備中。其主要功能包括：充分支持全雙工交換式以太網，支持突發數據傳輸，支持總線8位、16位、32 位的 CPU訪問；提前發送和接收。醫療監控設備使用了市面上主流的 Wolfson 公司生產的 WM9713 作為其音頻控制芯片，該芯片具有音質清晰、輸出功率大、功耗低的特點。醫療監控設備使用 RS485 接口協議作為串行通信方式與外部設備進行通信。RS485 具有信號傳遞距離遠、抗干擾能力強等優點，但全雙工特性較弱。但功能需求上來看，RS485 接口更適合于醫療監控設備。 在硬件連接上，CPU自帶的串口 TTL電平信號引腳被連接到 RS485 轉換芯片上進行電平轉換，經過轉換的 RS485 信號被連接到插座上與外部設備進行連接。醫療監控設備使用的顯示屏為夏普LS037V7DW01 液晶屏。該部分功能信號也具有傳輸距離遠、抗干擾能力強的優點。不過需要在CPU 的液晶控制器和液晶顯示屏之間加入 LVDS 轉換芯片對其信號進行轉換。

2.2數據轉送，采集通道

普通串口驅動是分層結構的，分為 MDD 層和 PDD 層。流式驅動的函數接口決定了用戶對串口的操作主要分為三類：發送數據、接收數據、其它IO 操作。通過分析可發現，制約串口接收效率的最關鍵的一步也是 IO 設備和內存之間傳送數據不可避免的效率問題。算法停留時間相對較長造成的影響便是影響了 CPU 對中斷數量的判斷，造成丟失中斷響應的可能，進而就會產生丟失數據或者數據錯亂的結果。由于Windows CE操作系統是多進程系統，因此還要考慮到在串口接收高速大數據量的同時不影響用戶進行的操作，而這些操作同樣會占用 CPU 和內存資源，使得本就不堪重負的串口接收變得更加更加困難。DMA 相當于一個控制 IO 設備與內存傳送數據的協處理器，其具體工作方式為：DMA在 IO 設備和一段事先申請好的一塊內存空間之間建立一個映射，當 IO 設備接收到數據時，DMA 控制器會將接收到的數據傳送至映射好的地址空間上，當該快內存空間收滿數據之后會向CPU產生一個DMA請求，由 CPU決定該如何處理接下來的工作。使用了DMA通道的串口驅動與普通串口驅動的工作方式完全不同，不再是每收到一包數據便產生一次中斷，而是當一整快內存存滿數據后才產生一次DMA 請求，而且復制數據的速度也要明顯快于從 IO 設備中讀取數據。由于醫療監控設備的工作方式是將串口接收到的數據處理之后以圖象的形式顯示到屏幕上，因此，串口驅動程序的重點便放在了串口的初始化、打開和接收數據上。 在串口驅動的初始化中完成了以下幾項工作：申請了四塊大小為 7992 字節的內存空間，同時建立了四套內存描述符與申請的空間相關聯。然后再對它進行穩定性測試。

2.3功能模塊的設計

關于啟動引導程序，醫療監控設備的啟動引導程序Ethernet Bootloader的核心部分包含 3 個文件，分別為 startup.s，main.c，blcommon.c，其中 startup.s 為匯編代碼，是設備上電之后由硬件引導執行的部分，main.c為 Eboot運行的主要執行部分，直接與硬件平臺相關，由Eboot開發人員根據項目實際需求進行開發定制，blcommon.c 為 Eboot公有代碼，不需要再修改。關于液晶顯示驅動，醫療監控設備的CPU Pxa270 內部帶有液晶控制器，能夠根據開發人員的配置在引腳上輸出需要的標準RGB信號，而 LVDS 信號轉換器能夠將輸入的標準RGB 液晶信號轉換成為 LVDS 信號輸出，不需要軟件支持。因此，液晶顯示驅動在做好圖像處理輸出到液晶控制器的數據幀緩沖區中的同時，更重要的便是配置液晶控制器的輸出RGB信號的時序，使其能夠正常、清晰地顯示圖像。

結語：在電子技術迅猛發展的今天，醫療設備的種類日益繁多，功能也變得日益齊全，本文研究的醫療監控設備只是眾多醫療監控設備中的一種，實現的功能相對簡單。主要總結了當前醫療設備和嵌入式設備發展的現狀，針對醫療設備領域的各方面需求，利用 Windows CE嵌入式操作系統和設備驅動的科研成果，實現了一個基于嵌入式系統Windows CE平臺的醫療監控設備。在許多方面還有不足。■

篇（6）

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0099-01

水輪發電機組中的焊接結構件多為大型構件，對焊縫質量要求高，且焊接熔敷量大。在過去由于采用CO2半自動氣體保護焊來焊接水電設備結構件，焊工技術水平的高低直接決定了焊接的質量。而自動化焊接技術則不然，它具有較好的穩定性，能夠通過自動化機械裝置和自動化控制裝置來代替人工焊接作業。采用自動化焊接技術可以大大降低勞動強度、改善勞動條件，還可以有效地節約人工成本及焊絲成本，提高生產效率。本文就自動化焊接技術在水電設備結構件中的應用進行探討。

1熱絲TIG自動焊在模型試驗機管路中的應用

熱絲TIG焊是指將母材用非熔化的鎢電極來進行熔化，同時填充材料采用焊絲，這種方法能夠較好地降低母材的稀釋率，調節焊接熔池的熱輸入量，且無弧光、無飛濺、電弧穩定性高，尤其適用于對于焊縫外觀要求高的焊縫和精加工坡口。某廠所生產出來的模型試驗機中，需要焊接某些管路，這些管路的坡口為精加工坡口，母材為奧氏體不銹鋼，完全符合自動化焊接技術的適用范圍。所以，利用傾斜鎢極的擺動功能，引入熱絲TIG自動焊接技術及設計工裝來充分熔合窄坡口兩壁的母材，用多層多道的熔敷方式來進行相應的焊接，結果證明，焊縫質量為優質。

2底環、頂蓋、轉輪體上自動化帶極堆焊技術的應用

眾所周知，轉輪體是一種標準的回轉件，其實體外形的一致性較佳。應該將工件通過滾輪架或者變位機來將其放置到適當的位置進行帶極堆焊。自動化焊接可通過轉動轉輪體來實現，槍頭在自動化帶極堆焊過程中可以出于不動的位置。為了大幅度提高焊接質量和焊接速度，可以基于底環、頂蓋、轉輪體等水電設備結構件的斜面狀況和實際尺寸，將普通焊絲用不同帶寬的焊帶（帶寬通常為30～60 mm）來進行代替堆焊。此外，對于底環、頂蓋等平面，也可采用自動化帶極堆焊技術來進行不銹鋼堆焊，起到耐磨、防腐蝕的效果。另外，焊縫表面通常會出現較為明顯的凹凸不平現象，會影響到焊接外觀，所以，需要在表層進行修飾焊。修飾焊的外觀應該滿足以下一些要求：①焊縫表面要超過母材表面，及時打磨焊縫表面超標部分，讓母材與焊縫表面保持較為圓滑的過渡狀態，不能傷害母材，這樣也就不會在日后出現銹蝕點；焊縫表面在每側的寬度應該達到0.5～2.0 mm；③沒有出現焊點、夾渣、裂紋、氣孔、飛濺、熔合等明顯缺陷，外觀應該保持均勻一致。

3焊接機器人的應用

焊接機器人主要適用于焊接巨型水電機組，巨型水電機組的水輪機轉輪通常都具有450 t，焊接是整個轉輪制造最關鍵的工序，工作量很大，每完成一整的轉輪焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自動化焊接技術的應用能夠保證焊接質量，也能夠大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接機器人都會配備雙絲埋弧焊、直流埋弧焊兩個焊接電源，焊接方法采用埋弧焊接法，每個焊接機頭所具有的自由度都為六個，能夠實現過渡角焊縫的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水電機組的水輪機轉輪由于結構限制和焊接方法制約，很難實現全部自動化焊接，即便采用了大型焊接變位機，60%的焊接量還是都需要通過手工半自動焊接方法來完成，只有40%的焊接量能夠通過焊接機器人來完成。

4窄間隙埋弧焊的應用

窄間隙埋弧焊是一種較為成熟、且效率較高的焊接技術，被廣泛地應用在制造業的多領域。在水電設備結構件焊接過程中，我們主要將窄間隙埋弧焊用于水輪發電機大軸、水輪機、軸鍛件、大厚板拼焊的焊接過程中，經濟效益顯著，工作效率較高。眾所周知，水利發電機組中最重要的部件之一為水輪發電機大軸和水輪機大軸。我國長期以來都是依靠進口采購整體鍛件來加工成成品，成本較大、供貨困難。為了對這個問題進行解決，最為明智的選擇就是自己焊接成整體，只采用軸鍛件分段鍛制、供貨。哈爾濱電機廠有限責任公司采用這種方法已經完成了多個大型水電站機組的水輪發電機大軸、水輪機大軸的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可達450 mm。目前國內制造企業還開發出了分段焊接水輪機大軸、鋼板分段卷制的工藝技術，用窄間隙埋弧焊接方法來完成環形焊縫和縱向焊縫的焊接工作，從而大幅度提升焊接制造水平，這使得產品的制造周期大幅度縮短，也能夠降低國內企業對于大型鑄鍛件的依賴程度。

5半自動氣體保護焊的應用

由于水電設備結構件結構較為復雜，工序較為復雜，因此，通用的自動化焊接方法應用范圍極其有限，焊接輔助時間也較長。半自動氣體保護焊接方法也就成為了水電設備結構件的主要焊接方法之一，其主要特點就在于其焊接效率高、工作較為靈活，已經成為了目前發展較快的焊接技術。

6自動埋弧焊小車的應用

自動埋弧焊小車具有下述優點：采用雙驅動送絲，壽命長、動態響應快、慣量低、扭矩大，結構緊湊，所有部件均可方便靈活地拆裝，滿足客戶各種實際需要。結構靈活、調整方便，適應多種位置焊接，歡迎埋弧焊機主機廠定制，四輪驅動，手動離合，運行平穩，可靠性好；可焊接碳鋼、不銹鋼、銅及合金等金屬材料；合金鋼送絲輪，使用壽命長，生產效率高；三拖板六自由度及組合式絲盤架，可實現多種焊接方式。

7結束語

總之，自動化焊接技術在水電設備結構件制作中具有極為重要的作用，應用較為廣泛，能夠獲得良好的焊縫質量，還可以提高勞動效率，產生較大的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1]周利平，韓永剛.我國焊接自動化技術現狀及發展趨勢[J].科技信息，2011（19）：120-124.

篇（7）

引言

隨著電子元器件的高速發展，雷達電子設備的高度集成將不可避免。但同時帶來了布局緊張，熱流密度大，電磁干擾，防水困難等相關問題。這些問題在多通道陣列模塊上顯得尤為突出，這就對陣列模塊的結構設計提出了更高的要求。

1.優化布局設計

該模塊為8通道數字陣列模塊內部包含8路收發單元、8路變頻、基準源、頻率源、8通道數字處理板、分布式電源、功分以及調制等上百個電訊零部件。因此合理的布局尤為重要，結構設計師從方案階段就需要與其他相關設計師充分交流討論，并經過多輪反復修改、協商，最終確定最優方案之后。與結構總體就陣列模塊的大小及機、電、液等外部接口進行磋商與討論。與電訊設計師根據信號走向，排列好各功能模塊的位置與空間分布，并且預留合理的水道空間和正反面過孔以及垂直互聯絕緣子的位置；同時兼顧散熱器件的合理分布和分配；固定螺釘及散熱水道之間的互相合理避讓；內部走線及可操作性進行反復討論。與環控設計師在散熱水道的設計和優化，以及散熱翅片的排列和分布進行討論。與工藝設計師就散熱水道的焊接方式及優化可制造性方面進行討論。待所有的問題全部梳理通順才能進行詳細的工程結構設計。

2.高效散熱設計

該陣列模塊熱耗約974W，其中100W功率管安裝外形尺寸為34mm*10mm，熱流密度峰值超過20W/cm2，風冷散熱已不能滿足要求，本方案選用液冷體系。基于冷板功率器件布局與冷卻流道一體化設計思路，采用高熱流密度高效冷卻技術完成陣列模塊散熱，具體實現途徑如下：①引入小型內嵌翅片的液冷通道和流道翅片的邊界層截斷技術，增大冷卻液與冷板結構在熱耗集中區的換熱面積和停留時間，并利用冷卻液在翅片截斷處的入口效應和翅片頂端擾動效應來增強冷卻液與冷板結構的換熱能力；②在冷卻流道與器件排布一體化設計基礎上，根據器件熱耗及其安裝特性，采用攪拌摩擦焊的方式在器件安裝基板上生成冷卻通道，將功率器件直接安裝在組件冷板兩側，并采用有效措施降低器件與冷板間的接觸熱阻。經過優化設計后，在單件陣列模塊冷卻液流量為4.5升/分鐘、進液溫度為35℃的情況下，計算顯示位于流道最下游的100W功率管溫度最高，約為62.6℃，管殼溫度約為62.2℃，同類器件溫差約3℃，冷卻液進出口溫差約為4℃，冷板壓損約0.115Mpa，滿足散熱要求。

5.結束語

此陣列模塊已通過各項例行試驗，各項指標均達到了設計要求。并且隨整機參與多次演習與試驗，工作穩定可靠。但是，由于電子元器件的高速發展以及新技術，新材料的不斷涌現，新的結構設計方法也會不斷產生。

參考文獻：

[1]GJB 870―90.軍用電子設備方艙通用規范[ S].1991.

[2]謝德仁.電子設備熱設計. 南京：東南大學出版社，1989 ，12

篇（8）

一、前言

現如今，各行各業運用的電子產品越來越多，電子產品的安全性和使用壽命受到越來越大的重視。而為了保障電子產品的安全性和更長的使用壽命必須保障電子產品的設計原理合理，同時保證結構設計的準確性。本文重點的分析了電子產品結構設計的要求，原則以及影響因素。通過電子產品結構設計要求，原則及影響因素的分析，為以后的電子產品結構設計提供有力的幫助，保障設計出結構更加合理，安全性更高，使用壽命更久的電子產品。

二、電子產品結構設計的要求

第一，功能要求。電子產品歸根結底是一件商品，對于使用者來說，滿足其功能是其基本的要求。所以，電子產品必須在設計中體現自身的價值。第二，質量要求。電子產品要想有更好的效率和更高的效益，必須質量可靠，同時在結構上必須更加合理，外觀美觀。第三，結構更加優化。合理優化的電子產品結構主要是從其尺寸，工藝，使用材料等方面體現，通過這些方面的考慮和選擇，找到最優化的結構設計方案。第四，結構設計上要滿足創新性的要求。現如今，電子產品都能滿足自身的功能要求，但要體現其創新性才能有更好的市場，比如多功能的電子產品，外觀設計獨特，更加吸引人的注意力等等。只有電子產品的創新性做好，產品安全性高，實用性強，外觀設計美化，才能有更好的市場。

三、電子產品結構設計的原則

第一，各部分功能滿足設計要求的原則。電子產品的基本原則就是設計的各部件，各部分的功能得以滿足預先設計，能夠滿足基本的使用。第二，產品的強度和剛度滿足要求的原則。電子產品作為一件商品，其強度和剛度必須滿足要求，達到該產品的規范標準要求，只有滿足這個原則，才能有更大的使用壽命。第三，工藝和裝配上滿足要求的原則。電子產品在工藝設計和裝配上必須滿足電子產品裝配的要求，在這個原則滿足后，產品才能更好的進行裝配使用。第四，滿足用戶的審美要求的原則。電子產品最終作為商品使用，在滿足使用者基本功能需求的基礎上，要更加美觀，這樣才能更好的吸引使用者。

四、電子產品結構設計的影響因素

1、生產和維修方面的因素。電子產品結構設計的過程中，必須考慮后續的生產和維修因素。在設計中必須保障后續的生產更加合理，方便后續的生產，保障后續生產更加流暢合理。同時，在設計時，就必須考慮電子產品的后續維修。因為，一個電子產品不可能在使用中不出現問題，而出現問題后，就必須進行維修，所以在維修上更加方便的電子產品更容易滿足要求。這需要設計者在結構設計上就必須考慮好。合理的結構設計，可以在電子產品出現問題進行維修時，能夠方便的進行維修，而不破壞電子產品的本體。

2、零部件材料選擇方面的因素。電子產品在設計中，零部件材料的選擇會直接影響電子產品的使用壽命以及電子產品的安全性。所以，選擇合適的材料是非常必要的。這就要求在電子產品零部件材料選擇上，必須考慮環保，安全，可回收利用等等因素。在選擇材料的時候，不能貪圖便宜，要認真選擇生產廠家，選擇資質齊全，口碑好的材料生產廠家。

3、功能實現方面的因素。功能實現方面因素考慮是保障后續電子產品后續投入使用良好的關鍵。為了滿足功能要求，必須考慮元器件布局、電路板布線、組件部件布局方面的相互影響。保障三者合理的實現功能，同時元器件布局、電路板布線、組件部件布局三者方面不會產生干擾的現象。

4、產品使用壽命方面的因素。電子產品結構設計必須考慮使用壽命的因素。用戶購買電子產品首先考慮的就是能夠長久使用。所以提升使用壽命，是電子產品設計者必須考慮的重要問題。而為了保障使用壽命更久，就必須設計更加合理，零部件參數選擇更加優化，材料選擇更加安全等等。

總結：總之，在以后的電子產品設計中，在保障其設計原理合理的基礎上，注重其結構設計是非常有必要的，保障結構設計滿足國家標準要求，并且根據其應用環境來設計合理的結構，來滿足人們的需求，同時保持產品的安全性，保障電子產品使用壽命更長。

參 考 文 獻

[1]曹偉智，田野. 產學研背景下的自行車產品設計研究[J]. 美苑. 2015（06）

[2]李曉明，姜紅明，任召. 某高密度電子設備結構設計與解析[J]. 科技風. 2016（01）

篇（9）

中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）0006-02

雷達電子設備方艙作為雷達設備以及操作員的主要載體，是雷達系統的主要組成部分[1]。隨著社會的進步以及人們對于工作環境的舒適性要求越來越高。方艙內部的結構布局顯得尤為重要，其中方艙內部的設計內容主要包括噪音的控制、通風設計、照明設計、色彩與內飾設計以及人機工程設計[2-3]。該文基于傳統方艙進行改進，提出新一代方艙內部的結構設計方案。

1 方艙的內部主要構成

電子設備方艙內部的關鍵設備主要包括顯控臺、設備機柜、工作臺、配套工具以及空調，見圖1。方艙的內部結構設計主要根據內部的有限空間進行關鍵設備的布局，傳統的設計方法主要是依據設計經驗或設計模具現場體驗修正。該文基于現有軟件（DELMIA[4]和keyshot）進行方艙內部設備的布局設計以及優化，有效地降低勞動設計強度，減少設計成本，為方艙內部結構布局提供設計依據。

2 方艙內部布局設計

對于方艙內部設備的布局設計，該文借助于人機工程仿真軟件DELMIA進行輔助設計，主要是對方艙內人員行為路線、操作區域容膝空間以及可視范圍的優化。

2.1 工作行為路線優化

工作人員進入方艙的工作路線主要為：①進倉②打開倉內照明③開啟倉內電子設備④開啟顯控臺設備進行倉內工作。整個倉內設備的不同布局會影響到工作人員的工作活動路徑。為了能營造更好的工作環境以及提高員工的工作效率及舒適感，本文利用人機工程分析軟件――DELMIA進行工作路徑的仿真分析。

首先可以直接利用CATIA軟件進行方艙三維模型的建立，也可以通過PROE、UG等軟件建立方艙三維模型，然后導入DELMIA軟件的人機仿真工作環境內。操作人員的建立，利用DELMIA軟件中的Human Builder功能設置工作人員身高、性別等相關參數可以方便快捷的建立出工作人員的三維模型，見圖2。

基于以上初步工作的完成，借助于DELMIA的人機仿真平臺按順序創建工作環境、創建流程計劃、創建仿真、增加仿真動畫、分析仿真動作。經過此一系列步驟即可生成操作人員的倉內工作動畫，并進行工作路徑的優化，見圖3。對于不同的方艙內布局，可以用同樣的方法進行方艙內人員工作路徑的仿真優化，設計出艙內設備的初步布局。

2.2 容膝空間分析

工作人員在進行操縱工作的過程中，如何才能確保具有合理的容膝空間，使得人員能工作得更舒服，這是個方艙設計的關鍵問題。該文借助DELMIA仿真軟件進行工作人員容膝空間和工作視角分析，以2.1節中建立的方艙和工作人員模型，進行工作容膝仿真，見圖4。通過容膝分析可以優化顯控臺工作平臺的結構設計。

2.3 視角分析

在整個艙內行徑分析的過程中，可以借助于DELMIA的Open Vision Window功能對工作人員的視角范圍進行實時監測，如圖5所示。

圖5（b）表示工作人員走向顯控臺某一時刻（見圖5a）的視野范圍內所見。在借助于軟件分析過程中，可以時刻顯示工作人員在動態行徑過程中任意時刻的所見。通過此分析可以優化布局使得工作人員在艙內工作過程中具有更加寬廣的視野范圍。

3 結語

該文基于人機工程仿真軟件――DELMIA，提出了一種電子設備方艙艙內布局設計的新方法。利用該文提出的方法可以更加直觀的對艙內工作人員行徑路線、容膝空間以及視角范圍進行分析。對不同的艙內布局進行比對分析，從而設計出更優的艙內設備布局。基于人機工程仿真軟件的艙內布局設計，可以降低設計成本，縮短研發時間，降低勞動強度。

參考文獻

[1] 楊會越.雷達方艙的布局設計探討[J].電子機械工程，2008，24（6）：14-17.

篇（10）

1.前言

熱設計是電子設備設計的重要內容之一，是保證整機性能、提高整機可靠性的重要因素。本文為了保證某電子產品在指標要求的溫度下可靠的工作，根據其耗散功率，元器件集中程度，元器件溫升以及環境溫度要求、可靠性指標等進行分析，選擇合適的散熱手段。

2.散熱方式的選擇

本文研究對象的結構形式如圖1所示。

圖1 某電子設備的結構示意圖

其特征尺寸為：V=53×40×30=636003

則：體積熱流密度q（體積發熱系數）為：

q=P/V=280/63600=0.0044（W/3）

圖2 體積發熱功率系數

圖3 行波管安裝示意

由圖2所示的各種冷卻方式的冷卻能力范圍看，該設備的熱流密度q為0.0044W/3小于自然散熱方式的能力限值（0.009 W/3），采用自然散熱的方式是可行的，為可靠起見，盡量采用金屬導熱的形式對主要發熱部件如行波管等進行冷卻，在結構設計中，鑄件艙體外增加了加強筋，在提高了整個鑄件剛度、強度的同時增大散熱面積;在行波管的安裝處設計了鋁合金導熱風道，安裝了風機，行波管緊貼風道安裝，涂導熱膏，風道緊貼艙體側壁安裝，均保證壓力在20/2左右，如圖3所示。這樣行波管散出的熱量通過鋁合金風道一部分傳導到艙壁，一部分被及時帶走，在艙體內部形成循環，使艙體內部溫度均勻，機箱內表面氧化成黑色，熱量通過金屬傳導到外表面，使艙壁各面均參與換熱，從而達到降溫的目的。

3.熱設計校核計算

該電子設備的總功率約為280W，其中主要發熱體為行波管，根據行波管的工作效率情況，我們按照其中80%的功率產生熱量來計算散熱。即需散去的熱量為：

Q總=280×80%=224W。

自然散熱的方式主要是通過兩種途徑，自然對流和熱輻射。

通過自然散熱散去的總熱量為：Q總=Qc+Qr

其中：Q c為自然對流散去的熱量;Qr為熱輻射散去的熱量。

機箱內允許達到的最高溫度為：+70℃;外界環境溫度取：+50℃

先計算自然對流散去的熱量Q c：

Q C=αSΔt ①

式中：α為對流放熱系數;S為表面積;Δt為機箱表面與外界環境的溫度差。

②

式中：為努謝爾特數;λ為導熱系數;L為特征尺寸。

根據自然對流換熱的通用準則方程：

③

式中：Ra=Gr?Pr為雷萊數;Gr為葛拉曉芙數;Pr為普朗特數;C為系數;n為指數（層流時取，紊流時）。

其中：Gr=;β為體積膨脹系數;v為運動粘度。

定性溫度為：

tm=（70+60）/2=60℃;

特征尺寸取側壁高：

L=0.3m;

β=;

查表得：

Pr=0.696;

λ=2.90×10-2W/m℃;

v=18.97×10-6m2/s

則：葛拉曉芙數：

Gr=

雷萊數：Ra= Pr?Gr=0.696×4.42×107=3.07×107

由此可知各側面屬于層流換熱;但在頂面上有2×107

圖4 加強散熱筋結構形式

現將各換熱面參數及可散去熱量根據查表及式①、式②、式③計算后列表如表1所示：

表1

由表1可得：通過自然對流散去的熱量QC為：

QC=36.12+16.93+7.21+29.68=89.94（W）

再計算熱輻射散去的熱量Q r：

Qr=5.67S

式中：S為表面積;T1為艙體表面溫度;T2為周圍環境溫度;ε為系統黑度系數（雷達外表面涂綠色防護漆：ε取0.9）。

S=0.426+0.284+0.284+0.35=1.344

則：Qr=5.67×1.344×（3.434-3.234）×0.9=202.79W

通過自然散熱可散去的總能量為：

Q總=Qc+Qr

Q總=89.94+ 202.79=292.73W>224W

4.結論

篇（11）

2.理論基礎

電子設備結構中常見的電磁干擾方式主要有傳導干擾和輻射干擾兩種，因此電磁兼容（EMC）設計的主要方法有屏蔽、濾波、接地等。

2.1屏蔽

電磁屏蔽是利用金屬板、網、蓋、罩、盒等屏蔽體阻止或減小電磁能量傳播所采取的一種結構措施。常用的方法有靜電屏蔽，磁屏蔽和電磁屏蔽。電子設備結構設計人員在著手電磁兼容性設計時，必須根據產品所提出的抗干擾要求進行有針對性的電磁屏蔽設計。屏蔽通常有靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽三種。

2.2濾波

電路中的干擾信號常常通過電源線、信號線、控制線等進入電路造成干擾，所以對公用電源線及通過干擾環境的導線一般均要設置濾波電路。

2.3接地

接地問題在電磁兼容性設計中也是一個極其重要的問題，正確的接地方法可以減少或避免電路間的互相干擾。根據不同的電路可用不同的接地方法。通常組合單元電路接地有串聯一點接地、并聯一點接地和多點接地三種方式。整機接地方式也是保障產品電磁兼容性的主要措施之一。由于其功能不同，故電路差別甚大，接地狀況也不大相同。一般常用的方法是：將模擬電路、數字電路、機殼分開，各自獨立接地，避免相互間的干擾，最后三地合一接入大地，這種方式較好地抑制了電磁噪聲，減少了數字信號和模擬信號之間的干擾。

3.機箱EMC的結構設計

一電子設備中的機箱，機箱有電源線、信號線、控制線等的穿入及穿出以及散熱用的通風孔、調節用的調節孔、顯示窗等，同時機箱也是由多個零件組合而成，各部分的連接處難免有泄漏。如何抑制電磁能從上述因素中泄漏，就成了電磁兼容性的關鍵。在這里僅介紹幾種結構設計中比較簡單可行的方法：

3.1縫隙的屏蔽

縫隙指的是連接后要拆卸的，如機箱上下蓋、前后面板和箱體的連接縫，這類連接通常用螺釘來緊固。這類情形增加屏蔽效能的途徑有如下：

（1）增加縫隙深度，也就是增加箱體與蓋板的配合寬度。

（2）在結合處加入導電襯墊或者提高結合面的加工精度，即減少縫隙長度。一般比較經濟的辦法是在接合面安裝導電襯墊。這樣既可以減少縫隙泄漏，又不要求接合面有很高的加工精度。

（3）接合面上涂上導電涂料：在用螺釘、鉚釘緊固的交疊接縫處，由于配合表面微觀上是凹凸不平的，接合面上只能是部分點接觸；而導電涂料是一種呈流體狀的液體，極易流入縫隙，填補結合面上的不平部位，可顯著地改善接合處金屬之間的電接觸使用時應先把接合面上的不導電物質清除干凈。對于那些易遭腐蝕的接縫也可用這種涂料來減小腐蝕。如果接縫的配合表面過于粗糙，孔隙很大，應先用導電填隙料把孔隙填平。導電填隙料具有如同油灰的粘稠性，可像刮底漆那樣嵌攆。

（4）縮短螺釘間距：接合面不加導電襯墊時，應在結構可能的條件下盡量增加連接螺釘數量，減小螺釘間距，使縫隙長度相應減小。

3.2通風孔的屏蔽[3]

為了滿足機箱內部通風散熱的要求，有時必須在箱體上開設通風孔。因此，也必須對通風孔進行電磁屏蔽，這類情形增加屏蔽效能的途徑有如下：

（1）窗口上覆蓋金屬絲網：金屬絲網覆蓋在通風孔上的結構形式有兩種，一種是采用焊接方式安裝，這種方法使金屬網與屏蔽體之間有良好的電接觸，但工藝復雜，金屬網性能變壞以后又難以更換，且焊接時易破壞周圍的保護層，所以很少采用這種方法。另一種是采用環形壓圈通過緊固螺釘把金屬網安裝在屏蔽體的通風孔上。安裝之前，應把配合面上的絕緣層、氧化層、油垢等不導電物質除去，并應安裝足夠數量的螺釘以獲得連續的接觸。這種安裝方式，只要在結構和工藝上仔細考慮，即可使金屬網與屏蔽體之間獲得良好的電接觸，所以應用比較廣泛。

（2）用穿孔金屬板作通風孔：用許多小孔代替大口徑的通風孔是提高屏蔽效能的有效方法，它可以直接在屏蔽體上開許多小孔，亦可單獨制成穿孔金屬板安裝到屏蔽體的通風孔上。與金屬網相比，穿孔金屬板的特點是屏蔽體性能穩定，因為它不存金屬編織網固有的網絲交叉點接觸電阻不穩定的問題。在屏蔽壁上直接開小口徑通風孔,具有結構與工藝簡單、成本低等優點，實際應用已較普遍。

（3）采用截止波導式通風窗：金屬絲網和穿孔金屬板在較高頻下屏蔽效能都要下降,特別是當孔眼尺寸與電磁波波長可比擬時，則孔眼將引起嚴重的泄漏。在較高頻以上，欲有高的屏蔽性能，且通風良好，可采用截止波導式通風孔板(如蜂窩狀通風孔板)，它與金屬絲網和穿孔金屬板相比有如下優點：工作的頻段寬，即便到微波頻段仍有較高的屏蔽性能；對空氣的阻力小，風壓損失少；機械強度高，工作可靠穩定。

3.3表頭孔的屏蔽

電子設備的機箱面板上往往裝有指示電參數的表頭，安裝表頭需在面板上開相應尺寸的孔。為防止從表頭孔中泄漏電磁能量，結構上有兩種方法可供選用：

（1）在表頭背面進行附加屏蔽，且在面板和屏蔽體之間加入導電襯墊以減少縫隙，改善電接觸，穿入屏蔽體的表頭引線由裝在屏蔽體上的穿心電容引入，使引線感應的干擾信號旁路到地。

（2）表面上覆蓋導電玻璃：表面覆蓋導電玻璃蓋時，必須確保導電玻璃的導電層與面板有良好的電接觸，通常在連接處加入導電襯墊。由于導電玻璃主要對電場和高頻電磁場有屏蔽作用，所以表頭本身最好具有屏蔽作用，或者采用帶有細金屬網夾層的導電鈕子開關和指示燈的附加屏蔽玻璃，這樣對磁場也有一定的屏蔽效能。

3.4開關、指示燈的屏蔽

電子設備的機箱面板上均裝有電源開關或工作狀態的轉換開關。較常用的有兩類，一是鈕子開關，二是按鈕開關。它們都可以泄漏電磁能量。鈕子開關的防泄漏安裝結構是在面板與開關端面間襯入導電襯墊。按鈕開關和指示燈的防泄漏可采用附加的屏蔽罩。引線的穿入處應采用穿心電容或插針式濾波連接器，防止電磁能量通過引線泄漏。較簡單的指示燈屏蔽可在燈罩上覆蓋導電玻璃。并使導電玻璃與面板保持良好接觸。

3.5顯示屏的屏蔽

帶有陰極射線管的電子設備,如示波器、計算機終端監視器等，在陰極射線管的開口處電磁能量很容易泄漏，把陰極射線管的屏蔽罩與機箱連成一個整體，并保持電氣上的連續性。若陰極射線管屏蔽罩采用鐵磁性材料，則能有效地實現磁屏蔽，使顯示的圖像不受周圍雜散磁場的影響。對于信息處理設備的終端顯示器而言，由于它的主要目的是防止信息的泄漏，采用上述屏蔽措施是遠遠不夠的。對于信息設備的顯示器，防止周圍干擾磁場不是主要目的，關鍵是要防止信息從顯示器屏幕的開口處向外界泄漏，所以必須對顯示器屏幕進行屏蔽。它還要求屏蔽層有一定的透光性，不影響觀察。常用的方法有兩種：

（1）屏幕上覆蓋導電玻璃或導電塑料，使導電玻璃的導電層與機箱有連續的電接觸。這種方法對屏蔽電場和平面波場較為有效，但對磁場幾乎沒有屏蔽作用。

（2）屏幕上覆蓋金屬絲網或導電玻璃與金屬絲網的復合層。要求金屬網不影響觀察，為了提高屏蔽效能，最好把交叉點都焊上。采用金屬網與導電玻璃復合層既能屏蔽磁場(交變的)，也能屏蔽電場和平面波場。

3.6電源線的處理

屏蔽機箱的電源線必須通過電源濾波器才能引入機箱，濾波器應有良好的屏蔽。安裝時要注意兩點：

（1）濾波器應安裝在電源線的入口處。

（2）電源濾波器的安裝不能破壞機箱的屏蔽，因此濾波器屏蔽罩必須與機箱壁板有連續而良好的電接觸。

3.7保險絲座的屏蔽

單個保險絲座的屏蔽用金屬帽蓋把保險絲座覆蓋起來，帽蓋內裝彈性簧片使其與機箱有良好的電接觸。多個保險絲座的屏蔽把設備的所有保險絲集中起來，用附加屏蔽罩將其屏蔽，附加屏蔽罩的結構和安裝與表頭孔的附加屏蔽相似。

4.總結