海洋仪器设备环境试验

吴美怡，孔维轩

（国家海洋标准计量中心，天津 300112）

海洋仪器设备环境试验

吴美怡，孔维轩

（国家海洋标准计量中心，天津 300112）

介绍了环境试验的目的、作用与分类；论述了环境试验的基本概念及环境试验在产品研制生产过程各个阶段的应用；提出了应将环境试验的重点放在早期研制阶段，以便节省费用和保证研制进度的建议。

环境；工程；适应性；海洋仪器

对于海洋仪器设备来说，环境试验是一项必不可少的工作，并贯穿于研制和生产的全过程。海洋仪器设备需要进行的试验项目很多，如性能试验、环境试验、可靠性试验和寿命试验等，不同的试验有不同的目的，本文仅对环境试验作一简单介绍。

1 环境试验的目的

任何验证或考核产品对预期遇到的极端环境的适应性试验均被称为环境试验。所谓环境适应性，是指产品在其整个寿命期间不受环境影响且能实现其全部功能的能力。

这里所涉及的环境可以分为自然环境和诱导环境。自然环境是指自然界本来就存在的各种环境因素，如风、雨、雷电、温度、湿度等。其中，被列入环境试验方法的大约有二十余种。而诱导环境是指由于人类生产、生活、科研等引发的，或由于产品在运输、贮存和使用中所产生的环境。据统计，在所有由环境因素导致的故障中，温度因素占40%，振动因素占27%，湿度因素占19%，沙尘因素占6%，盐雾因素占4%。而海洋领域有别于其他行业，又有其独特的水下压力因素。这也是导致产品出现故障的一大原因。

环境试验作为一种手段，主要达到以下目的：

（1）发现产品在设计以及制造方面的各种缺陷，以便采取适当的改正措施，提高其环境适应性。

（2）考核产品的环境适应性是否符合规定的要求，为该产品的投产决策或批量生产接收／拒绝决策提供依据。

（3）为产品的使用维修提供必要的信息。

2 环境试验的分类

环境试验的分类取决于采用的分类原则。按试验场所和提供环境条件的方法分类，可分为实验室环境试验和现场环境试验（场外环境试验）；按环境因素的特性分类，可分为气候试验、动力学试验和电磁兼容性试验；按环境试验在产品研制生产过程中的应用阶段分类，可分为环境安全试验、环境鉴定试验、环境验收试验和环境例行试验。

进行环境试验时，施加环境应力的方式通常有三种，于是又可将环境试验按施加应力的方式进行分类。第一种方式是各环境应力单一施加，称之为单因素环境试验，如高温试验和低气压试验，每次试验只涉及一个环境因素。第二种方式是两个或两个以上的环境应力同时施加，称之为综合环境试验。综合环境可以是两个气候环境因素的综合，如温度-高度试验和交变湿热试验；也可以是气候环境因素与动力学环境因素综合，如振动-温度试验，振动-温度-高度试验。第三种方式是各种环境应力以一定顺序依次施加，称之为组合环境试验。参加组合试验的各种环境试验可以是单因素试验也可以是综合试验，例如按低气压试验、温度试验、温度-湿度-高度试验和温度-振动试验这一顺序依次进行的这四项试验构成了一个组合试验。

3 实验室环境试验

3.1 实验室环境试验的目的及其用途

实验室环境试验用于验证研制或生产的产品在极端环境条件下是否受到损坏或能否正常工作，为采取改进措施提供信息，或为研制阶段定型和生产阶段验收决策提供依据。产品在研制和生产的不同阶段所进行的环境试验目的和用途、采用的试验项目和环境条件的严酷程度等是各不相同的。

3.2 实验室环境试验的优缺点

实验室环境试验的优点是其环境应力、负载条件和电应力的施加都可以严格地控制在规定容差范围内，保证整个试验在受控的条件下进行，从而保证试验的重现性和试验结果的可比性。正因为具备这些优点，可以进行适当剪裁并将其应用于产品研制生产各个阶段的不同目的试验中。特别是在研制阶段早期，应用加速或加剧应力进行实验室内环境试验，对于迅速提高研制产品的环境适应性是十分重要的。

实验室环境试验的缺点是由于受到试验设备能力和费用的限制，其试验对象仅限于一些体积、重量较小的装备，且不可能进行非常真实的综合环境模拟和装备间接口的模拟，使试验效果受到限制。

3.3 实验室环境试验对海洋仪器设备质量的影响

环境试验作为一种手段，主要是为了发现产品在设计、材料选取及制造工艺方面的各种缺陷，以便采取适当的改正措施，一方面增强产品自身的抗环境能力，另一方面减缓环境应力对产品的作用强度。此外，它还可以考核产品环境适应性是否符合规定的要求，为产品后期投产或接收提供依据，并为产品的使用维修提供必要的信息。

目前，海洋仪器主要涉及的环境试验是温度试验、湿度实验、盐雾试验、霉菌试验、振动试验、冲击试验、摇摆试验、水静压力试验等14项。许多海洋仪器设备通过环境试验发现了问题、解决了问题、提高了质量。例如，有一台海水多参数测量仪在研制阶段进行高温试验，当达到试验温度规定的40℃时，仪器不能正常启动，而当仪器恢复到33℃时，又可恢复正常启动。经反复调整，此现象一直存在。后经试验人员分析，其元器件选取的温度等级刚刚可以承受高温试验，但由于仪器采用密封型结构，在工作时其热惯性比较大，无法正常散热，因此产生此项故障。再如，有一套浮标在定型阶段进行振动试验，发现浮标内部配重块发生脱落，浮标无法实现自动回收功能。经过反复核查设计资料及现场分析，发现引起故障的主要原因是后期组装工艺的差别。产生故障的那套浮标的一部分部件在组装时，由于组装流程存在偏差，从而导致了自动回收功能的失败。通过此次试验，使得生产方规范了组装工艺，从而降低了设备使用中的故障率。再如，有一套浮标的通信机在盐雾试验中整体外壳无明显腐蚀现象，达到了预期效果，但在仪器的安装架处产生了部分锈蚀。经分析，是产品在安装螺母过程中不可避免地破坏接口处的防腐涂层，进而通过盐雾侵蚀形成原电池效应，加速了腐蚀。此后，在安装完毕后，对隐患处进行二次防腐处理，同时加装牺牲阳极配件，以减缓海水对仪器的腐蚀。

3.4 环境工程与环境试验

从20世纪40～50年代，环境工程以环境试验的形式出现，但限于用环境试验考核和检验产品的环境适应能力。20世纪50～70年代中期，环境工程仍以环境试验的形式发展，出现各种环境试验规范，并广泛应用，随后试验规范逐步趋向统一，但菜单式的环境试验标准已经暴露出其容易造成过量环境设计、增加研制费用和延误进度等弱点，在某种程度上反而成为正确开展环境试验的障碍。20世纪70～80年代，提出环境标准剪裁和环境管理概念，国外一些公司开始将环境工程管理用于项目研制中。到了20世纪90年代“环境工程”这个概念才正式提出，明确了环境工程包括环境预算分析、环境分析、环境试验、环境管理等内容，提出要将环境工程工作纳入产品研制和生产过程各个阶段。

上述情况说明，环境工程概念的产生和完善经历了大约50 a时间，对环境工程任务主要内容已经比较明确。

在进一步研究环境工程内涵的同时，需定义环境工程的各种工作项目，包括日常基础工作项目和产品研制过程中各阶段的工作项目。制订出相应的可操作性强的管理标准，把这些环境工程任务纳入产品研制过程中各阶段，以规范产品研制中的环境工作。另一方面应加强日常环境基础工作，积累各种数据，以支持产品研制过程中各种环境工作的开展。

4 几点建议

（1）环境试验和其他工作一样，应当遵循早期投入的方针，其重点是要加强研制阶段早期的环境试验，以便及早发现耐环境设计方面存在的问题，并及早加以解决。因此，产品一旦研制、制造出来且性能满足基本要求以后，就应当开始进行环境试验。

（2）环境鉴定试验应当严格进行，其试验项目应当做齐，各个试验项目的顺序安排应避免相互抑制作用和不必要的加速作用及其他不良影响，应当严格施加规定的环境条件，以确保通过定型的产品不存在遗留的环境设计问题，保证批量生产的质量。

[1]GJB4239《装备环境工程通用要求》.

[2]HY016.1～15-1992《海洋仪器基本环境试验方法》.

[3]《海洋环境工程论文集》.

[4]GB/T2423.1-2008《电工电子产品基本环境试验规程 总则》.

Research on Environmental Test for Marine Instrument

WU Mei-yi,KONG Wei-xuan
(National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China)

The purpose,effect and classification of environmental test are introduced.The concept of environmental test and its application in research and production process are described.The proposal of starting the environmental test in the early stage of research is presented as to reduce the cost and guarantee the development schedule.

environment;engineering;applicability;marine instrument

P71，TB9

C

1003-2029（2011）03-0115-03

2011-06-17