Разработка конструкции и технологии изготовления частотного преобразователя (стр. 20 из 21)
Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию ионизирующих излучений.
Известно, что в первые секунды после ядерного взрыва на аппаратуру действует проникающая радиация (в основном γ-излучение и поток нейтронов), а в последующем – радиоактивное излучение зараженной местности (главным образом β- и γ-излучения). Все эти излучения являются ионизирующими. Воздействуя на неорганические и органические материалы, они могут вызывать обратимые и необратимые изменения в различных элементах радиоэлектронной и оптической аппаратуры, что будет вести к сбоям или отказам в работе. Поэтому там, где имеется такая аппаратура, необходимо производить оценку устойчивости работы ее в условиях воздействия радиоактивного излучения. Особенно подвержены воздействию ионизирующих излучений полупроводниковые, газоразрядные вакуумные приборы, некоторые типы конденсаторов и резисторов, оптическое стекло (эти излучения могут существенно увеличить оптическую плотность).
Критерием оценки устойчивости работы электронных систем при воздействии ионизирующих излучений являются максимальные значения интегрального потока нейтронов Фп, дозы Dγ и мощности дозы Рγ, при которых работа этих систем нарушается.
При радиоактивном заражении местности мощность дозы γ-излучения невелика и ее воздействие на аппаратуру и материалы можно не учитывать.
Оценка устойчивости аппаратуры производится по каждому параметру отдельно. Сравнивая рассчитанные величины параметров Фп, Dγ и Рγ с Пкр (табличными), определяем наиболее подверженные воздействию радиоактивного излучения (слабые) элементы.
Оценку устойчивости аппаратуры к ионизирующим излучениям можно произвести и таким образом: составляем перечень элементов прибора, чувствительных к радиоактивному излучению, и вносим их в сводную таблицу 7.1; определяем по таблицам Пкр для каждого элемента по всем параметрам проникающей радиации (Фп, Dγ и Рγ). Полученные результаты с помощью условных обозначений вносим в сводную таблицу; определяем наиболее уязвимые элементы прибора; определяем целесообразные пределы повышения устойчивости слабых элементов. На стадии проектирования можно рекомендовать замену одних элементов другими.
Таблица 7.1 - Элементы, чувствительные к радиоизлучению
| Параметры радиацииНаименова-ние элементов | Фп, нейтрон/м2 | 1016 | 1017 | 1018 | 1019 | 1020 | 1021 | 1022 |
| Рγ, Гр | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | |
| Dγ, Гр/c | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | |
| Маломощные транзисторы | Фп, нейтрон/м2 |   | ||||||
| Рγ, Гр | ||||||||
| Dγ, Гр/c | ||||||||
| Выпрямительные диоды | Фп, нейтрон/м2 |   | ||||||
| Рγ, Гр | ||||||||
| Dγ, Гр/c | ||||||||
| Резисторы | Фп, нейтрон/м2 |    | ||||||
| Рγ, Гр | ||||||||
| Dγ, Гр/c | ||||||||
| Конденсаторы | Фп, нейтрон/м2 |   | ||||||
| Рγ, Гр | ||||||||
| Dγ, Гр/c | ||||||||
| Интегральная схема | Фп, нейтрон/м2 |    | ||||||
| Рγ, Гр | ||||||||
| Dγ, Гр/c | ||||||||
После того, как оценка дана, вырабатываются мероприятия по повышению устойчивости работы приборов в условиях воздействия ионизирующих излучений.
Как видно, самыми чувствительными элементами к излучению являются транзисторы, диоды и микросхемы.
Оценка устойчивости аппаратуры к воздействию электромагнитного импульса.
Критерием устойчивости работы электронных систем при воздействии электромагнитного импульса (ЭМИ) является максимальная величина энергии, поглощенная функциональными элементами системы, при которой не происходит нарушение функционирования системы. В общем случае для оценки устойчивости работы аппаратуры необходимо оценить энергию ЭМИ поглощенную системой, и сравнить ее с той величиной энергии, при которой аппаратура перестает нормально функционировать. В нашем случае можно рекомендовать следующий порядок оценки:
- проводят анализ электронной системы с целью выявления в ней чувствительных к ЭМИ элементов и определяют длины линейных проводников, связанных с этими элементами. Данные анализа представляют в виде таблицы 7.2;
- определяют поправочные коэффициенты Кп по формуле:
, (7.9)где lэ – наибольший размер элемента; lл – размер неэкранированного линейного проводника, связанного с элементом.
- определяют пороги устойчивости выявленных элементов Пкр.сх:
, (7.10)где Пкр - табличное, значение порога устойчивости для данного элемента.
Все эти данные заносятся в таблицу 7.2, затем производится ее анализ, и выявляются наименее устойчивые элементы в системе (аппаратуре).
Затем разрабатывают, предложения по повышению устойчивости при воздействии ЭМИ.
Таблица 7.2 - Элементы, чувствительные к электромагнитному импульсу
| Обозначение на схеме | Элемент | Порог устойчивости, Пкр, Дж | lэ, мм | lл, мм | Кп | Порог устойчивости в системе, Пкр.сх, Дж | Прим-ечание |
| VT | Транзистор | 6·10-5 | 15 | 100 | 59 | 1·10-6 | Наиме-нее стойчив |
| VD | Диод | 5·10-4 | 5 | 20 | 25 | 2·10-5 | |
| C | Конденсатор | 10-3 | 40 | 40 | 4 | 2,5·10-4 | |
| R | Резистор | 10-2 | 48 | 110 | 11 | 9·10-4 | |
| DD | Интегральная схема | 10-4 | 18 | 20 | 5 | 2·10-5 | |
| K | Реле | 10-1 | 29 | 90 | 17 | 6·10-3 |
Повышение устойчивости (защита) аппаратуры.
Рассмотрим способы повышения устойчивости радиоэлектронных и оптических приборов и систем к воздействию ударной волны, теплового излучения, ионизирующих излучений и ЭМИ. Защита от воздушной ударной волны может быть обеспечена размещением аппаратуры в заглубленных помещениях, надежным креплением к основанию, созданием специальных защитных упругих навесов, кожухов, зонтов, металлических сеток и т. д. Эти мероприятия способствуют защите, как от непосредственного воздействия ударной волны, так и от разрушающего действия обломков и осколков.
Основными способами защиты радиоэлектронных и оптических систем от теплового (светового) излучения являются: размещение аппаратуры в сооружениях, построенных из несгораемых материалов, или обработка сгораемых материалов защитными составами; замена сгораемых элементов на несгораемые; защита сгораемых элементов легкими несгораемыми экранами; снабжение светоприемников аппаратуры закрытыми светопроводами или защита их блендами для уменьшения вероятности прямого воздействия светового излучения; снабжение аппаратуры системой автоматической вентиляции для поддержания температуры внутри блоков на допустимом уровне.
Для защиты аппаратуры от ионизирующих излучений применяются различной конструкции экраны и кожухи. Важнейшие требования к материалам, из которых изготавливаются защитные устройства, следующие: в состав материалов должны входить элементы с большой атомной массой; защитные материалы должны включать легкие элементы, хорошо замедляющие промежуточные нейтроны, а также элементы, поглощающие замедленные нейтроны без образования γ – излучения.
Основными способами повышения устойчивости радиоэлектронных и оптических систем к воздействию ЭМИ являются: выбор наиболее стойких к воздействию ЭМИ функциональных элементов систем; рациональное пространственное размещение узлов и схем системы; создание стойких к действию ЭМИ радиоэлектронных и оптических схемных решений; применение мер специальной защиты; изменение порядка функционирования системы при подаче сигнала воздушной тревоги.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приведем краткое описание полученных результатов.
Конструктивные расчеты: размер печатной платы узла А1 – 40Ч50 мм; размер печатной платы узла А2 – 160Ч80 мм; габариты устройства 250Ч160Ч120 мм; коэффициент заполнения устройства по объему – 0,02; вероятность безотказной работы – 0,846 в течение 5000 часов.
Технологические расчеты: коэффициент технологичности – 0,9 (0,7 – заданный); тип производства – крупносерийный; штучно-калькуляционное время сборки – 12,9 мин.