机动电子设备常见故障诱因分析

机动电子设备常见故障诱因分析

杨舒农

【摘 要】本文基于设备操作及质量管理的经验教训，阐述了机动电子设备最常出现且容易忽视的几个故障诱因，并从物理作用机制等方面分析了诱因诱发故障的方式机理，提出了基本的解决途径和解决方法。

【关键词】机动电子设备 故障诱因 可靠性 温度 湿度 电磁环境 信号畸变 1 引言

所谓故障，是指设备（系统）或零部件丧失其规定性能的状态。包含以下三种情况：一是引起设备立即丧失其功能的破坏性故障；二是与设备性能降低有关的性能上的故障；三是即使设备当时正在执行规定功能，而当操作者无意或蓄意使设备脱离正常运转时的状态。显然，这些状态只有在设备运行状态下才能显现。如设备已丧失规定功能而未开机，则故障无从发现。并非任意一种设备的非正常状态都是故障。一种设备状态是否为故障，同人们的认识方法有关，因此判断设备是否为故障，应该有具体的标准。

机动电子设备同其他固定台站的设备相比，其工作环境更加恶劣、更难以控制。其工作的温湿度范围更宽，空气质量难以保证，以及风沙、雨雪、雷击、虫鼠害、日晒等自然损害因素也更加严重，这些因素对于长时间在野外工作的机动电子设备来说，是造成故障的最主要因素。岗位操作人员的业务素养、技能水平低以及对设备指标的掌握不够也是造成设备故障的重要诱因。

对于机动电子设备来说，大约60-70%的故障发生同工作环境不满足环境条件要求有关，20-30%的故障发生同不按规定、规程或标准操作维护设备有关，10%左右的故障同设计不合理有关，还有一些是超设计寿命使用、不可控因素和其他因素（比如外部大电流冲击、电磁干扰）导致的，有些故障是两种以上综合因素引起的。 2 环境诱因

一般设备说明书都有对设备工作环境条件的明确要求。但在野外工作时，有时很难满足这些要求，因此环境因素最容易诱发设备故障。很少有技术培训专门涉及到环境因素诱发故障的机理方面的内容，大部分技术人员也容易忽视这些要求。 2.1 温度

电子器件特别是晶振、频率综合器等对温度较为敏感，不管高温还是低温，都会影响其性能。一般的晶振都会专门对温度影响做出保护处理，但也只能在一定范围内有效。同时，由于热胀冷缩的原因，接插件在高低温环境下会导致接触不良而信号中断，电脑硬盘在低温时马达和磁头运行困难，电脑运行速度会变慢。频繁的接触不良会导致硬件寿命减少或直接损坏。电脑CPU在温度过低时无法工作或不启动（自保护）。低温还会使CPU风扇润滑油冻结，风扇转速不定甚至不能转动，影响运行甚至造成CPU故障。对机动设备来说，开启设备之前先开启空调设备一段时间，对设备进行充分预热，保证设备工作温度在允许的温度范围之内，是保证设备正常工作的必要条件。 2.2 湿度

据统计，全球每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关，对于电子工业，潮湿的危害已经成为影响产品质量的主要因素之一。潮湿对半导体产业的危害主要表现在潮湿能够透过IC（Iintegrated Circuit，集成电路）塑料封装从引脚等缝隙侵入IC内部，产生IC吸

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湿现象，在SMT（Surface Mounted Technology，表面组装技术）过程的加热环节中形成水蒸气，产生的压力导致IC树脂封装开裂，并使IC内部金属器件氧化，导致故障。此外，电容器、陶瓷器件、接插件、开关件、焊锡、晶体、硅晶片、石英振荡器、高亮度器件等，均会受到潮湿的影响。电子器件的理想工作湿度是30-80%，一般设备的工作湿度要求都在95%以下，湿度太大有时会造成设备器件上直接结水，会影响器件的性能发挥，甚至导致一些硬件短路（海边富含盐雾的空气，所结的水中电解质含量更高，更容易导致器件短路）。在海边湿度较大环境条件下工作时，有时环境湿度会达到98%以上，通常的电子设备都不能直接在这样的环境条件下正常工作，必须先对工作场所进行除湿。同时，海边的空气中盐雾成分较大，容易对设备造成腐蚀，有条件时空气除湿器或空调设备应不间断工作，尽量少打开舱门和窗户，确保设备不直接接触富含盐雾的空气。据有经验的专家介绍，海边盐雾对目前沿海一带的室外微波通信天线的馈源的腐蚀较为严重，即使防护较好，2-3年也许更换。电脑CPU在高湿度环境下存放时间过长，会使金手指氧化导致接触不良。空气过于干燥，容易引起静电，同样会损害设备。 2.3 风

机动电子设备在野外工作时无法避免风的影响。风对设备的影响主要集中在3个方面：一是造成舱体晃动，导致器件接触不良，或者造成设备天线的方向图发生变化，接收信号不好；二是使舱体不能水平，一些设备定位定姿不准，造成工作不稳定或无法工作，比如卫星通信天线无法对星；三是导致一些电子设备天线等部件变形，无法正常工作，严重时损坏设备。设备展开时应先确保设备紧固，同时充分了解设备的抗风能力，风力过大时及时收藏设备，必要时收藏后还要加以保护。大风还会使外部悬挂的电缆接插件大幅摆动，导致线缆损坏或信号不稳，必须在接插件部位加以固定防护。 2.4 空气洁净度

空气中的灰尘含量对电脑影响较大，被称为电脑硬件的天敌。灰尘太大，落在电脑硬件上，天长日久会腐蚀电路板，同时会产生静电，高压静电容易导致器件损坏。干燥环境里风沙更容易浮在空气中，沾染设备器件。戈壁滩上风沙大时，如果设备舱体密封不严，短时间之内设备表面便会落满沙尘。机动设备转场时震动较大，每次转场后必须先对设备进行除尘处理，方可对设备加固和加电，否则，落在设备表面的沙尘极易进入接插件的缝隙，导致插接件之间的接触不良。一些隐蔽部位的大功率器件因长期不清理积尘，可能会导致散热不良而烧毁。 2.5 电磁环境

随着无线电用户的日益增多，在较低频谱上，无线电频谱的使用基本上已达到饱和状态，各个潜在用户只有不断向高频段方向发展。以Ku频段地球静止轨道卫星通信（使用频段为12.75GHz-14.5GHz）为例，十年前，国内的用户少，1.5米左右的天线发射2瓦的功率便能使100kHz的通信带宽达到极好的通信质量，但目前为止，在同等天线增益的条件下，即使发射10瓦的功率，也很难达到同样要求的通信质量，原因主要是随着用户的增加，底噪变大，信噪比明显降低。这同短波通信的状况一样，早期的短波通信，1瓦的发射功率很容易达到数千公里的通信，同样的设备目前只能传输几百公里甚至更近。因此机动无线电子设备展开前对空间电磁环境进行必要的测试检查，并同有频谱冲突的相关单位或人员进行协商，是保证设备正常工作的必要条件。

电脑存储设备的主要介质是磁性材料，如果周边的磁场较强，会造成存储设备中的数据丢失甚至设备损坏，还会造成电脑显示器出现异常的抖动或者偏色。

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3 技术细节问题 3.1 接地

机动电子设备的接地是一个难题，尤其是在戈壁滩等干燥地区。一般电子设备接地电阻要求不大于4Ω，并且不能连接到电源地或安全地上。但如果不进行特殊处理，在戈壁滩上用地桩的方式，接地电阻很难达到不大于4Ω的要求。而对于无线通信设备而言，必须按照有关标准进行接地，这不仅仅是接地安全问题，良好的高频接地也是减小发射驻波和降低接收噪声的必要前提。无线机动电子设备的接地柱和接地体之间应使用多股铜线、编织铜线或大截面的良好导体进行连接，以起到良好的高频接地作用。信号地和安全地应分开接地，两个接地桩之间距离应不小于10米。

3.2 设备操作问题

设备岗位操作人员应进行严格的操作培训，按照操作规程操作设备，并具有良好的操作习惯。以最简单常见的设备开关机为例，一般设备开机加电都应按顺序进行。设备总电源加电时，如果内部有设备是开机状态，会在设备和电源之间形成回路，产生大的高频冲击电流，并且设备负载越大，冲击电流也越大，一套设备每个模块都同时打开的情况下进行加电，强冲击电流很容易造成器件损坏。因此设备开机必须按照先开总电源，然后逐个模块打开的顺序进行，关机时按照相反顺序。严禁图方便把所有设备模块处于开机状态而只开关总电源的操作方式。

远距离无线电通信设备的天线，由于接收到的信号极其微弱，为了确保信噪比，一般是天线和前置低噪声放大器紧密相连，然后在经过馈线把前置低噪声放大器（此放大器的主要功能是滤除噪声而非放大）放大后的信号送到接收机，而低噪声放大器一般由馈线提供的馈电进行供电，因此，室外机动天线的连接、撤除和接口检查也应在断电的情况下进行，以保证低噪声放大器的安全。 3.3 线缆连接质量问题

数据、图像、声音的传输依靠电缆，设备之间的连接电缆传输的是信号，信号质量同电缆质量和线缆的接地质量密切相关，但也容易被忽视，应防止电缆虚焊、短路和断路。电缆接插件的制作应严格按照相关的标准进行。电缆的地线连接方式和接地质量是影响信号传输质量的重要因素。比如RS-232接口的信号传输电平是对地电平，没有地线的连接，便无法有效传输信号。RS-422的信号传输虽然遵循的是双平衡传输规范，但在发送和接收线缆之间，也会产生环路电平，接地不好，同样可能导致设备损坏。双绞线用于传输一个电平时才具有抗干扰作用，应成对使用，比如一对双绞线可用于连接RS-422标准中的“发数据+”和“发数据-”，而不应用于传输“发数据+”和“发时钟-”。 4 其他影响 4.1设备转场的影响

设备转场对设备安全的影响主要有两点，一是转场期间的设备震动可能造成器件变形、脱落、损坏；二是震动带来的设备接插件之间的连接松动会导致设备故障和信号传输问题。务必注意的是，震动带来的问题有些可能不直接导致设备故障，但会导致故障隐患，并在设备加电后显现出来。因此，设备转场前对设备的加固和设备转场后展开时的检查必须认真细致。

设备长途转场，特别是转场到气候差异较大的地区，还应充分考虑气候环境变化是否满

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足设备环境条件的要求，以及设备现状的特殊要求。比如某超短波天线外壳采用合成树脂材料制成，在戈壁滩等干燥地区外壳裂纹后未对设备造成影响，但转场到沿海湿度较大地区后，出现了天线壳体内部积水，严重影响了信号接收。设备长途转场到新场区后，应严格按照设备指标认真检查环境条件出现的变化，是否满足要求，如果不满足，应及时制定防护措施。 4.2 特殊部位的防护

一些特殊部件对某些要求更为苛刻。以微波器件为例，波导是其比较特殊的器件。微波在波导中的传输同波导内部尺寸大小、质量、湿度和洁净度密切相关。一般要求应对波导内部定期除潮，并保持其清洁，必要时安装静噪机。原因一是波导内部的水汽会导致信号的衰减，二是水汽或灰尘凝结在波导壁上，会导致信号畸变。特别是在海边，水汽中的盐雾会腐蚀波导内壁，导致波导内部形状变化，产生信号畸变，严重时会使波导破损，信号泄露，危害人体健康，泄漏的信号还可能干扰其他设备正常工作。 4.3 器件和设备质量问题

任何器件本身都有设计使用寿命。设备的可靠性呈“浴盆效应”，即在设计使用寿命之内故障率最低，设备生产初期和后期故障率较高，整个可靠性曲线呈浴盆状。器件使用前应先进行老化，超过使用寿命，应杜绝使用。晶振和UPS的蓄电池是对工作寿命要求较严格的器件。晶振随着时间的推移会产生漂移，造成频率不准确。UPS电池超过使用寿命，存储电量会大幅下降。时统的频标、一些仪器仪表时间长了精度会降低，应定期标校。不管是否出现故障，定期更换达到使用寿命的器件，是保证设备可靠性的有效途径。 4.4 系统设计问题

系统设计问题往往是在设计时考虑不全面所导致，比较难以发现，通常需要对系统结构和可靠性设计的深入理解才有可能发现。比如可靠性设计时，为了提高设备可靠性，通常对关键部件进行1:1备份设计，但在电源设计时为了方便，则又对电源进行集中供电，这就可能导致：如果其中一台设备故障，会引发备份设备的故障。电源是设备的重要组成部分，对于1:1备份设备，分体供电应作为首选供电方式。

有些设计是针对某种使用方式的，设备使用方式变化后，有时电路或连接方式应做相应调整。以某调度总机而言，为了减小调度用户噪音（总机和用户为共地），在调度话音电路板上设计了良好的接地电路。但在连接另一台调度总机时，由于两台总机的接地不一致，则会导致新的接地噪音。此时需要拆除电路板的接地电路，两者同时使用悬浮地，或者使两者共地。 5 结束语

设备的可靠性是设计出来的，也是制造出来的，对于操作人员来说，良好的操作技能和操作素养，也是设备执行任务可靠性的基本保证。“可靠性”是设备正常运行的指标，实际上是说设备运行必然具有一定的故障率，特别是对于复杂系统。设备故障很难杜绝，人们只能从提高器件的工艺质量（系统可靠性是器件可靠性的综合），满足设备的运行条件，正确设置参数，尽最大可能的减少故障的发生。对于机动设备来说，一些不经常接触的技术细节应充分重视，分系统之间的技术协调也很重要。注重基本要求和细节，养成良好的设备操作习惯，是减少机动电子设备故障的根本。

参考文献

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[6]现代通信技术.王丽娜主编.北京:国防工业出版社.2009-8-1

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