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《半导体光电》 !&&! 年第 !$ 卷第 ’ 期
张
雏 等： 光电设备应用中的可靠性问题研究
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 光电设备长时间处于高湿度环境会导致潮气侵 入内部， 尤其是在闷热的雨季， 高湿度与高温综合作 用， 会导致霉菌加速繁殖， 造成光学透镜表面薄膜侵 蚀， 严重时因霉菌吸附水分和分泌腐蚀性液体， 导致 玻璃腐蚀而使分划板等光学件报废。 霉菌繁殖造成有机材料强度降低和损坏， 导致 电路系统连接导线、 线圈等的绝缘可靠性下降， 增加 高压打火、 线圈打火故障的可能性。 高湿度会增加金属的锈蚀速度， 降低机械构件 强度、 阻碍活动部分的动作， 造成电子元器件管腿腐 蚀、 接插件接触不良、 电位器等可调整元件接触电阻 增大、 可靠性下降。 潮气侵入光电设备内部后， 如果气候转入低温 状态， 潮气可能冷凝于光学玻璃、 电子元器件管腿、 金属构件等表面， 影响光学系统的观察性能， 引起金 属表面的电化学腐蚀， 如果电路板清洁不良， 有离子 玷污， 则容易产生微短路通道， 影响电路系统的工作 可靠性， 甚至导致复杂系统中元器件密度较高的电 路板出现功能失常现象。 !"! 影响光电设备工作期可靠性的因素分析 应用于兵器系统的光电设备在工作期的工作环 境条件有时会很恶劣， 除前面已讨论的高温、 低温、 高湿度及其相关的霉菌、 电化学腐蚀等因素外， 常见 的还有振动、 冲击、 雨雪、 盐雾、 风、 砂尘、 噪声干扰 等。 振动、 冲击的影响主要是机械应力， 导致机械构 件松动、 裂缝、 折断、 变形， 造成结构失效和电路板元 器件的引线管脚接触不良， 使连接器、 继电器、 开关 等瞬间断开， 陀螺漂移增大， 表头指示数据精度降 低， 粘接层、 键合点断开， 电路瞬间短路、 断路等
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［!］
。另外， 战
场上的光电对抗、 电子对抗信号也会对光敏元件、 信
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6785 ， ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 之前， 应检查其固定和减振措施是否可靠。架设独 立使用的光电设备时， 应考虑地形地物、 风向风力等 因素， 避免设备摔跌损伤。 盐雾等的侵蚀 ! " 避免潮气、 尽量避免使光电设备直接暴露于雨雪中， 迫不 得已时应在任务完成后迅速撤收， 并尽快将其擦拭 干净， 放置于相对干燥的环境中晾放一段时间， 而不 是直接装箱， 以减少潮气侵入设备内部的机会。尽 量减少光电设备在盐雾、 风砂等环境中暴露的时间， 设备撤收时应全面清擦， 若需长期架设则要经常擦 拭和检查。 # " 减少温度冲击的影响 在炎热的气候条件下使用光电设备时， 应尽量 避免日光曝晒， 可借助掩体、 车篷、 树荫或自制迷彩 遮阳伞遮蔽设备上方。某些设备在工作过程中内部 构件有发热现象， 炎热环境中使用时应特别注意其 工作时间和工作频率， 严格按照使用规程的要求操 作。 在严寒地区使用光电设备时， 设备从温暖的室 内搬到室外要设法使其经过一个温度缓冲过程， 避 免温度骤变对设备的影响。工作过程中需要致冷的 设备， 要先启动其致冷系统， 证实致冷系统运转正常 后再开启设备工作。 $ " 防止光电设备的关键件损伤 某些光电设备的光敏器件， 如激光探测器件和 微光像增强器等属于弱信号探测、 转换器件， 强光照 射易使其灵敏度下降乃至损坏， 使用中要避免其受 到近距离强反射、 发射激光和其它强光源的照射。 独立架设的光电设备应远离高压线和强电磁辐射环 境。 # "# 维修工艺的改善有助于延长光电设备的可靠 工作期 故障维修中应开展失效分析， 分析应到元件级 而非部件级， 根据元件失效机理改进筛选或加工方 案， 提高设备维修后的可靠性。组织元器件使用经 验交流会， 加强元器件保管、 筛选、 装配人员的培训， 杜绝维修过程造成的可靠性隐患。
陆、 海、 空三军的火力控制系统， 是现代兵器的重要 组成部分， 其战备完好性和任务成功性是影响现代 兵器高技术性能发挥的关键因素， 研究其应用可靠 性具有十分重要的意义。
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影响光电设备应用可靠性的因素
因为兵器应用设备往往是 “养兵千日， 用兵一
时” ， 和平时期设备可能长时间处于非工作状态， 或 者只有少量时间处于训练状态而大部分时间处于休 眠状态， 所以设备的非工作期和工作期可靠性需要 同时考虑。 ! &% 影响光电设备非工作期可靠性的因素及影响 结果 在非工作期中， 影响光电设备可靠性的主要因 素是温度、 湿度和腐蚀作用。 如果光电设备不是长期贮存于温、 湿度恒定、 适
%
引言
光电设备广泛应用于侦察、 测量、 光电对抗和
宜的良好环境条件下， 而是在训练的间歇期间存放 于一般库房或临时搭建的棚屋， 温、 湿度随外界环 境、 气候变化明显， 则其各构成部分的性能会不同程 度地受到影响， 具体情况分析如下。 ! & % & % 高温环境的影响 高温造成油脂类物质粘度下降、 蒸发， 降低润 滑、 防尘性能， 可导致机械传动部分工作可靠性下 降， 也影响到光学系统的防霉、 防尘性能。高温加速 金属氧化， 使金属构件强度降低， 使电路接插件、 触 点接触性元器件、 印刷线路等的传导电阻增大， 影响 电路系统工作可靠性。高温加速橡胶、 塑料件老化， 导致相关结构失效。 ! & % & ! 低温环境的影响 低温造成油脂类物质粘度和浓度增加， 设备长 期放置于高、 低温交替变化的环境中会造成润滑油 脂干涸， 使机构动作不正常， 并影响到调整、 校正性 维修工作的正常开展。物质的低温物理收缩特性可 能改变那些加工精度不高、 凭借密封圈 （垫） 密封的 设备的整体气密性。低温使橡胶、 塑料件脆化或弹 性降低， 使电缆等的抗损坏能力明显下降。 !&%&$ 高湿度环境的影响
［#］
在兵器应用的野外环境中， 面临的高温或低温 环境可能会比非工作期更为严酷， 前文所述的高低 温环境对光电设备相关构成部分的影响会表现得更 为显著。
$ 提高光电设备应用可靠性的几点考 虑
$"# 有针对性地改善光电设备非工作期贮存环境 实践证明， 充分利用各种条件改善光电设备存 放的局部环境可以取得事半功倍的效果。非工作期 间光电设备一般放置在专配的设备箱内， 箱体大都 具有一定的密封性， 可以选择晴朗无风或微风的干 燥天气将光电设备从箱内取出， 将设备及敞开的箱 子置于通风 （避免阳光直射） 处自然干燥， 以降低设 备的局部环境湿度。在阴雨天气时紧闭设备箱， 可 以在一定时间内保护设备免受高湿度的影响。如果 预计阴雨期持续时间较长， 可事先在设备运输箱或 其它容积较大、 有一定密封性的容器内放置大量干 燥剂， 再将装有光电设备的箱子放入容器中， 能够使 光电设备较长时间地处于相对干燥的环境中， 免受 高湿度引起的霉菌、 腐蚀的影响。 为防止炎热季节的高温影响， 可在存放光电设 备的屋顶临时搭制简易的隔热层， 防止晴天阳光曝 晒时库房内的温度快速升高； 可在晴天干燥的夜晚 打开库房门窗通风以降温除湿。为防止一些地区寒 冷季节的低温影响， 可将光电设备相对集中于温、 湿 度条件较好的房间； 若设备数量较少， 可在条件较好 的房间划出一角集中存放。 $"! 提高工作期光电设备可靠性的途径 工作期的光电设备可能处于较为严酷的工作环 境， 前文讨论的影响可靠性的种种因素均可能出现， 而且设备应用中的不正确操作与环境的综合作用会 显著降低其应用可靠性， 甚至引发故障。虽然在光 电设备的可靠性设计中考虑了种种不利因素的影 响， 使其具有较好的环境适应能力， 但如果在设备应 用过程中注意以下问题可以取得更好的效果。 # " 尽量减少振动冲击的影响 持续长时间或经常反复的振动冲击会使机械紧 固件和电子元器件、 可调整机构等的安装可靠性逐 渐劣化， 如果在每次运输之前确保光电设备与箱体、 箱体与车体之间紧密固定， 或将小件难固定设备背 在身上、 抱在怀里， 可以减少振动冲击的影响。与兵 器系统结合为一体的光电设备， 在系统的每次启动