內容提要

    為了利用現有的 步入式高低溫濕熱試驗箱進行太陽輻射試驗，本文采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。該裝置采用整體或分段式結構，由可移動門架式燈架車、輻射高度角度調節機構、紅外線輻照燈組、太陽總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強度調節、控制系統等組成。試驗結果表明該裝置能夠模擬太陽輻射，達到測試要求?？梢詾橥愒囼炏涞募痈难b提供借鑒。
    太陽輻射是以電磁波的形式傳播到地球表面的能量，由紫外光、可見光和紅外光組成。地球表面各種氣候因素的變化都與太陽輻射有關。電子設備在露天使用時，由于強烈的日光照射，其表面溫度和內部溫度均顯著升高，表面溫度可超過80℃，內部溫度可提高20℃以上。在這樣的條件下，定會影響或破壞電子設備的正常運行。
    電子設備在太陽紫外線和高溫的作用下，其密封圈、橡膠、塑料制品會逐漸老化、變色、發粘、破裂，從而破壞了密封性能；其表面油漆涂層會逐漸粉化、起泡、開裂、剝落并且會加速金屬表面的腐蝕，使活動部件如旋鈕和儀表板因變形而受阻。當露天電子設備在艦船、海島、氣候惡劣的條件下使用時，太陽輻射的影響將更加嚴重。所以，有必要對在露天使用的電子設備及其所使用的橡膠、塑料、油漆、絕緣材料、涂層等進行太陽輻射測試。
     太陽輻射測試是一種在人工模擬環境中進行的測試，模擬產品在日輻射條件下暴露于地面或低層大氣中的使用和貯存情況。太陽輻射對電子產品的影響主要來自其熱效應與光化學效應。
    熱效應主要源自太陽輻射中的紅外光譜，主要造成產品的短期高溫及局部過熱，導致溫度敏感元件故障及結構材料和絕緣材料結構損壞、過熱損壞等。
    光化學效應源自太陽輻射中的紫外光譜。紫外光譜提供足夠的光能以刺激有機材料分子破裂、降解、相互作用，因而造成材料變質、老化。當氣候因素如溫度、濕度與太陽輻射相結合時，其破壞更加顯著。容易發現的損傷是表面損傷，如表面粉化、失去光澤、變色、開裂及結構變形等。并且固有的機械性能和電性能也會降低，從而降低材料的使用價值。
    本文的太陽輻射試驗裝置主要完成評估熱輻射熱效應。該裝置利用現有的步入式高低溫濕熱試驗箱作為試驗箱體，采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。該裝置具有結構緊湊、重量輕、輻照高度靈活調節、操作簡單等優勢。當不需要進行輻射試驗時可將該裝置人工推出試驗箱體進行存放。
     模擬輻射裝置組成

    裝置結構

    該裝置采用整體或分段式結構（根據用戶現場情況及要求待定），由可移動門架式燈架車、輻射高度角度調節機構、紅外線輻照燈組、太陽總輻射表、輻照度采集、記錄、輻照強度調節、控制系統等組成。
    可移動門架式燈架車
    可移動式門架式燈架車采用40x80/40x40加強型工業鋁型材拼裝而成，地腳處安裝重載靜音腳輪，并有制動鎖緊功能。該燈架車外框采用40x80鋁型材組裝成穩定的外框架結構，在門架的前后側底部未設置橫梁，方便測試時工件的進出。

    門架式結構能夠承載輻照高度調節機構及移動時的荷載，不會出現扭曲變形，確保燈架安裝框上下調節靈活。材料圖和結構圖如下圖所示。

    輻射高度角度調節機構

    輻射高度角度調節機構由輻射燈安裝架、高度調節旋轉手柄、燈架左右定位滑道、渦輪減速機、升降同步器及滑輪組組成。
    輻射燈安裝架上均勻分布安裝有反射紅外輻射燈，燈具位置、角度能夠方便調節，并便于輻射燈的更換。
    高度調節旋轉手柄與渦輪減速機相連接，起到減速和高度鎖定功能（無鎖定功能會出現燈架滑落）升降同步器將減速機的輸出力矩分配到不同的提升牽引繩上，起到同步作用。該機構具有高度調節方便、位置準確、燈架升降平穩等特點，還可升級為電動升降控制。
    燈架定位滑道主要防止燈架車移動時限制懸浮燈架的左右、前后擺動，高度調節的垂直定位作用。

    紅外光源

    紅外光源采用PAR38IR 175 w的飛利浦紅外線工業加熱燈（如圖3所示），該燈紅外波長1.4-2.8 μm，紅外反射光源設計用于在苛刻的工業環境中運行。該加熱燈采用硬質玻璃，從而使其結構牢固。因其緊湊的尺寸及燈座的通用性使其能與任何合適的設備一起使用。它們是結實耐用、效率的光源。

圖3 飛利浦紅外線工業加熱燈

    太陽總輻射記錄儀

    該儀表的傳感器為熱電效應原理，由繞線電鍍式多接點熱電堆和雙層精密石英玻璃蓋組成。可用于測量0.3-3 μm光譜范圍內的總太陽輻射。例如，可以在感應面朝下的情況下測量反射的輻射，并且可以通過添加光屏蔽環來測量散射的輻射。外觀如圖4所示。

圖4 記錄儀

    太陽輻射記錄儀

    技術參數

    1.輻照強度：2000 W/ m2；測量精度：±1  W/ m2；分辨率：0.1 W/ m2
    2.響應時間：<35 s(99 %)；非 線 性：±2 %??；年穩定度：±2 %
    3.余弦響應：±7 %(太陽高度10 °時)；溫度系數：±2 %(-10℃～+40℃)
    4.平均功耗：< 1 mA(存儲間隔60 s)
    5.記錄容量：524 280條
    6.通道數量：1個通道(可根據需求擴展至15個通道)
    7.記錄間隔：1分～100天可隨意調節

    功能和特點

    1.該記錄儀體積小，操作方便，性能穩定可靠。整個數據跟蹤過程具有較長的記錄時間，集成了數據采集和記錄功能，并且在斷電后不會丟失數據；
    2.低功耗設計，可更換電池其壽命半年到一年?？梢詫⒂涗涢g隔設置為1分至100天內任意值（建議設置為分鐘或更長時間，電池使用壽命與間隔長度成正比）；
    3.擁有待機和休眠模式的LCD分段漢顯。支持自動刷新存儲與定時刷新存儲；
    4.專業的數據處理，擁有電量過低時擦寫保護、檢測存儲故障、斷電后恢復數據等功能。

    控制系統

    控制系統具備輻照強度調節、輻照強度采集、記錄及輻照試驗的定時開關燈控制功能，采用PLC控制（可編程邏輯控制）方便與上位計算機組成交互式人機畫面，輻照強度采用數字顯示，并可生成輻照強度曲線?？筛鶕嶒灩に囎詣涌刂茻艄獾拈_啟過程。

    輻照強度的調整采用數字化模塊控制，可通過人機界面進行數字化無極調整。原理圖如圖5所示。

    技術指標

    1. 輻照總強度：1 120 W/m2±47 W/m2
    2.輻照面積：6 m2x2
    3.照射特定區域均勻度：≤10 %
    4.輻照強度調節范圍：80 %-100 %的光調節
    5.光源光譜波長：1.4-2.8 μm（紅外線）
    6.供電電源：380 v±5 %
    7.輻照功率：14 kW
    8.輻照高度調節范圍：0-1.5 m

    功能及特點

    1.該裝置具有結構緊湊、移動方便、重量輕、輻照高度靈活調節、操作簡單等優勢；
    2.輻照強度數字化調節功能；
    3.數字化開關燈過程控制；
    4.輻照數據圖表化顯示、記錄功能；
    5.歷史數據查詢功能；
    6.交互式人機操作界面。

    試驗測試數據

    陽光模擬器實測輻照測試數據如圖6所示。

    開始時間：09:36
    結束時間：14:51
    測試時間：  連續測量，取樣標定間隔為1/6 s
    設定值：  1 155 W/m2
    值：  1 157 W/m2
    小值：  1 152 W/m2
    不穩定度：  ≤±1 %
    試驗測試數據表明該裝置的輻照滿足太陽輻射試驗要求。

    結論及建議

    對于長期露天使用或存放的電子設備，通過太陽輻射試驗，可以真實地反映出其在太陽輻射環境中貯存、運輸和使用的適應性，為裝備的研制提供準確、有效的信息。本文利用現有的步入式高低溫濕熱試驗箱作為試驗箱體，采用一套或兩套可移動門架式輻射試驗裝置來滿足測試要求。從而充分利用了現有設備，減少了資金投入。目前存在大量不具備太陽輻射功能的步入式高低溫濕熱試驗箱，可以以本文為鑒，根據需求加裝太陽輻射試驗裝置。