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無線電裝接技術范文1
關鍵詞:技能要求 技能教學 針對性
隨著國民經(jīng)濟和科學技術的迅猛發(fā)展,電子產(chǎn)品加工業(yè)已成為我國一個重要的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)業(yè)。因此,許多中等職業(yè)學校為適應經(jīng)濟發(fā)展的需求,開設了電子技術應用專業(yè),為企業(yè)培養(yǎng)輸送技能人才。在電子技術應用專業(yè)的實訓中,一般按照與無線電裝接工和調試工兩個職業(yè)工種的技能鑒定標準對接的要求組織實施技能教學。但是,在教學實踐中,筆者發(fā)現(xiàn)有的專業(yè)教師沒有能準確把握兩個職業(yè)工種在技能要求上的區(qū)別,在實訓技能教學指導書的編寫和教學設計上缺乏應有的針對性,往往用裝接工的技能訓練要求代替調試工的技能訓練要求,只是在學生參加技能鑒定時,根據(jù)參加考核項目的不同,最后確定取得不同工種的職業(yè)資格證書,因而影響了人才培養(yǎng)的質量。
1.無線電裝接工和調試工核心技能要求的比較
根據(jù)國家職業(yè)技能鑒定規(guī)范要求,無線電裝接工和調試工核心技能要求列表比較如下表。
2.無線電裝接工和調試工各自技能訓練的側重點
根據(jù)兩個工種的不同崗位要求和核心技能要求,在編寫實訓指導書和教學設計時必須要有針對性,才能有效地實現(xiàn)各自的技能訓練目標。一般來說,無線電裝接工的技能訓練按照先輕后重、先大后小、先鉚后裝、先裝后焊、先里后外、先低后高、前后道工序安裝互不影響的安裝工藝原則,遵循“元器件——組件(部件)——整機總裝”的工序要求組織訓練,主要訓練裝接水平。無線電調試工技能訓練時,則不能簡單地按裝接工的技能要求來訓練,而是要按照“功能模塊逐個安裝,逐個檢測調試,最后整機裝配完成之后再進行整體測試調整”的工序要求組織訓練,在每個功能模塊的裝接中,則可按照裝接工的工藝和工序要求組織訓練。這樣才能有利于學生通過訓練鞏固所學理論知識,并能在理論的指導下進行調試,確保產(chǎn)品性能達到各項設計指標要求,提高調試檢測技能,保障產(chǎn)品安全和質量。
3.實訓指導書編寫和教學設計例舉
下面以OTL功放電路的安裝與調試實訓項目為例,說明如何按照兩個工種的技能訓練要求,有針對性地編寫實訓指導書和進行教學設計。
3.1無線電裝接工實訓指導書的編寫內容和相關教學設計
3.1.1 實訓項目:OTL功放電路的安裝與調試
3.1.2OTL功放電路原理圖
3.1.3工作原理及技術參數(shù)說明
3.2.4元器件清單
3.1.5.裝配圖
3.1.6.安裝步驟
⑴元器件識別與檢測。⑵元器件引腳加工成型(包括接線頭等加工)。⑶根據(jù)裝配圖,按工藝和工序要求插裝元器件。⑷焊接。
3.1.7整機電路檢測與排故
3.1.8實訓中可能遇到的問題及處理方法和有關注意事項
3.1.9完成實訓報告
實訓報告內容一般有:實訓項目名稱、項目原理圖、電路技術參數(shù)、元器件清單、電路裝配圖、安裝調試步驟及有關情況記錄、故障排除情況、實訓體會等。
3.2無線電調試工實訓指導書的編寫內容和相關教學設計
實訓步驟1-5、7-9和裝接工基本相同,但第6個步驟則有明顯的不同。
安裝與調試步驟:
⑴元器件識別與檢測。⑵元器件引腳加工成型(包括接線頭等加工)。⑶根據(jù)裝配圖,按工藝和工序要求插裝元器件,逐級安裝。先安裝由3BG3、3BG4組成的功放末級。⑷焊接。⑸對末級功放進行檢測、調整。在編寫這部分指導內容和進行教學設計時,可事先設置幾個問題,多問幾個為什么,要求學生思考,為順利完成調試工作做好理論準備。功放末級的檢測、調整,具體指導可描述如下:①測試中點電壓。在3BG4的基極接上一個4.7KΩ的電阻,模擬3BG1接上后的狀況。(問題設置:如果沒有接這個4.7KΩ的電阻,便接通電源,會出現(xiàn)何種情況?)接通電源,用萬用表測中點電壓,通過調節(jié)3Rp1,使中點電壓為電源電壓的一半左右。如果不正常,應切斷電源,檢查裝接是否有問題。②測試調整功放管靜態(tài)工作電流。用萬用表的電流檔串接入電路測量,靜態(tài)工作電流應約在10mA左右。如出現(xiàn)偏大或偏小,可以通過調節(jié)3Rp2調整電流,使其達到正常值。(問題設置:為什么可以通過調整3Rp2改變功放管的靜態(tài)工作電流?)⑹根據(jù)裝配圖,按工藝和工序要求插裝元器件,裝接前置推動級,焊接完成后,檢測、調整3BG1的靜態(tài)工作電流。可在兼顧中點電壓的條件下,通過調節(jié)3Rp1來調整,使靜態(tài)電流為2mA 左右。如果偏差較大,可通過改變3R3來調節(jié)3BG1的靜態(tài)電流。(問題設置:為什么可以通過調節(jié)3Rp1來調整3BG1的靜態(tài)工作電流,但要兼顧中點電壓的變化?如何通過改變3R3的值來調節(jié)3BG1的靜態(tài)電流?)。以上的檢測與調試為靜態(tài)調試,可以根據(jù)實際情況,反復調試,使電路的各項參數(shù)達到設計指標要求。⑺對整個電路進行動態(tài)測試調整。如圖,連接測試電路。
①觀察輸出電壓波形,判斷功放管的對稱性。輸入1Kz的正弦信號,適當調節(jié)輸入信號電壓大小,利用示波器觀察輸出波形。如輸出波形的正負半周不對稱或某個半周出現(xiàn)削頂失真,說明兩個功放管參數(shù)不對稱,應更換管子。(問題設置:出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因分別是什么?)②測試最大不失真輸出功率。從示波器上讀出不失真最大輸出電壓Vom,然后用Pom=V2om/(8RL)計算出最大不失真功率。(問題設置:理想的最大輸出功率是多少?)③測試電壓放大倍數(shù)和頻響特性。(問題設置:什么是頻響特性?)
各操作步驟詳細的操作方法,本文不予贅述。
從上面的分析可以看出,無線電裝接工和調試工這兩個職業(yè)工種既有相同的技能要求,又有各自的側重點。因此,在編寫實訓指導書和進行教學設計時,必須要有針對性,這樣才能確保技能訓練教學的有效性,提升技能訓練質量,為企業(yè)培養(yǎng)輸送合格的技術人才。
參考文獻:
無線電裝接技術范文2
【關鍵詞】智能無線充電公路控制系統(tǒng)探究性設計
1汽車與無線充電
汽車的發(fā)展引起了地球資源的過大消耗。清潔能源的利用成為了世界能源發(fā)展的重要問題。近年來,我國各部委推行了一系列政策法案支持和鼓勵新能源汽車的發(fā)展,并取得了一定的成效,然而,汽車充電速度和效率等問題卻嚴重制約著我國電力汽車行業(yè)的發(fā)展。如果能夠將無線充電技術運用到電力機車的充電上來,無疑將解決電動汽車在行駛途中充電速度慢、效率低的難題,這將從根本上加速電動汽車普及。
2無線充電技術原理
無線充電技術即不需要電纜就能夠將電力進行輸送的一項技術。無線充電技術根據(jù)無線輸電在空間不同的傳輸距離,有三種基本的傳輸形式:電磁感應短程傳輸、電磁耦合共振中程傳輸和微波激光遠程傳輸。其中,電磁耦合共振式傳輸由于其具有傳輸距離合適、傳輸效率較高的特點,在無線電力傳輸?shù)脑O計中占主導地位。
3公路無線充電系統(tǒng)設計
3.1 電磁線圈的布置
根據(jù)電磁耦合共振電力傳輸技術的原理,電力傳輸?shù)难b置需要包含兩個震蕩電路,即兩個相同頻率的電磁線圈:其中一個是發(fā)射裝置,與能量源相連,它利用振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩電流,將電能轉換成磁場;另外一個是接收裝置,與電力機車的發(fā)動機相連,當該接收裝置收到發(fā)射裝置產(chǎn)生的同頻電磁波時,線圈中產(chǎn)生相應的振蕩電流,以此完成電能到磁場再到電能的轉換。
3.2 汽車位置傳感
在智能公路中埋設與電動汽車相匹配的無線充電線圈。利用電磁感應式傳感技術及單片機技術將行車感應信號感應信號轉化為數(shù)字信號傳至測控主機,使測控主機能夠及時準確開啟、關閉充電線圈。
3.3測控主機的設計
測控系統(tǒng)分為智能公路上的單片機系統(tǒng)(采集終端)和匯總數(shù)據(jù)進行控制的主機系統(tǒng)(主控終端)。智能公路的狀態(tài)需要回傳回主機,為了追求鏈路穩(wěn)定,一般使用線纜進行數(shù)據(jù)傳輸。要求主機不僅能與智能公路進行通信,將數(shù)據(jù)采集回來,同時也應能夠發(fā)送命令控制智能公路如圖1所示。
3.4 軟件功能設計
主控終端的軟件應對多個采集終端的數(shù)據(jù)進行收集,并能夠實時對智能公路現(xiàn)在的狀況進行判別和分析,并下傳是否進行無線充電的指令。同時,主控終端還應依據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)給每一輛車計算充電耗電量并儲存。采集終端的軟件應與主控終端始終保持連接,并能夠滿足以下幾個條件:一,將收集到的汽車ID號回傳主控終端;二,將傳感器的數(shù)據(jù)回傳主控終端;三,在主控終端發(fā)出充電開始的信號時,采集終端應能夠啟動電磁線圈,對附近的電力機車進行充電;四,測量該終端用來提供無線充電的電壓電流值,回傳主控終端。
3.5硬件系統(tǒng)設計
由于電動汽車的特殊使用環(huán)境和條件,其無線充電技術有以下特點:發(fā)射線圈和接收線圈存在位置偏移;車載裝置(接收線圈)必須要小型輕量化;電磁輻射安全問題需要得到得當處理;要對設備進行成本控制。因此,在采用采用共振式作為無線充電方案的基礎上,共振式無線充電系統(tǒng)的發(fā)射電路還應設計功率放大器和振蕩器和源線圈,考慮到高頻集膚效應影響,應采用表面光滑且導電性能好的紫銅材質,同時,應采用螺旋狀的振蕩器并按照同軸放置原則將其組裝,以確保傳輸效率的最大化。
4可行性分析
美國、日本和中國國內對無線充電的研究已初見成果。其中,重慶大學自動化學院研制出的無線電能傳輸裝置傳輸效率達70%。無線電力傳輸是完全有能力實現(xiàn)的,如何提高其傳輸?shù)男剩沟脽o線電力傳輸真正能夠實現(xiàn)成本控制下的商業(yè)化運用是無線充電技術的關鍵。在控制系統(tǒng)的設計上,合理借鑒已有的智能電力控制系統(tǒng)及電磁感應等傳感模式,針對靈敏度測試、安全測試以及電力分配系統(tǒng)調控等重難點問題對系統(tǒng)進行分區(qū)試驗和反復調試,從理論上講,是完全能夠實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的設計的。重點在于對系統(tǒng)的嚴密性的把握及操作的簡化。
5結語
智能無線充電公路控制系統(tǒng)的設計研究,將為電動汽車續(xù)航問題以及電能如何分配問題的解決提供有益借鑒,推動電動汽車的發(fā)展與普及、減輕城市公路系統(tǒng)的污染,達到智能分配電能的效果,推進社會的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻:
[1]張吉宇.車載信息與娛樂系統(tǒng)界面的交互設計[J].電子技術與軟件工程,2015(01).
無線電裝接技術范文3
當前市場充斥著各式各樣的無線鍵鼠產(chǎn)品,不僅價格相差懸殊,而且性能上也有很大的區(qū)別,如何才能買到自己稱心如意的產(chǎn)品呢?
一、無線鍵鼠技術有哪些
當我們提到無線技術,很多朋友想起的是紅外線技術和無線電技術,最常見有家用電器(如電視、空調)、對講機以及無線電廣播等。無線技術被融合到計算機設備之后,為廣大用戶帶來了福音,不過用于鍵鼠產(chǎn)品的無線技術和傳統(tǒng)無線技術有很大不同。
1.Fast RF無線技術
最初的無線鼠標和鍵盤是通過紅外線將輸入信息傳送給特制的接收器的方式來控制電腦的,紅外技術是無線技術的最初應用,技術較簡單、生產(chǎn)成本低,當然也擁方向性強、繞射能力弱、高延遲等缺點,對于需要精確控制的鍵鼠產(chǎn)品來說是比較致命的。
后來,人們用繞射能力更強的射頻(Radio Frequency,簡稱RF)無線技術代替了紅外技術,后來又在射頻技術的基礎上作了改進,開發(fā)了延遲更低的高速射頻技術(Fast Radio Frequency,簡稱Fast RF),并廣泛應用于需要精確控制的無線領域。其中,無論是RF還是Fast RF都是采用的27MHz頻段的電磁波。目前,射頻技術已經(jīng)很成熟并且成本低廉,所以現(xiàn)在市面上使用Fast RF技術的產(chǎn)品很多。
2.Bluetooth無線技術
Bluetooth技術,也就是常說的藍牙技術,這種技術最初主要應用于一些高端的數(shù)字產(chǎn)品(比如筆記本、手機等),而應用于鍵鼠產(chǎn)品是從2004年開始的。
對于鍵鼠產(chǎn)品,Bluetooth技術值得我們關注的地方在于,該技術2.4GHz高頻信號會產(chǎn)生每秒1600次不間斷的跳頻,信號采用無指向性的無線廣播方式進行傳播,只要在受信范圍內都能接受到傳播信號,傳輸距離遠(3~30米),且抗干擾能力強。此外,該技術最多可同時鏈接8個藍牙設備,擴展性能出色。
3.Digital RF無線技術
對于鍵鼠這些能耗不是很高產(chǎn)品而言,雖然Bluetooth技術比過去Fast RF技術具有很多的優(yōu)點,但是過高的信號強度使得它的耗電量通常在100毫瓦以上,能耗驚人且沒有這樣的必要。于是,羅技公司在Bluetooth技術基礎上降低了信號速度,采用了信號傳播速度更低的Digital Ra-dio Frequency(數(shù)字無線,簡稱Digital RF)技術,比如羅技MX610等。
與傳統(tǒng)的無線鼠標采用的27MHz無線技術相比,2.4GHz頻率的Digital RF技術的有效范圍更廣,抗干擾能力更強,其功耗僅為19毫瓦,且鼠標、鍵盤和接收器之間可以自動連接,無需安裝驅動;而與Bluetooth技術相比,Digital RF技術的成本更低。目前采用2.4GHz數(shù)字無線技術的大多為羅技、微軟等國際大廠的產(chǎn)品,而其他品牌也陸續(xù)推出了類似技術的產(chǎn)品。
4.其他
雖然鼠標技術已經(jīng)達到了比較高的階段,但功耗的問題始終存在,而且延遲問題也是不可避免,即使速度更高的Bluetooth產(chǎn)品,這些問題始終存在。特別是在激烈的FPS或RTS等對鍵鼠靈敏度要求較為苛刻的游戲中,這個問題就更加突出了。因此,主流的無線鍵鼠產(chǎn)品都開發(fā)了休眠模式,功耗得到有效控制,延長了產(chǎn)品的待機時間。對于延遲的問題,一些高端無線鍵鼠產(chǎn)品則開始采用更加先進的激光定位技術。雖然激光技術還不是特別完善,但這將是突破現(xiàn)有技術瓶頸的方向。
二、選購寶典
在購買無線鍵盤、鼠標時,除了一般購買鍵盤、鼠標的要點(如鼠標的分辨率,鍵盤按鍵的鍵程、手感,鍵盤鼠標是否符合人體工程學等)外,還應注意以下幾點。
1.使用距離
對于無線電型的無線鍵盤、鼠標而言,大部分用戶對距離的要求一般在1.5m~2m之間。如果沒有特殊用途,這樣的距離足以滿足你的日常需要。但如果在你進行講演的時候想用它來為較遠距離的PowerPoint翻頁的話,2m的有效距離可能就不夠了。在這種情況下,你可以選擇使用Digital RF技術或Bluetooth技術的產(chǎn)品,10m內不受連接線及角度約束。
2.電池續(xù)航時間
無線鍵盤、鼠標都需要使用內置電池提供電能。不同的產(chǎn)品能耗有比較大的區(qū)別,如果產(chǎn)品耗電量過大,這樣會使得電池成為了鍵盤、鼠標的“耗材”,增加用戶的開銷。用戶可以選擇一些采用特殊省電技術的產(chǎn)品或者可以充電的產(chǎn)品。
3.抗干擾能力
無線電的傳播方式是電磁波輻射,為了避免在近距離內有同類型(同頻率)的鍵盤、鼠標工作導致互相干擾,一般都備有4個以上的信號頻道,如遇干擾可以手動轉頻。在許多電腦同時使用無線外設時,這點尤為重要。最好選一些多頻段、多識別碼能自動調節(jié)的。如果想同時使用無線的鍵盤、鼠標,買套裝是很好的選擇,既沒有干擾的問題,價格也便宜,而且還很美觀。
4.重量
既然是無線的,抱著鍵盤打字就成為了一件很愜意的事。如果你經(jīng)常這么做的話,你就要注意鍵盤的重量了。鍵盤使用電池數(shù)從一節(jié)到五節(jié)不等,一般電池用得少的會輕一些。當然最好還是能親手掂一掂,比較一下重量。
5.接收器
接收器一般分為兩種:一種是線接型,另一種是USB閃盤型。兩種接收器上一般都有電源指示燈,有的還有一個頻道切換開關。類似閃盤設計的基本上只用于鼠標,而采用拖線設計的,鍵盤、鼠標和套裝都有使用的。此外,大多數(shù)鍵盤為了省電都沒有大小寫等指示燈,有的一般設置在無線接收器上。
三、產(chǎn)品一覽
從價格上而言,無線鍵鼠通常比普通鼠標產(chǎn)品貴不少,從幾十元到千元不等。不同的需求,價格梯度很大。比如家庭或學生用戶建議選擇性價比較高的產(chǎn)品,而游戲玩家或商業(yè)用戶則建議選擇規(guī)格、性能較高的產(chǎn)品,以及要特別注意便攜性。
1.無線鼠標推薦
新貴千厘豹MS-080
參考價格:268元
鼠標類型:光電
無線技術:Digital RF
分辨率:400/600/8000PI
點評:采用2.4GHz技術的千厘豹信號距離達到了1 O米,而分辨率可以快速切換則方便了不同用戶的使用需求,外觀設計和做工也很出色,非常適合超遠距離操控電腦的用戶選用。
BenQ妙妙狐M310
參考價格:199元
鼠標類型:光電
無線技術:Fast RF
分辨率:800DPI
點評:BenQ妙妙狐M310最大的特色在于它的供電方式,鼠標內置了兩節(jié)AAA電池,鼠標頂部的銀色部分其實是電池蓋退出鍵和接收器退出鍵,只要輕輕點按就可以退出電池蓋,簡化電池更換過程,增加更多便利性。
多彩無線歡歡豚
參考價格:98元
鼠標類型:光電
無線技術:Fast RF
分辨率:800DPI
點評:多彩無線歡歡豚的外型小巧,鼠標表面比較有質感,左右手均適合,電池的裝卸比較輕松,產(chǎn)品附送一個鼠標和適配器收納袋,推薦學生或普通家庭用戶選用。
羅技MX1000
參考價格:410元
鼠標類型:激光
無線技術:Fast RF
分辨率:800DPI
點評:羅技MX1000采用了改良后的Fast RF傳輸技術,傳輸距離提高了不少;采用的為鋰電池的設計,配套的底座除了作為無線接收器外,還可用作鼠標充電器,比較方便;采用激光引擎定位技術,游戲性能相當出色。
2.鍵鼠套裝推薦
新貴勁舞派對KM-056
參考價格:218元
無線技術:Fast RF
鍵盤價格
功能鍵數(shù):12個/靜音式按鍵設計/白色、黑色
鼠標規(guī)格
光電/分辨率:800DPI/采樣率:2300幀每秒/智能省電
點評:新貴勁舞派對KM-056無線鍵鼠套裝外包裝簡潔樸實,鍵盤采用靜音式按鍵設計,按鍵富有彈性且觸感輕柔;鼠標外觀顏色是黑白搭配,大小適中,握感舒適,手感細膩柔,推薦追求性價比的用戶選購。
微軟Wireless Desktop 1000套裝
參考價格:360元
無線技術:Fast RF
鍵盤規(guī)格
功能鍵數(shù):14個/人體工學設計/黑色
鼠標規(guī)格
光電/分辨率:800DPI/按鍵數(shù):3個
點評:雖然360元價格相較其他國內廠商的無線產(chǎn)品貴了不少,不過Wireless Desktop 1000套裝不俗的工業(yè)設計以及與Windows系統(tǒng)的無縫銜接大大增加了產(chǎn)品競爭力。
訊拓火狐S701無線鍵鼠套裝
參考價格:190元
無線技術:Fast RF
鍵盤規(guī)格
超薄外形/X結構設計/銀黑雙色
鼠標規(guī)格
光電/安捷倫芯片/分辨率:400DPI
無線電裝接技術范文4
關鍵詞:高職教育;課證融通;教學改革
作者簡介:勾榮(1977-),女,陜西西安人,江蘇城市職業(yè)學院信息工程系,講師;姜春艷(1974-),女,遼寧大石橋人,江蘇城市職業(yè)學院信息工程系,副教授。(江蘇 南京 210019)
基金項目:本文系江蘇城市職業(yè)學院2011年高職教育校級教學改革研究青年專項課題(課題編號:11-QN-05)、江蘇城市職業(yè)學院“十二五”規(guī)劃重點課題(課題編號:12SEW-Z-002)的研究成果。
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)28-0143-02
教育部《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》中指出,“高等職業(yè)院校要積極與行業(yè)企業(yè)合作開發(fā)課程,根據(jù)技術領域和職業(yè)崗位(群)的任職要求,參照相關的職業(yè)資格標準,改革課程體系和教學內容。建立突出職業(yè)能力培養(yǎng)的課程標準,規(guī)范課程教學的基本要求,提高課程教學質量”。
高職教育培養(yǎng)的是技能型人才,課程理論知識以“必需、夠用”為原則,不宜過深過多。職業(yè)資格標準是崗位能力的體現(xiàn),“課證通融”就是要在分析職業(yè)資格標準的基礎上,對課程的教學內容、課程標準進行設計,將職業(yè)資格標準的考核內容與課程的教學內容一一對接,將課程標準與職業(yè)資格標準相融合,以獲取職業(yè)資格證書為目標進行教學。[1,2]
一、“課證融通”教學改革的條件
“課證融通”是將職業(yè)資格標準中規(guī)定的理論知識與實踐技能作為課程教學內容進行教學改革的,因此,在進行“課證融通”教學改革時,需要明確課程對應的崗位要求及相應的國家職業(yè)資格標準或技術等級。
江蘇城市職業(yè)學院應用電子技術專業(yè)的技術應用課程——電子產(chǎn)品調試與檢驗,對應的專業(yè)核心工作崗位是調試崗位。[3]根據(jù)調試崗位的工作任務要求,可對應進行“課證融通”教學改革的職業(yè)資格標準是電子行業(yè)特有工種無線電調試工。無線電調試工一般分為初級、中級、高級、技師、高級技師等幾個等級,與課程對接的是無線電調試工(高級)。課程結束,學生通過考核,可獲得工業(yè)和信息化部電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導中心頒發(fā)的《無線電調試工(高級)職業(yè)資格證書》。
“課證融通”課程的教學設計與實施,需要教師改變傳統(tǒng)的“重理論、輕技能”的教學模式,加強對學生實踐操作技能的培養(yǎng)。教學團隊應具備“雙師”素質及一定的實踐操作技能,可通過職業(yè)資格考評員培訓、相關設備技術培訓、下企鍛煉等方式,不斷提高教師自身的實踐能力與指導水平。由于行業(yè)企業(yè)技術水平的不斷發(fā)展和進步,以及職業(yè)資格標準制訂的相對滯后,在進行“課程融通”教學改革的過程中,還要注意對教學內容的及時調整與更新。
二、“課證融通”課程的教學設計
進行“課證融通”課程的教學設計時,在分析職業(yè)技能要求與崗位能力的基礎上,對應職業(yè)資格標準的要求,分別從課程標準、職業(yè)資格鑒定考核點、崗位要求等方面進行課程的整體設計,確定“課證融通”課程與職業(yè)資格標準的基礎知識對接、課程教學內容的設計、實踐操作技能訓練、考核評價體系等。
1.課證基礎知識的對接
無線電調試工(高級)職業(yè)資格標準[4]對理論基礎知識有明確的要求。具體包括機械、電氣識圖、常用電工、電子元器件基礎、電工基礎、模擬電路基礎、脈沖數(shù)字電路基礎、電子技術基礎、電工、無線電測量基礎、計算機應用基本知識、電子設備基礎、安全用電基礎知識等理論知識。
電子產(chǎn)品調試與檢驗的前導課程有計算機應用基礎、模擬電子技術及應用、數(shù)字電子技術及應用、射頻技術及應用等。在前導課程的基礎上,電子產(chǎn)品調試與檢驗課程主要介紹常用電子測量儀器儀表的原理和使用方法。因此,結合前導課程的知識,電子產(chǎn)品調試與檢驗課程和無線電調試工(高級)職業(yè)資格標準的基礎知識理論部分是完全可以對接的。
2.課程教學內容的設計
無線電調試工(高級)的國家標準[4]規(guī)定,調試產(chǎn)品包括功能單元、整機、復雜整機及大型設備。通常,功能單元是指具有一定結構和功能的電子產(chǎn)品,可以根據(jù)電氣要求和結構而實現(xiàn)簡單功能或復雜功能。電子產(chǎn)品調試與檢驗課程采取項目制教學,并根據(jù)無線電調試工(高級)職業(yè)資格標準的要求,選擇具有代表性的電子產(chǎn)品功能單元作為調試載體,設計了四個項目,如表1所示。
3.實踐操作技能訓練
無線電調試工(高級)職業(yè)資格標準在實踐操作技能鑒定中,對調試人員的操作步驟和流程也有明確的要求。調試人員的調試過程通常分為三大步驟:步驟一是調試前的準備工作,要求調試人員要準備好調試工藝文件,并設置好調試的工藝環(huán)境;步驟二是從安裝質量檢查和連線及焊接質量兩方面,復檢電子產(chǎn)品的裝接質量;步驟三是調試部分,包含產(chǎn)品安全檢查、產(chǎn)品的功能調試、指標調試及調試結果記錄與處理。[4]
因此,在課程的實踐操作技能訓練中,應嚴格按照國家職業(yè)資格標準的調試流程和步驟,培養(yǎng)學生養(yǎng)成規(guī)范的操作習慣,完成電子產(chǎn)品的調試任務。同時,從熟悉電路原理圖、正確使用電子測量儀器儀表、完成調試與測量的內容、正確記錄測試數(shù)據(jù)、正確完整記錄波形圖、完成時間、熟練程度、安全無事故等幾個主要方面,對學生的實踐操作過程進行考核評價。
4.考核評價體系
每個教學項目完成后,學生都要提交實驗報告,進行成果展示,并完成自我評價、小組評價和教師評價。課程最終的成績評定考核,采用無線電調試工(高級)職業(yè)資格鑒定的考試成績(30%)和平時的項目操作過程考核成績(70%)相結合,重視學生在學習過程中的表現(xiàn),如表2所示。
三、“課證融通”教學改革的成效
通過與國家骨干示范高職院校相關課程教師團隊的相互學習和交流,邀請行業(yè)企業(yè)經(jīng)驗豐富的工程師擔任課程的兼職教師,課程主講教師參加職業(yè)資格技能鑒定考評員培訓等多種方式,課程教學團隊在研究無線電調試工(高級)職業(yè)資格標準的基礎上,反復推敲論證課程標準與教學實施,進行了有效的“課證融通”教學改革的探索與實踐。
2010年4月,課程主講教師中三人經(jīng)過培訓考核,獲得了勞動和社會保障部職業(yè)技能鑒定中心頒發(fā)的《無線電調試工國家職業(yè)技能鑒定考評員資格證書》。2009年11月以來,通過“課證融通”的教學改革與教學實施,課程教學團隊先后組織應用電子技術專業(yè)學生415人,參加了工業(yè)和信息化部電子行業(yè)職業(yè)技能鑒定中心的“無線電調試工(高級)職業(yè)資格鑒定”考試,證書獲取率在96%以上,學生反映良好。
四、結語
電子產(chǎn)品調試與檢驗課程的“課證融通”教學實踐表明,將課程的教學內容與相應的職業(yè)資格證書國家標準銜接起來,加強和規(guī)范了學生的實踐操作技能,提高了學生的崗位實踐能力,突出了高職教育的辦學特色。隨著行業(yè)企業(yè)的技術進步和國家職業(yè)資格標準的更新,還要不斷地對課程的教學內容和教學方法進行調整和補充。
參考文獻:
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無線電裝接技術范文5
人們不僅通過無線電波來通話,還越來越希望手里的各種裝置也有同樣的功能。這一趨勢始于上世紀90年代末的藍牙技術,藍牙提供的數(shù)據(jù)速率達到了1Mbps。后來Wi-Fi和IEEE 802.11標準把速率提高到了100 Mbps。如今超寬帶系統(tǒng)的速率更是達到500 Mbps。
從原理上來說,這種工作于短距離的無線電鏈接有望替換如今使我們的家里和辦公室凌亂不堪的線纜,消除無線網(wǎng)絡的速度瓶頸,甚至讓便攜式設備可以把計算任務卸載到附近的基站。因而,設備有望去掉龐大的硬件外殼,從而變得尺寸更小、份量更輕、價格更低。
但前提是工程師們能夠獲得更多的帶寬。如今通常使用的各種2.4GHz和5.8GHz系統(tǒng)正在迅速耗盡頻譜資源; 而超寬帶系統(tǒng)受制于100微瓦功率,缺乏靈活性,速率因而可能僅局限于1 Gbps左右。下一步該何去何從?
60GHz的優(yōu)勢
顯然,我們必須著眼于更高頻率的頻譜,但到底使用哪段頻譜并不是一目了然。一種頗吸引人的想法就是使用甚高頻率: 紅外光。雖然如果只是需要用遙控器更換電視節(jié)目頻道或者操作無線鼠標,這種辦法效果很好,但理論和實際效果證明: 很難足夠迅速地對紅外光發(fā)光二極管的輸出信號進行調制,從而滿足更高要求和靈活性的應用。所以就眼下而言,還是使用射頻頻譜比較合理,而最有希望的是60GHz附近約7GHz寬的無執(zhí)照頻譜。
與目前無線技術經(jīng)常使用的5.8GHz頻譜相比,其速率高達其10倍以上; 有了60GHz頻段附近提供的大量帶寬,數(shù)據(jù)傳輸能力就會大大加強。就在不久前,為消費市場設計產(chǎn)品的工程師們對面臨各種技術困難的60GHz還是避而遠之,不過亟需帶寬的現(xiàn)實最后還是激起了他們的興趣。
芯片設計方面取得的進展也起到了推波助瀾的作用。如今的60GHz技術依賴相對昂貴、功耗較大的砷化鎵半導體,但眾多研究人員證明硅芯片同樣能夠勝任這項任務,而功耗要低得多,成本也會極低。這些人員來自IBM、加州大學伯克利分校和加州大學洛杉磯分校等組織。硅芯片方案正是60GHz通信吸引人們的關鍵。
這種吸引力非常強,以至一個特別任務組現(xiàn)正在為使用57GHz到64GHz波段的無線個人區(qū)域網(wǎng)開發(fā)IEEE 802.15.3標準的延伸版本; 而在2006年,包括松下、日電和索尼在內的多家公司共同定義一項規(guī)范,以便使用這一段無線電頻譜來傳輸高清視頻。這個設在加州森尼韋爾的組織名為Wireless HD,希望把電視機與光盤播放機、攝像機、游戲機、筆記本電腦及其他設備連接起來,并獲得高達5 Gbps的速率―這么快的速度足以在約一分鐘之內傳輸完一部高清故事片。
除了能提供額外帶寬和更高的數(shù)據(jù)速率外,60GHz還有其他優(yōu)點。由于波長很短,天線尺寸僅比針頭大得有限,小得足以安裝在收發(fā)器的芯片上。由于把許多天線和收發(fā)器集成到一塊芯片是切實可行的,再經(jīng)過合理的相位調整,這些裝置就能共同形成波束,對準某個方向傳輸信號(基本原理請參見圖1《自適應天線工作示意》)。這種相控天線還可以用來增強信號的接收。這些操作可以自動進行,那樣發(fā)送者和接收者就能尋找對方,不需要人的干預,從而組成自適應陣列(即“智能”)天線系統(tǒng)。
如果能夠集成天線,就不需要線纜來傳輸進出芯片的信號,可以使封裝成本降低一兩個數(shù)量級。另外,由于不需要外露的輸入和輸出端口,收發(fā)器在制造及組裝期間不大容易受到靜電放電的影響。因而,廠商沒有靜電器件也行,而靜電器件會加大電容、降低性能。
困難尚存
不過,這些優(yōu)點不是免費就能得到的。60GHz通信涉及到系統(tǒng)、電路和裝置等層面的諸多重大挑戰(zhàn)―這些難題可以解釋為什么這個波段長期以來尚未被充分利用。不過,設計師們只要利用某個層面現(xiàn)有的功能來緩解另一個層面面臨的要求,就能逐步克服這些障礙。
首先是60GHz電波傳播本身面臨的難題。與任何電磁信號一樣,透過每平方米的瓦特數(shù)量隨離發(fā)射器距離的平方而相應減少。除此之外,天線尺寸與波長成正比,所以有效面積(以及所能捕獲的功率)與波長的平方直接成正比(因而與頻率平方成反比)。因而,在60 GHz下傳播的信號傳輸?shù)浇邮仗炀€時與在6GHz下傳播相比,前者所剩的功率只有后者的1%。更為糟糕的是,60GHz射線還可能被實心物體所阻擋。
一些可能的解決方案就是讓傳輸功率非常高,并且使用自適應陣列天線,經(jīng)由間接傳輸路線,通過反射和折射把信號發(fā)送給目標。不過,更好的辦法是依賴大量的收發(fā)器。如果辦公室里安置了足夠多的收發(fā)器―甚至在辦公室工作的人身上都戴有收發(fā)器,任何兩個設備就始終能直接或者通過第三個節(jié)點與對方進行通信。
想讓這個策略切實可行,收發(fā)器就要做到成本夠低、尺寸夠小、功耗夠低,以便使用一節(jié)小小電池就能工作很長時間。由于工作頻率增加了10倍,這些要求更難得到滿足(晶體管的運行速度得到了提高,但增幅沒這么大),因而需要設計方面的重大改進。另外,晶體管之間的連接線存在電阻、電容和感應,這些往往會降低工作于這種頻率的器件性能。而且處理Gbps級速率數(shù)據(jù)所需的高速、高分辨率的模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器是名副其實的能耗大戶。
這些問題有多嚴重,就要看到底使用哪一種集成電路技術。用硅鍺材料制成的雙極晶體管提供了高速率; 廠商有了這項技術,有可能制造出直接放到芯片上的高質量無源器件(如感應器),從而簡化設計、提升性能。IBM聲稱研制的60GHz硅鍺收發(fā)器可提供1 Gbps的數(shù)據(jù)速率,傳輸距離可達到8米。但由于需要多個收發(fā)器、模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器以及更加復雜的信號處理器件,硅鍺技術的成本高得驚人。
CMOS芯片的成本卻低得多,但晶體管的較低速率以及無源器件的較差質量使得電路設計異常困難。不過,半導體產(chǎn)業(yè)的歷史從來不乏產(chǎn)品最初用雙極技術制成、后來很快被CMOS技術取代的例子,這表明60GHz CMOS芯片最終有望勝出。
設計師在制造能在60GHz頻譜下處理射頻信號各種操作的CMOS電路方面顯然遇到了重大的技術障礙。許多這些操作依賴分差法(heterodyning): 即電路混合兩個不同頻率的信號,獲得包括和頻(sum frequency)與差頻(difference frequency)兩部分的輸出信號。比方說,標準的調幅發(fā)射器將利用在高得多的無線電頻率(比如1000 kHz)下工作的振蕩器的輸出信號,對所要傳播的頻率較低的音頻信號(比如1 kHz)進行放大。這兩個頻率的差與和(999 kHz與1001 kHz)比射頻振蕩器的頻率只低了一點和只高了一點。這就是為什么說原始音頻信號被“向上變頻”至射頻信號。這種調幅傳播信號的接收器通常會使用類似的振蕩器,把射頻信號“向下變頻”至原來的音頻信號,使用了同樣的分差法原理。
如果數(shù)據(jù)在60GHz下高速傳輸,要實現(xiàn)這種操作面臨重重困難。舉例來說,振蕩器就必須生成相位正好相差90度的兩個60GHz輸出信號。這是因為最后出來的調制信號通過正弦波和余弦波結合而成。要生成及路由傳播這兩個相位,還要保持相差90度,這在60GHz下很難做到。
另外,控制60GHz振蕩器的精確頻率很棘手,因為它的速度太快了,以至無法直接測量,所以晶體控制頻率標準局限于100 MHz左右。60GHz信號必須先傳送到分頻器電路,大大降低頻率(比如降低600倍)。之后才可以對輸出信號與頻率標準進行比較,表明振蕩速率是否快于或者慢于預期速率,從而進行相應校正。這個辦法很簡單,可是晶體管在速率方面的限制使得很難制造出可在60GHz下工作的這類分頻器電路。
幸好,還有一個辦法可以解決這一難題,比如改而使用40 GHz振蕩器讓接收器正常工作。第一步是混合40GHz振蕩器的輸出信號與接收到的60GHz信號。這步操作把信號向下變頻至差頻: 20GHz。如果其余步驟對信號進行向下變頻,接收器的電路不需要集成獨立的20GHz振蕩器; 它只要使用與40GHz振蕩器連接的除二分頻器的輸出即可。因為工作于40GHz而不是60GHz,這種分頻器實現(xiàn)起來相對容易。另外,在40GHz下而不是在60GHz下傳輸芯片內的信號也問題不大。讓設計師很高興的是,傳輸路徑可采用與接收器操作相反順序的流程,從而避免使用60GHz振蕩器和分頻器。也就是說,所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流先向上變頻至20GHz,然后再提升到60GHz。
使用40GHz作為振蕩器頻率只是規(guī)避60GHz引起的部分棘手問題的方法之一。IBM的收發(fā)器采用了稍有不同的方法: 它集成了后面跟有三倍頻器的17GHz振蕩器來獲得51GHz,比目標頻率即60GHz大約低8.5GHz。因而,51GHz可用于把接收到的信號向下變頻至8.5GHz。而與17GHz振蕩器連接的除二分頻器生成向下變頻的第二個階段所需的8.5GHz。
雖然這種設計不再需要60GHz振蕩器了,但仍要求低噪聲放大器和下變頻器。這些電路通常使用芯片上的無源器件(如感應器或者傳輸線路)來克服晶體管在速率方面的限制。遺憾的是,這種無源器件所占的空間比較大,通常迫使它們的安放位置相隔很遠,而長長的互連件導致了很大的寄生電阻、電容和感應。為了緩解這個問題,設計師可以把用來構建這些無源器件的感應環(huán)路嵌套起來,從而縮短器件之間的連接(參見圖2《感應器設計技巧》)。
更大的一個問題是,如何制造出能夠為天線提供強大功率的發(fā)射器電路。如果在數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)速率下在10米的范圍內進行傳輸,勢必需要幾十毫瓦的功率。功率放大器執(zhí)行的這項任務需要龐大的晶體管,而這種晶體管的速度通常很慢。好消息是,即將問世的新一代CMOS芯片有望勝任在60GHz下提供這么大功率的任務,這種芯片的柵極長度只有45納米。
但這還不是問題的全部,因為饋送給芯片上天線的功率不是全部傳播出去。芯片下方僅10微米處的硅基會吸收(從而浪費)一部分功率,所以這類天線發(fā)射出去的功率只有獲得功率的四分之一到一半。
也許更多的研究工作會帶來更加節(jié)能的天線。與此同時,工程師們可以借助于在這些微小波長下工作的芯片外天線。另一種成本較低的解決辦法就是,集成數(shù)量足夠多的收發(fā)器和芯片上天線,補償被硅基損耗的功率。未來的研究成果會告訴我們60GHz無線技術是否能夠借助于這種效率相當?shù)偷慕鉀Q辦法。
普及尚待時日
設計師需要相當?shù)臅r間才能掌握上述所有的新技術,因為我們用來模擬電路的模型無法輕松處理60GHz信號。如今的晶體管模型在構建時,所有電容和電阻似乎都來自到處連接的小型電容器和電阻器,但實際上在這些晶體管里面相當多的地方都存在電容和電阻。所以,用這種方式把全部器件堆在一起會失去這些高頻率下表現(xiàn)最明顯的一些重要效應。另外,無源器件和硅基之間的電磁相互作用很難通過基本的物理原理來進行計算。由于這些原因,為晶體管建模必須依賴對器件工作特性的理論知識以及大批的試驗測量(這進而有助于完善模型)。
業(yè)界憧憬的遠景是,我們能夠解決這些問題; 再過5到10年后,我們家里和辦公室的所有電子設備都能夠進行無線通信。線纜將會步無線電天線的后塵。假設麻省理工學院的工程師們最終能夠完善這一設計思想: 使用磁耦合諧振器對電池實現(xiàn)無線充電,我們也有望擺脫那些煩人的電源線。只有等到那個時候,我們才進入到了自由無線時代。(樂天編譯)
鏈接一
CMOS化摧熱
60GHz無線技術未來
隨著移動寬帶化與寬帶移動化已成大勢所趨,無線通信能力在未來五到十年內實現(xiàn)數(shù)Gbps甚至數(shù)十Gbps應該是順理成章的事。對于21世紀的下一個年代,光纖傳輸速率可能達到40Gbps,而光纖到戶之后的信號將通過無線方式分配到室內各個固定和移動終端。這樣一來,未來無線個域網(wǎng)的速率目標很可能從當前的54M~100Mbps躍升到5M~10Gbps。
由于上述這樣的應用都分別對應著全球數(shù)十億用戶的龐大市場,實現(xiàn)2Gbps以上乃至10Gbps的無線數(shù)據(jù)傳輸速率的必要性和重大意義不言而喻。面對如此高的速率,由于頻段緊張和帶寬先天不足,UWB等相對較成熟的技術基本上都無能為力,因此頻率為30GHz~300GHz的毫米波通信技術進入人們的視野。
2000年以來,歐、美、日等眾多國家相繼在60GHz附近劃分出5G~7GHz的免許可連續(xù)頻譜,豐富的帶寬資源奠定了實現(xiàn)2Gbps超高速無線傳輸?shù)幕A,而免許可特性使得用戶無需負擔昂貴的頻譜資源允許費用,這塊免費的蛋糕引得人們趨之若鶩,60GHz無線通信炙手可熱。
由于頻率較高,大多需要采用GaAs和InP等特殊工藝,而且需要特殊的無源元件和封裝,這使其制造成本居高不下,毫米波通信一時曲高和寡,難以飛入尋常百姓家。而隨著CMOS技術的不斷進步,130nm以下的工藝已經(jīng)能夠實現(xiàn)100GHz以上的單位增益頻率,采用CMOS工藝實現(xiàn)毫米波射頻集成電路已是大勢所趨。“CMOS化”將使60GHz無線通信如虎添翼,不但可以大幅削減60GHz芯片的制造成本,而且還能夠很方便地集成數(shù)字、模擬、存儲器等其他類型的電路。
鏈接二
60GHz無線技術覬覦數(shù)字家庭
v60GHz毫米波無線技術由于具有諸多技術優(yōu)點,已經(jīng)成為國際標準化組織和業(yè)內公司關注的焦點。
無線電裝接技術范文6
關鍵詞:無線電監(jiān)測設備;海洋大氣腐蝕;設備腐蝕形態(tài)
前言
隨著無線電監(jiān)測系統(tǒng)應用領域的不斷擴展,由頻譜傳感器、監(jiān)測測向設備和天線組成的戶外部署設備在沿海地區(qū)、艦船、島礁等環(huán)境的使用日益廣泛。這些長期曝露在海洋大氣環(huán)境下的無線電監(jiān)測設備,其工作壽命和可靠性與其抵抗鹽霧侵蝕的能力密切相關。提高設備的抗蝕性能既是系統(tǒng)可靠性設計的重要環(huán)節(jié),也是無線電監(jiān)測系統(tǒng)長期工作于海洋大氣環(huán)境時必須面對的關鍵技術。針對這一難題,成都華日通訊技術有限公司組織相關科研人員進行了專題科研攻關。經(jīng)過研究腐蝕形成的機理,采取相應的防腐蝕對策,在大量實驗的基礎上,最終取得了較好的效果。按照IEC61969-3防護要求,工作于戶外的頻譜傳感器機箱通常采用IP55以上防護等級的全密封結構設計。為了滿足密封狀態(tài)下內部電路的傳導散熱要求,箱體金屬構件大多采用傳熱性能優(yōu)越的鋁合金材質生產(chǎn)。同時,鋁合金還以其優(yōu)良的電性能和較高的比強度,在各類天線構件中獲得廣泛應用。可以說,監(jiān)測設備的核心金屬構件幾乎全部采用鋁合金材質生產(chǎn)。根據(jù)金屬材料腐蝕理論,氯離子對鋁合金材料具有強烈的腐蝕性[1]。在海洋大氣環(huán)境下,曝露于高鹽霧介質中的鋁制構件在氯離子作用下將產(chǎn)生嚴重的電化學腐蝕,進而導致設備可靠性遭到破壞。監(jiān)測測向設備的損壞形態(tài)不僅取決于海洋大氣腐蝕特征,也與其具體結構形式密切相關。需要針對不同的腐蝕成因,采取科學、合理的措施,才有可能阻止或減緩腐蝕進程的發(fā)生,有效提高設備的抗腐蝕性能。
1海洋大氣的腐蝕特征
海洋腐蝕環(huán)境可以分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)、海底泥土區(qū)。處濺區(qū)的構件由于表面供氧充足、干濕交替,因而是最嚴峻的海洋腐蝕環(huán)境[2]。從防腐蝕和維修便利性考慮,海洋環(huán)境下監(jiān)測測向設備的選址應盡可能遠離飛濺區(qū),布置于海洋大氣區(qū)。海洋大氣區(qū)是海水蒸發(fā)形成的含有大量鹽分的大氣環(huán)境,具有高鹽霧、高濕度的特點。對鋁合金的腐蝕特征主要體現(xiàn)在兩方面:其一是大氣中的溶解鹽直接作用于鋁合金和無機材料產(chǎn)生腐蝕;其二是結晶鹽粒吸濕后在鋁合金表面形成液膜,為腐蝕發(fā)生所需的電化學反應提供活性電解質,加速金屬構件的腐蝕進程。海洋大氣對設備的腐蝕性取決于設備所處位置、降雨量的多少、溫度的高低。數(shù)據(jù)顯示:海洋大氣中氯離子含量隨著離開海岸線的距離呈指數(shù)級降低[3]。因此海岸線附近的腐蝕遠高于海洋其他區(qū)域。海洋大氣陸上腐蝕范圍一般在距海岸20km左右,距海岸越近、降雨量越小、溫度越高腐蝕就越強,24m處比240m處腐蝕大12倍。對處于海岸、艦船或島嶼上的無線電監(jiān)測測向設備而言,海洋大氣的腐蝕、老化作用是其必須面對并長期承受的環(huán)境因素。
2設備的腐蝕形態(tài)
鋁與氧有極強的親和力,在普通大氣環(huán)境下其表面會自然形成厚度為0.5~4微米的氧化膜,使鋁處于鈍化狀態(tài),阻止其與周圍環(huán)境繼續(xù)接觸,保護基體不被腐蝕損壞。但在海洋大氣環(huán)境下,由于氯離子的作用,鈍化膜的防護作用極易被破壞。如沒有有效的防護措施,曝露在腐蝕介質中的監(jiān)測設備將出現(xiàn)以下幾種腐蝕形態(tài):
2.1合金成分引起的腐蝕
海洋性氣候的腐蝕介質中主要是高濃度的氯離子和促進陰極反應的溶解氧。由于氯離子的半徑很小,極易透過膜的孔隙缺陷到達合金基體。當合金中含有加速陰極反應的其他金屬成分時,電解液中的活性陰離子便與這些金屬陽離子結合,生成可溶性氯化物,形成俗稱“白斑”的小孔腐蝕。腐蝕的嚴重程度不僅與介質有關,更與鋁合金的成分有關。實驗表明[4]:高純鋁具有很強的抗點蝕性,而含銅鋁合金則對小孔腐蝕最為敏感。安裝在海洋環(huán)境中的鋁合金天線構件,僅幾年時間就發(fā)生腐蝕,嚴重部位的表面幾乎完全呈白色粉末狀態(tài)(見圖1),對天線結構與性能造成較大破壞。究其原因,不僅與腐蝕環(huán)境有關,應該還與材質中含有能夠加速腐蝕進程的銅元素有關。因此,對應用于海洋環(huán)境的機箱、天線等鋁合金構件應充分重視材料自身的抗腐蝕特性。設計時不僅應避免使用鋁-銅系合金,還應對各類防銹鋁的實際含銅量給予高度關注。
2.2異相金屬接觸引起的腐蝕
由于鋁的自然電位較負,與異相金屬接觸時總是處于陽極,異相金屬則成為鋁合金電解的陰極體,在電解質的作用下發(fā)生電化學腐蝕,也稱電偶腐蝕或雙金屬腐蝕。幾乎所有常用金屬,只要和鋁合金之間存在濕潤導電接觸都會導致鋁的電化學腐蝕。在各種金屬對鋁材的電偶腐蝕影響中,尤以銅引起的腐蝕最為嚴重[4]。電偶腐蝕引起的損壞程度取決于兩種金屬的電位差、陰陽極的接觸面積比。實驗證明[5]:電位差越大,陰陽極面積比就越大、腐蝕越嚴重。安裝在沿海地區(qū)的天線,其連接處的腐蝕往往比其他位置嚴重。圖1中有插座連接的地方以及使用螺栓連接的螺孔都顯現(xiàn)出更嚴重的腐蝕痕跡(螺孔內部已完全呈白色)。造成這種現(xiàn)象的原因,不僅有腐蝕介質在合金表面的點蝕結果,更主要的是連接處存在促使鋁合金電解的其他金屬,兩種金屬在鹽霧介質作用下發(fā)生了電偶腐蝕。監(jiān)測設備上安裝的各種插座、裝配用到的緊固件其材質大都為鋼或銅,當它們與鋁合金之間有電解液膜時則會發(fā)生電偶腐蝕,對設備造成破壞。因此,在天線與機箱的設計中應盡量減少或避免采用腐蝕電位懸殊的異種金屬材料,裝配中還必需對產(chǎn)生電偶腐蝕的條件加以控制,無法控制時應采取相應的隔離措施,以便有效避免或減緩電偶腐蝕的發(fā)生。
2.3結構縫隙引起的腐蝕
振子與振子座連接處、箱體與蓋板間、插座與面板間、墊圈與螺釘連接處、搭接焊處、鉚接處均有縫隙存在,在腐蝕介質的作用下,縫隙金屬面將發(fā)生腐蝕。腐蝕作用初期,縫隙內外腐蝕介質中的氧濃度差異不大。隨著腐蝕的進行,縫隙內的氧很快被消耗。縫隙內外腐蝕介質因溶解氧濃度不同形成氧濃差電池(也稱差異充氣電池),促使縫隙內金屬不斷發(fā)生腐蝕。縫隙腐蝕現(xiàn)象與金屬成分關系不大,但對縫隙寬度較為敏感。最易發(fā)生腐蝕的縫寬為0.025~0.100mm,這種寬度下鹽霧液膜既能侵入又不會流失,非常有利于腐蝕進程的持續(xù)發(fā)生,是設計中必須注意解決的問題。縫隙腐蝕的另一特點是其臨界腐蝕電位較低,因此它比點蝕更容易發(fā)生。加之腐蝕發(fā)生在縫隙內,縫隙外部腐蝕跡象并不明顯,通常不易被發(fā)現(xiàn),因而對設備具有更大的破壞性。
2.4涂層缺陷引起的腐蝕
當有機涂層與金屬膜層之間因針孔或膜層損壞滲入電解液后,涂層下金屬在氧濃差電池效應下被逐步侵蝕,由于其膜下腐蝕路徑呈蠕蟲狀,也稱絲狀腐蝕。這種腐蝕的活性頭部區(qū)域為陽極,尾部是陰極。由于腐蝕電池兩級之間是依靠氧濃差維持,因此其活性頭部總是向缺氧方向發(fā)展。當接近另一條絲狀腐蝕線時,活性頭部會避開涂層已破壞的高氧區(qū)而轉向涂層尚未破壞的低氧區(qū),使絲狀腐蝕具有不交叉的典型特征。需要注意的是,絲狀腐蝕是一種膜下腐蝕,且只發(fā)生在有機涂層與金屬之間,一般不發(fā)生在的氧化膜上面,因而在腐蝕前期往往不易發(fā)覺,具有很大的隱蔽破壞性。圖2是遭受絲狀腐蝕后的對數(shù)天線,可以看出很多振子都已出現(xiàn)絲狀腐蝕。左側上下兩振子的表層金屬已出現(xiàn)嚴重的蓬松剝離狀態(tài),結構強度與電性能均已遭受破壞。為了減少絲狀腐蝕的產(chǎn)生,鋁合金構件的涂覆工藝需要特別注意增強金屬表面和有機涂層的結合力。確保涂膜的完整性不被損壞是避免絲狀腐蝕發(fā)生的關鍵。因此要特別注意在運輸、安裝環(huán)節(jié)做好對涂層的防護,避免涂膜出現(xiàn)針孔與破損。
2.5加工工藝引起的腐蝕
構件加工中涉及焊接和人工時效,若處理不當這些工藝過程,往往會導致合金元素或金屬間化合物沿晶界沉淀析出,相對于晶粒形成陽極,在海洋性氣候下構成腐蝕電池,引起晶間腐蝕。尤其需要注意的是鋁-銅-鎂系、鋁-鋅-鎂系合金對晶間腐蝕敏感性較強,在海洋性氣候下應避免采用該類合金。晶間腐蝕帶來的另一不利因素是在加工應力和腐蝕介質的共同作用下還可誘發(fā)應力腐蝕,最終使構件產(chǎn)生裂紋、斷裂,喪失使用功能。晶間腐蝕、應力腐蝕都與構件的加工有關,即:構件加工工藝不僅僅關乎結構變形帶來的尺寸精度問題,同時還是發(fā)生腐蝕的內在誘因。因此,在接收機機箱、天線構件的加工中必須制定合理的工藝路線,控制和減少各類應力產(chǎn)生的外在原因,避免金屬中合金元素沿晶界的沉淀析出,以此破壞原電池產(chǎn)生的條件。
3設備的防腐蝕措施
由于戶外監(jiān)測設備具有上述腐蝕形態(tài)中的全部工況,加之其在系統(tǒng)可靠性中所處的地位,成為海洋大氣環(huán)境下監(jiān)測測向設備防腐研究的重點。從前述分析不難看出,設備的防腐蝕是一項系統(tǒng)性的工作。需要在材料選擇、加工工藝、氧化工藝、密封設計、涂覆處理、安裝緊固處理等諸多方面采取針對性措施,才能有效提高其抵抗鹽霧侵蝕的能力。
3.1合金材料的選用
監(jiān)測設備材料的選擇除了考慮其常規(guī)力學性能、物理性能、加工性能外,還必須考慮材料的耐蝕性能。由于監(jiān)測測向設備自身并不作為力學構件使用,因而在海洋性氣候環(huán)境下應重點關注材料的耐蝕性和加工工藝性。從多種文獻資料的實驗數(shù)據(jù)來看,鋁-銅系合金中的銅離子在與海洋大氣中的氯離子接觸后具有強烈的腐蝕誘發(fā)作用,需要嚴格避免使用。常用的LY12鋁合金只能適用于內陸氣候,在海洋性氣候下并不具有抵抗腐蝕的優(yōu)勢。即便標注為防銹鋁的材料也要注意其生產(chǎn)廠家,避免使用小廠產(chǎn)品(小廠產(chǎn)品含銅量往往得不到保證)。
3.2結構設計
在充分了解設備安裝使用環(huán)境的基礎上,合理確定抗蝕面和導電面界限,以便于氧化膜的可靠形成;合理確定開孔位置與數(shù)量,盡量減少所需密封通道;選用高質量的導電密封材料,并按30%~50%壓縮量確定嵌入槽的公差與尺寸;為了減少和防止縫隙腐蝕的發(fā)生,設計中對結合面縫隙應采取措施,提出合理的形狀、位置公差要求,避免因貼合不嚴形成敏感縫隙,從源頭消除差異充氣電池產(chǎn)生的條件,對無法避免的敏感縫隙,應在外部設計消縫溝槽,減少電解液的進入與滯留;散熱翅片設計應避免尖角、銳邊,減小熱量集中對氧化膜的生成影響,盡量不用異種金屬,減少電偶腐蝕產(chǎn)生條件。
3.3加工工藝
全密封接收機機箱的生產(chǎn)涉及焊接和大面積散熱翅片加工,容易產(chǎn)生和積累加工應力。為了避免晶間腐蝕和應力腐蝕,加工中應減小吃刀深度、減緩進刀速度,在應力集聚工序后均應進行人工時效處理,消除或減小材料內部的微觀應力和加工應力。避免和減少晶間腐蝕、應力腐蝕的出現(xiàn)。對具有密封界面構件的加工,要嚴格控制裝夾應力,確保其加工平面度符合設計要求。
3.4氧化膜處理
常用的鋁合金氧化膜有兩種形式,一種是具有良好導電性的化學氧化膜(分為酸性和堿性氧化),另一種是具有高硬度、高耐磨性的陽極氧化膜,后者以其致密、厚實的膜層優(yōu)勢擁有遠高于天然氧化膜的抗腐蝕性能。但陽極氧化膜30V/μm擊穿電壓帶來的高絕緣性卻無法滿足接收傳感設備對電氣性能、屏蔽性能的要求,這也是電子設備通常直接采用化學氧化膜(導電氧化)加涂覆方式進行表面處理的重要原因。通過改進結構設計和加工工藝,華日海洋環(huán)境戶外設備合理地將兩種氧化膜的優(yōu)點集于一體。使其不僅具有良好的電氣性能與屏蔽性能,而且還擁有優(yōu)異的耐磨性和高抗蝕性。這一氧化膜處理工藝有效解決了天線振子的連接與防護矛盾,也為采用有機涂層后易導致絲狀腐蝕的天線構件提供了新的解決措施。需要指出的是,兩種氧化膜都有多種生成工藝,其抗蝕性能因工藝方法和工藝參數(shù)不同而差異較大。本次研究中,通過對比分析不同工藝下氧化膜的抗蝕性能參數(shù),優(yōu)選出有利于提高設備防護性能的氧化膜生成工藝。實驗表明:按選定工藝方法生成的陽極氧化膜,在不噴涂任何有機防護涂層的情況下,直接曝露在富含銅離子的酸性鹽霧環(huán)境中。其承受腐蝕的能力也遠高于軍品鹽霧防護所規(guī)定的驗收標準,顯示出良好的抗蝕性能。
3.5涂覆處理
從鋁合金的腐蝕機理可知,氯離子對氧化膜的穿透是造成金屬基體腐蝕的根本原因。因而,在氧化膜的表面增加對腐蝕介質有隔離作用的有機涂層可以大大提高抗蝕層厚度,降低電解液與氧化膜的接觸幾率,進而減緩氯離子對氧化膜的侵蝕進程。從涂層的耐蝕性、耐候性、附著性考慮,監(jiān)測設備底層應采用適用于有色金屬的環(huán)氧類防腐底漆,面漆采用具有較強耐候性、抗腐性的改性丙烯酸涂料。從防腐效果看,光澤不積水的漆膜可以有效減少腐蝕介質的存留,破壞腐蝕電池產(chǎn)生的條件。常用的橘紋漆面、磨砂漆面、噴砂面不宜用于海洋大氣環(huán)境。鑒于涂覆工藝與產(chǎn)品最終抗蝕性的密切關系,本文研究過程中對監(jiān)測設備的噴涂方式、涂覆層數(shù)、涂層膜厚、間隔時間等提出了具體要求,并進行了相應驗證。需要注意的是噴涂前基體表面應參照ISO8504進行清潔處理,以提高附著性、避免和減少絲狀腐蝕的產(chǎn)生。
3.6裝配處理
分析設備的腐蝕形態(tài)可知,其抵抗電偶腐蝕、縫隙腐蝕的能力相當一部分是由裝配環(huán)節(jié)實現(xiàn)的。因此監(jiān)測設備的裝配應遵循以下原則:(1)由于電偶腐蝕主要存在于異種金屬的接觸處,因此需對緊固件、插接件的非導電面涂絕緣膠或加裝絕緣墊后裝入,以阻斷電氣接觸;(2)無法避免電氣接觸時,異種金屬構件應選用腐蝕電位與鋁相近的材料,緊固件可進行鍍鎘處理,以減小電偶腐蝕對箱體造成的危害;(3)對彈墊、平墊間的縫隙,箱蓋與箱體間的縫隙,插座與面板間的縫隙均應采用聚氨酯彈性密封膠填充,以減少縫隙腐蝕的發(fā)生;(4)裝配完成后應對所有緊固件、插接件外露部分噴涂聚氨酯清漆實現(xiàn)表面隔離防護,避免不同金屬外露部分通過表面電解液膜構成腐蝕回路。
4設備的防腐蝕驗證
海洋大氣環(huán)境對監(jiān)測設備的腐蝕是一個多因素作用下的緩慢、漸進過程,通常采用鹽霧試驗方法對產(chǎn)品抗蝕能力與防護措施的合理性進行評估驗證。圖3CASS試驗后的戶外機箱常見的鹽霧試驗有:中性鹽霧試驗(NSS)、乙酸鹽霧試驗(ASS)、銅加速乙酸鹽霧試驗(CASS)三種。其中NSS是軍品防腐蝕驗收標準規(guī)定試驗方法,CASS的腐蝕加速性為NSS試驗的8倍。為驗證本文防腐措施的有效性,采用CASS標準對海洋環(huán)境戶外機箱進行了與軍品驗收時間要求相同的抗蝕性試驗(見圖3),結果顯示:機箱表面無點蝕及起泡空鼓現(xiàn)象,漆膜光澤亮麗,內置電路板卡,導電結合面完好如初,無任何腐蝕跡象,防腐效果符合設計期望。
5結束語
由于腐蝕介質的不同,工作于海洋大氣環(huán)境的無線電監(jiān)測設備在結構設計與制造工藝上都與內陸設備有著較大的區(qū)別。本文所提出的防腐措施為提高該類設備的防腐性能積累了經(jīng)驗,為無線電監(jiān)測設備在海洋大氣環(huán)境下的可靠應用提供了技術借鑒。
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