电子设备结构设计大全11篇

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Abstract: With the development of electronic technology, electronic equipment structure design is in constant development and improvement. This paper firstly describes the overall structure design of the equipment significance, given the design of the main points, to the structure, heat dissipation, electromagnetic compatibility, this paper discussed the general layout, the improvement is also improve the quality of the product and enhance electronic product competitiveness of the important means.

Key Words: Structure design, Electronic equipment, vibration, Electromagnetic compatibility

中图分类号： TU318 文献标识码：A文章编号：

引言

对于一个电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，该概念不仅是指设计设备的外形和安装元器件，更重要的是需要综合考虑各种因素的影响，包括设备的性能和参数。热设计、电磁兼容设计、防腐蚀设计等都是非常重要的内容。尤其是对于小型的电子设备，由于其体积小、重量轻，内各种模块分布共同占有的空间非常小，此时，产生的热量和电磁干扰对其性能和参数的影响非常大，因此要更加合理的设计，要综合考虑各种因素，尽可能将对设备性能和参数的影响因素降低到最低的程度[1]。

1结构总体设计

结构总体的设计要从两个主要方面来入手：系统设计和综合设计，在设计中，要善于移植其它行业已经发展成熟的设计成果，采用新技术、新材料、新工艺，特别要贯穿机电一体化的思想。例如，对于雷达测量精度的提高，如果采用传统的设计方法，仅仅从提高天线系统刚度的方面来实现，必然引起重量加大，同时也带来机动性等问题，但是，如采用强度设计这样一种新的设计方法，不仅能够保证精度，而且又能保证重量在允许的范围内。结构总体设计包括机动性、可维修性及操作性等内容。运输性能的好坏是机动性问题的重要表现，对于机动式装备，要能够很好的实现多种手段的运输，同时在实战中，要求快速转移、展开、架设和折收；这些要求都是在实际中需要严格遵守的设计要求，首要的设计思想是使之实现小型化和轻便化。陆用设备普遍采用了方仓来解决运输性问题，虽然方仓具有很多优点，并且已经被人们普遍接受，但是，设计时机动性问题也是不容忽视的[2]。

可维修性在整体设计中也是值得注意的问题，由于装备对可靠性有比较严格的定量要求，在产品的结构总体设计中可维修性成为重点。周所周知，一个装备必须具备很好的可维修性，因为我们无法保证一个设备是百分之百可靠的，对其进行维修也是无法避免的。在设备遇到故障的时候，就会涉及到维修的问题，这个时候要求能够比较方便的接近故障点，也就是接近维修的地方。这样才能够在最短的时间内将设备修好，使其快速投入应用。但是，也不能一味的求快。有时，快速连接使用不当，反而引起设备不可靠，这就有点得不偿失了。

2热设计

电子设备的热设计是不可避免的话题，过热是造成设备不稳定甚至发生故障的主要原因。近年来，随着电子技术的飞速发展，集成化器件的功能也日趋复杂，其复杂主要表现在：在输出功率不断加大的情况下，电子设备要求体积越来越小，器件的封装密度不断提高，以适应电子设备的军用，因此，热设计对于对电子产品可靠性来说是至关重要的。减少元器件、部件以及设备的内部和外部热阻是热设计研究的基本方向，将在运行过程中产生的热量迅速地传至最终的散热器。减小元器件内部热阻的方法主要有改进封装结构以及采用合适的封装材料，电子设备结构设计师的主要任务是：在满足环境条件和可靠性要求的前提下，尽量选择简单、有效、经济的冷却方法。为了确保设备可靠工作，要求在规定的使用期内，冷却系统的故障率比被冷却元器件的故障率低[3]。

热设计技术在我国已经有相应的部标、国标、国军标等标准文件，这些都为热设计提供了技术依据。如今的电子设备电路的组装形式基本上实现了印制电路化，因此印制电路的冷却成为了关键技术。设计中，把箱体两侧壁设计成带散热风道的冷板形式，同时在箱体后部安装有轴流风机，这样就可以给箱内的印制电路板提供一个传热途径，可以顺利的为两侧的风道提供强迫风。现阶段，关于热设计过程的计算与试验问题还不算完善，在传热过程中各种参数相互耦合，计算与试验相当复杂。因此，还是在严格的环境中经受实际考验来验证设计。

3电磁兼容的设计

电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力，具体包括能在电磁环境中正常工作，具有一定的抵抗电磁干扰的能力和对所处环境中的其他设备的电磁干扰有一定的限值，不致于影响其他设备的正常工作两个方面的内容。如果电子设备不受任何保护，电磁的干扰就会导致逻辑错误或信息丢失，甚至造成电子设备的失控、死机或整个系统的混乱。产生电磁干扰有三个途径：干扰源、传输介质和接收单元。

如今，我国的EMC技术还刚刚起步。造成这种局面的原因主要有以下几点。

（1）EMC技术的发展相对较晚，又是一门边缘学科，介于电机之间，多种学科交叉，一些技术人员对有关EMC方面的知识掌握不够。

（2）测试设备价格昂贵，测试设备不能得到很好的普及。当然，现在我国已从国外引进了EMC监测和实验手段以及一些先进的设备仪器，加上有关EMC标准的制订与颁布，我国EM设计技术的发展正在稳步发展。

在电磁兼容的设计方面，有几点需要注意。

1）对机壳的屏蔽，要想实现较好的电磁屏蔽效果，需要选用良导体材料，并且尽量少开孔。但壳体上往往会有各种接插件、按键、显示器、通风孔和电缆孔等孔缝，而不是一个完整的封闭体，这样就会会降低屏蔽的效果，造成电磁泄漏。一般情况下，可通过以下几种方法来提高其屏蔽效能：散热处采用金属丝网；采用阶梯状接口，以此增加缝隙深度，提高结合面加工的精度；在接插件与壳体的接触面上增加导电橡胶衬垫；同时，用金属箔密封带对缝隙进行密封，增加壳体的密封性。

2）采用电源滤波器。周多周知，电源滤波器能够很好地降低由于传导耦合带来的系统电磁兼容性能的降低。将滤波器安装在设备的机壳上；在靠近设备的电源输入端，连线应尽量短；尽量使用双绞线和屏蔽线；被测设备中若出现其他单独的电源，需要在合适的地方加装各自的滤波器。

4冲击和振动的隔离设计

由于支承结构的刚性小以及固有频率低，传至敏感组件上的冲击能量会变小。防止结构共振是冲击振动隔离设计中的首要任务，其次才是在冲击与共振的隔离之间进行折衷考虑，在这一过程中，也要考虑到设备的造价、体积以及重量等问题。所以冲击振动隔离的设计夜不是一门单一的技术。在军用装备中，由于使用环境的不同，具有各自不同的特点。比如：在舰船上，强迫振动频率比较低，一般能做到使结构的固有频率高于强迫振动频率的上限。在飞机上，振动频率要高得多，这样高的强迫振动频率，只有利用阻尼技术来耗散共振时的能量，使其保持在许可的范围内。

使用隔振器是冲击与振动的隔离普遍采用的方法，伴随隔振器的发展是隔振技术的另一门类。目前，阻尼材料也取得了很大的发展。由于在隔振与降噪方面的独特功能，粘弹材料一直是工程界普遍采用的材料，但由于生产的成本太高，很难推广普及，因此主要是应用在航空与航天工程中，还有一种叫减震铬铁铝新材料在受到打击或振动时，几乎不发出声音，它能够将机械能几乎全部转化成了热能。当材料受震时，在第一个振动周期就使能量消耗。从目前的发展趋势来看，今后冲击、振动隔离技术的发展不仅取决于隔振器新形式的出现，更是取决于新的、廉价的隔振材料的出现。

5结束语

电子设备的结构设计，要考虑的因素很多，不仅仅要老考虑热设计、电磁兼容设计，同时，还需要考虑抗振动冲击性、机动性、可维修性、可操作性等等，当然，设备的体积、重量和造价等因素也是必须要考虑的因素。尤其是对于军用电子设备来说，系统中电子设备的技术含量越来越高，要求更高的可靠性，和适应各种恶劣环境的性能，这给结构设计和工艺人员提出了更高的要求。在结构设计的过程中，有时候不能够把每一方面做到尽善尽美，当各因素遇到矛盾时，要进行综合考虑，在各矛盾中选择最优的方案。

参考文献：

[1] 侯亮-产品模块化设计理论、技术与应用研究进展(5)-机械工程学报,2004,40(1):56-61.

[2] 邱成悌,赵惇殳.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社, 2001

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当今社会作为一个信息化时代，科学技术与电子产品也是日益更新，电子设备的种类和形式也是千变万化，从而质量和功能就成为评断电子设备优劣的标准。电子设备在人们生活和生产中发挥着很大的作用，也得到了越来越多的使用，所以对于电子设备的运行也提出了更高的要求。电子设备想要在电磁环境中正常运行就一定要避免受到电磁的干扰，否则就会影响整个电子设备运行的效率。所以在电子设备结构设计和实际运用中要确保电磁兼容，这样才能保证电子设备的正常运行，从而对电子设备的质量和功能进行完善。

1电子设备结构设计中的电磁兼容

1.1电磁兼容的概念

所谓电磁兼容就是指在电子设备正常运行状态下，电子线路产生的电磁对电子设备产生电磁干扰。电子设备结构设计中良好的电磁兼容就是表示电子设备和电子系统，以及电子线路等在电磁环境中都不会受到各自的影响，对电子设备的质量和功能都不会产生影响。要确保电子设备安全、正常运行，就要在电子设备结构设计中充分考虑电磁兼容的问题，这样才能够提高电子设备运行效率，从而为电子行业以及相关单位的良好发展作贡献。比如一些军工事业应该要高度重视对电磁兼容的设计，在飞机上就存在着许多电子设备，其电磁环境也是十分复杂，所以也就会产生很大的电磁干扰，一旦这些问题没有处理好就会造成很严重的后果。由此可见，电子设备结构设计中的电磁兼容是一定要引起高度重视的。

1.2对电磁兼容进行设计的必要性

现阶段人们生活和生产中，电子设备的正常运行是与电磁兼容密切相关的。由于当前社会中各个行业都会频繁使用各种电子设备，所以一旦电子设备中出现了问题，就会造成整个行业的经济受到严重损失，甚至会影响行业的稳定发展。所以电子产业在设计电子设备时要充分考虑电磁兼容的相关因素，对于那些电磁不兼容的电子设备进行及时的改进。因此，电磁兼容设计的主要目的就是要研究如何有效控制并消除电磁干扰，让电子设备在与其他设备共同工作时不会受到影响。作为理想的电磁兼容的设计，应该是要使电子设备在正常运行时不受到那些不好的影响。对于电磁兼容的设计应该通过合理的接地和搭接以及屏蔽等方式，将外部对电子设备的干扰进行减弱并消除。

2电子设备结构中电磁兼容的设计措施

2.1电磁兼容设计中要考虑电磁滤波的应用

电磁滤波是一种常见的压缩信号回路以及影响电磁兼容的方法，电磁滤波在使用时可以有效抑制干扰因素，也能控制相关干扰源谱分量对其他电子设备的影响。所以说电磁滤波就是能够对信号中一些特定的波段频率进行过滤，通过这样的形式就能够有效抑制电磁的干扰。因此，在对电子设备中电磁兼容进行设计时要考虑电磁滤波的应用。由于电子设备在正常运行中电路会产生一部分较强的干扰信号，而这些干扰信号就会通过电源线及信号线等途径，从而对整个设备的电路产生极大的干扰。而在当前社会中，电磁滤波已经被广泛应用于各类电子设备中，这也是能够保证电子设备安全稳定的重要方法。当然电磁滤波的设置也是需要一定的方法和技巧的，对于改善电路过程中通常会使用到穿心电容、三端电容等重要元件。除此之外，在对电磁滤波进行设置时也要确保所有滤波器装置是与电子设备连接好的，只有正确、合理地设置了电磁滤波，才能有效提高电磁兼容的成效，从而改善电子设备的运行状态。

2.2电子设备结构设计中电磁屏蔽的作用

电磁屏蔽就是指对两个不同的空间进行金属隔离，使整个电磁场以及电磁波都能得到有效控制，并且对区域之间的辐射和感应也能相应的控制。所以在进行设计时要充分利用电磁屏蔽的作用，利用屏蔽物将整个电路以及电子设备都控制起来，从而阻止干扰源的影响。目前在电子设备中解决此类影响的方法是电磁屏蔽技术，利用电磁屏蔽的作用可以有效促进电磁兼容，从而提高电子设备的质量和效率。另外，在进行电磁屏蔽时也要注意电磁屏蔽设备的放置，放置时要尽可能地靠近被屏蔽的电子设备，这样才完全发挥其作用。并且电磁屏蔽板的形状也会影响电磁屏蔽的效果，通过实践表明，最有效的电磁屏蔽板应该是全封闭的金属盒电场。这种金属盒的材质也要特别注意，只有良性的导体材料才能真正起到屏蔽的作用，比如一些铜、铝等金属，其金属材料的厚度也需要根据实际应用情况来灵活改变。

2.3电磁兼容设计时要运用接地技术

在对电子设备结构设计中的电磁兼容也要合理运用接地技术，要将电源与信号提供的回路以及电位进行结合。电子设备中电磁兼容的核心目的就是为了利用接地技术来控制电磁干扰的发生。在运用接地技术过程中也要具有一定的规则和标准，要确保接地的安全性，并且接地的方式以及选择等因素也会对电子设备的正常运行产生一定的影响。电子设备中使用的金属外壳要与地面相接，这能够充分保障人们的经济效益以及人身安全，从而也能保证电子设备运行的效率。在电子设备正常运行过程中，有时会发生静电相关的情况，而接地技术能够有效避免这类问题的发生。如图1所示，电磁兼容设计中运用接地技术时，要考虑整个电路系统中的单元电路有一个公共的参考电位，这是确保电路正常运行的前提。由于接地技术能够防止外界电磁场产生的一些不良干扰，所以为了避免电荷形成的高压而引起电子设备内部漏电以及起火等现象，可以选择将电子设备的机壳接地，利用这样的方式可以有效控制电荷的释放，从而减少电磁的干扰。除此之外，接地技术还能避免雷电等电磁感应的影响，可以对电子设备进行有效的保护。

3结语

随着电子设备的不断进步，而电子设备中的电磁兼容也成为电子行业的核心工作。由于电磁兼容作为电子设备正常运行的基础条件，所以在对电子设备进行设计时要充分考虑电磁的兼容性，要尽量提高电磁的兼容，从而提高电子设备的质量和效率。当然，现阶段电子设备结构设计中的电磁兼容性还有许多复杂的问题有待解决，解决过程中也存在着一定局限性，但是提高电子设备的电磁兼容性有许多技术方法，所以在实际操作中要将这些渗透到各个行业中，从而使电子设备中的电磁兼容得到更完善的设计。电子行业在生产中要根据实际情况和需求来对电磁兼容选择最合适的方法，旨在提高电子设备运行的效率。

[参考文献]

[1]陈灿雄.论电子设备结构设计中的电磁兼容设计[J].科技展望，2016（30）：286.

[2]刘兴俊.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].中国新技术新产品，2015（6）：2-3.

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二、电子设备结构电磁兼容设计的目的

当今社会中，电子设备的正常运行，是基于电磁兼容的基础上，电磁兼容能够保证电子设备的运行不受电磁的干扰，就能够很大程度上避免电子设备细节部分和个别部位的不良反应，使电子设备的性能达到最大化，提高电子设备的运行效率，提高整个行业的生产率。众所周知，当前社会科学技术的不断发展促进了电子设备应用的广泛性，与各个行业各个领域息息相关，一旦运行的电子设备出现某些一时间不可解决的故障，就会影响整个行业的经济发展，极大地威胁整个行业的安全稳定。因此，电子行业在设计电子设备的时候，首先要考虑到影响电子设备电磁兼容的条件和因素，考虑到电磁不兼容的种种迹象和表现，以尽快采用技术手段进行调整解决，以免电子设备投入使用后出现电磁不兼容的情况，影响电子设备的正常运行。电磁兼容，简而言之就是控制电磁干扰，消除电磁干扰，使电子设备与其他的设备在特定的电磁环境中工作运行时，保证彼此的和谐稳定，保证电子设备各部分性能的正常。一个可以投入广泛使用的电子设备不仅不会辐射有害能量，而且也不会受到不相关的辐射影响。因此，电磁兼容设计的目的是为了电子设备的正常运行和广泛应用，是当今社会电子行业发展的整体走向和目标。

三、电子设备结构设计中保证电磁

兼容的方法和措施在电子设备结构设计中，需要通过采用特定的技术手段保证电子设备的电磁兼容性，以减少甚至消除电磁干扰，避免部件受到不良辐射反应而损坏，降低电子设备的整体性能和运行效率，影响整个行业的发展。新型电子产品研究开发之初，首先要对电磁兼容有一个概念性的把握，并在后期研发的时候充分考虑到电磁兼容的影响因素，进行相适应的电磁兼容开发设计，避免重复开发和资源浪费。在设计之初采取措施保证电磁兼容是最最经济节约的方法，避免了后期维修调整的人力物力的浪费。现实生活中，很多已经投入使用的电子设备如果出现电磁兼容问题维护成本极高，甚至根本没有解决办法，因此，电子设备的结构设计要做到未雨绸缪，减少不必要的麻烦和损失。目前，最常见的电子设备电磁兼容的方法有滤波、屏蔽、接地三种，这是有效消除电磁干扰的重要举措。

1电磁滤波

电磁滤波，是常见的影响电磁兼容性的因素，是压缩信号回路所致，并且会对频谱产生严重干扰，电磁滤波的存在不仅能影响干扰源的发射，而且会有效抑制干扰源频谱分量对其他设备元件如敏感设备、电路、元器件的影响。简单地讲，电磁滤波通过某种特定方式过滤信号中的特定波段频率，这种方式能够有效抑制干扰，因此，在处理电子设备结构设计中的电磁兼容问题时可以考虑在内并加以应用实施。在电子设备的运行过程中，正在运行的电路会产生一些较强的干扰信号，这些干扰信号能够通过电源线、信号线以及控制线等方式对整个电路产生巨大的干扰作用，因此，设置滤波电路已然成为当前公用电源线的发展走向和趋势，这是保证电路安全稳定，减少电路干扰，提高电子设备安全稳定的重要方式。滤波电路的设置需要掌握一定的方法和技巧，铁氧化体磁环\穿心电容、三端电容是最常见的选择器件，是有效改善电路特征的重要元件。在滤波电路设置中，还需要保证所有的电源滤波器外壳与电子设备的接地点连接在一起。只有保证滤波电路设置的合理性，才能提高电磁滤波的效率和质量，提高电磁兼容，保证电子设备正常运行和整个电子行业的发展。

2电磁屏蔽

电磁屏蔽是目前解决电磁兼容问题的最有效方法，电磁屏蔽的优点是有效地将内部电磁辐射控制在一定范围，即限制内部电磁越出既定的领域，与此同时，还能够防止外部电磁辐射的入侵，切断电磁波，减少不必要的损害。当前，电子设备出现的大多数电磁兼容问题都能够通过电磁屏蔽这种技术解决，这种方式还能够保证电路的正常工作。

2.1电磁屏蔽的作用

电磁屏蔽的作用是极大的，通过对两个不同的空间区域进行金属隔离，达到控制整个电场、磁场、电磁波的目的，使一个空间区域对另一个空间区域的辐射和感应控制在可控范围。也就是充分发挥屏蔽物体的作用，将诸如电缆、元部件、电路、组合件甚至整个系统的干扰源包围控制，阻断干扰电磁场的对外扩散；与此同时，还需要充分利用屏蔽物体将系统、电路、电子设备有效包围起来，以防止它们受到外界电磁场的影响。目前，电磁屏蔽技术是当前有效解决电磁辐射的方法，能够有效保证电磁兼容，促进电子设备的正常运行。

2.2电磁屏蔽的注意事项

2.2.1电磁屏蔽的时候，一定要注意电磁屏蔽板的放置，一定要将其尽可能地靠近被屏蔽的机械设备，同时电磁屏蔽板要尽可能地与地面相接，这是有效发挥电磁屏蔽效果的关键，越靠近被屏蔽的器械元件，电磁屏蔽板所分布的电容容量就会相应地越大。

2.2.2电磁屏蔽板的时候，电磁屏蔽板的整体屏蔽效果还会相应地受到屏蔽板本身形状的影响，实践证明，屏蔽效果最好的的屏蔽板形状是全封闭状态，并且最好是金属盒电场。

2.2.3电磁屏蔽的时候，电磁屏蔽板选择材料的时候要求也很高，经过实践调查研究，良性导体材料是屏蔽效果最好的屏蔽材料，常见的有铜、铁、铝等，与此同时，还需要注意屏蔽材料的厚度，这个需要根据实际强度灵活把握，只要屏蔽材料的厚度符合强度要求即可。

3接地技术

电子设备结构设计的电磁兼容，还会充分运用到接地技术，接地，并不是字面上理解的与土地地面相连，而是为电源和信号提供回路和基准电位。接地技术的使用有一定规则和标准，而不是随意的。接地技术的使用必须保证接地的安全性，电子设备所使用的金属质地的外壳一定要与地面相接，这是充分保障生命财产安全的重要举措，还能够确保电子设备的有效性和稳定性，保障电子电路的正常运行，杜绝静电损坏等不良情况的出现。接地技术的使用还包括工作接地，工作接地这种方式相信大家都不陌生，主要指的是单板，母板或系统之间信号的等电位参考点或参考平面，这些参考点或参考平台相当于信号回流的安全性通道，原则上认为这个通道的阻抗性是极低的。在使用接地技术的时候，一定要保证工作接地的正常，因为他的好坏直接影响整体的信号质量。因此电子设备结构设计中，熟练掌握工作接地的方法极为必要，不仅能够最大限度地减少电路间的电磁干扰，而且确保了电子设备的电磁兼容，提高了电磁兼容的可能性和稳定性。以下将简单接受接地的主要目的。电子设备接地技术的目的很明晰，就是为了最大程度上减少甚至避免电路之间的彼此干扰。通常我们提到的接地技术的目的有以下三个：

（1）接地技术的使用能够使整个电路系统中的单元电路有一个公共的参考零电位，这是保证电路系统稳定工作必要条件。

（2）接地技术能够有效防止外界电磁场产生的不良干扰。为了避免电荷形成的高压引起电子设备内部起火放电产生不良干扰，可以选用机壳接地，这样可以使大量电荷得以释放，这些积累在机壳上的大量电荷的排放可以减少电磁干扰，保证电子设备的正常运行。此外，要想获得较好的屏蔽效果，还需要根据线路对屏蔽物体进行挑选，并为其选择合适的接地，这样才能保证电子设备的有效运行。

（3）接地技术能够有效保证工作的安全性，如果发生直接雷电的电磁感应，可以有效保护电子设备，避免电子设备的意外毁坏；如果工频交流电源的输入电压由于绝缘不良的原因与机壳直接相通的时候，可以有效保护操作人员的人身安全，以免发生触电事故。因此，接地技术也是有效防止电磁干扰的重要方法，正确使用将会大大减少电子设备使用后的故障发生频率，保证电子设备的正常运行，促进电子行业的发展。

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“三防”设计与工艺

正确、合理地选用材料是“三防”设计的基础。材料的“三防”能力主要取决于材料本身的性质，在不能满足防护要求时则必须对材料表面实施镀涂保护。对于直接暴露在大气中的零件，应该选用耐蚀钢、不锈钢、铝合金等材料。选用材料时，必须清楚材料的腐蚀机理和相容性，避免出现危险性大的腐蚀形式，防止材料间相互作用引起腐蚀和老化。金、铬、镍、钛及钛合金、铝合金、铜合金和不锈钢等都有好的耐腐蚀性。从经济性考虑，一般选用铝合金、不锈钢和优质碳素钢等。有更高要求可采用镀覆金属层和涂覆非金属层联合保护。“三防”结构设计应遵循以下原则：1设备结构外形应尽可能简单。2避免沟槽等易积水和冷凝液结构。3结构缝隙是无法全部避免情况下，采用人为密封方式进行处理。例如，采用刮腻子、喷涂底漆、涂抹密封胶等手段。4避免结构棱角过于尖锐，如果零件形状发生改变时，保证足够圆角过渡。5产品应做好密封，如果考虑通风或者无法做到全密封，对设备要应采取排水措施，排水孔应不小于直径6mm。6电路板在设计时应尽可能考虑垂直放置，如果因为结构空间原因必须水平放置时，应提高母板的结构强度，避免形成积水面。7不同金属接触时，控制电位差不大于0.5V[4]。8对于密封和通风都有很高要求的设备，应该将散热通风孔布置在设备底部，禁止布置在顶部，如果布置于侧面可通过外加挡雨檐等方式处理。通过材料改性和表面镀涂使得设备的“三防”性能进一步提升。对金属材料进行冷、热加工和热处理工艺等改性处理，可改善材料内部组织、消除应力从而提高材料的耐蚀性能。另外，对于焊接件，可通过合理选择焊接工装、参数、次序等工艺措施来减小焊接应力引起的结构形变，减少残余应力造成的晶间腐蚀。通过材料表面镀涂可以在设备及其零件表面生成一层金属镀层或非金属涂层，达到与周围介质隔离的目的，从而起到了防护作用。“三防”镀涂工艺应遵循以下原则：1镀涂层适用条件必须与设备使用环境条件相适应，因为各类镀涂层都有允许的使用条件和范围。2不同镀涂层之间要相容。3零件和设备的表面光洁度要满足镀涂工艺要求。4尽可能选用成熟的镀涂工艺，如采用新工艺，必须进行充分的试验验证。

应用举例

所示为一款某型号电子设备的控制系统机箱。机箱的表面整体采用酸洗、磷化、静电喷涂户外塑粉达到防潮、防盐雾的效果，内部的PCB电路板均喷有“三防”漆。各个箱门与箱体体之间全部装有密封垫，通过弹簧锁关闭箱门是压紧密封垫，从而避免积水，消除缝隙。万一有雨水浸入，通过排水槽也可以将雨水导出。上翻小门开启，方便操作面板操作；小门关闭时，同样通过压紧密封垫实现密封。另外，防雨檐可以起到双重保护的作用。将电连接器布置在机箱底部，利于防水、防潮，连接器选用自身防水等级较高的，进一步提高防水、防潮效果。4结束语目前，对野外设备的可靠性要求越来越高，而设备的“三防”性能直接决定着设备可靠性的高低。因此，不断提高野外电子设备的“三防”性能，是今后野外电子设备研发、生产单位及相关人员关注的重要课题。与“三防”有关的新材料、新工艺和新结构不断出现，如何实现工程化也是一个函待解决的问题。

本文作者：陆玉姣工作单位：机械工业第三设计研究院

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随着经济增长以及电子科学技术的发展，人们对自身健康意识也有所增加，这也在一定程度上推动了医疗电子的发展。医疗电子产品从发展前景上看应当满足三方面要求：便携、节能、安全。这些特点均符合嵌入式产品的特点，因此使用嵌入式系统作为医疗监控设备的平台是一个符合设计思路的方案，同时也是一个符合当前电子产品发展趋势的方案。当今国际形势日趋复杂，医疗电子市场也在此形势下备受冲击，因此发展国产医疗电子就显得势在必行。

1. 嵌入式系统

1.1嵌入式系统的介绍

嵌入式系统，是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的；所以经常称为“固件”。

1.2对嵌入式的应用

对于 Windows CE操作系统下的串口驱动程序，微软公司提供了一套比较成熟的设计方案。但经过对该套串口驱动方案进行稳定性测试后，从数据上反映出该串口驱动方案并不适合做高速大数据量的接收处理，因此并不能满足医疗监控设备用于接收从医疗监测仪器传送来的高速串口数据。笔者采用了DMA通道技术，该方案用于使用DMA在串口控制器和内存储器之间建立映射，并实时控制其数据传输，这样便将 CPU 解放出来，接收效率也将得到大大提高。笔者根据医疗监控设备的需求，定制了一套具有SDRAM、外部存储器、串口设备、以太网控制器、音频设备、显示设备等功能模块的硬件解决方案，并将其制作成集成电路并调试成功。笔者根据医疗监控设备的需求和硬件上具有的各功能模块制作了基于各模块的驱动程序，并将这些设备驱动整合到操作系统中，使得操作系统能够正确识别并正确操作这些设备模块。 根据医疗监控设备的需求使用C++语言在Visual Studio 2005 集成开发环境上开发了一款应用软件，该应用软件能够根据医疗监测仪器采集的心率、血氧、体温参数信息绘制出图像显示在操作界面中，给用户以直观的显示。

2. 医疗设备的架构

2.1硬件电路

医疗监控设备需要 128MB 的内部存储器，使用了两片 32M×16 位的SDRAM。需要将两片 SDRAM并联医疗监控设备使用了非易失性的Flash作为其存储设备，并用到了两种Flash，即NOR Flash和 NAND Flash。NOR Flash与 CPU 连接的接口与标准SRAM完全相同，因此NOR Flash不但能够存储数据，而且能够支持程序在芯片内运行。NOR Flash 是用来存储启动引导程序和操作系统镜像等受保护数据的一个比较好的选择。而相对于NOR Flash，NAND Flash的读取速度略慢，但擦写速度要远快于NOR Flash，并且由于其成本远低于 NOR Flash，因此 NAND Flash 非常适合作为用户存储设备使用。NAND Flash与 CPU的连接接口与SRAM截然不同，因此不支持片上运行，而且读写操作需要转换电路对其接口进行转换。Pxa270电路相对比较简单，适合用在医疗监控设备中。其主要功能包括：充分支持全双工交换式以太网，支持突发数据传输，支持总线8位、16位、32 位的 CPU访问；提前发送和接收。医疗监控设备使用了市面上主流的 Wolfson 公司生产的 WM9713 作为其音频控制芯片，该芯片具有音质清晰、输出功率大、功耗低的特点。医疗监控设备使用 RS485 接口协议作为串行通信方式与外部设备进行通信。RS485 具有信号传递距离远、抗干扰能力强等优点，但全双工特性较弱。但功能需求上来看，RS485 接口更适合于医疗监控设备。 在硬件连接上，CPU自带的串口 TTL电平信号引脚被连接到 RS485 转换芯片上进行电平转换，经过转换的 RS485 信号被连接到插座上与外部设备进行连接。医疗监控设备使用的显示屏为夏普LS037V7DW01 液晶屏。该部分功能信号也具有传输距离远、抗干扰能力强的优点。不过需要在CPU 的液晶控制器和液晶显示屏之间加入 LVDS 转换芯片对其信号进行转换。

2.2数据转送，采集通道

普通串口驱动是分层结构的，分为 MDD 层和 PDD 层。流式驱动的函数接口决定了用户对串口的操作主要分为三类：发送数据、接收数据、其它IO 操作。通过分析可发现，制约串口接收效率的最关键的一步也是 IO 设备和内存之间传送数据不可避免的效率问题。算法停留时间相对较长造成的影响便是影响了 CPU 对中断数量的判断，造成丢失中断响应的可能，进而就会产生丢失数据或者数据错乱的结果。由于Windows CE操作系统是多进程系统，因此还要考虑到在串口接收高速大数据量的同时不影响用户进行的操作，而这些操作同样会占用 CPU 和内存资源，使得本就不堪重负的串口接收变得更加更加困难。DMA 相当于一个控制 IO 设备与内存传送数据的协处理器，其具体工作方式为：DMA在 IO 设备和一段事先申请好的一块内存空间之间建立一个映射，当 IO 设备接收到数据时，DMA 控制器会将接收到的数据传送至映射好的地址空间上，当该快内存空间收满数据之后会向CPU产生一个DMA请求，由 CPU决定该如何处理接下来的工作。使用了DMA通道的串口驱动与普通串口驱动的工作方式完全不同，不再是每收到一包数据便产生一次中断，而是当一整快内存存满数据后才产生一次DMA 请求，而且复制数据的速度也要明显快于从 IO 设备中读取数据。由于医疗监控设备的工作方式是将串口接收到的数据处理之后以图象的形式显示到屏幕上，因此，串口驱动程序的重点便放在了串口的初始化、打开和接收数据上。 在串口驱动的初始化中完成了以下几项工作：申请了四块大小为 7992 字节的内存空间，同时建立了四套内存描述符与申请的空间相关联。然后再对它进行稳定性测试。

2.3功能模块的设计

关于启动引导程序，医疗监控设备的启动引导程序Ethernet Bootloader的核心部分包含 3 个文件，分别为 startup.s，main.c，blcommon.c，其中 startup.s 为汇编代码，是设备上电之后由硬件引导执行的部分，main.c为 Eboot运行的主要执行部分，直接与硬件平台相关，由Eboot开发人员根据项目实际需求进行开发定制，blcommon.c 为 Eboot公有代码，不需要再修改。关于液晶显示驱动，医疗监控设备的CPU Pxa270 内部带有液晶控制器，能够根据开发人员的配置在引脚上输出需要的标准RGB信号，而 LVDS 信号转换器能够将输入的标准RGB 液晶信号转换成为 LVDS 信号输出，不需要软件支持。因此，液晶显示驱动在做好图像处理输出到液晶控制器的数据帧缓冲区中的同时，更重要的便是配置液晶控制器的输出RGB信号的时序，使其能够正常、清晰地显示图像。

结语：在电子技术迅猛发展的今天，医疗设备的种类日益繁多，功能也变得日益齐全，本文研究的医疗监控设备只是众多医疗监控设备中的一种，实现的功能相对简单。主要总结了当前医疗设备和嵌入式设备发展的现状，针对医疗设备领域的各方面需求，利用 Windows CE嵌入式操作系统和设备驱动的科研成果，实现了一个基于嵌入式系统Windows CE平台的医疗监控设备。在许多方面还有不足。■

篇（6）

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0099-01

水轮发电机组中的焊接结构件多为大型构件，对焊缝质量要求高，且焊接熔敷量大。在过去由于采用CO2半自动气体保护焊来焊接水电设备结构件，焊工技术水平的高低直接决定了焊接的质量。而自动化焊接技术则不然，它具有较好的稳定性，能够通过自动化机械装置和自动化控制装置来代替人工焊接作业。采用自动化焊接技术可以大大降低劳动强度、改善劳动条件，还可以有效地节约人工成本及焊丝成本，提高生产效率。本文就自动化焊接技术在水电设备结构件中的应用进行探讨。

1热丝TIG自动焊在模型试验机管路中的应用

热丝TIG焊是指将母材用非熔化的钨电极来进行熔化，同时填充材料采用焊丝，这种方法能够较好地降低母材的稀释率，调节焊接熔池的热输入量，且无弧光、无飞溅、电弧稳定性高，尤其适用于对于焊缝外观要求高的焊缝和精加工坡口。某厂所生产出来的模型试验机中，需要焊接某些管路，这些管路的坡口为精加工坡口，母材为奥氏体不锈钢，完全符合自动化焊接技术的适用范围。所以，利用倾斜钨极的摆动功能，引入热丝TIG自动焊接技术及设计工装来充分熔合窄坡口两壁的母材，用多层多道的熔敷方式来进行相应的焊接，结果证明，焊缝质量为优质。

2底环、顶盖、转轮体上自动化带极堆焊技术的应用

众所周知，转轮体是一种标准的回转件，其实体外形的一致性较佳。应该将工件通过滚轮架或者变位机来将其放置到适当的位置进行带极堆焊。自动化焊接可通过转动转轮体来实现，枪头在自动化带极堆焊过程中可以出于不动的位置。为了大幅度提高焊接质量和焊接速度，可以基于底环、顶盖、转轮体等水电设备结构件的斜面状况和实际尺寸，将普通焊丝用不同带宽的焊带（带宽通常为30～60 mm）来进行代替堆焊。此外，对于底环、顶盖等平面，也可采用自动化带极堆焊技术来进行不锈钢堆焊，起到耐磨、防腐蚀的效果。另外，焊缝表面通常会出现较为明显的凹凸不平现象，会影响到焊接外观，所以，需要在表层进行修饰焊。修饰焊的外观应该满足以下一些要求：①焊缝表面要超过母材表面，及时打磨焊缝表面超标部分，让母材与焊缝表面保持较为圆滑的过渡状态，不能伤害母材，这样也就不会在日后出现锈蚀点；焊缝表面在每侧的宽度应该达到0.5～2.0 mm；③没有出现焊点、夹渣、裂纹、气孔、飞溅、熔合等明显缺陷，外观应该保持均匀一致。

3焊接机器人的应用

焊接机器人主要适用于焊接巨型水电机组，巨型水电机组的水轮机转轮通常都具有450 t，焊接是整个转轮制造最关键的工序，工作量很大，每完成一整的转轮焊接，需要10-12 t的填充焊接材料。自动化焊接技术的应用能够保证焊接质量，也能够大幅度提高焊接的工作效率。通常焊接机器人都会配备双丝埋弧焊、直流埋弧焊两个焊接电源，焊接方法采用埋弧焊接法，每个焊接机头所具有的自由度都为六个，能够实现过渡角焊缝的焊接和坡口填充。但是值得注意的是，巨型水电机组的水轮机转轮由于结构限制和焊接方法制约，很难实现全部自动化焊接，即便采用了大型焊接变位机，60%的焊接量还是都需要通过手工半自动焊接方法来完成，只有40%的焊接量能够通过焊接机器人来完成。

4窄间隙埋弧焊的应用

窄间隙埋弧焊是一种较为成熟、且效率较高的焊接技术，被广泛地应用在制造业的多领域。在水电设备结构件焊接过程中，我们主要将窄间隙埋弧焊用于水轮发电机大轴、水轮机、轴锻件、大厚板拼焊的焊接过程中，经济效益显著，工作效率较高。众所周知，水利发电机组中最重要的部件之一为水轮发电机大轴和水轮机大轴。我国长期以来都是依靠进口采购整体锻件来加工成成品，成本较大、供货困难。为了对这个问题进行解决，最为明智的选择就是自己焊接成整体，只采用轴锻件分段锻制、供货。哈尔滨电机厂有限责任公司采用这种方法已经完成了多个大型水电站机组的水轮发电机大轴、水轮机大轴的焊接工作，基本是焊接一次合格，焊接坡口最深可达450 mm。目前国内制造企业还开发出了分段焊接水轮机大轴、钢板分段卷制的工艺技术，用窄间隙埋弧焊接方法来完成环形焊缝和纵向焊缝的焊接工作，从而大幅度提升焊接制造水平，这使得产品的制造周期大幅度缩短，也能够降低国内企业对于大型铸锻件的依赖程度。

5半自动气体保护焊的应用

由于水电设备结构件结构较为复杂，工序较为复杂，因此，通用的自动化焊接方法应用范围极其有限，焊接辅助时间也较长。半自动气体保护焊接方法也就成为了水电设备结构件的主要焊接方法之一，其主要特点就在于其焊接效率高、工作较为灵活，已经成为了目前发展较快的焊接技术。

6自动埋弧焊小车的应用

自动埋弧焊小车具有下述优点：采用双驱动送丝，寿命长、动态响应快、惯量低、扭矩大，结构紧凑，所有部件均可方便灵活地拆装，满足客户各种实际需要。结构灵活、调整方便，适应多种位置焊接，欢迎埋弧焊机主机厂定制，四轮驱动，手动离合，运行平稳，可靠性好；可焊接碳钢、不锈钢、铜及合金等金属材料；合金钢送丝轮，使用寿命长，生产效率高；三拖板六自由度及组合式丝盘架，可实现多种焊接方式。

7结束语

总之，自动化焊接技术在水电设备结构件制作中具有极为重要的作用，应用较为广泛，能够获得良好的焊缝质量，还可以提高劳动效率，产生较大的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]周利平，韩永刚.我国焊接自动化技术现状及发展趋势[J].科技信息，2011（19）：120-124.

篇（7）

引言

随着电子元器件的高速发展，雷达电子设备的高度集成将不可避免。但同时带来了布局紧张，热流密度大，电磁干扰，防水困难等相关问题。这些问题在多通道阵列模块上显得尤为突出，这就对阵列模块的结构设计提出了更高的要求。

1.优化布局设计

该模块为8通道数字阵列模块内部包含8路收发单元、8路变频、基准源、频率源、8通道数字处理板、分布式电源、功分以及调制等上百个电讯零部件。因此合理的布局尤为重要，结构设计师从方案阶段就需要与其他相关设计师充分交流讨论，并经过多轮反复修改、协商，最终确定最优方案之后。与结构总体就阵列模块的大小及机、电、液等外部接口进行磋商与讨论。与电讯设计师根据信号走向，排列好各功能模块的位置与空间分布，并且预留合理的水道空间和正反面过孔以及垂直互联绝缘子的位置；同时兼顾散热器件的合理分布和分配；固定螺钉及散热水道之间的互相合理避让；内部走线及可操作性进行反复讨论。与环控设计师在散热水道的设计和优化，以及散热翅片的排列和分布进行讨论。与工艺设计师就散热水道的焊接方式及优化可制造性方面进行讨论。待所有的问题全部梳理通顺才能进行详细的工程结构设计。

2.高效散热设计

该阵列模块热耗约974W，其中100W功率管安装外形尺寸为34mm*10mm，热流密度峰值超过20W/cm2，风冷散热已不能满足要求，本方案选用液冷体系。基于冷板功率器件布局与冷却流道一体化设计思路，采用高热流密度高效冷却技术完成阵列模块散热，具体实现途径如下：①引入小型内嵌翅片的液冷通道和流道翅片的边界层截断技术，增大冷却液与冷板结构在热耗集中区的换热面积和停留时间，并利用冷却液在翅片截断处的入口效应和翅片顶端扰动效应来增强冷却液与冷板结构的换热能力；②在冷却流道与器件排布一体化设计基础上，根据器件热耗及其安装特性，采用搅拌摩擦焊的方式在器件安装基板上生成冷却通道，将功率器件直接安装在组件冷板两侧，并采用有效措施降低器件与冷板间的接触热阻。经过优化设计后，在单件阵列模块冷却液流量为4.5升/分钟、进液温度为35℃的情况下，计算显示位于流道最下游的100W功率管温度最高，约为62.6℃，管壳温度约为62.2℃，同类器件温差约3℃，冷却液进出口温差约为4℃，冷板压损约0.115Mpa，满足散热要求。

5.结束语

此阵列模块已通过各项例行试验，各项指标均达到了设计要求。并且随整机参与多次演习与试验，工作稳定可靠。但是，由于电子元器件的高速发展以及新技术，新材料的不断涌现，新的结构设计方法也会不断产生。

参考文献：

[1]GJB 870―90.军用电子设备方舱通用规范[ S].1991.

[2]谢德仁.电子设备热设计. 南京：东南大学出版社，1989 ，12

篇（8）

一、前言

现如今，各行各业运用的电子产品越来越多，电子产品的安全性和使用寿命受到越来越大的重视。而为了保障电子产品的安全性和更长的使用寿命必须保障电子产品的设计原理合理，同时保证结构设计的准确性。本文重点的分析了电子产品结构设计的要求，原则以及影响因素。通过电子产品结构设计要求，原则及影响因素的分析，为以后的电子产品结构设计提供有力的帮助，保障设计出结构更加合理，安全性更高，使用寿命更久的电子产品。

二、电子产品结构设计的要求

第一，功能要求。电子产品归根结底是一件商品，对于使用者来说，满足其功能是其基本的要求。所以，电子产品必须在设计中体现自身的价值。第二，质量要求。电子产品要想有更好的效率和更高的效益，必须质量可靠，同时在结构上必须更加合理，外观美观。第三，结构更加优化。合理优化的电子产品结构主要是从其尺寸，工艺，使用材料等方面体现，通过这些方面的考虑和选择，找到最优化的结构设计方案。第四，结构设计上要满足创新性的要求。现如今，电子产品都能满足自身的功能要求，但要体现其创新性才能有更好的市场，比如多功能的电子产品，外观设计独特，更加吸引人的注意力等等。只有电子产品的创新性做好，产品安全性高，实用性强，外观设计美化，才能有更好的市场。

三、电子产品结构设计的原则

第一，各部分功能满足设计要求的原则。电子产品的基本原则就是设计的各部件，各部分的功能得以满足预先设计，能够满足基本的使用。第二，产品的强度和刚度满足要求的原则。电子产品作为一件商品，其强度和刚度必须满足要求，达到该产品的规范标准要求，只有满足这个原则，才能有更大的使用寿命。第三，工艺和装配上满足要求的原则。电子产品在工艺设计和装配上必须满足电子产品装配的要求，在这个原则满足后，产品才能更好的进行装配使用。第四，满足用户的审美要求的原则。电子产品最终作为商品使用，在满足使用者基本功能需求的基础上，要更加美观，这样才能更好的吸引使用者。

四、电子产品结构设计的影响因素

1、生产和维修方面的因素。电子产品结构设计的过程中，必须考虑后续的生产和维修因素。在设计中必须保障后续的生产更加合理，方便后续的生产，保障后续生产更加流畅合理。同时，在设计时，就必须考虑电子产品的后续维修。因为，一个电子产品不可能在使用中不出现问题，而出现问题后，就必须进行维修，所以在维修上更加方便的电子产品更容易满足要求。这需要设计者在结构设计上就必须考虑好。合理的结构设计，可以在电子产品出现问题进行维修时，能够方便的进行维修，而不破坏电子产品的本体。

2、零部件材料选择方面的因素。电子产品在设计中，零部件材料的选择会直接影响电子产品的使用寿命以及电子产品的安全性。所以，选择合适的材料是非常必要的。这就要求在电子产品零部件材料选择上，必须考虑环保，安全，可回收利用等等因素。在选择材料的时候，不能贪图便宜，要认真选择生产厂家，选择资质齐全，口碑好的材料生产厂家。

3、功能实现方面的因素。功能实现方面因素考虑是保障后续电子产品后续投入使用良好的关键。为了满足功能要求，必须考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局方面的相互影响。保障三者合理的实现功能，同时元器件布局、电路板布线、组件部件布局三者方面不会产生干扰的现象。

4、产品使用寿命方面的因素。电子产品结构设计必须考虑使用寿命的因素。用户购买电子产品首先考虑的就是能够长久使用。所以提升使用寿命，是电子产品设计者必须考虑的重要问题。而为了保障使用寿命更久，就必须设计更加合理，零部件参数选择更加优化，材料选择更加安全等等。

总结：总之，在以后的电子产品设计中，在保障其设计原理合理的基础上，注重其结构设计是非常有必要的，保障结构设计满足国家标准要求，并且根据其应用环境来设计合理的结构，来满足人们的需求，同时保持产品的安全性，保障电子产品使用寿命更长。

参 考 文 献

[1]曹伟智，田野. 产学研背景下的自行车产品设计研究[J]. 美苑. 2015（06）

[2]李晓明，姜红明，任召. 某高密度电子设备结构设计与解析[J]. 科技风. 2016（01）

篇（9）

中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）0006-02

雷达电子设备方舱作为雷达设备以及操作员的主要载体，是雷达系统的主要组成部分[1]。随着社会的进步以及人们对于工作环境的舒适性要求越来越高。方舱内部的结构布局显得尤为重要，其中方舱内部的设计内容主要包括噪音的控制、通风设计、照明设计、色彩与内饰设计以及人机工程设计[2-3]。该文基于传统方舱进行改进，提出新一代方舱内部的结构设计方案。

1 方舱的内部主要构成

电子设备方舱内部的关键设备主要包括显控台、设备机柜、工作台、配套工具以及空调，见图1。方舱的内部结构设计主要根据内部的有限空间进行关键设备的布局，传统的设计方法主要是依据设计经验或设计模具现场体验修正。该文基于现有软件（DELMIA[4]和keyshot）进行方舱内部设备的布局设计以及优化，有效地降低劳动设计强度，减少设计成本，为方舱内部结构布局提供设计依据。

2 方舱内部布局设计

对于方舱内部设备的布局设计，该文借助于人机工程仿真软件DELMIA进行辅助设计，主要是对方舱内人员行为路线、操作区域容膝空间以及可视范围的优化。

2.1 工作行为路线优化

工作人员进入方舱的工作路线主要为：①进仓②打开仓内照明③开启仓内电子设备④开启显控台设备进行仓内工作。整个仓内设备的不同布局会影响到工作人员的工作活动路径。为了能营造更好的工作环境以及提高员工的工作效率及舒适感，本文利用人机工程分析软件――DELMIA进行工作路径的仿真分析。

首先可以直接利用CATIA软件进行方舱三维模型的建立，也可以通过PROE、UG等软件建立方舱三维模型，然后导入DELMIA软件的人机仿真工作环境内。操作人员的建立，利用DELMIA软件中的Human Builder功能设置工作人员身高、性别等相关参数可以方便快捷的建立出工作人员的三维模型，见图2。

基于以上初步工作的完成，借助于DELMIA的人机仿真平台按顺序创建工作环境、创建流程计划、创建仿真、增加仿真动画、分析仿真动作。经过此一系列步骤即可生成操作人员的仓内工作动画，并进行工作路径的优化，见图3。对于不同的方舱内布局，可以用同样的方法进行方舱内人员工作路径的仿真优化，设计出舱内设备的初步布局。

2.2 容膝空间分析

工作人员在进行操纵工作的过程中，如何才能确保具有合理的容膝空间，使得人员能工作得更舒服，这是个方舱设计的关键问题。该文借助DELMIA仿真软件进行工作人员容膝空间和工作视角分析，以2.1节中建立的方舱和工作人员模型，进行工作容膝仿真，见图4。通过容膝分析可以优化显控台工作平台的结构设计。

2.3 视角分析

在整个舱内行径分析的过程中，可以借助于DELMIA的Open Vision Window功能对工作人员的视角范围进行实时监测，如图5所示。

图5（b）表示工作人员走向显控台某一时刻（见图5a）的视野范围内所见。在借助于软件分析过程中，可以时刻显示工作人员在动态行径过程中任意时刻的所见。通过此分析可以优化布局使得工作人员在舱内工作过程中具有更加宽广的视野范围。

3 结语

该文基于人机工程仿真软件――DELMIA，提出了一种电子设备方舱舱内布局设计的新方法。利用该文提出的方法可以更加直观的对舱内工作人员行径路线、容膝空间以及视角范围进行分析。对不同的舱内布局进行比对分析，从而设计出更优的舱内设备布局。基于人机工程仿真软件的舱内布局设计，可以降低设计成本，缩短研发时间，降低劳动强度。

参考文献

[1] 杨会越.雷达方舱的布局设计探讨[J].电子机械工程，2008，24（6）：14-17.

篇（10）

1.前言

热设计是电子设备设计的重要内容之一，是保证整机性能、提高整机可靠性的重要因素。本文为了保证某电子产品在指标要求的温度下可靠的工作，根据其耗散功率，元器件集中程度，元器件温升以及环境温度要求、可靠性指标等进行分析，选择合适的散热手段。

2.散热方式的选择

本文研究对象的结构形式如图1所示。

图1 某电子设备的结构示意图

其特征尺寸为：V=53×40×30=636003

则：体积热流密度q（体积发热系数）为：

q=P/V=280/63600=0.0044（W/3）

图2 体积发热功率系数

图3 行波管安装示意

由图2所示的各种冷却方式的冷却能力范围看，该设备的热流密度q为0.0044W/3小于自然散热方式的能力限值（0.009 W/3），采用自然散热的方式是可行的，为可靠起见，尽量采用金属导热的形式对主要发热部件如行波管等进行冷却，在结构设计中，铸件舱体外增加了加强筋，在提高了整个铸件刚度、强度的同时增大散热面积;在行波管的安装处设计了铝合金导热风道，安装了风机，行波管紧贴风道安装，涂导热膏，风道紧贴舱体侧壁安装，均保证压力在20/2左右，如图3所示。这样行波管散出的热量通过铝合金风道一部分传导到舱壁，一部分被及时带走，在舱体内部形成循环，使舱体内部温度均匀，机箱内表面氧化成黑色，热量通过金属传导到外表面，使舱壁各面均参与换热，从而达到降温的目的。

3.热设计校核计算

该电子设备的总功率约为280W，其中主要发热体为行波管，根据行波管的工作效率情况，我们按照其中80%的功率产生热量来计算散热。即需散去的热量为：

Q总=280×80%=224W。

自然散热的方式主要是通过两种途径，自然对流和热辐射。

通过自然散热散去的总热量为：Q总=Qc+Qr

其中：Q c为自然对流散去的热量;Qr为热辐射散去的热量。

机箱内允许达到的最高温度为：+70℃;外界环境温度取：+50℃

先计算自然对流散去的热量Q c：

Q C=αSΔt ①

式中：α为对流放热系数;S为表面积;Δt为机箱表面与外界环境的温度差。

②

式中：为努谢尔特数;λ为导热系数;L为特征尺寸。

根据自然对流换热的通用准则方程：

③

式中：Ra=Gr・Pr为雷莱数;Gr为葛拉晓芙数;Pr为普朗特数;C为系数;n为指数（层流时取，紊流时）。

其中：Gr=;β为体积膨胀系数;v为运动粘度。

定性温度为：

tm=（70+60）/2=60℃;

特征尺寸取侧壁高：

L=0.3m;

β=;

查表得：

Pr=0.696;

λ=2.90×10-2W/m℃;

v=18.97×10-6m2/s

则：葛拉晓芙数：

Gr=

雷莱数：Ra= Pr・Gr=0.696×4.42×107=3.07×107

由此可知各侧面属于层流换热;但在顶面上有2×107

图4 加强散热筋结构形式

现将各换热面参数及可散去热量根据查表及式①、式②、式③计算后列表如表1所示：

表1

由表1可得：通过自然对流散去的热量QC为：

QC=36.12+16.93+7.21+29.68=89.94（W）

再计算热辐射散去的热量Q r：

Qr=5.67S

式中：S为表面积;T1为舱体表面温度;T2为周围环境温度;ε为系统黑度系数（雷达外表面涂绿色防护漆：ε取0.9）。

S=0.426+0.284+0.284+0.35=1.344

则：Qr=5.67×1.344×（3.434-3.234）×0.9=202.79W

通过自然散热可散去的总能量为：

Q总=Qc+Qr

Q总=89.94+ 202.79=292.73W>224W

4.结论

篇（11）

2.理论基础

电子设备结构中常见的电磁干扰方式主要有传导干扰和辐射干扰两种，因此电磁兼容（EMC）设计的主要方法有屏蔽、滤波、接地等。

2.1屏蔽

电磁屏蔽是利用金属板、网、盖、罩、盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播所采取的一种结构措施。常用的方法有静电屏蔽，磁屏蔽和电磁屏蔽。电子设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计时，必须根据产品所提出的抗干扰要求进行有针对性的电磁屏蔽设计。屏蔽通常有静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽三种。

2.2滤波

电路中的干扰信号常常通过电源线、信号线、控制线等进入电路造成干扰，所以对公用电源线及通过干扰环境的导线一般均要设置滤波电路。

2.3接地

接地问题在电磁兼容性设计中也是一个极其重要的问题，正确的接地方法可以减少或避免电路间的互相干扰。根据不同的电路可用不同的接地方法。通常组合单元电路接地有串联一点接地、并联一点接地和多点接地三种方式。整机接地方式也是保障产品电磁兼容性的主要措施之一。由于其功能不同，故电路差别甚大，接地状况也不大相同。一般常用的方法是：将模拟电路、数字电路、机壳分开，各自独立接地，避免相互间的干扰，最后三地合一接入大地，这种方式较好地抑制了电磁噪声，减少了数字信号和模拟信号之间的干扰。

3.机箱EMC的结构设计

一电子设备中的机箱，机箱有电源线、信号线、控制线等的穿入及穿出以及散热用的通风孔、调节用的调节孔、显示窗等，同时机箱也是由多个零件组合而成，各部分的连接处难免有泄漏。如何抑制电磁能从上述因素中泄漏，就成了电磁兼容性的关键。在这里仅介绍几种结构设计中比较简单可行的方法：

3.1缝隙的屏蔽

缝隙指的是连接后要拆卸的，如机箱上下盖、前后面板和箱体的连接缝，这类连接通常用螺钉来紧固。这类情形增加屏蔽效能的途径有如下：

（1）增加缝隙深度，也就是增加箱体与盖板的配合宽度。

（2）在结合处加入导电衬垫或者提高结合面的加工精度，即减少缝隙长度。一般比较经济的办法是在接合面安装导电衬垫。这样既可以减少缝隙泄漏，又不要求接合面有很高的加工精度。

（3）接合面上涂上导电涂料：在用螺钉、铆钉紧固的交叠接缝处，由于配合表面微观上是凹凸不平的，接合面上只能是部分点接触；而导电涂料是一种呈流体状的液体，极易流入缝隙，填补结合面上的不平部位，可显著地改善接合处金属之间的电接触使用时应先把接合面上的不导电物质清除干净。对于那些易遭腐蚀的接缝也可用这种涂料来减小腐蚀。如果接缝的配合表面过于粗糙，孔隙很大，应先用导电填隙料把孔隙填平。导电填隙料具有如同油灰的粘稠性，可像刮底漆那样嵌撵。

（4）缩短螺钉间距：接合面不加导电衬垫时，应在结构可能的条件下尽量增加连接螺钉数量，减小螺钉间距，使缝隙长度相应减小。

3.2通风孔的屏蔽[3]

为了满足机箱内部通风散热的要求，有时必须在箱体上开设通风孔。因此，也必须对通风孔进行电磁屏蔽，这类情形增加屏蔽效能的途径有如下：

（1）窗口上覆盖金属丝网：金属丝网覆盖在通风孔上的结构形式有两种，一种是采用焊接方式安装，这种方法使金属网与屏蔽体之间有良好的电接触，但工艺复杂，金属网性能变坏以后又难以更换，且焊接时易破坏周围的保护层，所以很少采用这种方法。另一种是采用环形压圈通过紧固螺钉把金属网安装在屏蔽体的通风孔上。安装之前，应把配合面上的绝缘层、氧化层、油垢等不导电物质除去，并应安装足够数量的螺钉以获得连续的接触。这种安装方式，只要在结构和工艺上仔细考虑，即可使金属网与屏蔽体之间获得良好的电接触，所以应用比较广泛。

（2）用穿孔金属板作通风孔：用许多小孔代替大口径的通风孔是提高屏蔽效能的有效方法，它可以直接在屏蔽体上开许多小孔，亦可单独制成穿孔金属板安装到屏蔽体的通风孔上。与金属网相比，穿孔金属板的特点是屏蔽体性能稳定，因为它不存金属编织网固有的网丝交叉点接触电阻不稳定的问题。在屏蔽壁上直接开小口径通风孔,具有结构与工艺简单、成本低等优点，实际应用已较普遍。

（3）采用截止波导式通风窗：金属丝网和穿孔金属板在较高频下屏蔽效能都要下降,特别是当孔眼尺寸与电磁波波长可比拟时，则孔眼将引起严重的泄漏。在较高频以上，欲有高的屏蔽性能，且通风良好，可采用截止波导式通风孔板(如蜂窝状通风孔板)，它与金属丝网和穿孔金属板相比有如下优点：工作的频段宽，即便到微波频段仍有较高的屏蔽性能；对空气的阻力小，风压损失少；机械强度高，工作可靠稳定。

3.3表头孔的屏蔽

电子设备的机箱面板上往往装有指示电参数的表头，安装表头需在面板上开相应尺寸的孔。为防止从表头孔中泄漏电磁能量，结构上有两种方法可供选用：

（1）在表头背面进行附加屏蔽，且在面板和屏蔽体之间加入导电衬垫以减少缝隙，改善电接触，穿入屏蔽体的表头引线由装在屏蔽体上的穿心电容引入，使引线感应的干扰信号旁路到地。

（2）表面上覆盖导电玻璃：表面覆盖导电玻璃盖时，必须确保导电玻璃的导电层与面板有良好的电接触，通常在连接处加入导电衬垫。由于导电玻璃主要对电场和高频电磁场有屏蔽作用，所以表头本身最好具有屏蔽作用，或者采用带有细金属网夹层的导电钮子开关和指示灯的附加屏蔽玻璃，这样对磁场也有一定的屏蔽效能。

3.4开关、指示灯的屏蔽

电子设备的机箱面板上均装有电源开关或工作状态的转换开关。较常用的有两类，一是钮子开关，二是按钮开关。它们都可以泄漏电磁能量。钮子开关的防泄漏安装结构是在面板与开关端面间衬入导电衬垫。按钮开关和指示灯的防泄漏可采用附加的屏蔽罩。引线的穿入处应采用穿心电容或插针式滤波连接器，防止电磁能量通过引线泄漏。较简单的指示灯屏蔽可在灯罩上覆盖导电玻璃。并使导电玻璃与面板保持良好接触。

3.5显示屏的屏蔽

带有阴极射线管的电子设备,如示波器、计算机终端监视器等，在阴极射线管的开口处电磁能量很容易泄漏，把阴极射线管的屏蔽罩与机箱连成一个整体，并保持电气上的连续性。若阴极射线管屏蔽罩采用铁磁性材料，则能有效地实现磁屏蔽，使显示的图像不受周围杂散磁场的影响。对于信息处理设备的终端显示器而言，由于它的主要目的是防止信息的泄漏，采用上述屏蔽措施是远远不够的。对于信息设备的显示器，防止周围干扰磁场不是主要目的，关键是要防止信息从显示器屏幕的开口处向外界泄漏，所以必须对显示器屏幕进行屏蔽。它还要求屏蔽层有一定的透光性，不影响观察。常用的方法有两种：

（1）屏幕上覆盖导电玻璃或导电塑料，使导电玻璃的导电层与机箱有连续的电接触。这种方法对屏蔽电场和平面波场较为有效，但对磁场几乎没有屏蔽作用。

（2）屏幕上覆盖金属丝网或导电玻璃与金属丝网的复合层。要求金属网不影响观察，为了提高屏蔽效能，最好把交叉点都焊上。采用金属网与导电玻璃复合层既能屏蔽磁场(交变的)，也能屏蔽电场和平面波场。

3.6电源线的处理

屏蔽机箱的电源线必须通过电源滤波器才能引入机箱，滤波器应有良好的屏蔽。安装时要注意两点：

（1）滤波器应安装在电源线的入口处。

（2）电源滤波器的安装不能破坏机箱的屏蔽，因此滤波器屏蔽罩必须与机箱壁板有连续而良好的电接触。

3.7保险丝座的屏蔽

单个保险丝座的屏蔽用金属帽盖把保险丝座覆盖起来，帽盖内装弹性簧片使其与机箱有良好的电接触。多个保险丝座的屏蔽把设备的所有保险丝集中起来，用附加屏蔽罩将其屏蔽，附加屏蔽罩的结构和安装与表头孔的附加屏蔽相似。

4.总结