Продолжительность: 2 часа (90 мин.)
8.1 Основные вопросы
- защита конструкции ЭВМ от воздействия влажности;
- герметизация корпуса и отдельных узлов ЭВМ;
- понятие прочности конструкции;
- устойчивость конструкции к механическим воздействиям;
- жесткость конструкции;
- собственная частота колебаний конструкции;
- паразитные связи и элементы;
- причины возникновения помех;
- защита от помех.
Текст лекции
8.2.1 Защита ЭВМ от воздействия влажности – до 30 мин
Как правило, от прямого воздействия воды ЭВМ не защищена и не должна эксплуатироваться при таких условиях. Конструкции ЭВМ защищают от воздействия содержащихся в атмосфере водяных паров.
Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется использованием соответствующих материалов и покрытий; усиленной вентиляцией сухим воздухом; поддержанием внутри изделия более высокой, чем в окружающей среде, температуры; герметизацией корпуса.
Для защиты металлических конструкций от коррозии на них наносятся защитные покрытия. Применяются металлические, химические и лакокрасочные покрытия.
При высокой влажности коррозия протекает более интенсивно при контактировании металлов с различными электрохимическими потенциалами. При использовании металлических покрытий материал покрытия образует с материалом защищаемой детали гальваническую пару и, если целостность такого покрытия нарушается, то происходит коррозия и разрушение либо материала детали, либо материала покрытия. В зависимости от полярности электрохимического потенциала различают покрытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к потенциалу основного металла детали) и катодные (положительный потенциал покрытия по отношению к потенциалу основного металла детали). При анодном покрытии будет разрушаться само покрытие, а основной материал детали разрушаться не будет. При катодном покрытии – наоборот.
Химические покрытия получают методами оксидирования (получение оксидной пленки на стали, алюминии и его сплавах), анодирования (нанесение покрытия на алюминий и его сплавы электрохимическим способом), фосфатирования (на стали), азотирования. Химические покрытия менее стойки по сравнению с металлическими.
Лакокрасочные покрытия имеют низкую механическую прочность и термостойкость.
Наиболее эффективным способом защиты ЭВМ от воздействия влаги является полная герметизация блоков и шкафов путем помещения их в герметичный кожух. При данном способе также достигается защита аппаратуры от перепадов атмосферного давления и от воздействия пыли и вредных веществ из окружающей среды. Проектировщик должен дополнительно разработать способы герметизации внешних электрических соединений, элементов управления и индикации. При большой разнице давлений внутри и снаружи корпуса его стенки должны противостоять значительным усилиям. Этот метод защиты самый дорогой и его применяют только в случае необходимости.
Значительно чаще применяют герметизацию модулей нулевого и первого уровней.
Модули нулевого уровня конструктивной иерархии ЭВМ (ИМС, ЭРЭ, а также микросборки) обычно либо помещают в герметичные корпуса, либо применяют бескорпусные методы герметизации (обволакивание, заливку или опрессовку различными полимерными материалами). Модули первого уровня конструктивной иерархии ЭВМ (печатные платы, соединительные кабели и др.) герметизируют путем покрытия лаком, заливки эпоксидной смолой, опрессовки герметизирующими компаундами. Степень защиты определяется влагопроницаемостью используемого материала, толщиной слоя и адгезией с элементами конструкции (особенно с выводами).
8.2.2 Защита конструкций ЭВМ от механических воздействий – до 30 мин
Допустимые уровни механического изменения конструкции определяются ее прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.
Прочность конструкции – способность аппаратуры выполнять свои функции и сохранять свои параметры после приложения механических воздействий.
Устойчивость конструкции к механическим воздействиям – способность аппаратуры выполнять свои функции и сохранять свои параметры во время приложения механических воздействий.
Откликом или реакцией конструкции на механические воздействия называют любые формы преобразования энергии данного воздействия.
Откликами могут быть:
· механические напряжения в элементах конструкции;
· перемещения и соударения элементов конструкции;
· деформации и разрушения конструктивных элементов;
· изменения свойств и параметров конструкции.
Основными параметрами любой конструкции с позиции реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое сопротивление (демпфирование).
Под жесткостью конструкции понимается ее способность противостоять действию внешних нагрузок с деформациями, не допускающими нарушение ее работоспособности.
Количественно жесткость оценивается коэффициентом жесткости λ:
λ = P / δ,
где P – действующая сила, δ – максимальная деформация.
Механическую прочность элементов конструкции проверяют методами сопротивления материалов и теории упругости. При расчетах детали сложной конфигурации заменяют упрощенными моделями – балкой, пластиной, рамой.
Во избежание явлений резонанса проводятся расчеты по определению собственной частоты колебаний конструкции ЭВМ f0, которая затем сравнивается с частотами предполагаемых внешних вибрационных воздействий. Обычно конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, но расчет выполняется только для низших значений f0, так как в этом случае будут наблюдаться максимальные деформации конструкции. Если низшее значение f0 входит в спектр частот внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения f0. В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота конструкции f0 не должна находиться в спектре частот внешних воздействий.
8.2.3 Защита ЭВМ от воздействий помех – до 30 мин
При практической реализации электрической схемы устройства возникают паразитные связи и помехи.
Паразитная связь — не предусмотренная электрической схемой и конструкцией связь между элементами устройства или устройством и внешней средой, приводящая к появлению помех.
Паразитные элементы — не предусмотренные электрической схемой элементы. Паразитные связи и элементы являются следствием неидеальности практической реализации электрической схемы.
Помеха – не предусмотренный при проектировании ЭВМ сигнал, способный вызвать нарушения функционирования аппаратуры, искажения передаваемой и хранимой информации.
Помехами могут быть напряжения, токи, электрические заряды, напряженность поля и т.п. Источники помех могут быть как внутренние, так и внешние.
Внутренние помехи возникают внутри работающей аппаратуры. Источниками электрических помех являются блоки питания, цепи распределения электроэнергии, термопары и т.п. При наличии пульсаций выходного напряжения вторичных источников электропитания цепи распределения электроэнергии, тактирующие и синхронизирующие цепи следует рассматривать как источники электромагнитных помех. Значительные помехи создают электромагниты, электрические двигатели, реле и электромеханические исполнительные механизмы устройств ввода и вывода информации. Внутренними помехами являются помехи от рассогласования волновых сопротивлений линий связи с входными и выходными сопротивлениями соединяющих эти линии модулей, а также помехи, возникающие по земле.
Под внешними помехами понимаются помехи сети электропитания, сварочных аппаратов, щеточных двигателей, передающей радиоэлектронной аппаратуры и т.п., а также помехи, вызванные разрядами статического электричества, атмосферными и космическими явлениями. Помехи проникают в аппаратуру непосредственно по проводам и проводникам (гальваническая помеха), через электрическое (емкостная помеха), магнитное (индуктивная помеха) или электромагнитное поле. Проводники, входящие в состав любой аппаратуры, можно рассматривать как приемо-передающие антенные устройства, принимающие или излучающие электро-магнитные поля.
Помехи делят на шумы и наводки.
Наводки — это помехи, возникающие вследствие появления паразитных связей.
Шумы — это электрические сигналы, возникающие в электронных приборах независимо от наличия внешних связей и сигналов. Шумы являются следствием неидеальности характеристик электронных приборов, резисторов и конденсаторов. Шумовые параметры приводятся в технических условиях на элементы. Уровень шумов слабо зависит от конструкции изделия. Шумы обусловлены статическими флуктуациями носителей зарядов в проводниках и электронных приборах.
Помехи в цепях связи и сигнальных цепях могут быть оценены в процессе проектирования. Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по цепям ЭВМ, следующие:
• отражения от несогласованных нагрузок и от различных неоднородностей в линиях связи;
• затухание сигналов при прохождении их по цепям последовательно соединенных элементов;
• ухудшение фронтов и задержки, возникающие при включении нагрузок с реактивными составляющими;
• задержки в линии, вызванные конечной скоростью распространения сигнала;
• перекрестные помехи;
• паразитная связь между элементами через цепи питания и заземления;
• наводки от внешних электромагнитных полей.
Для защиты от помех в электрических сетях используются сетевые фильтры. Для ослабления нежелательного возмущающего поля в конструкцию включают специальные экраны.
Радикальным способом устранения гальванической помехи является устранение цепей, по которым проходят совместные токи питания и земли, чувствительных к помехам схем. Эффективным схемным средством селективного ослабления помехи при отсутствии ослабления и искажения сигнала является использование помехоподавляющих фильтров.
Экраны включаются в конструкцию для ослабления нежелательного возмущающего поля в некотором ограниченном объеме до приемлемого уровня. Возможны два варианта защиты. В первом случае экранируемая аппаратура размещается внутри экрана, а источник помех – вне его (при защите от внешних помех). Во втором – экранируется источник помех, а защищаемая от помех аппаратура располагается вне экрана (при защите от внутренних помех). В ЭВМ функции экранов чаще всего выполняют кожухи, панели и крышки приборов блоков и стоек.
Дата: 2019-05-28, просмотров: 268.