Three-ProofingDesignandItsApplicationinConfigurationDesignofDigitalWalkie-Talkie
陈勇CHENYong曰徐中亮XUZhong-liang（广州海格通信集团股份有限公司，广州510663）（GuangzhouHaigeCommunicationsGroupIncorporatedCompany，Guangzhou510663，China）
摘要院通过对数字对讲机在严酷环境条件下产生故障模式的原因分析，得出结论：三防设计的缺失是导致对讲机失效最主要因素之一。本文以手持式数字对讲机的结构设计为研究对象，运用三防设计的设计原则和方法，优选材料，减小结构设计对产品性能的影响。从而，大大提高数字对讲机在恶劣环境中的适应性，降低产品故障率。
Abstract:Byanalyzingthereasonofthefaultofdigitalwalkie-talkieunderharshnaturalenvironmentcondition,onecandrawaconclusionthatthedefaultofthree-proofingdesignisthemostcriticalfactorsofcausingelectronicsproductsbeingunabletowork.Thearticleisbasedonconfigurationdesignofhandhelddigitalwalkie-talkie,applyingrationalprinciplesandmethodsofthree-proofingdesign,optimizingmaterialandminimizingtheinfluenceofconfigurationdesignforproductperformance.Therebyitcanhighlyimproveproductenvironmentaladaptabilityunderbadenvironmentconditionandreducethefaultrateofproduct.
关键词院三防设计；数字对讲机；结构设计Keywords:three-proofingdesign；digitalwalkie-talkie；configurationdesign
中图分类号院TN802文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）16-0047-020
引言21世纪，数字对讲机是现代指挥专用的主要无线通信方式，在实际的工作状态中，所发生的故障约一半是由环境因素导致的，其中90%以上是由温度、盐雾、湿度、霉菌和振动造成的。换句话说，设备的可靠性与环境因素有着重大关系。
在电子通信行业中，三防设计一般定义为防潮热设计、防盐雾设计和防霉菌设计。电子装备的“三防”性能，已成为系统整机重要的性能指标之一。随着现代通信技术的高速发展，工程师越来越重视三防设计，采用三防技术设计的数字对讲机，能有效降低设备的故障率，提高产品可靠性和适应使用环境能力。因此，加强产品的三防结构设计，减小环境对设备性能的影响，是产品设计中的重要环节。
1结构设计对产品性能的影响专用数字对讲机使用环境比较恶劣，采用三防技术设计的产品可适应野战的高低温，潮热，盐雾等严酷气候条件，并且能够长期稳定、可靠地工作。三防结构设计是三防设计完善与否的关键之一[1]，通过结构设计体现出三防设计的要求。因此，在电子设备的产品设计中，整机结构设计是否合理，不仅决定产品的成本高低，同时影响产品的使用性能。
当前，数字对讲机的结构设计存在诸多缺陷，主要体现以下方面：淤密封性差，防水防潮性能弱，导致对讲机在雨天或者潮湿气候条件下不能正常使用；于材料选择或者工艺处理不当，导致产品在盐雾环境使用时不能有效抵抗盐雾腐蚀，甚至断裂；盂我国南方及沿海地区气候较潮湿，产品放置一段时间后就会发霉。
为解决上述不合理问题，需将三防设计的原则和方法融入结构设计中，从而提高对讲机的环境可适应性，机械性能以及电气性能。
2三防结构设计三防技术是涉及结构设计、电子元器件装配以及工艺和生产技术管理等内容的综合性系统工程[2]，其中结构设计为主要内容。运用三防设计的原则和方法，解决数字对讲机结构设计存在的不合理问题，主要考虑如下几点：2.1防潮热结构设计在三防设计中，防潮热设计主要是防水设计。数字对讲机由于体积小、重量轻、电子元器件之间的间隙小，其采用的防潮热设计方法如下：淤优选防火、防锈蚀的合金材料；于在数字对讲机表面涂覆保护层以防止锈蚀；盂整机采用外壳密封防水，将电子元器件与周围环境隔离，不与外界的空气、水或其他腐蚀介质接触。
依照《GB4208-93电子产品外壳防护等级》标准，手持式数字对讲机属于外壳结构防水且不怕腐蚀的小型通信设备，其整机的防水等级为IPX7。为便于更快、更直观地检测产品的气密性，采用充气检测法代替浸渍试验。表1为数字对讲机气密检测的试验参数。
为达到要求的防水等级，数字对讲机结构设计时主要采用防水圈、防水双面胶及局部封胶等防水形式。如果防水等级要求比较高，可采用二次啤塑及超声波焊接方式防水[3]。以手持式数字对讲机为例，具体防水结构设计如下：淤受话器前腔的出声孔使用防水透气膜，既起到防水作用，也可以透气透声。
于采用硅橡胶密封圈防水方式。1）前壳和中壳以及中壳和后盖配合处采用截面为圆形，邵氏硬度为45依5毅的硅橡胶密封圈防水，使数字对讲机成为一个密闭的腔体；2）功能旋钮和中壳局部配合处采用O型圈密封；3）硅胶按键周圈设计的半圆型凸台与前壳配合起到防水作用。
盂采用防水胶的密封方式。如视窗玻璃和前壳，充电座周圈与后盖之间的配合面可以采用3M双面防水胶，以起到密封防水作用。
榆电池上，下壳体材料都为PC或ABS，通过超声波焊接的方式，将电池上下壳体焊接为一整体，同样可以达到良好的密封防水效果。
2.2防盐雾腐蚀的结构设计盐雾环境会引起手持式数字对讲机的腐蚀，甚至影响整机的使用性能。按照《GB/T2423.17电子产品防盐雾测试》的试验方法：需要将对讲机放置在氯化钠含量为5依1%的盐溶液，温度为35依2益的试验箱中，承受连续喷雾时间为48h的试验，且连续喷雾每24h检测一次盐雾的沉降率和pH值。试验结束后，检测喷雾后收集液的pH值是否在6.5耀7.2范围内，并将设备在正常的试验大气条件下放置48h，然后进行全面直观检查及性能检测，如果没有任何盐雾腐蚀迹象，样品试验合格。图1所示，盐雾试验样品为镁合金AZ91B，采用阳极氧化处理，可以抗连续盐雾试验48h。
防盐雾设计的原则是：淤选用耐盐雾腐蚀性材料，金属一般选择合金为最佳；于元器件要有一定的覆盖层防护；盂合理的结构设计。依上述设计原则，在结构设计方面主要考虑以下3点：淤优选耐盐雾腐蚀材料。由于工作环境恶劣，对讲机设计需要优选耐蚀性强的材料。相较镁合金，铝合金本身耐蚀性强，一般大气条件下，镁合金需要加保护层，而铝合金只有在严酷的大气条件下才加保护层[4]。如表2所示，铝合金和镁合金在不同的后处理方式下的抗盐雾试验时间对比，其中镀层厚度均为7滋m。
于采用表面涂覆层保护。1）由于紧固螺钉的十字槽处易磨损，应使用奥氏体不锈钢，如：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)并钝化处理，满足强度要求同时也可以通过中性盐雾试验48h无腐蚀；2）外露的充电触点选用黄铜材料，且表面覆盖层采用镀金方式，镀层厚度为3滋m；3）铝合金LY12壳体可以采用阳极导电氧化寅磷化底漆寅喷褐绿色塑粉。
盂设计合理的结构。考虑涂装和维修的方便，设计时尽可能采用简单、合理的结构方式。例如，前壳需要暴露在外，设计时采用开放式的百叶窗结构形式，可以避免残余水分积聚和灰尘积存，起到良好防护作用。
2.3防霉菌设计在湿热环境中，对讲机极易遭受霉菌侵蚀，因此，防霉设计是湿热环境下对讲机环境防护设计的重要内容。数字对讲机采用铝合金材料，霉菌试验仅作外观检查，试验周期28天。其具体测试内容：在温湿度交变环境下进行，每24h循环一次。植入试验要求菌种，试验结束时，立即检查样品表面霉菌生长情况，按表3评定试验结果。
由于工作环境的特殊性，数字对讲机在结构设计上的防霉菌措施是：淤选用抗霉菌性能强材料。优选不易发霉的铝合金材料；于加入防霉剂和合理的表面涂覆。比如橡胶表面需要添加水杨铣苯胺的防霉剂，而金属外壳表面可以喷涂防霉漆，既美观又可以防霉；盂防霉包装、密封。金属外壳密封前，零部件用强紫外线进行照射，同时密封的内腔充入高浓度的臭氧，防止和抑杀霉菌，能起到有效防护作用。
3结论三防技术是一项复杂且与结构设计紧密联系的系统工程，随着新技术、新材料、新工艺的广泛应用，“三防技术体系”得到逐步完善。结构设计师在设计产品时应考虑整机的三防设计要求，大大提升产品的环境适应能力。如今，随着人们对产品质量的要求越来越高，采用三防设计的数字对讲机逐步走进人们日常生活中。
参考文献院[1]刘欣，刘继芬.三防技术分析与应用[J].电子工艺技术，2010,31(6):354-357.[2]王健石，胡克全,吴传志.电子设备结构设计手册[M].北京:电子工业出版社,1993.[3]盛海华，王李芳.电子产品的防水方式设计[J].应用技术，2013,10:191.[4]邱成悌，赵惇殳,将全兴.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社,2001.作者简介院陈勇（1974-），男，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向为电子通信产品结构设计；徐中亮（1984-），男，湖北仙桃人，硕士研究生，研究方向为电子通信产品结构设计。