沈援海，李強(qiáng)，嚴(yán)東升，郎春華

（中移（杭州）信息技術(shù)有限公司，杭州 311121）

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的需要,需要安裝監(jiān)控?cái)z像頭的地方越來越多，不僅僅是學(xué)校、工作場(chǎng)合、商場(chǎng)的內(nèi)部安裝攝像頭來監(jiān)控全局，不僅僅可以記錄下發(fā)生的情況，還可以保障人的安全。在大街小巷的室外場(chǎng)合,監(jiān)控?cái)z像頭更是大量運(yùn)用，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)室外進(jìn)行全局監(jiān)控。而室外攝像頭使用壽命和安全性能受沙塵、雨水等外界環(huán)境影響，一旦產(chǎn)品進(jìn)水引起短路，產(chǎn)品容易燒毀造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。所以，為了保證攝像頭的安全性和正常使用，消費(fèi)者對(duì)室外型攝像頭提出了較高的防水性能要求。本文將針對(duì)攝像頭的外殼防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行淺析，并介紹浸水（壓力等效）試驗(yàn)和氣密等效試驗(yàn)這兩種試驗(yàn)的方法及優(yōu)缺點(diǎn)，以期為業(yè)界提供參考[1]。

1 IPX7防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解析

目前室外攝像頭通常采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4208-2017 《外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）》中的IPX7的標(biāo)準(zhǔn)。IP是 Ingress Protection的縮寫，IP代碼表明外殼對(duì)人接近危險(xiǎn)部件、防止固體異物或水進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)。其由代碼字母IP（國(guó)際防護(hù)）、第一位特征數(shù)字、第二位特征數(shù)字、附加字母以及補(bǔ)充字母組成。其中“IPX7”等級(jí)要求的含義為防短時(shí)間浸水的影響，要求將外殼浸入水中并且外殼底面在水面下至少1 m，外殼頂部至少在水面下15 min，持續(xù)30 min后，取出檢測(cè)產(chǎn)品查看內(nèi)部進(jìn)水量，未達(dá)到有害程度[2,3]。

2 浸水（壓力等效）試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)環(huán)境

浸水（壓力等效）試驗(yàn)時(shí)，推薦環(huán)境條件如下：溫度：15~35 ℃；相對(duì)濕度：25~75 %RH；大氣壓力：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

2.2 試驗(yàn)方法

一般的室外型智能攝像頭外型尺寸為長(zhǎng)×寬×高=250 mm×100 mm×80 mm，其中高度為80 mm。

同時(shí)我們通過以下公式（1）得到水下不同位置產(chǎn)生的壓力值，然后使用壓力浸水試驗(yàn)機(jī)模擬等效壓力替代大型試驗(yàn)水箱進(jìn)行試驗(yàn)。

對(duì)于水下壓力來說，可由以下公式得到產(chǎn)生的壓強(qiáng)：

式中：

P—壓強(qiáng)，單位為N/㎡；

ρ—液體密度，水的密度為1×103kg/m3；

g—重力加速度取9.8 N/kg，為方便計(jì)算通常取10 N/kg；

h—壓點(diǎn)到液面的高度，單位為米（m） 。

由上式可知，水下1 m處的壓力約為10 000 N/m2（單位也叫帕），相當(dāng)于0.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 。

將攝像頭產(chǎn)品全部浸入水中且使水剛好漫過產(chǎn)品的頂部，同時(shí)通過空氣壓縮機(jī)使壓力浸水試驗(yàn)機(jī)內(nèi)部腔體內(nèi)的空氣壓強(qiáng)增加相應(yīng)的氣壓值，等效使產(chǎn)品底部的水壓保持在0.1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為30 min，試驗(yàn)布置圖如如1所示[4]。

2.3 接受條件

試驗(yàn)后，檢查試驗(yàn)產(chǎn)品外殼內(nèi)進(jìn)水的情況。一般說來，室外型攝像頭外殼內(nèi)部不應(yīng)進(jìn)水。如果外殼內(nèi)部進(jìn)水，應(yīng)不能影響設(shè)備的正常操作或破壞安全性。

圖1 試驗(yàn)布置圖

對(duì)于外殼有泄水孔的設(shè)備，需要確認(rèn)進(jìn)水不會(huì)聚集在帶電部分且能排出，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害[5]。

3 氣密等效試驗(yàn)

3.1 檢測(cè)原理

氣密等效試驗(yàn)是利用氣密測(cè)試儀通過比較工裝腔體內(nèi)的氣壓值的試驗(yàn)，其是浸水試驗(yàn)的一種等效測(cè)試方法。

詳細(xì)原理如圖2所示：將待測(cè)攝像頭放入定制的在密閉的工裝腔體內(nèi)，然后輸入一定壓力一定體積的氣體，待工裝腔體內(nèi)壓力穩(wěn)定后，封閉工裝腔體，然后經(jīng)過規(guī)定的一段時(shí)間后，通過傳感器測(cè)量腔體內(nèi)的壓力變化。如果前后壓力值變化較大，則證明待測(cè)產(chǎn)品的外殼的存在漏氣點(diǎn)，其氣密性差，等效防水性能弱。其檢測(cè)原理如圖2所示[6]。

圖2 氣密檢測(cè)原理圖

3.2 試驗(yàn)方法

按照氣密性檢測(cè)原理，其檢測(cè)方法主要分成以下幾步：

1）充氣階段：來自空氣壓縮機(jī)提供的壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥變成測(cè)試壓力P0，通過控制板打開的電磁閥1和電磁閥 4，將測(cè)試壓力充到模具與待測(cè)試產(chǎn)品間的腔體內(nèi)。充氣設(shè)定時(shí)間到達(dá)后，電磁閥1和電磁閥4關(guān)閉。在充氣階段，電磁閥2和電磁閥3始終保持關(guān)閉。

2）穩(wěn)壓階段：當(dāng)電磁閥4關(guān)閉后，充到模具內(nèi)的壓縮空氣有一定動(dòng)蕩，這時(shí)需要設(shè)定一個(gè)穩(wěn)壓的時(shí)間，以讓壓縮空氣達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)；在穩(wěn)壓階段，電磁閥 1234 始終保持關(guān)閉。壓力傳感器一直監(jiān)測(cè)穩(wěn)定過程的壓力。

3）泄露值測(cè)試階段：當(dāng)穩(wěn)壓的時(shí)間達(dá)到后，進(jìn)入產(chǎn)品泄漏測(cè)試階段，在設(shè)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，壓力傳感器一直監(jiān)測(cè)測(cè)試過程中的壓力，并在顯示屏上顯示出測(cè)試開始前的壓力為P1和測(cè)試結(jié)束后的壓力為P2，然后通過 ΔP=P2-P1計(jì)算出測(cè)試泄露值ΔP。

4）容積氣壓測(cè)試階段： 泄露值測(cè)試階段結(jié)束后通過控制面板打開電磁閥2和電磁閥4，將模具中的壓縮空氣充到儲(chǔ)氣罐中，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間后，模具內(nèi)的氣體壓力于儲(chǔ)氣罐中的氣壓達(dá)到平衡，這時(shí)傳感器檢測(cè)儲(chǔ)氣罐中的氣壓,記錄為P3。儲(chǔ)氣罐內(nèi)體積V1，模具與待測(cè)產(chǎn)品之間的間隙以及管路的體積V2，待測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部容積V3。待測(cè)產(chǎn)品氣密性較好時(shí)，充氣過程中壓縮空氣不會(huì)充到待測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部，模具內(nèi)的容積為 V2，在充氣階段的測(cè)試壓力為P0，容積測(cè)試階段時(shí)氣壓為P3；產(chǎn)品氣密性較差時(shí)，充氣過程中壓縮空氣不會(huì)充到待測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部，模具內(nèi)的容積為V2+V3，充氣氣壓同樣是P0，容積測(cè)試階段是的氣壓為P3′。氣密性較差的待測(cè)產(chǎn)品的容積氣壓P3大于氣密性較好的待測(cè)產(chǎn)品的容積氣壓P3。

5）排氣階段：當(dāng)測(cè)試完成后，要排空模具內(nèi)的壓縮空氣，所以要設(shè)定一個(gè)排氣的時(shí)間，在排氣時(shí)間內(nèi)，電磁閥2，電磁閥3和電磁閥4都打開，將裝置內(nèi)壓力排空。

在測(cè)試的整個(gè)過程中，由控制板按需要打開或關(guān)閉各電磁閥，由傳感器系統(tǒng)記錄各階段的氣壓值， 由計(jì)算系統(tǒng)計(jì)算和判斷氣壓值的變化，由顯示屏顯示測(cè)試結(jié)果或接收操作者輸入的指令[6]。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)后， 通過氣密性儀器測(cè)試泄漏值ΔP，其在規(guī)范范圍內(nèi)，即產(chǎn)品為合格，無泄漏;超過規(guī)格范圍，即產(chǎn)品不合格，有泄漏，同時(shí)當(dāng)容積氣壓P3大于設(shè)定參數(shù)進(jìn)氣上限時(shí)，代表產(chǎn)品存在大漏。

3.4 氣密標(biāo)定

使用氣密等效試驗(yàn)，需要使用標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)進(jìn)行氣密標(biāo)定，確定出氣密試驗(yàn)的充氣時(shí)間、穩(wěn)壓時(shí)間、輸入氣體壓力、體積等值。其標(biāo)定方法如下：

1）氣密機(jī)校驗(yàn)：使用金機(jī)，根據(jù)氣密系統(tǒng)提供的充氣時(shí)間和穩(wěn)壓時(shí)間，確定規(guī)定測(cè)試時(shí)間內(nèi)泄露值是否在-10~10 Pa之間，測(cè)試壓力是否9~11 kpa之間。

2）重復(fù)測(cè)試13次，如果有任何一次的結(jié)果在規(guī)定測(cè)試時(shí)間內(nèi)（參考裝備系統(tǒng)提供的測(cè)試時(shí)間參數(shù)）測(cè)試壓力或測(cè)試泄漏值不滿足第1步要求，判定氣密系統(tǒng)不合格。

3）準(zhǔn)備不同泄漏值的產(chǎn)品，制作方法參考表1。

表1 泄露產(chǎn)品制作方法表

4）先用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)機(jī)校正氣密系統(tǒng)的充壓及穩(wěn)定時(shí)間是否合理，如果規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)不到9~11 kpa或泄露值沒有在-10~10 Pa之間，證明氣密系統(tǒng)存在問題，需要修改；如果滿足要求開展下一步。

5）用大漏品驗(yàn)證氣密系統(tǒng)，如果氣密系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)壓力值達(dá)到了規(guī)定的9~11 kPa，證明充氣時(shí)間存在問題；需要裝備調(diào)整，如果沒有問題開展下一步。

6）對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的測(cè)試時(shí)間進(jìn)行加大（一般為10 s為階梯，最長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間為不超過60 s），確認(rèn)泄漏值，不同測(cè)試時(shí)間的泄漏值不能超過10 Pa。

7）用制作的不同泄露等級(jí)的樣品進(jìn)行氣密測(cè)試，記錄泄露值，重復(fù)測(cè)試3次，每次間隔時(shí)間不小于30 min（主要是將產(chǎn)品內(nèi)部充入氣體被釋放掉，不影響下次測(cè)試，每次測(cè)試不改變產(chǎn)品狀態(tài)）。

8）對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，如果3次測(cè)試數(shù)據(jù)相差10 pa以上，證明氣密系統(tǒng)一致性存在問題，需要修改；如沒有問題，進(jìn)行下一步。

9）進(jìn)行高溫負(fù)壓防水測(cè)試（70 ℃2 h以上，確保設(shè)備熱透，立即取出放到常溫水中浸泡15 min以上），找出漏水與不漏水的樣品之間的泄漏值上下限。

10）根據(jù)不漏水產(chǎn)品的下限泄漏值加上10 pa（或裝備給定的儀器誤差，但是不能超過10 pa），作為下限。

所以產(chǎn)品在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，要進(jìn)場(chǎng)充分的氣密標(biāo)定測(cè)試，明確氣密性試驗(yàn)中的各參數(shù)指標(biāo)，確保氣密試驗(yàn)的質(zhì)量穩(wěn)定。

4 兩種試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

從試驗(yàn)參加標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試介質(zhì)、試驗(yàn)時(shí)間以及數(shù)量景等方面分析比較浸水（壓力等效）試驗(yàn)和氣密等效試驗(yàn)，如表2所示。

表2中所列數(shù)據(jù)表明，浸水（壓力等效）試驗(yàn)和氣密等效試驗(yàn)有如下相對(duì)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

表2 試驗(yàn)比較表

1）試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

浸水（壓力等效）試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)明確，其檢測(cè)方法、試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)參數(shù)條件簡(jiǎn)單明了，和試樣樣機(jī)無關(guān)，通用性強(qiáng)；而氣密等效試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)缺乏明確的理論依據(jù)，其試驗(yàn)過程中充氣時(shí)間、充氣氣壓值、穩(wěn)定時(shí)間值、測(cè)試氣壓差值等參數(shù)數(shù)據(jù)，都需在氣密標(biāo)定過程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)不斷進(jìn)行調(diào)試修正，不同類型的試驗(yàn)產(chǎn)品其參數(shù)值不一樣，參數(shù)值通用性差。

2）試驗(yàn)成本

浸水（壓力等效）試驗(yàn)中一旦樣機(jī)殼體出現(xiàn)明顯滲漏，由于水已經(jīng)進(jìn)入殼內(nèi)，容易造成攝像頭內(nèi)部電路損毀，進(jìn)而導(dǎo)致整機(jī)報(bào)廢；而氣密試驗(yàn)過程中不需要接觸水，對(duì)于測(cè)試不合格的樣機(jī)，可正常維修，不需要增加額外成本和造成浪費(fèi)。

3）試驗(yàn)效率

浸水（壓力等效）試驗(yàn)一般用時(shí)較長(zhǎng)，試驗(yàn)對(duì)象主要是單件樣機(jī)或少量樣機(jī)，試驗(yàn)效率不高，主要為研發(fā)階段試驗(yàn)，不適用于產(chǎn)線大批量產(chǎn)線檢測(cè)使用。而氣密等效試驗(yàn)整體用時(shí)較短，可對(duì)多臺(tái)相同產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)效率高，其適用于產(chǎn)線批量生產(chǎn)，為批量產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)提供了較好的技術(shù)支持和幫助。

所以，對(duì)于室外攝像頭的防水等級(jí)測(cè)試，浸水（壓力等效）試驗(yàn)和氣密等效試驗(yàn)是互相補(bǔ)充，在產(chǎn)品全生命周期中這兩種方法都很重要，即浸水（壓力等效）試驗(yàn)適用于研發(fā)階段的單件檢測(cè)場(chǎng)景，氣密等效試驗(yàn)適用于量產(chǎn)階段的大批量快速檢驗(yàn)場(chǎng)景。

5 結(jié)束語

目前，企業(yè)越來越重視攝像頭產(chǎn)品的防水質(zhì)量，其外殼防水能力檢測(cè)是生產(chǎn)使用過程中比較重要的一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)，企業(yè)通過防水檢測(cè)來檢驗(yàn)產(chǎn)品的防水性能，在試驗(yàn)過程中找到問題原因，以提升攝像頭產(chǎn)品的整體防護(hù)能力。本文對(duì)攝像頭外殼防護(hù)等級(jí)（IPX7）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了相關(guān)闡述，以及針對(duì)攝像頭外殼防護(hù)等級(jí)試驗(yàn)，介紹了浸水（壓力等效）試驗(yàn)和氣密等效試驗(yàn)的兩種試驗(yàn)，同時(shí)比較兩種試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，為攝像頭研發(fā)人員及制造商等提供有力的防水試驗(yàn)選擇依據(jù)，為智能攝像頭產(chǎn)業(yè)質(zhì)量提升提供支持。