Тестирование на использование в экстремально жестких условиях (H.A.L.T.) компактного одноплатного компьютера

По материалам компании Ampro

Результаты тестирования CoreModule 800 превзошли самые смелые ожидания разработчиков Ampro - в процессе испытаний одноплатный компьютер на базе процессора с тактовой частотой 1 ГГц показал уникальную работоспособность при температуре от –60 °С до +90 °С и воздействии вибрации до 50 G.

*Прим.: Отчеты тестирования HALT могут использоваться производителями электронных систем для уточнения списка поставщиков одноплатных компьютеров и их продукции, на стадиях разработки и тестирования их программ.

CoreModule 800 с процессором с тактовой частотой 1 ГГц

Новый одноплатный компьютер CoreModule 800, анонсированный компанией Ampro в апреле 2007 года, построен на базе процессора Intel Celeron M 373 (1 ГГц) и набора микросхем 855 в самом маленьким из стандартных промышленных форм-факторов одноплатных компьютеров: РCI-104. Размещение полнофункционального встраиваемого компьютера на площади всего лишь 90 x 96 см и обеспечение теплоотдачи было непростой задачей, в решении которой разработчики компании Ampro достигли значительных результатов благодаря использованию собственных методик проектирования и процессов производства.

Приложения

CoreModule 800 предназначен для использования во всех приложениях, где требуется бесперебойная работа в жестких условиях: при ударах и вибрации по всем осям, при экстремальной жаре и холоде, а также под воздействием агрессивных сред. Именно поэтому этот одноплатный компьютер рекомендован для использования приложениях, применяющихся в вертолетах, поездах, самолетах, кораблях и военной технике.

Цель тестирования

Традиционно тестирование HALT применяется для поиска потенциально слабых звеньев в схеме продукта, документации сбоящих режимов и определения истинных пределов работоспособности и разрушения.

Эти пределы определяются следующим образом:

• Предел работоспособности (Operating Limit, OL) – Пределом работоспособности считается последняя рабочая контрольная точка по температуре или вибрации, предшествующая сбою.

• Предел разрушения (Destruct Limit, DL) – это уровень, на котором продукт прекращает работу и остается нерабочим при стандартных рабочих условиях.

Эти пределы измеряются по методике повторяющихся испытаний, таких как пошаговое изменение температур, тепловые удары, пошаговое изменение уровня вибрации и объединение воздействия температур и вибрации. Благодаря повышенному уровню воздействия, те ошибки, которые при нормальных условиях эксплуатации проявились бы через месяцы или годы, можно выявить всего за несколько часов или дней.

Важной частью HALT-теста является анализ корневых причин неполадок вместе с определением и реализацией исправлений, призванных гарантировать работоспособность продукта, таким образом, повышая надежность продукта и защищенность системы.

Методология тестирования

В процессе тестирования HALT продукт подвергается постепенно возрастающему воздействию, включая воздействие температурой в течение определенного времени, быстрые изменения температуры, вибрации, а также комплексное воздействие температуры и вибрации для скорейшего выявления внутренних недостатков. Кроме того, HALT воздействует на продукт до проявления сбоя, чтобы определить выносливость решения и предел работы сверх стандартных параметров.

Иллюстрация 1. Испытательная установка

В частности, CoreModule 800 безостановочно проходил следующие тесты:

CoreModule 800 был подвергнут пяти тестам: воздействие холода, воздействие жары, быстрое изменение температуры, воздействие вибрации и объединенное воздействие (температуры и вибрации).

Воздействие холода

Тест на воздействие пониженной температуры начался с отметки +20 °С и на каждом этапе температура понижалась на 10 °С. Время воздействия на каждом этапе составляло 15 минут. Во время прохождения теста CoreModule 800 был помещен в камеру, где воздушные потоки соответствовали спецификации.

Ниже приведены определенные пределы, выявленные в результате тестирования.

• Нижний предел работоспособности (Lower Operating Limit, LOL): <-60 °C / -76 °F

• Нижний предел разрушения (Lower Destruct Limit, LDL) : <-60 °C / -76 °F

Воздействие жары

Тест на воздействие горячей температуры начался с отметки +30 °С и с каждым последующим повышением на 10 °С, как показано на рисунке 2. Время воздействия на каждом этапе также составляло 15 минут. Причем время воздействия отсчитывалось с момента, когда температура в термокамере стабилизировалась.

В итоге, были получены следующие результаты:

• Верхний предел работоспособности (Upper Operating Limit, UOL): < +90 °C / +194 °F

• Верхний предел разрушения (Upper Destruct Limit, UDL): <+100 °C / +212 °F

Иллюстрация 2. График тестирования на воздействие горячей температуры

Быстрое изменение температуры

CoreModule 800 также был подвергнут 5 циклам быстрого изменения температуры в диапазоне от –60 °С до +90 °С со скоростью 60 °С в минуту.

Ниже приведены измеренные и подсчитанные результаты этого теста:

• Верхняя точка диапазона: +90 °C / +194 °F

• Нижняя точка диапазона: -60 °C / -76 °F

• Скорость изменения температуры воздуха в камере: 66 °С/мин

• Скорость изменения температуры самого компьютера: 61 °С/мин

Воздействие вибрации

Для измерения чувствительности компьютера к воздействию вибрации, он был установлен на вибрационном стенде, и к нему были прикреплены акселерометры.

Тест на вибрацию начался с отметки 5 G и на каждом этапе вибрация увеличивалась на 5 G. Время воздействия на каждом этапе составляло 15 минут при постоянной температуре +25 °С. После уровня 30 G вибрация была снижена на 5 G чтобы определить не произошел ли сбой, неопределенный на высоком уровне вибрации. (Если во время такого ослабления вибрации ошибок не выявлено, вибрация повышается до следующего уровня).

Уровни вибрации замерялись в двух точках продукта во время воздействия вибрации. Замеры вибрации, действующие на продукт осуществлялись при помощи анализатора спектра National Instrument . Для подсчета распределения уровней G использовался цифровой фильтр с полосами «2 Гц…2,5 Гц» и «2 Гц…10 кГц».

На каждом этапе тестирования составлялся график спектральной плотности мощности, показывающей подсчитанные уровни Grms -воздействия на продукт и распределение энергии сверх желаемых диапазонов частот от 2 до 2500 Гц и от 2 до 10000 Гц.

Иллюстрация 3. График вибрации: 50 Grms , от 2 Гц до 10 кГц

Комплексное воздействие

CoreModule 800 также был подвергнут одновременному воздействию 5 циклов быстрой смены температуры в диапазоне от –60 до +90 °С и вибрации, как показано на рис. 4.

Для первого температурного цикла уровень вибрации был установлен в 6 G с последующим повышением на 6 G перед каждым следующим циклом.

Иллюстрация 4. График объединенного воздействия

Выводы

В результате тестирования подтвердилось соответствие конструкции и технологии производства CoreModule 800 жестким условиям эксплуатации и были определены предельные параметры эксплуатации и запасы надежности модуля.

Таблица 1: Результаты: Предел работоспособности (ОL) и предел разрушения (DL)