一、實驗目的

1. 精確評估手機和平板電腦在模擬沙塵環境下，其外殼及各部件的密封性，確定沙塵侵入的程度和途徑，以此判斷設備對沙塵的防護能力是否達到預期標準，保障內部電子元件免受沙塵侵蝕。

2. 深入監測設備內部電子元件的性能穩定性，包括電路板上的芯片、電阻、電容等關鍵部件，檢測是否因沙塵進入而出現短路、斷路、信號干擾或其他電氣性能故障，確保設備在沙塵環境中能持續正常運行，維持其基本功能不受影響。

3. 細致考察顯示屏、觸摸屏等直觀交互部件的抗沙塵性能，如是否會產生劃痕、磨損導致顯示清晰度下降、色彩偏差、觸摸響應不靈敏或失靈等現象，從而保證用戶在沙塵環境下仍能獲得良好的視覺和操作體驗。

4. 全面分析按鍵、接口（如充電接口、耳機接口、數據傳輸接口等）等部位的沙塵防護效果，確定其在沙塵污染后是否能保持正常的操作功能和可靠的連接性能，避免因沙塵侵入而造成按鍵失靈、接觸不良或接口損壞等問題，確保設備的實用性和耐用性。

   
   

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二、實驗設備及材料

1. 砂塵試驗箱

• 具備高度精確且可靈活調節的沙塵模擬能力，沙塵濃度能夠在 0.05g/m3 至 15g/m3 的寬廣范圍內精準設定，風速可在 0.5m/s 至 15m/s 之間精確調控，可模擬從輕度到重度的各類沙塵天氣狀況，例如能精準模擬沙漠邊緣的微風沙塵環境（沙塵濃度 0.05g/m3 - 1g/m3，風速 0.5m/s - 3m/s）以及沙塵暴核心區域的惡劣沙塵環境（沙塵濃度 8g/m3 - 15g/m3，風速 10m/s - 15m/s），確保為實驗提供精準且多樣化的沙塵環境條件，保證實驗結果的可靠性和代表性。

• 箱內配備均勻沙塵循環系統，通過精心設計的風道和氣流導向裝置，使沙塵在箱內能夠形成高度均勻且穩定的分布狀態，確保放置于不同位置的手機和平板電腦樣品都能受到一致且充分的沙塵作用，避免因沙塵分布不均而導致實驗誤差，從而保證每個樣品所經受的沙塵環境條件相同，提高實驗數據的準確性和可比性。

2. 手機和平板電腦樣品

• 廣泛選取市場上不同品牌、多種型號以及采用各異防護設計（如不同材質和結構的密封膠條、多樣化的防水防塵膜技術、外殼設計等）的手機和平板電腦作為測試樣品，每種樣品準備至少 5 個相同規格的試件，以確保實驗數據的廣泛性和代表性。

• 在實驗前，對各試件進行全面細致的初始性能檢測與詳細記錄，包括對設備外觀的完整性進行嚴格檢查，使用專業的檢測軟件和工具對各項功能（如通話質量、信號強度、顯示清晰度、色彩還原度、觸摸靈敏度、按鍵反饋、各接口的數據傳輸速率和穩定性等）進行精確測試并記錄初始數據，確保每個樣品在實驗前均處于正常工作狀態，為后續實驗數據的對比分析提供可靠的基準數據，以便準確評估沙塵環境對設備性能的影響程度。

• 試件在實驗前需進行嚴格的預處理程序，使用經過無塵處理的高級無塵布輕輕擦拭設備表面，去除可能存在的灰塵、油污等雜質，同時利用高分辨率的顯微鏡和專業的檢測設備仔細檢查外殼是否存在裂縫、孔洞或其他微小瑕疵，特別關注各接口、按鍵等關鍵部位的密封性，確保設備在初始狀態下不存在任何可能影響實驗結果的潛在因素，保證實驗的準確性和科學性。

3. 密封性檢測設備

• 高精度顯微鏡：配備高分辨率鏡頭和圖像采集系統，放大倍數可達 100 - 500 倍，能夠清晰地觀察手機和平板電腦外殼的極細微縫隙、接口邊緣等部位在沙塵試驗前后的微觀形態變化，通過精確的圖像分析軟件可以準確判斷是否有沙塵侵入的痕跡以及侵入的程度和范圍，為評估外殼密封性提供直觀且準確的微觀證據。

• 高靈敏度真空箱：采用高精度的壓力傳感器和真空控制系統，將手機和平板電腦放入真空箱后，能夠以高的精度（檢測精度可達 0.05kPa）通過抽真空操作檢測是否有因沙塵進入而導致的內部氣體泄漏現象，從而精確判斷設備內部密封性是否受到沙塵的損害，為分析設備整體防護性能提供關鍵數據支持。

4. 電子元件性能測試儀器

• 精密萬用表：具備高精度的電阻、電容、電壓測量功能，測量精度可達 0.001Ω、0.001pF、0.001V，能夠精確檢測手機和平板電腦內部電子元件的各項電氣參數，通過對比試驗前后的數據變化，準確判斷是否因沙塵進入而引發短路、斷路等電氣故障，為評估電子元件的穩定性提供可靠的數據依據。

• 高性能示波器：具有高帶寬（一般為 200MHz - 2GHz）和高采樣率，能夠精確捕捉電子元件的微小信號波形變化，實時監測信號的幅度、頻率、相位等參數，通過對信號波形的深入分析，可以精準判斷是否存在因沙塵干擾而導致的信號異常波動、衰減或失真等問題，從而有效評估電子元件在沙塵環境下的信號傳輸穩定性和可靠性。

5. 顯示屏和觸摸屏測試工具

• 專業光學檢測儀：采用光學傳感器和精密的色彩分析算法，能夠精確檢測顯示屏的亮度、對比度、色彩均勻性、色域范圍等關鍵參數在沙塵試驗前后的細微變化，測量精度根據具體參數而定，例如亮度精度可達 0.05cd/m2，色彩坐標精度可達 0.001，通過對這些參數的精確測量和分析，可以準確判斷沙塵是否對顯示效果產生了實質性的影響，為評估顯示屏的抗沙塵性能提供量化的數據支持。

• 靈敏觸摸檢測設備：利用高精度的壓力感應和位置檢測技術，能夠模擬各種手指觸摸操作方式和力度，精確檢測觸摸屏的觸摸靈敏度、定位精度、多點觸控性能等關鍵指標在沙塵環境下的變化情況，定位精度可達 0.05mm，通過對觸摸性能指標的精確測試和對比，可以深入了解沙塵對觸摸屏操作性能的影響程度，為評估觸摸屏的抗沙塵性能提供有力的依據。

6. 按鍵和接口測試器具

• 多功能按鍵壽命測試儀：具備多種按鍵模擬操作模式和可精確調節的按壓參數（如按壓次數、頻率、力度等），能夠全面模擬手機和平板電腦按鍵在實際使用中的各種操作情況，計數精度高達 0.1 次，通過對按鍵在沙塵環境下的大量重復按壓測試，可以準確評估按鍵的使用壽命和可靠性，判斷沙塵是否會導致按鍵出現卡滯、失靈等故障。

• 高精度接口插拔力測試儀：采用高精度的力傳感器和精確的位移控制系統，能夠精確測量接口在沙塵侵入前后的插拔力變化情況，測量精度可達 0.005N，通過對插拔力數據的分析，可以判斷接口的連接可靠性是否受到沙塵的影響，如是否出現因沙塵堆積導致插拔力增大、接觸不良等問題，為評估接口的抗沙塵性能提供關鍵數據支持。

三、實驗步驟

1. 實驗準備

• 由專業的技術人員對砂塵試驗箱、各類測試儀器設備進行全面細致的檢查和調試，確保設備的各項功能正常運行，各儀器儀表均已按照國家計量標準進行精確校準且在有效期內，同時檢查設備的連接線路、通風系統、控制系統等關鍵部件是否存在松動、損壞或其他異常情況，保證實驗設備處于的工作狀態，為實驗的順利進行提供堅實的硬件保障。

• 將經過預處理且初始性能檢測合格的手機和平板電腦樣品，使用專門設計的固定夾具牢固地安裝在砂塵試驗箱內的樣品架上，確保樣品放置平穩且位置固定，樣品之間的間隔保持在 50mm 以上，以保障沙塵在箱內能夠自由、順暢地流通，避免樣品之間因距離過近而相互遮擋或影響沙塵的作用效果，從而確保每個樣品都能充分暴露在均勻的沙塵環境中，保證實驗條件的一致性和準確性。

• 按照預先制定的實驗方案和測試設備的連接要求，仔細連接好樣品與各類測試儀器的線纜，如用于檢測電子元件性能的萬用表、示波器的連接線路，以及用于監測顯示屏、觸摸屏性能的光學檢測儀、觸摸檢測設備的數據線等，確保連接線路牢固可靠，信號傳輸穩定，無短路、斷路或接觸不良等問題，同時對連接線路進行合理的整理和固定，避免在實驗過程中因線纜晃動或纏繞而影響測試結果或損壞設備，保證樣品與測試設備之間的連接處于狀態，確保實驗數據的準確采集和傳輸。

• 根據本次實驗的具體研究目的和要求，結合實際應用場景中可能遇到的沙塵環境條件，由實驗負責人依據豐富的實驗經驗和專業知識，精心設定砂塵試驗箱的沙塵濃度、風速、試驗時間、溫濕度等關鍵參數，例如，對于一般性的沙塵防護性能測試，可先設置沙塵濃度為 3g/m3，風速為 6m/s，試驗時間為 4 小時，溫度為 25℃，相對濕度為 40%，啟動設備后，密切觀察箱內環境參數的變化情況，待各項環境參數穩定且達到預設值后，方可正式開啟實驗，確保實驗條件的精準性和穩定性，為獲得可靠的實驗結果奠定基礎。

2. 初始性能測試

• 在正式啟動砂塵試驗之前，由專業的測試人員啟動各類測試儀器，并按照標準化的測試流程和操作規范，對手機和平板電腦樣品進行全面、細致的初始性能測試，確保每個樣品的各項性能指標都能得到精確測量和記錄。

• 使用高精度顯微鏡和高靈敏度真空箱對外殼密封性進行全面檢查，通過顯微鏡仔細觀察外殼各部位的縫隙、接口等關鍵位置的微觀形態，判斷是否存在潛在的沙塵侵入通道，并利用真空箱檢測設備內部的密封性，記錄初始的真空度和壓力變化情況，作為后續對比分析的基準數據。

• 通過精密萬用表和高性能示波器對電子元件性能進行全面檢測，測量電路板上各個關鍵電子元件的電阻、電容、電壓等電氣參數，并記錄其初始信號波形，以便在實驗后準確判斷電子元件是否因沙塵進入而出現性能變化或故障。

• 利用專業光學檢測儀和靈敏觸摸檢測設備對顯示屏和觸摸屏性能進行精確測試，測量顯示屏的亮度、對比度、色彩均勻性、觸摸靈敏度、定位精度等關鍵指標，并記錄初始數據，為后續評估沙塵對這些部件的影響程度提供準確的參考依據。

• 采用多功能按鍵壽命測試儀和高精度接口插拔力測試儀對按鍵和接口性能進行測試，記錄按鍵的初始按壓反饋力度、行程、連擊速度等參數，以及接口的初始插拔力、連接穩定性等數據，確保在實驗前后能夠對這些性能指標的變化進行精確對比和分析，從而全面了解沙塵對按鍵和接口性能的影響情況。

• 將所有初始性能測試數據進行詳細記錄和整理，建立完善的樣品初始性能數據庫，確保每個樣品的各項初始性能指標都能得到準確、完整的記錄，為后續實驗數據的對比分析提供可靠的基礎數據支持，保證實驗結果的科學性和準確性。

3. 砂塵試驗

• 正式啟動砂塵試驗箱，使其按照預設的沙塵濃度、風速、試驗時間等參數穩定運行，在整個砂塵試驗過程中，嚴格按照預定的測試時間間隔，由專業測試人員利用各類測試儀器對樣品進行全面、細致的性能檢測和數據采集。

• 每隔 1 小時，使用高精度顯微鏡對外殼密封性進行快速檢測，觀察外殼各部位是否有沙塵侵入的跡象，并記錄沙塵侵入的位置和程度，同時利用高靈敏度真空箱檢測設備內部壓力變化情況，判斷內部密封性是否受到沙塵的影響，及時掌握外殼密封性在沙塵試驗過程中的動態變化情況，為分析外殼防護性能提供實時的數據支持。

• 每 2 小時，使用精密萬用表和高性能示波器對電子元件性能進行一次全面檢測，測量電子元件的各項電氣參數和信號波形，與初始數據進行對比分析，判斷是否因沙塵進入而出現短路、斷路、信號干擾等問題，及時發現電子元件在沙塵環境下可能出現的性能故障，確保設備內部電子元件的穩定性和可靠性。

• 每隔 1.5 小時，利用專業光學檢測儀和靈敏觸摸檢測設備對顯示屏和觸摸屏性能進行檢測，測量顯示屏的亮度、對比度、色彩均勻性、觸摸靈敏度、定位精度等關鍵指標的變化情況，記錄表面沙塵覆蓋情況以及是否出現劃痕、顯示異常、觸摸失靈等現象，及時了解沙塵對顯示屏和觸摸屏性能的影響程度，為評估這些部件的抗沙塵性能提供準確的數據依據。

• 每 2 小時，采用多功能按鍵壽命測試儀和高精度接口插拔力測試儀對按鍵和接口性能進行測試，記錄按鍵的按壓反饋力度、行程、連擊速度等參數的變化情況，以及接口的插拔力、連接穩定性等數據的變化，判斷按鍵是否出現失靈、卡滯等問題，接口是否出現接觸不良、插拔困難等情況，及時掌握按鍵和接口在沙塵環境下的性能變化情況，確保設備的操作功能和連接性能不受沙塵的影響。

• 在整個砂塵試驗過程中，安排專人密切觀察試驗箱的運行狀態，包括沙塵循環系統的工作情況、風速和沙塵濃度的穩定性、設備的振動和噪音等，注意有無異常聲響、沙塵泄漏或其他突發情況，若發現任何問題，立即停止測試，按照預先制定的應急預案和操作規程，迅速排查故障原因并進行修復，確保實驗過程的安全性和實驗數據的可靠性。

4. 恢復性能測試

• 在完成預定的砂塵試驗時間后，首先停止砂塵試驗箱的運行，等待箱內沙塵沉降且環境恢復平靜后，由專業技術人員小心地取出手機和平板電腦樣品，避免在取出過程中對樣品造成二次損傷或沙塵的進一步侵入。

• 使用經過無塵處理的高級無塵布和專用的清潔工具（如軟毛刷、小型吸塵器等），仔細清理樣品表面的沙塵，確保清理過程輕柔、避免沙塵刮傷樣品表面或進入內部，同時對樣品的各接口、按鍵等部位進行特別清理，確保無沙塵殘留，使樣品恢復到相對清潔的狀態，以便進行后續的性能測試。

• 將清理干凈的樣品放置在穩定的實驗臺上，在實驗室環境條件（溫度 25℃，相對濕度 50%）下靜置 2 小時，使樣品內部的溫度和濕度達到平衡狀態，確保樣品的性能處于穩定狀態，避免因溫度和濕度的差異而影響測試結果的準確性。

• 再次啟動各類測試儀器，按照與初始性能測試相同的測試流程、操作規范和測試參數，對樣品進行全面、細致的恢復性能測試，精確測量并記錄樣品的各項性能指標，包括外殼密封性、電子元件性能、顯示屏和觸摸屏性能、按鍵和接口性能等，確保測試數據的準確性和可比性。

• 將恢復性能測試數據與初始性能測試數據進行詳細的對比分析，采用數據分析軟件和統計方法，計算各項性能指標的變化率和差異程度，繪制性能變化曲線和圖表，直觀展示樣品在沙塵試驗前后的性能變化情況，深入分析沙塵環境對手機和平板電腦性能的影響機制和程度，為評估產品的沙塵防護性能和提出改進建議提供有力的數據支持。

四、數據處理與分析

1. 數據整理

• 由專業的數據管理人員將采集到的海量實驗數據，包括外殼密封性數據、電子元件性能數據、顯示屏和觸摸屏性能數據、按鍵和接口性能數據等，按照實驗條件（如沙塵濃度、風速、試驗時間等）、樣品品牌與型號、測試時間等多個維度進行系統、全面的分類整理，確保數據的條理清晰、易于查詢和分析。

• 在數據整理過程中，采用嚴格的數據篩選和驗證方法，剔除因測試儀器偶然故障、樣品安裝不當、人為操作失誤等因素產生的異常數據，保證數據的真實性和可靠性。對于疑似異常的數據點，通過多次重復測試、對比其他樣品數據以及結合實際實驗情況進行綜合判斷和確認，確保最終用于分析的數據準確無誤，為后續的數據分析和結論推導提供堅實的數據基礎。

2. 外殼密封性分析

• 利用專業的繪圖軟件，根據整理后的數據，繪制外殼各部位沙塵侵入情況隨砂塵試驗時間及環境參數（沙塵濃度、風速）變化的詳細圖表，包括沙塵侵入的深度、面積、位置分布等信息，直觀展示外殼密封性的動態變化趨勢。

• 采用統計分析方法，如方差分析、回歸分析等，對不同品牌、型號手機和平板電腦在相同環境下的外殼密封性數據進行深入分析，判斷其差異的顯著性水平，確定哪種產品的外殼防護設計在沙塵環境下具有更出色的密封性和可靠性，為產品的設計改進和質量提升提供科學的依據和方向。

3. 電子元件性能變化分析

• 運用數據分析工具，繪制電子元件各項性能指標（電阻、電容、電壓、信號波形等）隨砂塵試驗時間及環境參數變化的精確曲線，通過對曲線的斜率、波動范圍、趨勢走向等特征進行分析，深入了解各性能指標的變化規律和趨勢，判斷電子元件在沙塵環境下的穩定性和可靠性。

• 對比不同樣品電子元件性能在砂塵試驗前后的差異，采用假設檢驗等統計方法，確定電子元件性能變化是否具有統計學意義上的顯著性，對于性能變化明顯的樣品，結合電子元件的結構、布局以及防護措施等因素，深入分析其內部防護結構的缺陷和不足，為電子元件的優化設計和防護改進提供關鍵的技術支持和數據依據。

4. 顯示屏和觸摸屏性能演變分析

• 根據測試數據，繪制顯示屏亮度、對比度、色彩均勻性、觸摸靈敏度、定位精度等性能指標隨砂塵試驗時間及環境參數變化的曲線，通過對曲線的形態、轉折點、峰值和谷值等特征進行分析，深入研究這些性能指標的演變規律和趨勢，評估沙塵對顯示屏