電動振動試驗系統檢定規程的應用

王振 呂新超 韓少志

航空工業北京長城計量測試技術研究所，北京 100095

0 前言

電動振動試驗系統是由振動臺、振動控制器、功率放大器和控制振動傳感器等組成的一個重要的力學環境試驗設備[1]。隨著技術的進步以及國內電動振動試驗系統（以下簡稱振動臺）的發展，振動臺的推力明顯提高，工作頻率范圍也在增加，部分振動臺可以從1 Hz起振工作。原有的《JJG948—1999數字式電動振動試驗系統檢定規程》（以下稱舊版規程）只適用于推力在100 kN以下的振動臺[2]，頻率范圍也只是從5 Hz到2,000 Hz。為滿足試驗標準對試驗設備的要求，國家質量監督檢驗檢疫總局頒布并實施了《JJG948—2018電動振動臺試驗系統檢定規程》（以下稱新版規程）。通過幾年的檢定，本文對比新舊規程，總結了幾點體會和注意事項，下面分別進行 介紹。

1 振動控制器的通道一致性測量

在做振動控制器任意兩通道一致性測試時，控制器做隨機自閉環控制，選擇一個通道作為控制通道，控制器輸出通道與控制通道連接，其他通道作為測量通道，并通過三通把控制器的輸出與控制通道和測量通道相連接，在工作頻率范圍內設置平直譜觀察兩通道之間的幅值比。如果控制器具有頻率響應分析功能，可以通過控制器軟件相位分析功能得到相位差，如無此功能可以不做[3]。

2 正弦振動

現在國內振動臺有很多從1 Hz起振。舊版規程對于5 Hz以下和2,000 Hz以上頻率的指標沒有做出說明，新版規程取消了舊版規程中對頻率的限制。在計量較低的頻率時，由于加速度傳感器的輸出電壓較小，應注意選取靈敏度較大的三軸加速度傳感器或者單向加速度傳感器進行測量。在做正弦定頻試驗選取頻率點時，注意臺體氣囊是否與振動臺產生共振，以免影響測量結果。在計量正弦定頻10 Hz頻率點時，應盡量消除電源干擾，電源產生的50 Hz正是第5次失真諧波，避免在失真度計算時產生較大的加速度值，否則在對失真度的計算時產生較大影響。在計量2,000 Hz以上振動時，選取頻響范圍較寬的加速度計，并盡可能選用絕緣螺釘剛性地安裝在振動臺面上，這樣可提高傳感器的安裝諧振頻率，又可以有效地防止傳感器與臺面直接接觸，避免脫落和50 Hz電源產生的倍頻程干擾。

新版規程在做加速度示值誤差時，取消了位移和速度段中頻率點的限制。可以在工作頻率范圍內任選3個頻率點做加速度線性，計算出最大的加速度示值誤差。

由于控制器采用內部晶振來控制時間，晶振的頻率準確性很高，而且新版規程在周期檢定中也增加了對控制器頻率示值誤差的檢定，可以保證掃頻速率的準確性。在舊版規程中，掃描速率是通過秒表人為操作，在開始掃頻時，振動臺量級沒有辦法第一時間到達滿量級，計量人員無法第一時間控制秒表，人員操作引入的誤差太大，無法精確地衡量振動系統的性能，所以新版規程取消了掃頻速率的性能要求。

新版規程中將加速度信噪比改為了加速度噪聲，加速度噪聲以加速度大小體現出來；在舊版規程中，實驗人員不能通過證書中加速度信噪比直觀地看到振動臺性能，改變后實驗人員可以通過加速度大小直接了解振動臺的噪聲性能。

3 頻率響應特性的測量

新版規程中，頻率響應特性是周檢中增加的必檢項目。在計量臺面均勻度分布圓直徑大于400 mm的振動臺均勻度前，應先測量振動臺頻響特性曲線。了解第一諧振頻率大小，合理避開其影響的頻率點，也能通過新版規程來判斷0.7倍一階諧振頻率以上的頻率是否滿足規程要求。在做頻響特性曲線時，為方便客戶使用以及今后觀察其頻響特性曲線變化，應盡可能保存圖形。

4 隨機振動的檢定

在做隨機振動中動態范圍檢定時，新版規程檢定方法6.3.18中，試驗系統加速度功率譜控制動態范圍譜圖形由于排版問題頻率點標錯，在計量檢定中，可以按照圖1和表1在控制器輸入參考譜形。

表1 參考目標譜設置頻率和譜密度

檢定隨機功率譜密度橫向振動比時，應注意不同于隨機加速度橫向振動比的測試方法。隨機加速度橫向振動比是直接讀取三軸加速度X、Y、Z方向的均方根值，而隨機功率譜密度橫向振動比是采用分析儀中傳遞函數方法[4]。把X和Y方向的平直段分別與Z方向做傳遞函數，計算或測量其比值。

5 經典沖擊的檢定

新版規程列舉了3種經典沖擊波形，檢定方法中也列舉了3種波形的加速度幅值示值誤差、脈沖寬度誤差和脈沖速度變化量誤差的計算方法[5]。通過咨詢新規程主要起草人和歸口單位，在振動臺做沖擊時也可以做其他的加速度和脈寬。通過公式計算出其加速度示值誤差、脈沖寬度誤差、脈沖速度變化量。這里分別給出3種波形不同加速度示值誤差、脈沖寬度誤差和脈沖速度變化量誤差的計算公式。

5.1 半正弦沖擊波形

其中，t——分析儀測量的脈沖寬度，ms；

t1——控制器設置的脈沖寬度，ms；

δt——半正弦波脈沖寬度誤差。

其中，Am——分析儀脈沖加速度，m/s2；

Am1——控制器設置的脈沖加速度，m/s2

δAm——半正弦波脈沖加速度誤差。

其中，δΔV1——半正弦波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV1——分析儀測量的速度變化量，m/s；

V——設置的半正弦速度變化量，m/s。

其中，π——圓周率值取3.14。

5.2 后峰鋸齒沖擊波形

后峰鋸齒沖擊波形的加速度幅值誤差按照式（1）計算，脈沖寬度誤差按照式（2）計算。

波形的速度變化量按照式（5）計算。

其中，δΔV2——后峰鋸齒波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV2——分析儀測量的速度變化量，m/s；

V——后峰鋸齒波脈沖波形的速度變化量，m/s。

5.3 梯形沖擊波形

梯形沖擊波形的加速度幅值誤差按照式（1）計算，脈沖寬度誤差按照式（2）計算。

波形的速度變化量按照式（7）計算。

其中，δΔV2——梯形波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV3——分析儀測量的速度變化量，m/s；

V——梯形脈沖波形的速度變化量，m/s。

其中，t上——梯形上底的脈沖寬度，ms；

t下——梯形下底的脈沖寬度，ms。

6 結束語

以上簡單地介紹了新版規程中增加的檢定項目和與舊版規程的不同，解釋了一些刪減和增加內容的原因，總結了一些在計量檢定工作中遇到的問題和解決方法，為計量工作者在實際工作中提供參考和幫助。隨著振動臺的發展，檢定規程也會隨之修訂，這要求計量檢定工作的方法和方式也應當有所突破和創新，在實際工作中共同積累經驗和解決問題。