電工電子產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)重點(diǎn)因素分析

王琪，孫一萌

（1.武漢賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，武漢 430040； 2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 511370）

引言

我們常指的機(jī)械振動(dòng)是指物體在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在一般的機(jī)械振動(dòng)中，被振動(dòng)的物體會(huì)存在相關(guān)物理方面的變化，比如位移、速度等，同時(shí)也會(huì)發(fā)生有規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此也會(huì)對(duì)被振動(dòng)樣品帶來(lái)一定程度的危害，從而影響整個(gè)樣品的性能或更高一級(jí)的問(wèn)題。振動(dòng)試驗(yàn)是機(jī)械試驗(yàn)的一種類型，同時(shí)也是產(chǎn)品在方案階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段、初樣階段、正樣階段及鑒定階段非常重要的試驗(yàn)環(huán)節(jié)[1]。振動(dòng)試驗(yàn)包括正弦、定頻、沖擊、隨機(jī)等眾多類型，不同類型的振動(dòng)試驗(yàn)考核產(chǎn)品的目的也不相同，本文結(jié)合國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GBT 2423.10-2019《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2 部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動(dòng)（正弦）》，對(duì)典型的正弦振動(dòng)試驗(yàn)運(yùn)用于實(shí)際試驗(yàn)時(shí)所引起的重點(diǎn)因素展開(kāi)深入探討，通過(guò)本文以下的典型振動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行舉例，依次詳細(xì)討論說(shuō)明。

本文的撰寫(xiě)希望一方面通過(guò)一次典型的振動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)可能有影響試驗(yàn)結(jié)果的重點(diǎn)因素進(jìn)行分析并提出解決措施；另一方面通過(guò)本文對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)的分析討論，以點(diǎn)透面的方式給試驗(yàn)員提供在振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)際操作中給予更多的參考數(shù)據(jù)，不斷為提高試驗(yàn)?zāi)芰Ψe累豐富經(jīng)驗(yàn)。

1 典型振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與方法選擇

1.1 振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的選擇

本次振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)選取為正弦振動(dòng)試驗(yàn)中的GBT 2423.10-2019《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2 部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動(dòng)（正弦）》。

1.2 振動(dòng)試驗(yàn)方法的選擇

本次振動(dòng)試驗(yàn)的樣品為振動(dòng)樣品，如圖1 所示，振動(dòng)試驗(yàn)方法采用試驗(yàn) Fc：振動(dòng)（正弦）。

圖1 樣品示意圖

試驗(yàn)條件為：頻率范圍：（10～150）Hz；掃頻方向：正向；掃頻速率：1 oct/min；加速度幅值：0.2 g。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備信息（見(jiàn)表1）

表1 試驗(yàn)儀器信息表

2 試驗(yàn)重點(diǎn)因素

振動(dòng)試驗(yàn)是評(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品或模型在未來(lái)的使用工況中可能受到外界復(fù)雜的作用力或自身共振對(duì)自身影響的一，也是電子電工領(lǐng)域使用十分普遍的項(xiàng)目[2]，本次典型的振動(dòng)試驗(yàn)從試驗(yàn)操作人員對(duì)本文選取標(biāo)準(zhǔn)的掌握與理解、試驗(yàn)檢測(cè)方式方法的解析、振動(dòng)臺(tái)的操作步驟、樣品安裝方式及傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置等方面進(jìn)行深入分析，同時(shí)分析討論了振動(dòng)設(shè)備選型需遵循的原則和注意事項(xiàng)。

2.1 試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)將進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)檢查的監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)置在樣品的圓形砝碼與其支撐桿之間的平面中心處，如圖1所示，其他監(jiān)測(cè)傳感器分布如圖2 所示。

圖2 樣品安裝圖

2.2 檢測(cè)方法

1）樣品安裝，監(jiān)測(cè)傳感器黏貼如圖2 所示（監(jiān)測(cè)傳感器1 藍(lán)色，監(jiān)測(cè)傳感器2 紫色，監(jiān)測(cè)傳感器3 黃色，監(jiān)測(cè)傳感器4 黑色）；

2）振動(dòng)樣品安裝在振動(dòng)臺(tái)中心位置，并用螺栓及夾具將樣品牢固固定，將將監(jiān)測(cè)傳感器黏貼于振動(dòng)臺(tái)面關(guān)鍵位置，同時(shí)需要注意的是確保在振動(dòng)臺(tái)上的細(xì)線規(guī)則引出；

3）接通振動(dòng)臺(tái)所需電路，在振動(dòng)臺(tái)控制器上輸入試驗(yàn)參數(shù)，打開(kāi)功放控制器、開(kāi)啟試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)，時(shí)刻關(guān)注振動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)變化及顯示器曲線變化，記錄電腦操作界面試驗(yàn)曲線。

2.3 試驗(yàn)操作員

本次典型振動(dòng)的核心因素為試驗(yàn)操作員，試驗(yàn)操作員對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)掌握能力水平、專業(yè)技術(shù)水平及相關(guān)操作熟練水平都是獲取準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重要因素。一個(gè)試驗(yàn)?zāi)芰?qiáng)大、試驗(yàn)水平可靠的試驗(yàn)室最需要的是有高水平的試驗(yàn)操作員，做試驗(yàn)前嚴(yán)格把關(guān)試驗(yàn)操作人員不僅是對(duì)試驗(yàn)室負(fù)責(zé)，更是對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品負(fù)責(zé)。對(duì)此試驗(yàn)室相關(guān)負(fù)責(zé)人員在不斷拓展業(yè)務(wù)的同時(shí)還需要定期對(duì)本試驗(yàn)室操作員進(jìn)行理論培訓(xùn)和實(shí)操培訓(xùn)，不斷提高試驗(yàn)操作員業(yè)務(wù)能力，也是本次研究所展現(xiàn)的重點(diǎn)。試驗(yàn)室操作員主要能力水平主要包含以下兩點(diǎn)：

1）振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的理解：對(duì) GBT 2423.10-2019《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2 部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動(dòng)（正弦）》相關(guān)試驗(yàn)條款的理解與掌握，例如：4.1.4.1 基準(zhǔn)點(diǎn) ，基準(zhǔn)點(diǎn)的控制信號(hào)偏差：±15 %。4.1.4.2 檢查點(diǎn)，在每個(gè)檢查點(diǎn)上的控制信號(hào)偏差：低于或等于500 Hz：±25 %；高于500 Hz：±50 %[3]。

2）振動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)的實(shí)操：試驗(yàn)操作員應(yīng)熟練掌握振動(dòng)臺(tái)工作原理及操作方法，并能在試驗(yàn)室相關(guān)安全規(guī)定下按試驗(yàn)流程操作振動(dòng)臺(tái)及相關(guān)設(shè)備，正確安裝試驗(yàn)樣品及黏貼檢測(cè)傳感器，并及時(shí)截圖測(cè)試數(shù)據(jù)，避免影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.4 樣品安裝方式

本文試驗(yàn)樣品是分別由兩個(gè)安裝孔通過(guò)螺釘直接固定一端，另兩個(gè)安裝孔位置通過(guò)壓塊固定另一端，將振動(dòng)響應(yīng)檢查的監(jiān)測(cè)傳感器底座涂抹一層502 固體膠，傳感器與被監(jiān)測(cè)物之間用絕緣墊隔開(kāi)，膠水粘貼，并將監(jiān)測(cè)傳感器粘貼在樣品的圓形砝碼與其支撐桿之間的平面中心處，等待3 min 左右，待502 固體膠將試驗(yàn)樣品和監(jiān)測(cè)傳感器完全粘合。

2.5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

振動(dòng)試驗(yàn)中試驗(yàn)操作員對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置同樣十分重要，不僅要有充分的工作經(jīng)驗(yàn)還需要結(jié)合樣品實(shí)際情況布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在顯控端準(zhǔn)確把握特征振動(dòng)點(diǎn)，從而較為全面地了解試驗(yàn)員對(duì)振動(dòng)臺(tái)使用的能力。

本次典型振動(dòng)試驗(yàn)是一個(gè)連續(xù)的掃頻振動(dòng)，在（10～150）Hz 上從左往右的掃頻過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一定程度上的共振，掃頻完成時(shí)如圖3 所示共振點(diǎn)。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)：

圖3 振動(dòng)曲線圖

1）本次典型振動(dòng)試驗(yàn)樣品共振頻率為97.1 Hz，此時(shí)加速度為0.211 1 g；

2）傳感器4 的共振響應(yīng)最為激烈，其峰值超出振動(dòng)控制量級(jí)上限；

3）傳感器1、2、3 和4 均在（40～60） Hz 出現(xiàn)共振頻譜，但均處于振動(dòng)控制量級(jí)內(nèi)。

從測(cè)試結(jié)果分析：

1）本次振動(dòng)試驗(yàn)所顯示的加速度為0.211 1 g 與振動(dòng)試驗(yàn)條件設(shè)置的加速度值0.2 g 的偏離度為5.55 %，偏離度在10 %以內(nèi)說(shuō)明本次振動(dòng)試驗(yàn)整體效果較好；

2）監(jiān)測(cè)傳感器1、監(jiān)測(cè)傳感器2 和監(jiān)測(cè)傳感器3 振動(dòng)試驗(yàn)曲線比較接近，由此可見(jiàn)，通過(guò)臺(tái)面?zhèn)鬟f的振動(dòng)量級(jí)較為一致，同樣值得注意的是，監(jiān)測(cè)傳感器越貼近臺(tái)面中心位置振動(dòng)響應(yīng)譜越穩(wěn)定。這是由于振動(dòng)臺(tái)特性造成這一現(xiàn)象，量級(jí)在臺(tái)面上傳遞過(guò)程中存在一個(gè)由內(nèi)向外發(fā)散的能量梯度，振動(dòng)臺(tái)面不同位置振動(dòng)量級(jí)存在一定的差距，對(duì)此，監(jiān)測(cè)傳感器在布置時(shí)不僅需要考慮如何黏貼方便，更應(yīng)該考慮能監(jiān)測(cè)樣品的實(shí)際振動(dòng)量級(jí)情況選擇振動(dòng)臺(tái)上最佳位置，避免因量級(jí)傳遞偏差造成測(cè)試結(jié)果的不滿意；

3）對(duì)比監(jiān)測(cè)傳感器1、2、3 和4 的振動(dòng)試驗(yàn)曲線可以發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)曲線均在（40～60）Hz 出現(xiàn)共振頻譜，但均處于振動(dòng)控制量級(jí)內(nèi)，且波動(dòng)較小；另外還可以分析圖片3 發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)傳感器4 雖然在振動(dòng)臺(tái)面中心，但其粘貼在樣品上，且與樣品伸出部分懸空于振動(dòng)臺(tái)面，且在60 Hz 后出現(xiàn)較為激烈的共振頻譜，完全超出了振動(dòng)控制量級(jí)的范圍，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是由于振動(dòng)量級(jí)經(jīng)樣品傳遞過(guò)程中，振動(dòng)樣品的共振頻率與該頻率相同，進(jìn)而出現(xiàn)了共振現(xiàn)象，因此，振動(dòng)樣品在進(jìn)行正弦試驗(yàn)或定頻試驗(yàn)時(shí)，為避免在正式試驗(yàn)全量級(jí)試驗(yàn)條件下出現(xiàn)共振導(dǎo)致樣品損壞或部分功能失效的情況發(fā)生，需根據(jù)樣品的具體情況先進(jìn)行輕量級(jí)的預(yù)試驗(yàn)，掌握樣品的共振頻率，避免因共振造成測(cè)試結(jié)果的不準(zhǔn)確，更嚴(yán)重導(dǎo)致樣品部分功能失效或損壞。

2.6 試驗(yàn)設(shè)備選擇

振動(dòng)臺(tái)的選擇，需要從以下幾個(gè)方面加以考慮：振動(dòng)臺(tái)量程及精度、振動(dòng)臺(tái)與樣品共振頻率、參試設(shè)備的校準(zhǔn)。

1）振動(dòng)臺(tái)量程及精度

獲得準(zhǔn)確振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的重要途徑之一是選取合適的試驗(yàn)量程，第一是要根據(jù)試驗(yàn)條件所展現(xiàn)的量程要求，其次是要根據(jù)振動(dòng)樣品的重量及尺寸大小，不僅包括本文已經(jīng)描述的振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)解讀、振動(dòng)臺(tái)操作流程和振動(dòng)試驗(yàn)樣品安裝及檢測(cè)方式方法，同時(shí)使用量程適當(dāng)、精確度較高的試驗(yàn)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也是極為重要的，這也是提高試驗(yàn)室操作人員實(shí)際操作水平的方式之一。

2）振動(dòng)臺(tái)與樣品共振頻率

每個(gè)樣品均有一個(gè)共振頻率，在確定試驗(yàn)條件后，首先要做的是了解樣品的共振頻率，在不確定的情況下需要通過(guò)低量級(jí)試驗(yàn)后方可采取下一步措施，一方面有利于提高整個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免對(duì)樣品造成不必要的損壞，另一方面也提高試驗(yàn)室操作人員試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3）準(zhǔn)確計(jì)量校準(zhǔn)參試設(shè)備

每年試驗(yàn)室對(duì)振動(dòng)臺(tái)做計(jì)量校準(zhǔn)計(jì)劃時(shí)，最好將試驗(yàn)室所有的監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確有效的校準(zhǔn)計(jì)量，并盡可能多的保證臺(tái)面所有的點(diǎn)都在計(jì)量校準(zhǔn)的覆蓋范圍內(nèi)。此外，試驗(yàn)室在選擇計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)方面需嚴(yán)格選取有相應(yīng)資質(zhì)的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，對(duì)計(jì)量校準(zhǔn)的結(jié)果一一比對(duì)，確保計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確、真實(shí)及完整。

3 小結(jié)

振動(dòng)試驗(yàn)是環(huán)境試驗(yàn)中較為復(fù)雜的試驗(yàn)之一，本文以點(diǎn)透面，目的在于通過(guò)本次真實(shí)、可信、全面的振動(dòng)試驗(yàn)方案，分析試驗(yàn)操作員、樣品安裝方式、傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取及振動(dòng)臺(tái)選擇等重點(diǎn)影響因素，準(zhǔn)確、全面的指導(dǎo)試驗(yàn)操作員對(duì)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的解讀應(yīng)用，對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試方法的理解及掌握，對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)參試設(shè)備的準(zhǔn)確選擇與實(shí)際操作運(yùn)用；分析出試驗(yàn)室在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種不利因素，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出改進(jìn)方法和措施，結(jié)合實(shí)際情況制定合理有效的振動(dòng)試驗(yàn)方案，在提高試驗(yàn)室操作人員的技術(shù)能力的同時(shí)，為從事振動(dòng)試驗(yàn)的試驗(yàn)室操作人員全面提高試驗(yàn)?zāi)芰μ峁┯行А?zhǔn)確、全面的參考數(shù)據(jù)。