電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(3) ——振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)

前文介紹了電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的一些基本概念和分類。

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(1) —— 概述

電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)(2) —— 振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)類型

本文將簡(jiǎn)要介紹振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)。

試驗(yàn)系統(tǒng)

本文介紹廣義的振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)，包括振動(dòng)試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)。

試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括激勵(lì)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一些其他的輔助部件。

激勵(lì)系統(tǒng)一般有振動(dòng)臺(tái)和沖擊相關(guān)的試驗(yàn)臺(tái)；本文以振動(dòng)臺(tái)為例進(jìn)行相關(guān)的介紹。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集儀和傳感器等組成；振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中主要有加速度、應(yīng)變和位移等數(shù)據(jù)采集。

其他輔助部件也是試驗(yàn)中不可或缺的部分，一般包括試驗(yàn)工裝、天車、攝像機(jī)等，這部分本文不做展開。

振動(dòng)臺(tái)

目前常用的振動(dòng)臺(tái)主要有液壓式和電磁式兩種；液壓式振動(dòng)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)較大的位移和推力，低頻特性好，但是頻率范圍相對(duì)較窄，一般只能做到幾百Hz；電磁式振動(dòng)臺(tái)頻率范圍較寬，高頻能達(dá)到幾千Hz，在可控范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)特性好，推力不如液壓式，但根據(jù)選型也能滿足大多數(shù)場(chǎng)景的需求，是最常見的振動(dòng)臺(tái)類型。

振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要包括驅(qū)動(dòng)器、功率放大器、控制器、傳感器和冷卻系統(tǒng)等。在振動(dòng)激勵(lì)過(guò)程中，我們將事先規(guī)定的振動(dòng)譜輸入，系統(tǒng)通過(guò)傳感器采樣得到反饋，控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，再經(jīng)功率放大器輸出給振動(dòng)臺(tái)。

振動(dòng)臺(tái)一般可以實(shí)現(xiàn)正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)；此外，一些小的沖擊試驗(yàn)也能實(shí)現(xiàn)。

目前大多數(shù)振動(dòng)臺(tái)都是單軸振動(dòng)，臺(tái)面分為了水平臺(tái)和垂直臺(tái)，兩種臺(tái)面在一套系統(tǒng)里都能實(shí)現(xiàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)臺(tái)面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在主流的振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也都是基于單軸振動(dòng)的，理論上存在一定缺陷?，F(xiàn)實(shí)中的振動(dòng)都是三個(gè)方向，甚至六個(gè)自由度同時(shí)存在的，目前也實(shí)現(xiàn)了一些三軸振動(dòng)臺(tái)，但仍處于研究階段，在工程中未能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的三軸振動(dòng)試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)多年充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)產(chǎn)振動(dòng)臺(tái)的性能已能滿足大多數(shù)場(chǎng)合的振動(dòng)試驗(yàn)，有些指標(biāo)在國(guó)際上也是領(lǐng)先的。

振動(dòng)臺(tái)控制

由于振動(dòng)控制并不會(huì)像理想中的那么可控，尤其在高頻以及結(jié)構(gòu)的共振點(diǎn)，會(huì)存在一定的偏差；因此對(duì)于振動(dòng)曲線，會(huì)給予一定可接受的偏差，認(rèn)為試驗(yàn)仍然是有效的；在大多數(shù)情況下，對(duì)于有一定超差的振動(dòng)試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)人員的評(píng)估，仍然認(rèn)為試驗(yàn)是有效的。

通常對(duì)于給定的振動(dòng)譜，會(huì)設(shè)置一個(gè)容差限，其上下限作為允許的偏差，叫做上下報(bào)警限；原則上，認(rèn)為試驗(yàn)過(guò)程中，超出報(bào)警限的振動(dòng)激勵(lì)是不符合試驗(yàn)要求的；但是通常并不會(huì)要求的那么嚴(yán)格。

在容差限之外更大的偏差位置，會(huì)設(shè)置一個(gè)試驗(yàn)的停止限；當(dāng)振動(dòng)曲線超過(guò)停止限時(shí)，振動(dòng)停止，即試驗(yàn)中止；通常停止限的上限用于保護(hù)被測(cè)產(chǎn)品不經(jīng)受過(guò)大的振動(dòng)；當(dāng)試驗(yàn)曲線觸及停止限時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的控制或多或少出現(xiàn)了一定問(wèn)題，需要停止試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試系統(tǒng)。

高頻振動(dòng)控制較為困難，通常在1000Hz以上會(huì)給予相對(duì)較大允許偏差；

振動(dòng)臺(tái)控制方法主要包括：

加速度輸入控制：這類方式是最常見的控制方法，即將加速度傳感器置于被測(cè)設(shè)備連接面進(jìn)行反饋控制；對(duì)于有多點(diǎn)連接，并且連接點(diǎn)相距較遠(yuǎn)的被測(cè)設(shè)備，通常還采取多點(diǎn)控制（多點(diǎn)平均或者多點(diǎn)最大值等）；

力限控制：對(duì)于一些動(dòng)力耦合較為復(fù)雜的情況，會(huì)在振動(dòng)臺(tái)上增加力傳感器實(shí)現(xiàn)該種控制；依據(jù)實(shí)測(cè)界面動(dòng)態(tài)力，增加試驗(yàn)臺(tái)與被測(cè)物之間的力限控制，可以有限減緩試驗(yàn)的過(guò)試驗(yàn)或欠試驗(yàn)；由于技術(shù)能力，力限控制使用較少；

加速度限控制：對(duì)于一些特殊的設(shè)備，會(huì)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在特定位置增加加速度限進(jìn)行控制；通常要求盡可能小的修改輸入譜；這種方法也被叫做“限幅”，可以有效保護(hù)被測(cè)設(shè)備不經(jīng)歷過(guò)大載荷；

加速度響應(yīng)控制：依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以設(shè)備某些位置響應(yīng)作為控制；這種控制并不多見，一般對(duì)于連接支架動(dòng)力學(xué)特性比較復(fù)雜的系統(tǒng)會(huì)采用這種方法，如飛機(jī)組合外掛等；

開環(huán)波形控制：通常振動(dòng)臺(tái)是閉環(huán)系統(tǒng)工作，這種方式一般模擬短時(shí)或瞬時(shí)的隨機(jī)振動(dòng)。

最后

本文簡(jiǎn)要介紹了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)，下文將介紹振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中另一重要組成部分——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。