電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(3) ——振動臺試驗系統(tǒng)

前文介紹了電子設(shè)備振動環(huán)境試驗的一些基本概念和分類。

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(1) —— 概述

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(2) —— 振動環(huán)境試驗類型

本文將簡要介紹振動環(huán)境試驗的振動臺試驗系統(tǒng)。

試驗系統(tǒng)

本文介紹廣義的振動環(huán)境試驗，包括振動試驗和沖擊試驗。

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

激勵系統(tǒng)一般有振動臺和沖擊相關(guān)的試驗臺；本文以振動臺為例進(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；振動試驗過程中主要有加速度、應(yīng)變和位移等數(shù)據(jù)采集。

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

振動臺

目前常用的振動臺主要有液壓式和電磁式兩種；液壓式振動臺可實現(xiàn)較大的位移和推力，低頻特性好，但是頻率范圍相對較窄，一般只能做到幾百Hz；電磁式振動臺頻率范圍較寬，高頻能達(dá)到幾千Hz，在可控范圍內(nèi)動態(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)場景的需求，是最常見的振動臺類型。

振動臺系統(tǒng)是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要包括驅(qū)動器、功率放大器、控制器、傳感器和冷卻系統(tǒng)等。在振動激勵過程中，我們將事先規(guī)定的振動譜輸入，系統(tǒng)通過傳感器采樣得到反饋，控制器進(jìn)行實時調(diào)整，再經(jīng)功率放大器輸出給振動臺。

振動臺一般可以實現(xiàn)正弦振動和隨機(jī)振動；此外，一些小的沖擊試驗也能實現(xiàn)。

目前大多數(shù)振動臺都是單軸振動，臺面分為了水平臺和垂直臺，兩種臺面在一套系統(tǒng)里都能實現(xiàn)，在試驗過程中對臺面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在主流的振動試驗標(biāo)準(zhǔn)也都是基于單軸振動的，理論上存在一定缺陷?，F(xiàn)實中的振動都是三個方向，甚至六個自由度同時存在的，目前也實現(xiàn)了一些三軸振動臺，但仍處于研究階段，在工程中未能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的三軸振動試驗。

經(jīng)過多年充分的市場競爭，國產(chǎn)振動臺的性能已能滿足大多數(shù)場合的振動試驗，有些指標(biāo)在國際上也是領(lǐng)先的。

振動臺控制

由于振動控制并不會像理想中的那么可控，尤其在高頻以及結(jié)構(gòu)的共振點，會存在一定的偏差；因此對于振動曲線，會給予一定可接受的偏差，認(rèn)為試驗仍然是有效的；在大多數(shù)情況下，對于有一定超差的振動試驗，經(jīng)過試驗人員的評估，仍然認(rèn)為試驗是有效的。

通常對于給定的振動譜，會設(shè)置一個容差限，其上下限作為允許的偏差，叫做上下報警限；原則上，認(rèn)為試驗過程中，超出報警限的振動激勵是不符合試驗要求的；但是通常并不會要求的那么嚴(yán)格。

在容差限之外更大的偏差位置，會設(shè)置一個試驗的停止限；當(dāng)振動曲線超過停止限時，振動停止，即試驗中止；通常停止限的上限用于保護(hù)被測產(chǎn)品不經(jīng)受過大的振動；當(dāng)試驗曲線觸及停止限時，振動臺的控制或多或少出現(xiàn)了一定問題，需要停止試驗進(jìn)行調(diào)試系統(tǒng)。

高頻振動控制較為困難，通常在1000Hz以上會給予相對較大允許偏差；

振動臺控制方法主要包括：

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設(shè)備連接面進(jìn)行反饋控制；對于有多點連接，并且連接點相距較遠(yuǎn)的被測設(shè)備，通常還采取多點控制（多點平均或者多點最大值等）；

力限控制：對于一些動力耦合較為復(fù)雜的情況，會在振動臺上增加力傳感器實現(xiàn)該種控制；依據(jù)實測界面動態(tài)力，增加試驗臺與被測物之間的力限控制，可以有限減緩試驗的過試驗或欠試驗；由于技術(shù)能力，力限控制使用較少；

加速度限控制：對于一些特殊的設(shè)備，會根據(jù)實測數(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)被測設(shè)備不經(jīng)歷過大載荷；

加速度響應(yīng)控制：依據(jù)實測數(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，一般對于連接支架動力學(xué)特性比較復(fù)雜的系統(tǒng)會采用這種方法，如飛機(jī)組合外掛等；

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

最后

本文簡要介紹了振動臺試驗系統(tǒng)，下文將介紹振動環(huán)境試驗中另一重要組成部分——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。