前文介绍了电子设备振动环境试验的一些基本概念和分类。
电子设备振动环境试验(1) —— 概述
电子设备振动环境试验(2) —— 振动环境试验类型
本文将简要介绍振动环境试验的振动台试验系统。
试验系统
本文介绍广义的振动环境试验,包括振动试验和冲击试验。
试验系统主要包括激励系统、数据采集系统和一些其他的辅助部件。
激励系统一般有振动台和冲击相关的试验台;本文以振动台为例进行相关的介绍。
数据采集系统主要由数据采集仪和传感器等组成;振动试验过程中主要有加速度、应变和位移等数据采集。
其他辅助部件也是试验中不可或缺的部分,一般包括试验工装、天车、摄像机等,这部分本文不做展开。
振动台
目前常用的振动台主要有液压式和电磁式两种;液压式振动台可实现较大的位移和推力,低频特性好,但是频率范围相对较窄,一般只能做到几百Hz;电磁式振动台频率范围较宽,高频能达到几千Hz,在可控范围内动态特性好,推力不如液压式,但根据选型也能满足大多数场景的需求,是最常见的振动台类型。
振动台系统是一个典型的闭环控制系统,主要包括驱动器、功率放大器、控制器、传感器和冷却系统等。在振动激励过程中,我们将事先规定的振动谱输入,系统通过传感器采样得到反馈,控制器进行实时调整,再经功率放大器输出给振动台。
振动台一般可以实现正弦振动和随机振动;此外,一些小的冲击试验也能实现。
目前大多数振动台都是单轴振动,台面分为了水平台和垂直台,两种台面在一套系统里都能实现,在试验过程中对台面进行翻转可以实现相互转换。现在主流的振动试验标准也都是基于单轴振动的,理论上存在一定缺陷。现实中的振动都是三个方向,甚至六个自由度同时存在的,目前也实现了一些三轴振动台,但仍处于研究阶段,在工程中未能实现标准的三轴振动试验。
经过多年充分的市场竞争,国产振动台的性能已能满足大多数场合的振动试验,有些指标在国际上也是领先的。
振动台控制
由于振动控制并不会像理想中的那么可控,尤其在高频以及结构的共振点,会存在一定的偏差;因此对于振动曲线,会给予一定可接受的偏差,认为试验仍然是有效的;在大多数情况下,对于有一定超差的振动试验,经过试验人员的评估,仍然认为试验是有效的。
通常对于给定的振动谱,会设置一个容差限,其上下限作为允许的偏差,叫做上下报警限;原则上,认为试验过程中,超出报警限的振动激励是不符合试验要求的;但是通常并不会要求的那么严格。
在容差限之外更大的偏差位置,会设置一个试验的停止限;当振动曲线超过停止限时,振动停止,即试验中止;通常停止限的上限用于保护被测产品不经受过大的振动;当试验曲线触及停止限时,振动台的控制或多或少出现了一定问题,需要停止试验进行调试系统。
高频振动控制较为困难,通常在1000Hz以上会给予相对较大允许偏差;
振动台控制方法主要包括:
加速度输入控制:这类方式是最常见的控制方法,即将加速度传感器置于被测设备连接面进行反馈控制;对于有多点连接,并且连接点相距较远的被测设备,通常还采取多点控制(多点平均或者多点最大值等);
力限控制:对于一些动力耦合较为复杂的情况,会在振动台上增加力传感器实现该种控制;依据实测界面动态力,增加试验台与被测物之间的力限控制,可以有限减缓试验的过试验或欠试验;由于技术能力,力限控制使用较少;
加速度限控制:对于一些特殊的设备,会根据实测数据,在特定位置增加加速度限进行控制;通常要求尽可能小的修改输入谱;这种方法也被叫做“限幅”,可以有效保护被测设备不经历过大载荷;
加速度响应控制:依据实测数据,以设备某些位置响应作为控制;这种控制并不多见,一般对于连接支架动力学特性比较复杂的系统会采用这种方法,如飞机组合外挂等;
开环波形控制:通常振动台是闭环系统工作,这种方式一般模拟短时或瞬时的随机振动。
最后
本文简要介绍了振动台试验系统,下文将介绍振动环境试验中另一重要组成部分——数据采集系统。