振动台加速度幅值均匀度试验研究

陈立涛，张伟

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

装备在其研制和服役的过程中，会面临着各种类型的环境试验，如高低温、振动及离心等环境试验。为了提高装备的可靠性，需在装备研制的过程中，进行大量的环境试验，以充分暴露产品的潜在缺陷，检验装备的设计和制造质量。而由振动引起的失效破坏是其服役过程中发生故障的主要因素之一，作为环境试验中的重要组成部分，振动试验对装备研制起着举足轻重的作用。

振动试验系统是进行振动试验必不可少的工具，好的振动试验系统可以保证样品在不失真的情况下进行试验，使试验受控，达到试验的目的。作为振动试验系统的重要指标之一，加速度均匀度的好坏对评价振动试验系统的好坏有着十分重要的意义[1-4]。

1 加速度均匀度试验

依据标准 GB/T 5170.14-2009《电工电子产品环境试验设备基本参数检验方法振动 （正弦）试验用电动振动台》和JJG 948-1999《数字式电动振动台检定规程》[5-6]， 将振动台空载，振动量级按要求设置，将5支加速度计刚性地安装在振动台的台面中心及不同直径的安装螺孔分布圆周上，在试验系统的工作频率范围内，按照倍频程选取不少于10个频率值 （包括上限和下限频率值），测量台面上各个位置的加速度幅值。

各个频率点的加速度幅值均匀度NA：

式 （1） 中：

NA——台面加速度幅值均匀度；

A——同次测量中台面中心点的加速度幅值；

|ΔAmax|——同次测量中台面各个安装点的加速度幅值相对于台面中心点的加速度幅值最大偏差的绝对值。

试验频率的定频选择分别为5、10、20、40、80、 160、 320、 640、 1000、 1500 和 2000 Hz，按照标准要求进行试验，得到各个频率下各个传感器位置处的加速度幅值，然后按照公式 （1）计算得到台面的加速度幅值均匀度，试验结果如表1所示。

表1中的试验结果显示，当试验系统的工作频率较低，特别是低于1000 Hz时，台面加速度均匀度普遍较好；而当试验系统的工作频率为高频2000 Hz时，该台面加速度均匀度值达到了26.01%。表2为标准规定的小台面 （≤400 mm）振动台加速度均匀度的要求，通过对比分析，可以得知，该振动台的加速度均匀度满足标准要求。

表1 台面加速度均匀度试验结果

表2 台面加速度均匀度要求

为了验证上述试验结果，在工作频率范围5～2000 Hz内作扫频速率不大于 1 oct/min的扫频振动试验，试验条件如下：

1）控制加速度为2 g；

2）输出控制采用正弦扫描信号。

5支加速度计的加速度曲线如图1所示。

从图1可以看出，台面上各点加速度均匀度幅值是不均匀的，特别是在高频部分。当试验系统的工作频率较低时，如在1000 Hz以内时，该台面加速度均匀度的偏差普遍较小，对试验的影响可忽略不计；当试验系统的工作频率在1000 Hz以上，特别是当该试验系统的工作频率接近其共振频率时，其加速度均匀度的偏差较大，将图1高频部分放大，得到的图像如图2所示。从图2中我们可以更加明显地看出加速度均匀度的差异。

图1 5个通道的各点加速度

图2 5个通道的各点加速度高频部分放大图

2 结束语

由上述试验可以得知，对于此次试验的小台面振动台，各个点的加速度幅值有差异，当振动台的工作频率较低时，如在1000 Hz以下时，这个差异很小，试验数据显示，最大的加速度均匀度为3.97%；但是，随着工作频率的升高，特别是当振动台的工作频率接近其共振频率时，台面各点的加速度均匀度会有明显的差异。

按照最常用的定频、定加速度的方式测算出的该台面的加速度均匀度如表1所示，其中最大的加速度均匀度为26.01%。此后通过一个加速度为2 g的正弦扫频试验，验证了定频、定加速度的试验结果。正弦扫频试验的试验结果如图1所示，将图1高频部分局部放大，得到图2；从图2可以更加明显地看出：当振动台的工作频率为高频时的台面加速度均匀度的好坏。

同时，从图2还可以看出，离台面中心距离越远 （监测通道1-5），加速度均匀度越差，所以在做试验时应尽可能地将试件放在台面中心，同时不能为了方便将控制点放在台面边缘处，而应该将其布置在试件与振动台的连接处，采用平均控制的控制策略，这样才能尽可能地模拟试件的真实振动环境。理论上讲，随着台面尺寸的增大，台面加速度幅值均匀度的差异会更大，特别是对于大尺寸的水平滑台而言，在用水平滑台进行振动试验时，更要考虑水平滑台台面的加速度均匀度的差异，避免过试验和欠试验的产生，这也正是需要我们进一步研究的地方。

[1]谢初南，刘立群.水平滑台随机振动性能探讨 [J].上海计量测试，2006，33（5）：17-19.

[2]孙哲.传感器的安装位置对水平滑台随机振动系统试验结果影响的探讨 [J].现代测量与实验室管理，2010， 18 （3）： 20-21.

[3]刘洪英，马爱军，冯雪梅，等.水平滑台随机振动试验时控制点的选择方法探讨 [J].环境技术，2011，29（4）： 15-18.

[4]叶国斌.振动系统加速度均匀度研究 [D].成都：电子科技大学，2004.

[5]国家质量技术监督局.数字式电动振动试验系统检定规程 （JJG 948-1999） [M].北京：中国计量出版社，1999.

[6]GB/T 5170.14-2009，环境试验设备基本参数鉴定方法，国家标准局 [S].