电工电子产品振动试验能力验证方法

张仲强 黄薛青 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

电工电子产品的环境试验是电器产品检测中覆盖范围最广的一项基础测试，主要考核其环境适应性[1]。而振动试验是主要的环境试验之一，用于模拟产品在运输、安装及使用环境中所经受的各种振动环境，以评定产品承受各种环境振动的能力。依据振动方式可分为正弦振动和随机振动两类。正弦振动是实验室中经常采用的试验方法，用以摸拟因旋转、脉动、震荡（在船舶、飞机、车辆、空间飞行器等）所产生的结构共振频率分析和共振点驻留验证为主[2]。

为了准确进行测试和对试验方法有正确的理解，有效监控自身实验室能力，促进实验室在电工电子产品振动试验方面检测结果的一致性，笔者参与并进行了此次实验室振动试验的能力验证。

1 被测样品和测试方法

1.1 被测样品

样品为一台振动测试盒，并配备一只振动测试探头，用于测试振动各轴向加速度值。振动测试探头的X、Y、Z轴向如图1。

图1 振动测试探头 X、Y、Z轴向示意图

1.2 测试方法

依据的测试标准为：GB/T 2423.10-2008 《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动(正弦)》，振动测试参数见表1，其样品的安装、工作方式如下。

样品安装：将振动测试探头用胶水粘贴在振动台台面正中心区域，并将振动测试探头另一端连接至振动测试盒。

样品工作：接通振动测试盒电源（试验供电电源：220 V 50 Hz），在确认振动测试探头处于静止的状态下，打开振动测试盒开关，测试盒显示屏亮起且显示数值，则测试盒状态正常。

表1 正弦振动测试参数

记录试验开始后，第4 min时振动测试盒显示屏显示相应轴向加速度值。

2 结果评价

2.1 结果评价原则

以X、Y、Z轴向的振动轴向加速度测试结果为评价对象，采用CNAS-GL002：2018《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》稳健统计方法确定指定值和能力评定标准差，依据实验室Z比分数进行结果评价。

按以下公式计算Z值：

式中：x——实验室最终测试结果的显示值；

X——指定值。以测试结果的显示值的稳健平均值作为指定值；

δ——能力评定标准差

以测试结果的显示值的稳健标准差作为能力评定标准差。

若实验室测试结果的显示值对应Z值均为|Z|≤2，则为满意结果；

若实验室测试结果的显示值对应Z值至少有一个为 2 ＜ |Z| ＜ 3，则为有问题结果；

若实验室测试结果的显示值对应Z值|Z|≥3，则为不满意结果。

2.2 能力统计量Z比分数计算

表2 显示值x、稳健平均值、稳健标准差

表2 显示值x、稳健平均值、稳健标准差

稳健平均值2.05 2.08 2.01

依据式（1），分别计算X、Y、Z振动轴向加速度的Z比分数，得到 |Zx| = 0.6 ≤ 2，|Zy| = 0.9 ≤ 2，|Zz| = 0.2 ≤ 2，均为满意结果。

3 振动试验技术

振动试验的结果受多种因素影响，包括样品的安装、控制传感器的安装、控制传感器的灵敏度修正、设备计量及试验参数的设置等因素[3]。此次振动能力验证取得满意结果，归结于三个方面。

3.1 振动试验参数设置合理

对于正弦扫频振动而言，导致试验参数设置错误的原因主要体现在交越点前的位移值的设定。通常情况下，进行振动试验设置目标谱时需要设置的是位移峰峰值（p-p），但大部分标准和测试大纲中所写的是位移单峰值。为了确保振动台目标谱正确，避免找不到共振频率或找到错误危险频率的现象发生，需要对交越点处的位移值进行正确的设置。

3.2 控制传感器及样品的安装合理

在振动试验过程中，控制传感器应尽量与动圈保持在同一直线，同时确保样品处于动圈与控制传感器之间，从而对振动台面和样品进行较好的控制效果。仅将控制传感器粘贴在动圈上不能对振动台面和样品实现较好控制，如尺寸较大或重心偏高的样品在进行正弦振动扫频时，振动台面将会被样品的惯性带偏，导致整个台面不受控制而使试验中断[4]。因此，控制传感器可直接粘贴在水平台面的最顶端和垂直台面的动圈投影区域内。

3.3 采用已修正的传感器灵敏度值

振动试验中所用到的控制传感器的灵敏度值也是影响试验结果的重要因素之一，虽然每个传感器出厂时已标定灵敏度值，但随着使用频率的加剧，其值也会出现一定偏差。因此，振动试验所用控制传感器需定时进行计量修正，同时进行试验时需要采用最新修正值。

4 结语

通过计算X、Y、Z振动轴向加速度的Z比分数，验证了振动试验能力，确保实验室在振动试验方面检测结果的一致性。同时，为了获得最佳的试验结果，防止出现过试验或欠试验状况，安装样品时需注意安装方式，保证样品在中心轴线区域；控制传感器的位置不仅需要涵盖样品区域，也要能够有效地控制振动台面；选用已进行校准过的控制传感器的修正值。