电工电子产品振动试验重点因素分析

王琪，孙一萌

（1.武汉赛宝工业技术研究院有限公司，武汉 430040； 2.工业和信息化部电子第五研究所，广州 511370）

引言

我们常指的机械振动是指物体在平衡位置附近的往复运动，在一般的机械振动中，被振动的物体会存在相关物理方面的变化，比如位移、速度等，同时也会发生有规律的往复运动，因此也会对被振动样品带来一定程度的危害，从而影响整个样品的性能或更高一级的问题。振动试验是机械试验的一种类型，同时也是产品在方案阶段、技术设计阶段、初样阶段、正样阶段及鉴定阶段非常重要的试验环节[1]。振动试验包括正弦、定频、冲击、随机等众多类型，不同类型的振动试验考核产品的目的也不相同，本文结合国家军用标准GBT 2423.10-2019《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）》，对典型的正弦振动试验运用于实际试验时所引起的重点因素展开深入探讨，通过本文以下的典型振动试验进行举例，依次详细讨论说明。

本文的撰写希望一方面通过一次典型的振动试验，对可能有影响试验结果的重点因素进行分析并提出解决措施；另一方面通过本文对振动试验的分析讨论，以点透面的方式给试验员提供在振动试验实际操作中给予更多的参考数据，不断为提高试验能力积累丰富经验。

1 典型振动试验标准与方法选择

1.1 振动试验标准的选择

本次振动试验标准选取为正弦振动试验中的GBT 2423.10-2019《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）》。

1.2 振动试验方法的选择

本次振动试验的样品为振动样品，如图1 所示，振动试验方法采用试验 Fc：振动（正弦）。

图1 样品示意图

试验条件为：频率范围：（10～150）Hz；扫频方向：正向；扫频速率：1 oct/min；加速度幅值：0.2 g。

1.3 试验设备信息（见表1）

表1 试验仪器信息表

2 试验重点因素

振动试验是评价开发产品或模型在未来的使用工况中可能受到外界复杂的作用力或自身共振对自身影响的一，也是电子电工领域使用十分普遍的项目[2]，本次典型的振动试验从试验操作人员对本文选取标准的掌握与理解、试验检测方式方法的解析、振动台的操作步骤、样品安装方式及传感器监测点的布置等方面进行深入分析，同时分析讨论了振动设备选型需遵循的原则和注意事项。

2.1 试验样品

本次试验将进行振动响应检查的监测传感器设置在样品的圆形砝码与其支撑杆之间的平面中心处，如图1所示，其他监测传感器分布如图2 所示。

图2 样品安装图

2.2 检测方法

1）样品安装，监测传感器黏贴如图2 所示（监测传感器1 蓝色，监测传感器2 紫色，监测传感器3 黄色，监测传感器4 黑色）；

2）振动样品安装在振动台中心位置，并用螺栓及夹具将样品牢固固定，将将监测传感器黏贴于振动台面关键位置，同时需要注意的是确保在振动台上的细线规则引出；

3）接通振动台所需电路，在振动台控制器上输入试验参数，打开功放控制器、开启试验振动台，时刻关注振动台动态变化及显示器曲线变化，记录电脑操作界面试验曲线。

2.3 试验操作员

本次典型振动的核心因素为试验操作员，试验操作员对振动试验掌握能力水平、专业技术水平及相关操作熟练水平都是获取准确试验数据的重要因素。一个试验能力强大、试验水平可靠的试验室最需要的是有高水平的试验操作员，做试验前严格把关试验操作人员不仅是对试验室负责，更是对试验产品负责。对此试验室相关负责人员在不断拓展业务的同时还需要定期对本试验室操作员进行理论培训和实操培训，不断提高试验操作员业务能力，也是本次研究所展现的重点。试验室操作员主要能力水平主要包含以下两点：

1）振动试验标准的理解：对 GBT 2423.10-2019《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）》相关试验条款的理解与掌握，例如：4.1.4.1 基准点 ，基准点的控制信号偏差：±15 %。4.1.4.2 检查点，在每个检查点上的控制信号偏差：低于或等于500 Hz：±25 %；高于500 Hz：±50 %[3]。

2）振动试验振动台的实操：试验操作员应熟练掌握振动台工作原理及操作方法，并能在试验室相关安全规定下按试验流程操作振动台及相关设备，正确安装试验样品及黏贴检测传感器，并及时截图测试数据，避免影响测试结果的准确度。

2.4 样品安装方式

本文试验样品是分别由两个安装孔通过螺钉直接固定一端，另两个安装孔位置通过压块固定另一端，将振动响应检查的监测传感器底座涂抹一层502 固体胶，传感器与被监测物之间用绝缘垫隔开，胶水粘贴，并将监测传感器粘贴在样品的圆形砝码与其支撑杆之间的平面中心处，等待3 min 左右，待502 固体胶将试验样品和监测传感器完全粘合。

2.5 监测点布置

振动试验中试验操作员对监测点布置同样十分重要，不仅要有充分的工作经验还需要结合样品实际情况布置监测点，在显控端准确把握特征振动点，从而较为全面地了解试验员对振动台使用的能力。

本次典型振动试验是一个连续的扫频振动，在（10～150）Hz 上从左往右的扫频过程中监测点会出现一定程度上的共振，扫频完成时如图3 所示共振点。通过分析可以发现：

图3 振动曲线图

1）本次典型振动试验样品共振频率为97.1 Hz，此时加速度为0.211 1 g；

2）传感器4 的共振响应最为激烈，其峰值超出振动控制量级上限；

3）传感器1、2、3 和4 均在（40～60） Hz 出现共振频谱，但均处于振动控制量级内。

从测试结果分析：

1）本次振动试验所显示的加速度为0.211 1 g 与振动试验条件设置的加速度值0.2 g 的偏离度为5.55 %，偏离度在10 %以内说明本次振动试验整体效果较好；

2）监测传感器1、监测传感器2 和监测传感器3 振动试验曲线比较接近，由此可见，通过台面传递的振动量级较为一致，同样值得注意的是，监测传感器越贴近台面中心位置振动响应谱越稳定。这是由于振动台特性造成这一现象，量级在台面上传递过程中存在一个由内向外发散的能量梯度，振动台面不同位置振动量级存在一定的差距，对此，监测传感器在布置时不仅需要考虑如何黏贴方便，更应该考虑能监测样品的实际振动量级情况选择振动台上最佳位置，避免因量级传递偏差造成测试结果的不满意；

3）对比监测传感器1、2、3 和4 的振动试验曲线可以发现，振动曲线均在（40～60）Hz 出现共振频谱，但均处于振动控制量级内，且波动较小；另外还可以分析图片3 发现，监测传感器4 虽然在振动台面中心，但其粘贴在样品上，且与样品伸出部分悬空于振动台面，且在60 Hz 后出现较为激烈的共振频谱，完全超出了振动控制量级的范围，出现上述现象的原因可能是由于振动量级经样品传递过程中，振动样品的共振频率与该频率相同，进而出现了共振现象，因此，振动样品在进行正弦试验或定频试验时，为避免在正式试验全量级试验条件下出现共振导致样品损坏或部分功能失效的情况发生，需根据样品的具体情况先进行轻量级的预试验，掌握样品的共振频率，避免因共振造成测试结果的不准确，更严重导致样品部分功能失效或损坏。

2.6 试验设备选择

振动台的选择，需要从以下几个方面加以考虑：振动台量程及精度、振动台与样品共振频率、参试设备的校准。

1）振动台量程及精度

获得准确振动试验结果的重要途径之一是选取合适的试验量程，第一是要根据试验条件所展现的量程要求，其次是要根据振动样品的重量及尺寸大小，不仅包括本文已经描述的振动试验标准解读、振动台操作流程和振动试验样品安装及检测方式方法，同时使用量程适当、精确度较高的试验设备对试验结果也是极为重要的，这也是提高试验室操作人员实际操作水平的方式之一。

2）振动台与样品共振频率

每个样品均有一个共振频率，在确定试验条件后，首先要做的是了解样品的共振频率，在不确定的情况下需要通过低量级试验后方可采取下一步措施，一方面有利于提高整个试验结果的准确性，避免对样品造成不必要的损坏，另一方面也提高试验室操作人员试验能力。

3）准确计量校准参试设备

每年试验室对振动台做计量校准计划时，最好将试验室所有的监测传感器进行准确有效的校准计量，并尽可能多的保证台面所有的点都在计量校准的覆盖范围内。此外，试验室在选择计量校准机构方面需严格选取有相应资质的校准机构进行计量校准，对计量校准的结果一一比对，确保计量校准结果的准确、真实及完整。

3 小结

振动试验是环境试验中较为复杂的试验之一，本文以点透面，目的在于通过本次真实、可信、全面的振动试验方案，分析试验操作员、样品安装方式、传感器监测点选取及振动台选择等重点影响因素，准确、全面的指导试验操作员对试验标准的解读应用，对振动试验测试方法的理解及掌握，对振动试验参试设备的准确选择与实际操作运用；分析出试验室在试验过程中出现的各种不利因素，对发现的问题提出改进方法和措施，结合实际情况制定合理有效的振动试验方案，在提高试验室操作人员的技术能力的同时，为从事振动试验的试验室操作人员全面提高试验能力提供有效、准确、全面的参考数据。