淺談模擬振動條件檢測產(chǎn)品性能的必要性

趙猗深

（中國電科集團十三所檢測中心， 河北 石家莊 050051）

任何產(chǎn)品都要在一定的環(huán)境條件下使用、運輸和儲存，因此擺脫不了環(huán)境的影響，特別是惡劣環(huán)境下工作的產(chǎn)品更是如此。通常產(chǎn)品在使用前，都要驗證產(chǎn)品能否適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境，并能達(dá)到令人滿意的的工作要求，這就要求產(chǎn)品投產(chǎn)前通過模擬現(xiàn)場環(huán)境進行試驗。環(huán)境適應(yīng)性和可靠性貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、研制、生產(chǎn)、試驗和使用全過程，因此產(chǎn)品環(huán)境試驗的是保證產(chǎn)品正常使用和產(chǎn)品壽命的非常重要一環(huán)。

環(huán)境對產(chǎn)品的影響直到二次大戰(zhàn)后才逐漸受到人們的重視的。由于現(xiàn)場環(huán)境存在有溫度、濕度、沙塵、霧水，對投入的產(chǎn)品產(chǎn)生較大的影響，這些因素不能保證產(chǎn)品正常使用，并發(fā)生損壞，甚至安裝到設(shè)備上導(dǎo)致誤動作?，F(xiàn)場環(huán)境的振動是對產(chǎn)品性能影響的一個重要問題，振動會導(dǎo)致設(shè)備及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的動態(tài)位移。動態(tài)位移的速度、加速度可導(dǎo)致或加劇產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)疲勞，加速機械磨損。振動測量是從航空航天部門發(fā)展起來的，在動力機械、交通運輸、建筑等工業(yè)部門及環(huán)境保護、勞動保護等方面也顯示出其重要作用。

一、振動檢測原理

模擬現(xiàn)場環(huán)境進行振動檢測的主要是試驗方法和檢測設(shè)備。產(chǎn)品振動實際經(jīng)受的振動有正弦振動和隨機振動。正弦振動是由于飛機、車輛、船舶、空中飛行器和場面機械的旋轉(zhuǎn)、脈動、振蕩等諸力所引起；產(chǎn)品在運輸和實際使用中遇到的振動，大多是隨機振動。隨機振動的頻率域?qū)挘⒂羞B續(xù)的頻譜，能同時在所有頻率上對產(chǎn)品進行激勵，比用正弦振動儀對某些頻率或連續(xù)掃頻模擬振動更真實、更有效，因此隨機振動試驗?zāi)芨鎸嵉姆从钞a(chǎn)品的耐振性。

隨著精密加工技術(shù)的高速發(fā)展，運動部件的高精度實時測量越來越重要，需要測量的振動小、頻率范圍也越寬。振動測量和檢測的工具中，測振是振動測量儀器的最基本部分。一般的振動測量系統(tǒng)的性能往往決定了整個儀器或系統(tǒng)的性能。根據(jù)線性系統(tǒng)的疊加原理，振動的響應(yīng)是振動系統(tǒng)測振部分對各個諧振動相應(yīng)的疊加。測試點的振動必須具有一定的代表性，能夠準(zhǔn)確的、穩(wěn)定的反映出激振力和元件用于的設(shè)備的振動幅度或頻率等參數(shù)。

振動檢測能對產(chǎn)品進行24小時不間斷的監(jiān)控、記錄，隨時測量產(chǎn)品的振動頻率，保護產(chǎn)品免受失衡、偏心、松動或磨損而導(dǎo)致的振動不足或振動過度。剔除那些振動頻率超標(biāo)、不能適應(yīng)環(huán)境的產(chǎn)品，及早檢測出即將發(fā)生的故障，使預(yù)防、糾正措施做事前糾錯，將振動異常所帶來的損失降低到最小。是質(zhì)量保證體系的重要措施。

二、振動測量設(shè)備

振動測量設(shè)備主要包括三方面的設(shè)備。激振設(shè)備、測振設(shè)備和分析設(shè)備。

（一）激振設(shè)備分為激振器和振動臺兩類，目前已采用帶振動控制儀的激振設(shè)備 ，它可按要求的波形或譜形激振。激振源即產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、組件等產(chǎn)生的振動會通過中間承力媒介傳到產(chǎn)品的最的外端，某種程度上說，承力媒介的振動能夠反映出產(chǎn)品總質(zhì)量的振動狀況，產(chǎn)品內(nèi)部的不平衡度和附件的受激振的程度。

（二）測振設(shè)備有測力、測運動和測阻抗等三種傳感器。達(dá)到對產(chǎn)品振動監(jiān)測，監(jiān)測器的測量靈敏度高、抗干擾能力好，監(jiān)測范圍廣泛，能夠?qū)崟r檢測到任何波形的振動，可以適用于任意多軸測量的應(yīng)用，采集到各個方向上出現(xiàn)的振動數(shù)據(jù)。振動監(jiān)測器中高性能的產(chǎn)品，在千分之一秒的時間內(nèi)達(dá)到同時采集三個通道方向的振動數(shù)據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品振動故障診斷和趨勢監(jiān)測。

（三）分析設(shè)備為濾波器，可以起抗干擾、去噪聲、提取有用信號等作用。振動測量得到的大量原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過各種處理，才能作為工程設(shè)計的計算依據(jù)。多通道振動測試與模態(tài)分析是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理（DSP）和計算機等部分組成的虛擬儀器設(shè)備。測試的原始記錄通過直觀分析可將數(shù)據(jù)分為瞬態(tài)的、周期的、隨機的3種，數(shù)據(jù)采集部分將被分析的聲或振動信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號處理（DSP）部分對采集到的字信號進行調(diào)理，從而得到表征響應(yīng)特征的各種信息，處理的結(jié)果傳到計算機來顯示并保存。

作者是半導(dǎo)體測試設(shè)備領(lǐng)域現(xiàn)場環(huán)境試驗人員，針對元器件、零件、電子材料等產(chǎn)品進行振動檢測，主要是編好振動頻率的程序通過振動臺檢測產(chǎn)品，為半導(dǎo)體設(shè)備和電子零部件工程工藝材料產(chǎn)品應(yīng)用，汽車、電子零部件提供產(chǎn)品保證。在現(xiàn)場或?qū)嶒炇覍φ駝酉到y(tǒng)的實物或模型進行響應(yīng)測量、動態(tài)特性參數(shù)測定以及載荷識別。其中響應(yīng)測量包括位移、速度、加速度、應(yīng)變、應(yīng)力等；動態(tài)特性參數(shù)測定包括各階模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼、系統(tǒng)頻率響應(yīng)或脈沖響應(yīng)等；載荷識別或振動環(huán)境描述包括脈沖載荷或隨機載荷、湍流譜、道路譜、海浪譜、地震譜等。