電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)檢定規(guī)程的應(yīng)用

王振 呂新超 韓少志

航空工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100095

0 前言

電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)是由振動(dòng)臺(tái)、振動(dòng)控制器、功率放大器和控制振動(dòng)傳感器等組成的一個(gè)重要的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備[1]。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及國(guó)內(nèi)電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱振動(dòng)臺(tái)）的發(fā)展，振動(dòng)臺(tái)的推力明顯提高，工作頻率范圍也在增加，部分振動(dòng)臺(tái)可以從1 Hz起振工作。原有的《JJG948—1999數(shù)字式電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)檢定規(guī)程》（以下稱舊版規(guī)程）只適用于推力在100 kN以下的振動(dòng)臺(tái)[2]，頻率范圍也只是從5 Hz到2,000 Hz。為滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布并實(shí)施了《JJG948—2018電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)系統(tǒng)檢定規(guī)程》（以下稱新版規(guī)程）。通過(guò)幾年的檢定，本文對(duì)比新舊規(guī)程，總結(jié)了幾點(diǎn)體會(huì)和注意事項(xiàng)，下面分別進(jìn)行 介紹。

1 振動(dòng)控制器的通道一致性測(cè)量

在做振動(dòng)控制器任意兩通道一致性測(cè)試時(shí)，控制器做隨機(jī)自閉環(huán)控制，選擇一個(gè)通道作為控制通道，控制器輸出通道與控制通道連接，其他通道作為測(cè)量通道，并通過(guò)三通把控制器的輸出與控制通道和測(cè)量通道相連接，在工作頻率范圍內(nèi)設(shè)置平直譜觀察兩通道之間的幅值比。如果控制器具有頻率響應(yīng)分析功能，可以通過(guò)控制器軟件相位分析功能得到相位差，如無(wú)此功能可以不做[3]。

2 正弦振動(dòng)

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)振動(dòng)臺(tái)有很多從1 Hz起振。舊版規(guī)程對(duì)于5 Hz以下和2,000 Hz以上頻率的指標(biāo)沒(méi)有做出說(shuō)明，新版規(guī)程取消了舊版規(guī)程中對(duì)頻率的限制。在計(jì)量較低的頻率時(shí)，由于加速度傳感器的輸出電壓較小，應(yīng)注意選取靈敏度較大的三軸加速度傳感器或者單向加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。在做正弦定頻試驗(yàn)選取頻率點(diǎn)時(shí)，注意臺(tái)體氣囊是否與振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生共振，以免影響測(cè)量結(jié)果。在計(jì)量正弦定頻10 Hz頻率點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量消除電源干擾，電源產(chǎn)生的50 Hz正是第5次失真諧波，避免在失真度計(jì)算時(shí)產(chǎn)生較大的加速度值，否則在對(duì)失真度的計(jì)算時(shí)產(chǎn)生較大影響。在計(jì)量2,000 Hz以上振動(dòng)時(shí)，選取頻響范圍較寬的加速度計(jì)，并盡可能選用絕緣螺釘剛性地安裝在振動(dòng)臺(tái)面上，這樣可提高傳感器的安裝諧振頻率，又可以有效地防止傳感器與臺(tái)面直接接觸，避免脫落和50 Hz電源產(chǎn)生的倍頻程干擾。

新版規(guī)程在做加速度示值誤差時(shí)，取消了位移和速度段中頻率點(diǎn)的限制。可以在工作頻率范圍內(nèi)任選3個(gè)頻率點(diǎn)做加速度線性，計(jì)算出最大的加速度示值誤差。

由于控制器采用內(nèi)部晶振來(lái)控制時(shí)間，晶振的頻率準(zhǔn)確性很高，而且新版規(guī)程在周期檢定中也增加了對(duì)控制器頻率示值誤差的檢定，可以保證掃頻速率的準(zhǔn)確性。在舊版規(guī)程中，掃描速率是通過(guò)秒表人為操作，在開(kāi)始掃頻時(shí)，振動(dòng)臺(tái)量級(jí)沒(méi)有辦法第一時(shí)間到達(dá)滿量級(jí)，計(jì)量人員無(wú)法第一時(shí)間控制秒表，人員操作引入的誤差太大，無(wú)法精確地衡量振動(dòng)系統(tǒng)的性能，所以新版規(guī)程取消了掃頻速率的性能要求。

新版規(guī)程中將加速度信噪比改為了加速度噪聲，加速度噪聲以加速度大小體現(xiàn)出來(lái)；在舊版規(guī)程中，實(shí)驗(yàn)人員不能通過(guò)證書(shū)中加速度信噪比直觀地看到振動(dòng)臺(tái)性能，改變后實(shí)驗(yàn)人員可以通過(guò)加速度大小直接了解振動(dòng)臺(tái)的噪聲性能。

3 頻率響應(yīng)特性的測(cè)量

新版規(guī)程中，頻率響應(yīng)特性是周檢中增加的必檢項(xiàng)目。在計(jì)量臺(tái)面均勻度分布圓直徑大于400 mm的振動(dòng)臺(tái)均勻度前，應(yīng)先測(cè)量振動(dòng)臺(tái)頻響特性曲線。了解第一諧振頻率大小，合理避開(kāi)其影響的頻率點(diǎn)，也能通過(guò)新版規(guī)程來(lái)判斷0.7倍一階諧振頻率以上的頻率是否滿足規(guī)程要求。在做頻響特性曲線時(shí)，為方便客戶使用以及今后觀察其頻響特性曲線變化，應(yīng)盡可能保存圖形。

4 隨機(jī)振動(dòng)的檢定

在做隨機(jī)振動(dòng)中動(dòng)態(tài)范圍檢定時(shí)，新版規(guī)程檢定方法6.3.18中，試驗(yàn)系統(tǒng)加速度功率譜控制動(dòng)態(tài)范圍譜圖形由于排版問(wèn)題頻率點(diǎn)標(biāo)錯(cuò)，在計(jì)量檢定中，可以按照?qǐng)D1和表1在控制器輸入?yún)⒖甲V形。

表1 參考目標(biāo)譜設(shè)置頻率和譜密度

檢定隨機(jī)功率譜密度橫向振動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意不同于隨機(jī)加速度橫向振動(dòng)比的測(cè)試方法。隨機(jī)加速度橫向振動(dòng)比是直接讀取三軸加速度X、Y、Z方向的均方根值，而隨機(jī)功率譜密度橫向振動(dòng)比是采用分析儀中傳遞函數(shù)方法[4]。把X和Y方向的平直段分別與Z方向做傳遞函數(shù)，計(jì)算或測(cè)量其比值。

5 經(jīng)典沖擊的檢定

新版規(guī)程列舉了3種經(jīng)典沖擊波形，檢定方法中也列舉了3種波形的加速度幅值示值誤差、脈沖寬度誤差和脈沖速度變化量誤差的計(jì)算方法[5]。通過(guò)咨詢新規(guī)程主要起草人和歸口單位，在振動(dòng)臺(tái)做沖擊時(shí)也可以做其他的加速度和脈寬。通過(guò)公式計(jì)算出其加速度示值誤差、脈沖寬度誤差、脈沖速度變化量。這里分別給出3種波形不同加速度示值誤差、脈沖寬度誤差和脈沖速度變化量誤差的計(jì)算公式。

5.1 半正弦沖擊波形

其中，t——分析儀測(cè)量的脈沖寬度，ms；

t1——控制器設(shè)置的脈沖寬度，ms；

δt——半正弦波脈沖寬度誤差。

其中，Am——分析儀脈沖加速度，m/s2；

Am1——控制器設(shè)置的脈沖加速度，m/s2

δAm——半正弦波脈沖加速度誤差。

其中，δΔV1——半正弦波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV1——分析儀測(cè)量的速度變化量，m/s；

V——設(shè)置的半正弦速度變化量，m/s。

其中，π——圓周率值取3.14。

5.2 后峰鋸齒沖擊波形

后峰鋸齒沖擊波形的加速度幅值誤差按照式（1）計(jì)算，脈沖寬度誤差按照式（2）計(jì)算。

波形的速度變化量按照式（5）計(jì)算。

其中，δΔV2——后峰鋸齒波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV2——分析儀測(cè)量的速度變化量，m/s；

V——后峰鋸齒波脈沖波形的速度變化量，m/s。

5.3 梯形沖擊波形

梯形沖擊波形的加速度幅值誤差按照式（1）計(jì)算，脈沖寬度誤差按照式（2）計(jì)算。

波形的速度變化量按照式（7）計(jì)算。

其中，δΔV2——梯形波脈沖波形的速度變化量誤差；

ΔV3——分析儀測(cè)量的速度變化量，m/s；

V——梯形脈沖波形的速度變化量，m/s。

其中，t上——梯形上底的脈沖寬度，ms；

t下——梯形下底的脈沖寬度，ms。

6 結(jié)束語(yǔ)

以上簡(jiǎn)單地介紹了新版規(guī)程中增加的檢定項(xiàng)目和與舊版規(guī)程的不同，解釋了一些刪減和增加內(nèi)容的原因，總結(jié)了一些在計(jì)量檢定工作中遇到的問(wèn)題和解決方法，為計(jì)量工作者在實(shí)際工作中提供參考和幫助。隨著振動(dòng)臺(tái)的發(fā)展，檢定規(guī)程也會(huì)隨之修訂，這要求計(jì)量檢定工作的方法和方式也應(yīng)當(dāng)有所突破和創(chuàng)新，在實(shí)際工作中共同積累經(jīng)驗(yàn)和解決問(wèn)題。