隨機振動(dòng)試驗測試方法詳解

實(shí)際的場(chǎng)合中，許多真實(shí)的振動(dòng)環(huán)境是隨機的，如噴氣式發(fā)動(dòng)機和火箭發(fā)動(dòng)機引起的振動(dòng)、車(chē)輛在不平路面行駛引起的振動(dòng)、飛行器附面層紊流引起的振動(dòng)等等。因此，要真實(shí)地模擬外場(chǎng)振動(dòng)環(huán)境，隨機振動(dòng)試驗是不可缺少的。隨機振動(dòng)試驗遠比正弦振動(dòng)試驗復雜。

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隨機振動(dòng)試驗的準備

① 試驗夾具的選用和設計
進(jìn)行隨機振動(dòng)試驗和正弦振動(dòng)試驗一樣，首先應將受試設備牢固剛性地固定在振動(dòng)臺臺面上。對于各類(lèi)電子組件、印制電路板、精密的儀器儀表通常情況下需要借助于夾具，將受試設備固定在夾具上，通過(guò)夾具將受試樣品固定在振動(dòng)試驗臺面上。
在隨機振動(dòng)試驗中，如果夾具選擇不好，除會(huì )使試件受到失真的振動(dòng)考核外，還可能使振動(dòng)控制變得困難，有些地方超差很?chē)乐?，甚至使試驗難以進(jìn)行。隨機振動(dòng)試驗比正弦振動(dòng)對夾具設計與制作的要求更高，也更嚴。

② 試件的安裝

隨機振動(dòng)更容易使緊固件振松。因此，在每次試驗前都應檢查緊固件是否松動(dòng)。在試驗過(guò)程中如果發(fā)現控制不穩定，應停機檢查緊固件和傳感器的連接，這兩種連接有問(wèn)題時(shí)，都會(huì )造成控制不穩定。在擰緊安裝螺栓時(shí)應該使用測力扳手。這樣既可以保證擰緊，又保證緊固件不受損傷。這里推薦對 M8 的螺栓擰緊力矩為3.46kg/m；對M10的螺栓擰緊力矩為7.6kg/m。如果沒(méi)有條件使用測力扳手，在擰緊螺栓時(shí)要保證彈簧墊圈剛剛壓平，不要用大扳手使勁擰，以防將螺紋擰壞或螺栓擰斷。
③ 控制加速度計和測量加速度計的安裝

試驗前必須按試驗條件的要求安裝好控制和測量的加速度計。安裝方法和注意要點(diǎn)與正弦試驗相同。為了防止靜電干擾，一般在加速度計和夾具或試件之間加絕緣片和絕緣塊，其中絕緣塊可以在三個(gè)垂直方向上粘加速度計?？捎?02膠黏結，也可以用小螺釘連接絕緣塊，另用小螺釘連接加速度計和絕緣塊。

④ 隨機振動(dòng)控制儀設置
隨機振動(dòng)試驗的試驗條件及控制參數均需要事先（試驗前）輸入控制儀，由于控制儀的種類(lèi)不同，需要輸入的參數也不盡相同，這里只選較為通用的參數進(jìn)行說(shuō)明。
選擇頻率范圍。大部分控制儀需要選擇頻率范圍。一般有幾檔供選擇，只要將試驗頻率上限值輸入，控制儀就可以自動(dòng)選到級合適的頻率范圍。個(gè)別控制儀則不需要選，頻率范圍是固定的。
譜線(xiàn)數和自由度數的選擇。數控儀的分辨率是由譜線(xiàn)數決定的，試驗帶寬除以譜線(xiàn)數就是分辨率。例如，試驗頻率上限為 2000Hz，試驗帶寬也就是 2000Hz，如選 200線(xiàn)，則分辨率為 10Hz。選 400 線(xiàn)，則分辨率為 5Hz。常用的譜線(xiàn)數為 200、400 和800。譜線(xiàn)數越多，分辨率越高，但回路時(shí)間（即對輸出譜進(jìn)行一次修正的時(shí)間）也越長(cháng)，也就是說(shuō)要達到同樣精度時(shí)均衡的時(shí)間也加長(cháng)。在選擇譜線(xiàn)數時(shí)，如果試驗規范譜形簡(jiǎn)單，可以先選 200 線(xiàn)，只有當它不能滿(mǎn)足要求時(shí)，例如，譜的設置由于分辨率不夠無(wú)法設置，或者某頻段內均衡后超差嚴重等，再增加譜線(xiàn)數。
譜的設置。將試驗規范的譜形輸入控制儀，一般試驗功率譜密度曲線(xiàn)由折線(xiàn)組成，輸入前先要了解有幾個(gè)折點(diǎn)，每個(gè)折點(diǎn)處的功率譜密度值（PSD 值）和折點(diǎn)的頻率值，起始和最終折線(xiàn)的斜率（單位是 3dB/倍頻程）。如果規范給出的值與輸入值要求不同，應該換算成要求的值，例如，規范譜一般起始和終點(diǎn)只給出頻率和斜率，而不給出 PSD 值，有些儀器輸入需要這點(diǎn)的 PSD 值，那么就需要計算，并按規范譜將各折點(diǎn)數據依次輸入儀器。
容差的設置。隨機振動(dòng)試驗的容差由兩部分組成，即譜形的容差和均方根加速度的容差。前者是控制譜形的，后者是控制總能量的。而設置的容差又分為報警限和終止限，試驗中控制譜或均方根加速度超過(guò)報警限，儀器報警但不停止試驗；超過(guò)中止限就要切斷輸出，停止試驗。容差的設置一般應按試驗條件的要求設置，可以全頻段只設一種，也可以分頻段設置不同值。如果試驗條件沒(méi)給出容差要求，推薦使用譜容差如下：報警極限±3dB，中止極限±6dB。均方根容差報警極限±5dB，中止極限±3dB。
預試量級的設置。隨機振動(dòng)試驗首先要在低量級下均衡，均衡完成后，逐步將量級升至試驗量級。通常均衡量級要很低，這樣不會(huì )對試件造成損傷。但低量級均衡到高量級做試驗會(huì )出現非線(xiàn)性問(wèn)題，均衡好的譜還要修正。因此，在什么量級下進(jìn)行均衡、分幾個(gè)量級、用多長(cháng)時(shí)間升到試驗量級都需要設置。如果試驗條件沒(méi)給出特殊要求的話(huà)，推薦設五個(gè)預置量級，即-12dB、-9dB、-6dB、-3dB、0dB，上升時(shí)間以 30～60s 為宜。GB/T2423.56規定，在正式隨機試驗前，所允許的預調激勵時(shí)間（即建立時(shí)間）如下：
a.小于規定量級的25%（-12dB），無(wú)時(shí)間限制。b.在規定量級的25%～50%（-12～-6dB），其時(shí)間不大于規定時(shí)間的1.5倍。c.在規定量級的50%～100%（-6～0dB），其時(shí)間不大于規定時(shí)間的10%。

⑤ 試驗系統的導通

試驗前，無(wú)論是控制系統還是測量系統，都需要導通。所謂導通，就是看系統連接是否有效、是否可靠，一般常用的方法是給試件及振動(dòng)臺一個(gè)段擊，觀(guān)察傳感器、電荷放大器及示波器有無(wú)反應。試驗前的導通工作十分重要，它是進(jìn)行安全試驗，提高測量可靠性的有效方法。

隨機振動(dòng)的預試驗
一般大型隨機振動(dòng)試驗在試驗準備工作做完后都要進(jìn)行預試驗。其目的是通過(guò)小 t 級的振動(dòng)試驗了解系統工作是否正常、試件安裝是否合適，并了解試驗的振動(dòng)特性，觀(guān)察控制曲線(xiàn)和驅動(dòng)曲線(xiàn)，估計正式試驗是否會(huì )出現什么問(wèn)題，想辦法解決出現的各種問(wèn)題。

① 用試驗量級的1/4（-12dB）進(jìn)行隨機振動(dòng)的預試驗，時(shí)間為60s。記錄全部測點(diǎn)的影響，畫(huà)出控制曲線(xiàn)及驅動(dòng)曲線(xiàn)，觀(guān)察功放最大的輸出電壓和電流。通過(guò)試驗了解各系統工作是否正常，控制曲線(xiàn)是否完全滿(mǎn)足容差要求，驅動(dòng)曲線(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍是否達到控制儀的極限，功放的最大輸出電壓和電流是否小于額定值的1/4。研究這些問(wèn)題是為了估計滿(mǎn)t級試驗是否有把握，在預試驗中出現的問(wèn)題必須解決，如果要解決的問(wèn)題較多，預試驗還可以重復進(jìn)行，直至滿(mǎn)意為止。

②試驗件的初始檢查許多試件要求在隨機振動(dòng)試驗過(guò)程中進(jìn)行測試。因此，在正式試驗前必須對試件進(jìn)行初始檢查及通電測試，并記錄初始靜態(tài)數據，還可以利用預試過(guò)程觀(guān)察試件各參數在預試驗中的變化。
正式隨機振動(dòng)試驗
預試驗順利后就可以開(kāi)始正式試驗。正式試驗的注意事項和中斷處理與正弦試驗基本相同。其中要強調的是試驗由一個(gè)人統一指揮，各崗位分工明確，職責清楚，試驗中出現問(wèn)題及時(shí)報告指揮，由指揮處理。每次試驗結束，要檢查一下控制曲線(xiàn)及測量信號是否已記錄下來(lái)。一般試驗要進(jìn)行三個(gè)相互垂直的x，y，z，3 三個(gè)方向依次進(jìn)行，但換一個(gè)方向后應從預試驗開(kāi)始。因為更換方向，許多部分都要重新連接，重新安裝。在每一方向正式試驗做完后，在同樣的狀態(tài)下，按預試驗中第二項再做一次頻率特性測量，使用的試驗參數完全相同，記錄下各測點(diǎn)的頻率響應曲線(xiàn)。

數據處理及編寫(xiě)試驗報告

正式試驗全部結束后，保存三個(gè)方向上的振動(dòng)試驗曲線(xiàn)，填寫(xiě)原始記錄，為編寫(xiě)試驗報告做準備，另外，試驗現場(chǎng)可以整理，試件、夾具拆卸后擺放在規定的區域，各類(lèi)固定用的螺栓歸類(lèi)收置放好以備下次試驗使用。