振動控制試驗，一般也被稱為環(huán)境試驗或者環(huán)境模擬試驗，旨在通過模擬產品真實環(huán)境中的振動，來對產品的可靠性進行評估。藉由該測試，工程師能夠對產品的耐振壽命和性能指標有一個全面的認識，找出有可能導致損壞或失效的薄弱環(huán)節(jié)，從而進行升級、改進，使得產品綜合性能指標更為突出。現如今，環(huán)境可靠性試驗作為產品質量認證過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，且隨著振動控制試驗的廣泛應用，其試驗規(guī)范也愈加標準化。當前應用最為廣泛的是GJB150或MIL810H等試驗標準，這些標準對共振定頻、正弦掃頻、正弦拍波、寬帶隨機、經典沖擊、沖擊響應譜、聲學控制、混合模式（寬帶隨機+窄帶隨機、寬帶隨機+正弦、寬帶隨機+窄帶隨機+正弦）等試驗進行了規(guī)定。

振動控制試驗多用于復現如飛機起飛或降落、火箭發(fā)射、交通運輸等復雜的振動環(huán)境，也常被用于篩查工藝問題、發(fā)現早期故障和完善分析模型。通過對產品進行振動控制試驗可以減少維修成本，提高產品可靠性及客戶滿意度，進而增加投資回報。

為了在試驗室內復現產品工作時的振動環(huán)境，就必須具備一定的試驗條件，如圖1所示，其主要部件包括：

a）振動控制軟件；

b）振動控制儀；

c）振動臺及功放；

d）振動傳感器。

具體試驗流程如下：用戶在軟件中預設產品的振動試驗譜，并通過振動控制儀將信號發(fā)給功率放大器，功率放大器將信號放大后傳遞到振動臺，從而使振動臺振動，振動控制儀獲取傳感器（粘貼在振動臺面或者產品上）采集的振動信號，對其進行快速處理后與軟件預設的目標譜對比，不停的修正迭代，直至均衡到目標譜的容差范圍之內。

圖1 振動控制流程

在整個試驗流程中，振動控制儀負責驅動信號的發(fā)出及反饋信號的采集分析，是整個試驗過程中的“大腦”，控制精準與否，對整個試驗結果起到決定性的作用！漢航H18振動控制儀內置獨立硬件DSP，閉環(huán)控制由DSP處理器實現，實時處理采集數據，保證實時控制精度，從而保證能及時、快速地響應試驗系統的變化。

H18是漢航公司推出的一款高精度、功能強大的高端振動控制采集前端，完全符合振動控制、數據采集、動態(tài)信號分析等應用的需求，其尺寸僅僅為：寬133mm、高32mm、長180mm，是目前業(yè)界最小的振動控制儀。

圖2 H18尺寸

H18振動控制儀可實現全系列振動控制的試驗模式，包括隨機控制、正弦掃頻、經典沖擊、正弦共振搜索與駐留、沖擊響應譜（SRS）、混合模式、時域波形再現及正弦拍波等一系列試驗。

此外，H18還配備了4個信號輸出通道，與漢航NTS.LAB VCS軟件相結合，不僅能夠滿足上述單軸振動控制試驗，還能夠進行多軸試驗控制，如多軸隨機、多軸正弦，多軸沖擊、多軸路譜等試驗。為了進一步完善振動控制技術，以適應更廣泛的應用場合，漢航NTS.LAB VCS軟件還具有諸如：隨機峭度控制、限幅控制（正弦、隨機）、沖擊響應譜信號分析、瞬態(tài)捕捉、Data Reduction等功能。

H18硬件具有多種用途，它不僅支持NTS.LAB VCS振動控制軟件，用于產品的可靠性試驗，也支持NTS.LAB DSA 數據采集系統，用于實時FFT分析和通程時域數據采集、模態(tài)試驗分析、旋轉機械試驗、聲學測量以及振動狀態(tài)監(jiān)測。

H18振動控制儀不但具備動態(tài)信號分析中最廣泛應用的全部硬件功能，還具有通道擴展性，可通過多臺H18級聯實現輸入、輸出通道的擴容。通過IEEE 1588v2 PTP精密同步協議，所有采集前端的測試將同時被觸發(fā)，并完全同步，以便對整個測試數據進行正確的采集和分析。

圖3 兩臺H18級聯

H18振動控制儀具有4或8通道模擬輸入、4或1通道模擬輸出、模擬輸入電路具有高精度的24位A/D轉換器，且每個模擬輸入端使用獨立的A/D轉換器，每通道可獨立設置不同的采樣率，提高精度的同時降低了噪聲干擾，以下為H18的主要參數。

• 4或8模擬輸入通道（電壓/IEPE/應變/電荷）-可擴展通道（支持IEEE1588v2 PTP同步）

• 4或1信號源輸出通道

• 最大采樣頻率204.8kHz（每通道可獨立設置不同采樣率）

• 支持IEPE傳感器供電，持續(xù)檢測IEPE傳感器線纜的開路和短路狀態(tài)，并在前面板LED顯示狀態(tài)

• 內置CF存儲卡，用于離線數據采集

• 內置獨立硬件DSP，實時處理采集數據，保證實時控制精度

• 動態(tài)范圍高達130dB

• 支持AC/DC或POE供電，功耗小于7.2瓦

• 金屬制導散熱，無風扇設計，適用于對環(huán)境有要求的噪聲測量

  
  

振動臺產生的最常見的振動類型是正弦、隨機和沖擊，隨著試驗技術的快速發(fā)展和應用需要，諸如混合模式、沖擊響應譜、拍波等試驗也成為產品的常規(guī)測試項目，下面介紹NTS.LAB VCS振動控制試驗的不同試驗類型。

在實際使用中，產品所經歷的振動大部分為寬帶頻譜。也就是說，振動的能量分布在一個相對較寬的頻率范圍內，且每個頻點的能量不同。振動振幅可以隨機變化或周期性變化，也可以是隨機和周期性混合變化的組合。

通常，使用功率譜密度函數（PSD）作為目標振動的參考譜，如圖4所示。隨機振動常用于高循環(huán)次數、低振幅的疲勞測試。常見的測試對象大小不一，涉及各個品類，小至電子元器件、電路板，大到航空電子箱、全彈和航天器等。

圖4 隨機控制試驗

由于并非所有振動都是高斯隨機分布，因此時域峰值振動的次數可以增加或減少，通過控制隨機信號的峭度，控制振動峰值的概率分布。

圖5 峭度值為3和5的時域對比

峭度統計量用于測量隨機振動中的峰值或“尖峰”的數量，如圖5所示。峭度為3時，高峰值較少，隨機振動在分布上接近高斯隨機。高時域峰值的數量隨著峭度數從3（高斯分布）增加而增加。

正弦掃頻可靠性試驗通常通過各種標準規(guī)定的試驗譜來驗證產品是否具有標準規(guī)定的健壯性，與工作壽命中所經歷的振動的關聯性。可以用加速度和頻率表示。正弦振動主導的環(huán)境以基頻和該基頻的諧波(倍數)為特征，模擬產品在實際使用和運輸中可能受到的振動影響，可以用來發(fā)現潛在破壞性的共振點。如低性能螺旋槳飛機和直升機，其振動環(huán)境基本上是正弦激勵，其激勵來源于發(fā)動機旋轉、螺旋槳和渦輪葉片、轉子葉片及其諧波。

圖6 正弦掃頻試驗

為了研究疲勞損傷對共振頻移的影響，有時需要在其共振頻率處對結構進行長時間的激勵。通常情況下，需要對產品進行掃頻試驗確認大致共振位置，并在此位置處進行更細致的共振搜索，然后進行共振駐留測試。正弦駐留測試通常應用在飛機發(fā)動機葉片，發(fā)電渦輪機和隔振器上。

圖7 某部件葉片的共振疲勞試驗

進行沖擊試驗是為了考核產品抵抗瞬間沖擊的能力，確保被測產品在物理上和功能上能夠承受在搬運、運輸和工作環(huán)境中遇到的瞬態(tài)沖擊。可用于沖擊試驗模擬的工況包括：功能性沖擊、運輸跌落、碰撞危險試驗、彈射器發(fā)射/降落等試驗工況。通常在振動臺系統上運行的經典沖擊包括半正弦、鋸齒波、方波和梯形波。

圖8 半正弦波控制

沖擊響應譜是指一系列單自由度質量阻尼系統，當其公共基礎受到沖擊激勵時各單自由度系統產生的響應峰值作為單自由度系統固有頻率的函數繪出的曲線。簡單來說就是在笛卡爾坐標系下以單自由度系統的固有頻率為橫坐標，以其響應峰值為縱坐標畫成的曲線，SRS可以量化來自無數不同事件的瞬態(tài)振動：如地震、爆炸、導彈發(fā)射等沖擊環(huán)境。

在基于SRS的沖擊控制過程中，一個典型的步驟是沖擊響應擬合，進行小波分解以產生符合振動臺限值的等效時間歷程輸入。

圖9 沖擊響應譜控制

在某些情況下，振動環(huán)境的特征是來自往復或旋轉結構和機構(例如，轉子葉片，螺旋槳，活塞，槍炮)的準周期激勵。當這種形式的激勵占主導地位時，混合模式振動是最佳匹配。混合模式振動的特征是寬帶隨機振動與高量級窄帶隨機振動或正弦振動的疊加。

寬帶隨機+正弦：模擬如發(fā)動機產生的振動環(huán)境，可以同時具有正弦周期激勵和隨機激勵。

圖10 混合模式：隨機+正弦（SoR）

寬帶隨機+窄帶隨機：一些產品產生高量級窄帶隨機振動，如推土機履帶式車輛，如下圖11所示。

圖11 混合模式：寬帶隨機+窄帶隨機（RoR）

同樣的，還有寬帶隨機+窄帶隨機+正弦（SoRoR）試驗模式，多用于坦克或螺旋槳類航空器。

時域波形再現通常是在實驗室中用單個或多個電磁或液壓振動臺重現測量或分析指定的時域波形，并精確地保存振動環(huán)境的頻譜和時間特征。

在試驗中，被測結構由預定義的時域波形進行激振，通過測量被測結構的響應，在閉環(huán)回路中調整輸出信號，使得輸入控制信號與預定義的波形保持一致。

圖12 時域波形再現

主要用于耐震或抗震試驗，特別是結構受到短時間脈沖力和周期性沖擊力后的疲勞損傷情況。類似于具有一個共振頻率的單純構造物的地面受到水平方向地震波，試驗確認其健全性，符合IEEE 344和IEC 980標準。

圖13 正弦拍波試驗

振動控制儀廣泛應用于航空航天、兵器、船舶、汽車、家電、電子等眾多領域，用于鑒定考核產品的耐振及使用壽命情況。漢航H18高精度控制儀可用于從4到數百個輸入通道的振動控制試驗，其緊湊、堅固、低功耗設計，使得漢航H18具有良好的環(huán)境適應性，可在惡劣的環(huán)境下使用，確保試驗的安全性和可靠性！

漢航高精度的硬件匹配功能強大的振動控制軟件，將會使測試效果更臻完美！漢航NTS.LAB VCS振動控制模塊，可提供共振搜索與駐留、正弦掃頻、正弦拍波、寬帶隨機、經典沖擊、沖擊響應譜、混合模式（寬帶隨機+窄帶隨機、寬帶隨機+正弦、寬帶隨機+窄帶隨機+正弦）等試驗模塊，涵蓋了環(huán)境可靠性試驗的各個標準，此外，漢航NTS.LAB振動控制軟件操作界面從工程應用和工程師視角出發(fā)，界面力求簡潔、專業(yè)，操作簡便快捷。

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