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随机振动台、电动振动台等性能检测要求

一、随机振动台的性能检测

随机振动台除与电动振动台有相似的技术指标外,还有其特殊指标,即:

(1)试验系统振动加速度总均方根值示值误差和工作频率范围外加速度总均方根值的技术要求.见表3.5.26。

表 3.5.26

表中R为工作频率范围外加速度总均方根值与工作频率范围内加速度总均方根值的比。

(2)试验系统加速度谱密度的示值误差,见表3.5.27。

表 3.5.27

(3)试验系统在90%置信度下的控制精度要求,见表3.5.28。

表 3.5.28

和电动振动台类同的技术指标的检测方法这里不再叙述,仅从随机振动台的特殊技术指标的检测做一介绍。

(1)试验系统的频率示值检测。可以采用下列方法中任意一种。

1)在试验系统工作频率范围内的高、中、低不同频段至少分别设置一个具有20dB以上共振峰的连续谱形(最好用伪随机信号设置),将频谱分析仪输入端接随机振动控制器的输出端,测量尖峰处的频率值,分别记录试验系统的频率示值和分析仪的测量值,两者之差应符合规程中有关频率示值误差的要求。

2)在试验系统工作频率范围内的高、中、低三个不同频段至少分别设置并输出一正弦信号,用频率计或频谱分析仪测量其频率示值,分别记录试验系统的频率示值和频率计或分析仪的测量值,两者之差应符合规程中有关频率示值误差的要求。

(2)试验系统频率分辨率的检测。测量各频率值后,将各个谱峰(或输出正弦频率)向高或低方向偏移一个,重新设置并输出,再测量各频率值,其结果应符合在规定工作频率范围内,频率分讲率的误差应不大于频率示值误差的要求。

(3)试验系统试验信号的检测。用概率密度分析仪或具有概率密度分析功能的其他仪器测量试验系统的输出信号,将测出的概率密度曲线与理论正态分布概率密度曲线比较,观察其一致性,其形状应无严重畸变,平稳性检验可采用轮次检验等方法进行,其结果应符合试验信号满足平稳、各态历经和正态随机过程的要求。

(4)试验系统动态范围的检测。振动台空载,把加速度计(它与试验系统本身的测控加速度计背靠背安装)刚性连接在振动台台面中心(或尽可能靠近中心),输出接电荷放大器。在控制仪上设置如图3.5.81所示谱形,均衡并在适当量级上振动,电荷放大器的输出接到频谱分析仪,检测试验系统所能均衡的动态范围,其结果应符合控制谱的动态范围满足其出厂要求(注明测试时的加速度总均方根值)。

二、电动振动台的性能检测

(1)振动频率示值及其稳定度的检测。电动振动台的振动频率就是激励振荡器的振荡频率,振动频率通过振荡器频率刻度盘(圆形或长条形)指示出来。由于指针与刻度盘调整得不好,或长期使用振动台,会使频率指示调节旋钮错位等,造成振动频率的指示误差,所以要定期检定振荡器频率指示的误差。检测时,将正弦振动控制仪的输出直接接数字频率计,也可从测振仪接数字频率计。在振动台系统的工作频率范围内,均匀选取不少于10个频率值(包括工作频率上、下限值)进行测量。分别记录系统的振动频率示值和数字频率计的测量值(200 Hz以下通过测量周期来换算成频率),其两者之差应满足技术指标的要求。检测时仪器的连接如图3.5.75所示。

用同样的方法,在信号发生器预热30 min后,在某一频率(常用)下连续考查2h.每隔10 min 记录一次数字频率计的测量值.这时频率示值的变化量也应满足技术指标的要求。

如果振动波形不好,则影响数字频率计的计数,这时在放大器输出应接一个滤波器,然后再接至电子记数器,以防止其误动作。如果振幅值或加速度值不很大,可直接用速度传感器的输出接电子记数器(只要记数电平足够就行),因为速度传感器具有机械滤波的性质。

(2)振动加速度值的示值及其稳定度的检测。检测振动台加速度值时,振动台系统空载,把加速度计(它与振动台系统本身的测控加速度计背靠背安装)刚性地连接在振动台台面中心或尽可能靠近中心(见图3.5.76),其输出接测振仪,测量选择置加速度档。在规定的工作频率范围内,均匀选取高、中、低三个频率值,并在所选频率上取大、中、小三个加速度值进行测量,其加速度值的示值误差δɑ按式(3.5.6)计算。

用同样的方法,将振动频率调至某一值,振动30min后,连续考查2h,每隔10min记录一次测振仪加速度值的示值,并按下式计算其稳定度

式中,Δαmax为测量值与设定值的偏差(绝对值);a0为加速度设定值。测得的加速度值的示值稳定度也应满足技术指标要求。

(3)振幅值或速度值的示值检测。检测时,振动台空载,加速度计的安装与加速度值的示值检测一样,输出接测振仪,测仪的测量选择置位移或速度档,在交越频率下,选择大、中、小三个振幅值或速度值进行测量,示值误差的计算方法与加速度值的示值误差计算方法相同。

(4)加速度波形失真度的检测。由于支承弹簧的非线性特性,导向机构的非线性阻尼以及直流磁场的不对称性,电动振动台系统在低频大振幅时引起加速度波形的较大失真。另外,振动台动圈电流中掺杂谐波成分,当振动频率较高,谐波频率与动圈骨架的谐振频率一致时,使台面加速度波形带来明显失真。因为环境试验中振动参数都是采用基波来确定的,因此必须对加速度波形失真加以限制,同时也为了在一定频率下与振幅进行换算。

对加速度波形失真度检测时,振动台空载,把加速度计刚性地连接在振动台台面中心,其输出经测振仪接失真度测量仪(见图3.5.72)。测振仪的测量选择置加速度档。

1)在规定的工作频率范围内,借助于示波器,用扫频振动的方法反复寻找加速度波形失真度较大的频率点,并测量该频率下最大振动幅度的加速度波形失真度和失真度频带宽度。

2)在规定的工作频率范围内,均匀地选取不少于10个频率值.并测量该频率下最大振动幅值的加速度波形失真度。

在这两种情况下,加速度波形失真度都应满足技术指标的规定。

根据实测结果,随着振幅的增大,弹簧阻尼的非线性、磁场的不对称性的影响将增大。谐振峰的放大倍数比基波的放大倍数增加得快,所以一般来说,大振幅、大加速度比小振幅、小加速度时加速度的失真要大,因而在低频时测定最大振幅下的加速度波形失真和高频时测定空载满加速度的波形失真,就能比较快地判别一个振动台波形失真的大小。由于电动振动台系统规格不一,使用频率上限也不一致,因此在规程中没有对使用频率上限做规定。国家标准GB/T2423.10规定,振动试验设备的加速度波形失真不应大于25%,谐波分量包含到5000Hz的频率或驱动频率的5倍,采用其中较大者。因此,在检测时,是采用5000Hz还是上限频率的5倍,要看上限频率值而定。若上限频率的5倍小于5000Hz,则谐波分量应包含到5000Hz。若上限频率的5倍大于5000Hz.则谐波分量应包含到上限频率的5倍。

(5)台面加速度幅值均匀度的检测。如果台面动圈骨架的重心、弹簧支承的反力、气隙磁场对动圈载流导线的作用力不在一直线上,在低频大振幅时,会使台面摆动而产生加速度不均匀。由于试件的大小不一.因此希望台面均匀度越小越好。

检测加速度值均匀度时,振动台空载,把不少于5只加速度计刚性地连接在振动台面中心和不同直径的安装螺孔分布圆周上。加速度计输出接多通道测振仪,如图3.5.77所示,测量选择置加速度档。

1)在2000Hz以下均匀选取10个频率值及相应频率下的最大加速度值进行测量,在同次测量中,从测振仪上依次测得各个位置的加速度值,并计算出加速度值均匀度N为

式中,a为同次测量中,中心点的加速度值;|Δa|为同次测量中,各点加速度值与中心点加速度值的最大偏差(绝对值)。

2)在2000Hz以下的频率范围内用扫频或选频的方法测出振动台台面最大加速度值均匀度和均匀度的频带宽度。检测结果应满足技术指标的要求。

三、横向振动比的检测

活动系统(主要是动圈骨架)的质量分布不均匀,使几何重心偏移和支承弹簧刚度的不一致等,容易造成电动振动台台面的横向振动。在高频时,台面动圈骨架谐振或扭振,使台面也明显产生横振,甚至有时比主振方向的量还大,严重影响被试产品的质量。

检测横向振动比时,振动台空载,把三轴向加速度计刚性地连接在振动台台面中心,加速度计三个输出分别接多通道测振仪,测量选择置加速度档。

1)在2000Hz以下均匀选取10个频率值,并在该频率下以振动台系统主振方向所允许的最大振动幅值振动,从测振仪上依次测量三个方向的加速度值,按下式计算出横向振动比T。

式中,ax、ay为垂直于主振方向z的两个互相垂直的加速度值的分量;az为主振方向的加速度值。

2)在2000 Hz以下的频率范围内,振动台系统主振方向以最大加速度值作扫频振动,用电平记录仪测出横向振动频率响特性Hx(f)及Hy(f),从而确定最大横向振动比和横向振动比的频带宽度。

上述检测结果应满足技术指标的有关规定。

四、扫频定振精度的检测

检测时振动台空载,加速度计刚性地连接在振动台台面中心,加速度计输出经测振仪接电平记录仪,在规定的扫频频率范围内,以1倍频程/min的速率,振动幅度为额定工作特性曲线幅度的80%作定振扫频振动,用电平记录仪记录幅频特性曲线,该曲线的平直度应满足技术指标的要求(见图3.5.78)。

图3.5.78 定振精度测试方框图

五、振动台系统加速度信噪比的测定

按振动加速度值的示值检测方法安装加速度计和连接测振仪。当振动台系统处于工作状态。而振动台的动圈无激励信号输人时,测量台面中心的加速度值,并按下式计算出振动台系统加速度信噪比M。

式中,amax为振动台系统额定的最大加速度值(有效值);a0为动圈无激励信号输人时,台面中心的加速度值(有效值)。检测结果应满足有关指标要求。

六、振动台系统工作时最大噪声的测定

振动台空载,在规定的频率范围内,以其额定的最大加速度值作扫频振动。在距振动台台体边缘1m远,离地面1.5m高处用声级计(A计权网络)测量,记录噪声的最大声级,并确定其是否超过规定的允许值。

七、振动台台面漏磁的检测

当振动台系统励磁装置处于工作状态时,用特斯拉计测量距台面安装螺孔的最大分布圆直径的1/4高度处的整个平面上的磁通密度。所有安装螺孔的上方位置都应作为测量点,所测结果应满足技术指标的有关规定。

八、振动台活动系统振频率的测定

如果要确定振动台空载时活动系统的共振频率,可用开环扫频的方法来确定。测定时,要严格保持输入动圈的电流不变,用电平记录仪绘出活动系统扫频时的输出特性曲线,从而可得到振动台的共振频率(见图3.5.79).这时输出加速度最大。

九、振动台活动系统质量的测定

如果保持振动台的推力不变,分别测出空载和加载情况下的加速度值,就可确定振动台活动系统的质量。具体做法是:通过电流表严格监视动圈电流,使其保持不变,分别测得台面空载时的加速度为a1和加载N(质量,kg)时的加速度为a2,则活动系统的质量为

再根据牛顿第二定律F=ma,由于m已确定,只要测出空载时的最大加速度值,就可核验振动台系统的推力是否达到设计指标。

十、低频窜动的观测

电动式振动台由于导向滚轮的干摩擦以及功率放大器中的50Hz电源干扰,使振动台在一定频率振动时伴随出现低频窜动现象,这样会增加噪声和引起振幅或加速度值的测量误差,所以应该限制低频窜动的分量。可用传感器放大器和示波器(或振子示波器记录)观察低频窜动的大小。

十一、振动台连续工作能力的考核

振动台能连续工作多长时间,对环境试验来讲也是一个很重要的指标。控制加速度计的输出直接反馈到振动激励自动控制仪上,组成一个团环扫频回路(见图3.5.80)。考核时,在规定的工作频率范围内,在定振幅区以最大振幅值,在定速度区以最大速度值和在定加速度区以最大推力值做规定时间的连续交越扫描试验,以便考核振动台的连续工作能力。

按照上述有关方法,对电动振动台系统的工作频率范围、最大加速度值(或最大位移值)、最大负荷、连续工作时间等进行测定,对电动振动台系统的性能进行检测时,对台体的安装水平也应进行检查。

振动台

来源:《力学环境试验技术》

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