浅谈随机振动试验超差现象

[摘 要]随机振动超差现象在随机振动试验过程中出现概率比较大，它往往会造成过应力（超过试验规定量值）、试验中断从而可能使产品损坏。本文主要是以在实际试验过程中夹具、传感器的选择和安装等方面进行总结，并就此问题，根据试验经验提出相应的注意事项。

[关键词]随机振动 传感器 夹具 安装

中图分类号：tb824 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0296-01

1.随机振动及其类型

振动是工程技术领域中经常碰到的问题，通常将振动分为确定性振动和非确定性振动两大类。随机振动试验就是属于模拟非确定性振动的一种环境可靠性试验。在实际工程中，随机振动试验是为了判断产品的抗振功能和耐振强度一种基本试验手段，同时也是为了提高电子、电工及机电一体化产品的可靠性指标。随机振动通常包括两类：（1）窄带随机振动试验。频率成分分布在某一窄频带上的随机振动。窄带随机振动的波形类似正弦波，但其振幅和相位是随机变化的，由于窄带的容差范围非常小，所以在实际试验过程中很容易出现试验超差现象。（2）宽带随机振动试验。频率成分分布在较宽频带上的随机振动。

2.试验夹具的选择与安装

振动试验夹具是各类振动试验中不可缺少的重要工具，夹具的选择与安装是随机振动试验是否超差的一个很重要的因素。夹具的种类有很多，有专用和通用之分。在振动试验中常用的台面扩大转接板就是一种通用夹具，而为试验样品专门设计的即为专用夹具。夹具的选择和安装应注意的几个方面：

2.1 夹具的选择

夹具的功能主要是连接或固定试件，并具有良好的传递特性，保持或改变振动的方向。其选择可从功能特性及试验样品的特殊性来考虑，无论是采用现有夹具或者重新设计夹具，通常都应该遵循以下几个方面原则：1）材料：夹具的材料应选用刚度大、阻尼大的材料，主要考虑到要夹具的质量轻而刚度大能减小影响振动的推力，使其既能固定试件又能具有良好的传递特性。2） 重量：夹具原则上是越轻越好，不过也要考虑夹具的结构强度，防止因强度不足，导致夹具自身产生振动，甚至被振坏。3） 对中：在垂直方向激振时，让样品和夹具的合成重心尽可能地落在振动台的中心线上，以免引起振动台台面的摇晃振动，导致振动超差。4） 对称：夹具的选择除考虑产品外，必须考虑夹具自身的对称性，特别是大质量夹具（200kg以上），尽量保证夹具本身比较规则，左右质量均衡比较合适。

2.2 夹具的安装

在实际试验过程中，对于专用夹具而言，由于它是专门为样品和振动台设计的夹具，所以安装比较简单，其固定点应选择夹具和振动台面的连接处。对于某些样品没有专用夹具，我们采用通用夹具安装（如压板、压条、螺杆等），其固定点应选择样品与振动台面的连接处。

夹具的安装应遵循对称性，安装孔位置采用对称安装比较好，同时，安装螺栓必须使用大量的高强度螺钉，并拧紧，以免脱开产生相互撞击。螺栓跨度要小，否则螺栓间跨度部分会发生共振。一般试验中试验频率达到2000Hz并采用大质量和大形状夹具时，则要求螺栓间跨度不超过76mm。

3.试验用传感器选择与安装

振动用传感器的选择和安装也是随机振动试验一个十分重要的因素。它将振动量转变成可以测量的物理量，是试验中必不可少的信号采集装置。所以，在振动用传感器的选择上，我们同样要注意以下几个方面：

3.1 传感器类型选择

振动用传感器有多种多样，分类方法也不相同。按工作原理分为压电效应、压磁效应、磁阻效应等传感器。其中试验中运用较多的是压电型传感器，压电式传感器通常采用单晶片（有时也采用双晶片）串并联组合方式。压电传感器的基座、外壳和质量块常采用钛合金、铍、高比重合金钨棒和铍青铜制造。其测量范围从0.01～106m/s2，频率范围0.1Hz～50kHz不等，它具有坚固耐用，灵敏度高，重量轻等优点，可满足随机振动试验的需求。

3.2 传感器安装原则

1）安装位置的选择：传感器安装位置必须按照试验中实际作用来选择，其大致可分为控制点和监测点。控制点是由该点的信号控制试验用的。位置选择必须是选择与样品安装点直接接触的固定点的最近处，尽可能的靠近台面的中心。而监测点是在试验中用以监测和测量台面或样品振动量值响应的点。其中监测台面位置选择应尽可能选在固定点的最近处，监测样品可固定在样品某一薄弱环节处。

2）传感器的安装：传感器的安装方法可分为螺栓、胶带、直接粘接、绝缘薄片等多种方法。试验中最常用的是采用直接粘接安装，其方法简单并有较强的稳定性。但根据实际试验的经验，安装中有以下几点需要注意：

①安装前安装平面需清理并保持平整，这样才能保证传感器接触面平整，传递信号真实不失真，不产生干扰；

②传感器接头与电缆接头要保持良好的导电性，避免接触不良造成控制不稳；

③传感器接触面与台面的连接处一定要保持良好的绝缘性；

④试验过程中禁止触碰传感器，防止人体静电输入传感器，导致信号混乱，引起振动台冲撞台体本身，损坏设备。同时，试验中触碰传感器容易使信号线松动，接触不良，导致信号中断、时有时无，设备失控现象；

⑤安装传感器一定要紧固于接触面，如果是采用胶带方式底部连接，可用纸胶带在其顶部进行加固处理，防止振动过程中发生脱落现象。

⑥控制传感器可安装多个，采用平均控制，以增加试验的稳定性。

4.试验样品引起的问题

振动试验超差除了在夹具和传感器方面要注意外，试验样品本身也是很重要的一个因素，如样品的安装、结构等都会影响振动试验的控制。那么我们在振动试验中对试验样品同样也要注意以下若干问题。（1）试验样品质量。尽量轻，体积尽量小，结构简单。对于体积比较大、质量比较重，可对样品进行分解振动，易于控制。对于结构较复杂，且主要目的是检测工作性能的，可将样品无关的部件进行拆解振动，易于控制。（2）样品安装方式。对于形状较规则的样品多采用螺接方式，少采用压接方式，这是由于螺接方式可均匀分布，增加稳定性，易于控制。对于形状复杂且无专用夹具的样品可垫材料（如钢片）使固定接触面平整，安装要尽可能多固定几个点，使固定接触面处于完全接触而非悬空状态，以减少干扰，易于控制。（3）样品附属件要求。附属件，部件必须固定。对于电线、电缆及可活动部件必须用扎带等进行固定，以免产生干扰，出现超差现象。对于样品的连接处的螺钉必须在振动前进行检查加固，以减少干扰，易于控制。（4）样品电磁干扰。安装通电样品必须接地，样品与台面接触必须绝缘。由于通电样品可能会是电磁干扰的骚扰源，所以必须切断耦合通道，可采取样品接地，样品与台面之间加装绝缘材料，这样可防止电磁干扰，易于控制。

5.其它导致随机振动超差的因素

除了夹具、传感器、样品自身等主要因素外，还有程序参数设置、环境温度及振动台周边的其他电子设备产生的电磁干扰都会对随机振动试验超差产生影响。

6.结束语

随机振动试验的超差现象是一种常见的问题，影响它的因素有很多，且由于样品与环境的不一致，所以很难找出一种通用的模式，必须在实际工作中摸索与总结。本文仅是从夹具、传感器、试验样品等方面浅谈了一些实际试验中常遇见的问题与注意事项，对于其他因素还需在试验中积累经验以便顺利完成试验。

参考文献

[1] 胡志强，法庆衍，洪宝林等.随机振动试验应用技术.中国计量出版社， 1996.12

[2] 刑天虎，王涌泉，雷平森等.力学环境试验技术.西北工业大学出版社， 2003.9。