振动试验极限控制应用实例

2018-01-25项家骏穆晓念裴兆波

宇航计测技术 2017年6期

赵婷项家骏穆晓念裴兆波李翀

(1.上海航天控制技术研究所，上海 201109； 2.上海卫星工程研究所，上海 201109)

1 引言

在振动试验中，控制方式的选择直接关系到试品振动试验准确性。随着计算机技术飞速发展，对采用数字化控制的振动试验来说，振动试验谱的设计更灵活，更加方便试验操作，尤其在数字化振动控制系统选择多种试验参数设置、控制方法后，再加上采用固定点、检测点、参考点(单点控制)、虚拟参考点(多点控制)和响应点不同的组合等措施，对各种控制参量进行处理，可以十分圆满地达到试品振动试验不同要求和试验目的。振动应力筛选试验，试验目的是为了暴露产品装配过程中的早期故障，不应该让产品受到过强的力学应力，致使本无缺陷的产品受损，所以选择合适的振动功率谱密度，以及振动试验关键部位的振动量值控制尤为重要。某产品振动应力筛选，由于它的结构特殊，所以试验参考谱与常规的参考谱有很大不同，加之试验产品有两处又装有敏感元件，为了保证在试验过程中不会受到过强的力学应力，该试验的振动控制采用极限控制方式，并组合配以虚拟参考点(2点控制)以及响应点(2点控制)。这种振动试验与常见的振动试验有很多不同点，以下从某产品振动试验实践,说明此类试验有关技术问题。

2 选择振动试验功率谱密度

随机振动应力筛选试验应用得当可保障产品质量，否则会使产品受到过强的力学应力，致使本无缺陷的产品受损，反而会使质量下降。对某产品随机振动应力筛选试验而言，试验必须在产品不会失效、不产生新故障，去掉环境应力后，不留残余应力，不影响其使用寿命前提下进行。

产品对随机振动功率谱密度要求，对应频率后我们可以得到随机振动功率谱密度曲线，依据功率谱密度曲线可在试验实施中设置试验规范标准谱-参考谱，参考谱是试验期望振动量值。如何确定产品振动应力筛选时对功率谱密度要求，即确定试验参考谱，达到试验期望振动量值是试验前期准备工作中一项重要内容。

GJB1032-90电子产品环境应力筛选方法中对随机振动功率谱密度要求如图1所示。

某产品应力筛选对随机振动功率谱密度要求如图2所示。

从图1与图2中可以看出，图1是一个规则的梯形谱，而图2则是在图1的基础上，在规则的梯形谱中，从408Hz～900Hz之间不规则挖去了一块。

随机振动试验条件下的功率谱密度曲线所包含的面积值，等于它的总均方根值。可以计算出图1中的总均方根值为6.06g,图2中的总均方根值为5.51g，两者相差了0.55g。随机振动试验规范中用均方根值来描述试件所受到的随机激振力的大小，由此可知该产品应力筛选受到的随机激振力比GJB1032-90电子产品环境应力筛选方法中规定的随机激振力小。

3 选择振动试验控制方式

振动试验的极限控制又称响应控制，极限控制点一般选在试件的重要部件附近，防止振动试验过程中某些重要部件振动太大造成损坏。极限控制也叫带谷控制，当极限控制点的振动超过给定值时，原来的控制值自动下降，保持极限控制点的振动值不超过给定值，当该点振动小于给定值时，控制值恢复正常。这样振动台面控制曲线在极限通道起作用时，自动形成一个谷，形似漏斗。这种控制在振动试验中应用越来越普遍。

在确定产品随机振动功率谱密度要求，即确定了试验规范标准谱-参考谱以后，选择振动控制方式特别是关键部位振动量值的控制方式就显得十分重要。

图3是某产品两端装有敏感元件部位在采用两点平均控制方式振动时的响应，可以看出在这两个关键部位上不能达到我们所期望的结果，在20～2 000Hz试验频率范围内的部分频段响应被放大，装有敏感元件部位实际受到的加速度功率谱密度值超过规定的功率谱密度值3dB，有可能受损。所以该产品随机振动应力筛选试验不能简单采用两点平均控制方式，而应采用两点平均+两点极限组合振动控制方式。

4 选择振动试验控制点

针对该产品振动应力筛选试验共选择4个控制点，控制点上均粘贴加速度传感器，具体情况见表1。

5 振动试验实施过程

在确定振动试验功率谱密度曲线和控制点之后，即可实施试验。试验采用两点平均+两点极限控制，两个极限控制点分别在装有敏感元件部位舱外壁，这样就使得这两个关键部位得到了控制。

在振动试验过程中，当产品两端关键部位的极限控制点测量到的实际振动量值超过所规定的极限值(参考谱+3dB以上)时，极限控制点开始参与控制，将超出参考谱+3dB的振动量值压缩、限制到参考谱+3dB之内。在压缩、限制过程中，控制值自动下降，直至关键部位的振动量值全部在参考谱+3dB之内，并保持。当极限控制点的振动量值在参考谱+3dB之内时，极限控制不参与控制，只是起测量作用。

图4是某产品随机振动应力筛选试验，在采用两点平均+两点极限组合控制后，产品两端关键部位的振动控制曲线。曲线显示该产品实际受到的加速度功率谱密度值均在规定的功率谱密度值+3dB之内。