振动台颤动干扰原因分析

张仲强 黄薛青 张宇 葛宇申 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

随着电子产品的集成度不断增大，厂家对产品环境适应性的要求也越来越高。为了检验其能否适应在使用、运输过程中遇到的各种力学环境，需要进行一系列相关的机械环境性能试验，如振动、冲击和碰撞试验。其中，振动台系统是完成试验的关键设备，由振动控制系统、功率放大器、振动台体等三大部分构成，工作原理为功率放大器接受到振动控制系统产生的控制信号并放大后，驱动振动台体实现特定运动。

振动台体能否正常运行涉及多方面因素，如振动台安装精度、零部件松紧度和对振动控制系统干扰信号等[1]。分析振动台颤动的原因并解决该问题，可为试验的顺利进行提供可靠的保障[2]。

1 试验情况

用于进行随机振动试验的振动设备如图1所示。某电子控制箱（样品）在进行随机振动试验过程中，由夹具直接固定在振动台面，与振动控制系统并联接入AC 220 V。图2是振动台处于准备工作状态下的随机振动目标-响应曲线。此时振动台面发生轻微颤动，振动控制系统显示的目标-响应曲线不光滑，在某些频段出现尖刺，尖刺的最大值远远超过了试验中断上限值，导致试验自动中断而无法进行。

2 分析与处理

振动台面发生颤动现象表明其受到多个不同方向和振幅的共同作用，导致振动台出现颤抖，分析可能存在的主要原因有两个。

图1 随机振动试验样品布置图

图2 振动台处于准备工作状态下的随机振动目标-响应曲线

（1）振动台体各个机构具有自身的固有频率，在驱动频率与某一方向部分机构的固有频率相等时，整个台体产生共振；

（2）控制系统输入到功放系统的信号包含微弱的干扰信号，导致振动台输出不稳定。

2.1 台体共振原因分析

对于台体产生共振原因，可能是振动台机构质量大，自身固有频率较低所致。由于振动台设备已运行多年，设备内部某些零部件可能产生松动和磨损，装配精度变低改变了设备的固有频率，从而引起振动台在某一方向发生轻微的颤动。为了探究是否由于振动台部件松动或磨损引起台面产生颤动，进行了试验。

台面安装被测样品但样品不通电，振动控制系统输入发生颤动时相同的随机振动指标，观察台面情况。图3表明振动台此时运行良好，能够正常启动，目标-响应曲线较为平滑，未超过警告或中断限值，同时振动台面处于平稳工作状态。因此，试验结果排除了是台体产生共振导致台体发生颤动的原因。

图3 振动台不加负载时的随机振动目标-响应曲线

2.2 振动控制信号存在干扰

试验所用的电磁振动台系统包括：振动控制系统、功率放大器及振动台体三部分，由振动控制系统产生的信号经功率放大器放大后传递到动圈使其产生振动。若控制系统信号混有干扰信号时，功率放大器接收信号并放大导致振动台面工作产生较大误差，而振动台的工作状态由加速度传感器进行采集并与控制系统输出信号进行比对和调整，导致目标-响应曲线波动范围较大。

2.2.1 干扰信号来源分析

图3已验证了样品不通电状态下振动台自身能够正常工作，但被测样品在通电状态下随机振动的目标-响应曲线出现尖刺而导致试验无法进行，显然被测样品在通电状态下振动控制系统的输出信号中混有干扰信号。而振动控制系统与电源之间通过隔离变压器连接，可以排除电网中的杂波对振动控制系统的干扰[3]。基于上述分析，初步可确定是通电状态下的被测样品对振动控制系统产生了干扰。如图1所示，被测样品与振动控制系统接入的是同一个交流电源，可能是被测样品产生的泄漏电流回流到电源端而引起振动控制系统产生干扰信号[4]。

2.2.2 样品泄漏电流测试

泄漏电流指的是电气设备在未发生故障及未额外施加电压情况下，相互绝缘的零件间表面形成的电流。在电工电子类产品的绝缘测试工作中，泄漏电流能灵敏地反应绝缘材质的裂纹、夹层绝缘的内部受潮、局部松散断裂及绝缘表面碳化等缺陷状况。泄漏电流过大不仅会对人体造成电灼烧等伤害，而且对设备的正常运转也带来严重影响[5]。

GB 4706.1-2005中的第13部分对不同产品的泄漏电流给出了不同的限值要求，见表1。利用泄漏电流测量仪对样品泄漏电流值进行测量，其结果为1.138 mA，远大于表1所规定的值。显然，对于Ⅱ类器具的样品而言，其泄漏电流值远超GB 4706.1-2005所规定的值，验证了对振动控制系统输出信号的干扰来源确实是由于样品自身的泄漏电流过大引起。

表1 GB 4706.1-2005所规定的泄漏电流限值

由此可见，样品的泄漏电流确实是通过电源端流入到振动控制系统的电源网路中，对振动控制系统的输出信号产生了干扰。只有使样品的泄漏电流不流入供给振动控制系统的电源网路，才能使试验能够顺利进行。在对样品和振动控制系统提供独立的电源后，随机振动试验能够正常进行，目标-响应曲线也较为光滑且无尖刺。实际上样品和振动控制系统的电源都是独立接地的，隔绝了彼此的相互影响，避免了对较为灵敏的振动控制系统产生干扰，从而保证了振动试验的正常运转。

3 结语

通过对振动台颤动原因进行分析，发现是样品与振动控制系统接入同一个电源网路，样品的泄漏电流过大而对振动控制系统输出的信号产生了干扰，进而造成振动台面发生颤动。分析发现，为样品和振动控制系统提供独立的电源，是解决振动台面颤动的措施。而不同的电源所使用的接地是独立的，得出每个电源应分别采用独立接地，才能避免泄漏电流对其他设备信号产生干扰的目的。电子设备的接地不仅能够保证人员和设备的安全，而且还能提高设备的抗干扰性能，提高测试的可靠性和准确度。