文 | 工業(yè)和信息化部電子第五研究所 常少莉 鄭術(shù)力 解 禾

關(guān)于“正弦振動(dòng)試驗(yàn)”現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與正在修訂中的新版標(biāo)準(zhǔn)的解讀

文 | 工業(yè)和信息化部電子第五研究所 常少莉 鄭術(shù)力 解 禾

正弦振動(dòng)試驗(yàn)是試驗(yàn)室經(jīng)常采用的振動(dòng)方式，對(duì)應(yīng)正弦振動(dòng)試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2423.10應(yīng)用非常廣泛。本文介紹了該標(biāo)準(zhǔn)的用途、制修訂背景等，在此基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)行正弦振動(dòng)試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2423.10-2008與正在修訂的GB/T2423.10-201×之間的異同之處，并指明了此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中的幾點(diǎn)注意的問(wèn)題。

正弦；振動(dòng)；試驗(yàn)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；異同

引言

對(duì)任何一個(gè)振動(dòng)試驗(yàn)，要求在不同試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)結(jié)果是一致的，不允許出現(xiàn)完全不同的結(jié)果。這就要對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)做一系列的規(guī)定，即試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。GB/T2423.10-2008是現(xiàn)行對(duì)正弦振動(dòng)試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

正弦振動(dòng)試驗(yàn)適用于元器件、設(shè)備和其它電工電子產(chǎn)品，提供一種確定元器件、設(shè)備和其它電工電子產(chǎn)品承受規(guī)定等級(jí)正弦振動(dòng)能力的標(biāo)準(zhǔn)方法。目的是用來(lái)確定機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)和（或）性能下降情況，并利用這些資料，結(jié)合有關(guān)規(guī)范，來(lái)決定樣品是否可以接收。在某些情況下，是用來(lái)確定樣品的結(jié)構(gòu)完好性和（或）研究它們的動(dòng)態(tài)特性。也可根據(jù)經(jīng)受住本試驗(yàn)中的各種嚴(yán)酷等級(jí)的能力來(lái)劃分元器件的等級(jí)。

1.準(zhǔn)制定的背景

現(xiàn)行GB/T 2423.10-2008（《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn) Fc：振動(dòng)（正弦）》）對(duì)應(yīng)的是IEC 60068-2-6：1995。2007年IEC又發(fā)布了此標(biāo)準(zhǔn)的新版本IEC 60068-2-6：2007。全國(guó)電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)分技術(shù)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱：機(jī)械分會(huì)）提出：根據(jù)IEC 60068-2-6：2007，對(duì)GB/T 2423.10-2008版進(jìn)行一次修訂的工作計(jì)劃，此計(jì)劃2010年獲國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)并列入2010-2012年環(huán)標(biāo)委機(jī)械分會(huì)標(biāo)準(zhǔn)修訂計(jì)劃，編號(hào)20101323-T-469。

目前機(jī)械分會(huì)已完成此標(biāo)準(zhǔn)的新版本（2423.10-201×）的報(bào)批稿。

本次改版主要是本著使標(biāo)準(zhǔn)更具有操作指導(dǎo)性的本意，對(duì)試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了更詳盡的規(guī)范。對(duì)照新舊2個(gè)版本的IEC資料，不難發(fā)現(xiàn)，新舊版本的差異主要在控制策略、頻率范圍、振動(dòng)響應(yīng)檢查及試驗(yàn)報(bào)告信息要求等描述更詳細(xì)，從而使控制過(guò)程更具有指導(dǎo)性，最終體現(xiàn)在試驗(yàn)報(bào)告能給出更多，更詳盡的信息，從而使試驗(yàn)結(jié)果更具備說(shuō)明性。

2.B/T 2423.10-2008與正在修訂的GB/T 2424.10-201×的相同點(diǎn)

根據(jù)2424.10-201×的報(bào)批稿與GB/T 2423.10-2008的對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，這是一次技術(shù)性修訂。

二者存在以下共同點(diǎn)：對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求、預(yù)處理、初始檢查、中間檢查、恢復(fù)、最后檢測(cè)、有關(guān)規(guī)范應(yīng)給出的規(guī)定、附錄B(資料性附錄)（主要用于元件應(yīng)用的嚴(yán)酷度等級(jí)示例）、附錄C(資料性附錄)（主要用于設(shè)備應(yīng)用的嚴(yán)酷度等級(jí)示例）等規(guī)定是相同的，試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)的三個(gè)參數(shù)，只有頻率范圍的上限有了個(gè)別增加，振動(dòng)幅值和耐久試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間這二者都沒(méi)有變化。

3.B/T 2423.10-2008與正在修訂的GB/T 2424.10-201×的差異點(diǎn)

新版與現(xiàn)行版本相比，主要技術(shù)差異在以下幾個(gè)方面：

3.1.加了對(duì)控制策略的規(guī)范和描述。（可參考2424.10-201×版的4.2節(jié)）

單點(diǎn)／多點(diǎn)控制：當(dāng)有規(guī)定或有必要時(shí)，應(yīng)規(guī)定多點(diǎn)控制策略。有關(guān)規(guī)范應(yīng)表明是用單點(diǎn)控制還是多點(diǎn)控制。假如指定為多點(diǎn)控制，有關(guān)規(guī)范應(yīng)規(guī)定檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)的平均振幅或者一個(gè)被選定點(diǎn)（例如：可以是最大振幅點(diǎn)）信號(hào)的振幅應(yīng)當(dāng)達(dá)到的規(guī)定量級(jí)，可參考A.2.3。

多點(diǎn)控制：如果不能按照相關(guān)規(guī)范實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)控制，那么應(yīng)當(dāng)采用通過(guò)控制平均或最大檢測(cè)信號(hào)值的多點(diǎn)控制方式。在這種多點(diǎn)控制的情況下，參考點(diǎn)是虛擬的。這種方法應(yīng)記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。采用多點(diǎn)控制不能保證每個(gè)通道都達(dá)到要求的容差，但與單點(diǎn)控制中檢測(cè)點(diǎn)與虛擬參考點(diǎn)比較的方法相比，此方法通常能減少檢測(cè)點(diǎn)與名義值的偏離。

平均策略：在此方法中，控制幅值根據(jù)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的信號(hào)值計(jì)算。合成控制幅值由檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)幅值經(jīng)算術(shù)平均后得出。此算術(shù)平均控制幅值然后和規(guī)定幅值進(jìn)行比較。

加權(quán)平均策略：控制幅值ac由檢測(cè)點(diǎn)a1至an的信號(hào)幅值按各自權(quán)重w1至wn平均后形成：

aC = (w1 x a1 + w2 x a2 +….+ wn x an) / (w1 + w2 +…+wn)

此控制策略提供了實(shí)現(xiàn)不同檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)對(duì)控制中影響力不同的可能性。

極值策略：在此方法中，合成控制幅值由每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)測(cè)量的幅值中的最大(MAX)或最小(MIN)幅值組成。這種策略將產(chǎn)生一個(gè)控制振幅，這個(gè)振幅表明每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的最大值與最小值振幅的信號(hào)振幅的層數(shù)。

多參考控制： 當(dāng)要求采用多參考控制時(shí)，控制策略必須規(guī)定如下：

限制：所有的控制信號(hào)將在它們合適的參考值之下。

替代：所有控制信號(hào)必須在它們合適的參考值之上。

3.2.率范圍進(jìn)行了更細(xì)致的劃分（參見(jiàn)5.1節(jié)）

振動(dòng)試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)由三個(gè)參數(shù)共同確定。即頻率范圍、振動(dòng)幅值和耐久試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間(按掃頻循環(huán)數(shù)或時(shí)間給出)。頻率范圍，相比現(xiàn)行版，下限頻率數(shù)值未變，上限增加200 Hz，和1000Hz。

3.3.帶包裝樣品的振動(dòng)響應(yīng)檢查進(jìn)行了規(guī)定（參見(jiàn)8.2節(jié)）

振動(dòng)響應(yīng)檢查，進(jìn)行了更細(xì)致的規(guī)定。對(duì)于帶包裝樣品的振動(dòng)響應(yīng)檢查中，對(duì)包裝內(nèi)部的樣品無(wú)法處置時(shí)，對(duì)樣品激勵(lì)力的測(cè)量可以探測(cè)包裝內(nèi)樣品的共振頻率。

3.4.加了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求（參見(jiàn)13章）

增加了試驗(yàn)報(bào)告至少應(yīng)給出的下列信息：

客戶（名稱和地址）；實(shí)驗(yàn)室（名稱和地址）；試驗(yàn)報(bào)告證明（發(fā)布日期、唯一編號(hào)）；試驗(yàn)日期；試驗(yàn)類別（正弦）；試驗(yàn)?zāi)康模ㄩ_(kāi)發(fā)試驗(yàn)、質(zhì)量評(píng)定，等）；試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),版本(有關(guān)的試驗(yàn)程序)；試驗(yàn)樣品描述（唯一性標(biāo)識(shí)、圖、照片、數(shù)量，等）；樣品的安裝(夾具，圖片，照片，等) ；檢測(cè)設(shè)備描述（橫向運(yùn)動(dòng)，等）；控制和測(cè)量系統(tǒng)、傳感器裝置（描述圖、照片，等）；所有信號(hào)的過(guò)濾（類型和帶寬）；測(cè)量系統(tǒng)不確定度(校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，上次日期和下次日期)；控制策略(多點(diǎn)控制，多參考控制，SUM或MAX策略)；初始，中間或最終檢測(cè)；要求的嚴(yán)酷等級(jí)(根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程)；試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)文件 (檢測(cè)點(diǎn),自由度,試驗(yàn)譜)；試驗(yàn)結(jié)果(受試樣品狀態(tài)的評(píng)價(jià))；試驗(yàn)情況記錄；試驗(yàn)總結(jié)；試驗(yàn)負(fù)責(zé)人(姓名和簽字)；發(fā)送(報(bào)告分送清單)

注1：試驗(yàn)應(yīng)做記錄,內(nèi)容應(yīng)包括如帶試驗(yàn)參數(shù)的試驗(yàn)運(yùn)行記錄的時(shí)間列表,試驗(yàn)期間觀察及實(shí)施情況和測(cè)量數(shù)據(jù)表。試驗(yàn)記錄可作為試驗(yàn)報(bào)告的一部分。

注2：參見(jiàn)ISO/IEC 17025 （GB/T27025）的相關(guān)要求

3.5.錄A中內(nèi)容有補(bǔ)充

掃頻時(shí)，每個(gè)軸向上的掃頻循環(huán)數(shù)和相應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，頻率范圍進(jìn)行了更細(xì)致的劃分，增加了5～100 Hz；5 ～ 200 Hz；5 ～ 500 Hz；5 ～ 2000 Hz這四個(gè)頻段。

4.準(zhǔn)應(yīng)用中的幾點(diǎn)說(shuō)明及應(yīng)注意的問(wèn)題

正弦振動(dòng)試驗(yàn)：在試驗(yàn)室正弦振動(dòng)試驗(yàn)的主要目的是找出結(jié)構(gòu)件的固有頻率點(diǎn)(諧振點(diǎn)),并在該點(diǎn)作耐共振試驗(yàn),這樣能迅速地評(píng)估試件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,結(jié)構(gòu)缺限甚至評(píng)定出試件的動(dòng)態(tài)特性;結(jié)構(gòu)件在共振狀態(tài)下局部會(huì)產(chǎn)生大位移,這就會(huì)引起局部彎折形變,進(jìn)而產(chǎn)生疲勞損壞,這里提請(qǐng)大家注意兩個(gè)問(wèn)題：

4.1.純靠掃頻試驗(yàn)是不容易再現(xiàn)這種疲勞損壞的,因?yàn)榧?lì)通過(guò)結(jié)構(gòu)件的共振頻率帶的時(shí)間很短不足以造成結(jié)構(gòu)的疲勞損壞；所以找到諧振點(diǎn)后必須在該點(diǎn)作耐久試驗(yàn)。

4.2.久試驗(yàn)。當(dāng)采用這種方法時(shí)，不是在預(yù)定頻率上進(jìn)行，就是在響應(yīng)檢查期間所發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)頻率上進(jìn)行。若振動(dòng)響應(yīng)檢查期間每軸線上所發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)頻率點(diǎn)較少，且不超過(guò)4個(gè)，則定頻耐久是合適的。如果超過(guò)4個(gè)，則掃頻耐久可能更合適。當(dāng)然，既用掃頻耐久又用定頻耐久也可能是合適的。需要記住定頻耐久在試驗(yàn)中仍需一定程度的工程判斷。

5.束語(yǔ)

正弦振動(dòng)試驗(yàn)是試驗(yàn)室中經(jīng)常采用的試驗(yàn)方法，是人們認(rèn)識(shí)最早，了解最多的一種振動(dòng)。例如凡是旋轉(zhuǎn)、脈動(dòng)、振蕩（在船舶、飛機(jī)、車輛、空間飛行器上所出現(xiàn)的）所產(chǎn)生的振動(dòng)均是正弦振動(dòng)。要模擬這些振動(dòng)環(huán)境，無(wú)疑須用正弦振動(dòng)試驗(yàn)。當(dāng)振動(dòng)環(huán)境是隨機(jī)的、但又無(wú)條件做隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，某些情況下可以用正弦振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)代替。此外，振動(dòng)特性試驗(yàn)中，用正弦信號(hào)激振是常用的最基本方法。由于正弦試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)便宜，因此一般的振動(dòng)試驗(yàn)室?guī)缀醵伎梢赃M(jìn)行正弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。所以關(guān)于正弦振動(dòng)試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2423.10應(yīng)用非常廣泛。標(biāo)準(zhǔn)使用者一定要注意不同版本之間的技術(shù)差異。

[1] GB/T 2423.10：2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第二部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Fc和導(dǎo)則：振動(dòng)(正弦)

[2] IEC 60068-2-6：1995 Environmental testing -Part 2-6： Tests - Test Fc： Vibration (sinusoidal)

[3] IEC 60068-2-6：2007 Environmental testing -Part 2-6： Tests -Test Fc： Vibration (sinusoidal)

On the Differences and Similarities of “Sine Vibration Test" between the 2008 Edition and GB/T 2423.10

The sine vibration test is a method widely adopted. Accordingly, our national standard of GB/T 2423.10 about sine vibration test is widely applied. In this paper, the purpose and background of this standard were introduced and on this basis, the differences and similarities between the current edition GB/T 2423.10-2008 and GB/T 2423.10-201× that will be released soon. At last, what should be paid more attention to during the application of the standard is indicated.

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常少莉（1979-），女，陜西鳳翔人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所工程師，主要從事電子產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)研究和可靠性試驗(yàn)條件設(shè)計(jì)工作。