張仲強 黃薛青 張宇 葛宇申 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的集成度不斷增大，廠家對產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的要求也越來越高。為了檢驗其能否適應(yīng)在使用、運輸過程中遇到的各種力學(xué)環(huán)境，需要進(jìn)行一系列相關(guān)的機械環(huán)境性能試驗，如振動、沖擊和碰撞試驗。其中，振動臺系統(tǒng)是完成試驗的關(guān)鍵設(shè)備，由振動控制系統(tǒng)、功率放大器、振動臺體等三大部分構(gòu)成，工作原理為功率放大器接受到振動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號并放大后，驅(qū)動振動臺體實現(xiàn)特定運動。

振動臺體能否正常運行涉及多方面因素，如振動臺安裝精度、零部件松緊度和對振動控制系統(tǒng)干擾信號等[1]。分析振動臺顫動的原因并解決該問題，可為試驗的順利進(jìn)行提供可靠的保障[2]。

1 試驗情況

用于進(jìn)行隨機振動試驗的振動設(shè)備如圖1所示。某電子控制箱（樣品）在進(jìn)行隨機振動試驗過程中，由夾具直接固定在振動臺面，與振動控制系統(tǒng)并聯(lián)接入AC 220 V。圖2是振動臺處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)下的隨機振動目標(biāo)-響應(yīng)曲線。此時振動臺面發(fā)生輕微顫動，振動控制系統(tǒng)顯示的目標(biāo)-響應(yīng)曲線不光滑，在某些頻段出現(xiàn)尖刺，尖刺的最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了試驗中斷上限值，導(dǎo)致試驗自動中斷而無法進(jìn)行。

2 分析與處理

振動臺面發(fā)生顫動現(xiàn)象表明其受到多個不同方向和振幅的共同作用，導(dǎo)致振動臺出現(xiàn)顫抖，分析可能存在的主要原因有兩個。

圖1 隨機振動試驗樣品布置圖

圖2 振動臺處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)下的隨機振動目標(biāo)-響應(yīng)曲線

（1）振動臺體各個機構(gòu)具有自身的固有頻率，在驅(qū)動頻率與某一方向部分機構(gòu)的固有頻率相等時，整個臺體產(chǎn)生共振；

（2）控制系統(tǒng)輸入到功放系統(tǒng)的信號包含微弱的干擾信號，導(dǎo)致振動臺輸出不穩(wěn)定。

2.1 臺體共振原因分析

對于臺體產(chǎn)生共振原因，可能是振動臺機構(gòu)質(zhì)量大，自身固有頻率較低所致。由于振動臺設(shè)備已運行多年，設(shè)備內(nèi)部某些零部件可能產(chǎn)生松動和磨損，裝配精度變低改變了設(shè)備的固有頻率，從而引起振動臺在某一方向發(fā)生輕微的顫動。為了探究是否由于振動臺部件松動或磨損引起臺面產(chǎn)生顫動，進(jìn)行了試驗。

臺面安裝被測樣品但樣品不通電，振動控制系統(tǒng)輸入發(fā)生顫動時相同的隨機振動指標(biāo)，觀察臺面情況。圖3表明振動臺此時運行良好，能夠正常啟動，目標(biāo)-響應(yīng)曲線較為平滑，未超過警告或中斷限值，同時振動臺面處于平穩(wěn)工作狀態(tài)。因此，試驗結(jié)果排除了是臺體產(chǎn)生共振導(dǎo)致臺體發(fā)生顫動的原因。

圖3 振動臺不加負(fù)載時的隨機振動目標(biāo)-響應(yīng)曲線

2.2 振動控制信號存在干擾

試驗所用的電磁振動臺系統(tǒng)包括：振動控制系統(tǒng)、功率放大器及振動臺體三部分，由振動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的信號經(jīng)功率放大器放大后傳遞到動圈使其產(chǎn)生振動。若控制系統(tǒng)信號混有干擾信號時，功率放大器接收信號并放大導(dǎo)致振動臺面工作產(chǎn)生較大誤差，而振動臺的工作狀態(tài)由加速度傳感器進(jìn)行采集并與控制系統(tǒng)輸出信號進(jìn)行比對和調(diào)整，導(dǎo)致目標(biāo)-響應(yīng)曲線波動范圍較大。

2.2.1 干擾信號來源分析

圖3已驗證了樣品不通電狀態(tài)下振動臺自身能夠正常工作，但被測樣品在通電狀態(tài)下隨機振動的目標(biāo)-響應(yīng)曲線出現(xiàn)尖刺而導(dǎo)致試驗無法進(jìn)行，顯然被測樣品在通電狀態(tài)下振動控制系統(tǒng)的輸出信號中混有干擾信號。而振動控制系統(tǒng)與電源之間通過隔離變壓器連接，可以排除電網(wǎng)中的雜波對振動控制系統(tǒng)的干擾[3]?；谏鲜龇治?，初步可確定是通電狀態(tài)下的被測樣品對振動控制系統(tǒng)產(chǎn)生了干擾。如圖1所示，被測樣品與振動控制系統(tǒng)接入的是同一個交流電源，可能是被測樣品產(chǎn)生的泄漏電流回流到電源端而引起振動控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾信號[4]。

2.2.2 樣品泄漏電流測試

泄漏電流指的是電氣設(shè)備在未發(fā)生故障及未額外施加電壓情況下，相互絕緣的零件間表面形成的電流。在電工電子類產(chǎn)品的絕緣測試工作中，泄漏電流能靈敏地反應(yīng)絕緣材質(zhì)的裂紋、夾層絕緣的內(nèi)部受潮、局部松散斷裂及絕緣表面碳化等缺陷狀況。泄漏電流過大不僅會對人體造成電灼燒等傷害，而且對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)也帶來嚴(yán)重影響[5]。

GB 4706.1-2005中的第13部分對不同產(chǎn)品的泄漏電流給出了不同的限值要求，見表1。利用泄漏電流測量儀對樣品泄漏電流值進(jìn)行測量，其結(jié)果為1.138 mA，遠(yuǎn)大于表1所規(guī)定的值。顯然，對于Ⅱ類器具的樣品而言，其泄漏電流值遠(yuǎn)超GB 4706.1-2005所規(guī)定的值，驗證了對振動控制系統(tǒng)輸出信號的干擾來源確實是由于樣品自身的泄漏電流過大引起。

表1 GB 4706.1-2005所規(guī)定的泄漏電流限值

由此可見，樣品的泄漏電流確實是通過電源端流入到振動控制系統(tǒng)的電源網(wǎng)路中，對振動控制系統(tǒng)的輸出信號產(chǎn)生了干擾。只有使樣品的泄漏電流不流入供給振動控制系統(tǒng)的電源網(wǎng)路，才能使試驗?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。在對樣品和振動控制系統(tǒng)提供獨立的電源后，隨機振動試驗?zāi)軌蛘＿M(jìn)行，目標(biāo)-響應(yīng)曲線也較為光滑且無尖刺。實際上樣品和振動控制系統(tǒng)的電源都是獨立接地的，隔絕了彼此的相互影響，避免了對較為靈敏的振動控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而保證了振動試驗的正常運轉(zhuǎn)。

3 結(jié)語

通過對振動臺顫動原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)是樣品與振動控制系統(tǒng)接入同一個電源網(wǎng)路，樣品的泄漏電流過大而對振動控制系統(tǒng)輸出的信號產(chǎn)生了干擾，進(jìn)而造成振動臺面發(fā)生顫動。分析發(fā)現(xiàn)，為樣品和振動控制系統(tǒng)提供獨立的電源，是解決振動臺面顫動的措施。而不同的電源所使用的接地是獨立的，得出每個電源應(yīng)分別采用獨立接地，才能避免泄漏電流對其他設(shè)備信號產(chǎn)生干擾的目的。電子設(shè)備的接地不僅能夠保證人員和設(shè)備的安全，而且還能提高設(shè)備的抗干擾性能，提高測試的可靠性和準(zhǔn)確度。