沈援海，郎春華，劉松

（中移（杭州）信息技術(shù)有限公司，杭州 311121）

引言

環(huán)境試驗(yàn)是電工電子產(chǎn)品檢測(cè)中覆蓋范圍最廣的一項(xiàng)基礎(chǔ)性測(cè)試，是驗(yàn)證和提供產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)之一，主要考核研究產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力[1]。振動(dòng)是力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)中最為常見的一項(xiàng)試驗(yàn)，其依據(jù)振動(dòng)方式可分為正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)兩類，在GJB 150、GB 2423等標(biāo)準(zhǔn)中均涉及了振動(dòng)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)要求，同時(shí)對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)的準(zhǔn)確度做出了明確的要求，試驗(yàn)的目的是確認(rèn)樣品的機(jī)械薄弱環(huán)境和/或特性降低情況[2]。按照CANS程序文件《能力驗(yàn)證規(guī)則》中對(duì)性能測(cè)試領(lǐng)域要求，實(shí)驗(yàn)室至少每?jī)赡赀M(jìn)行一次振動(dòng)相關(guān)的能力驗(yàn)證試驗(yàn)，便于確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室的振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰?，其測(cè)試方法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，其檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確[3]。

本文就近期筆者參與并進(jìn)行了此次實(shí)驗(yàn)室的前后兩次振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃，分析并總結(jié)了振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的基本檢測(cè)要求和主要影響因素，為業(yè)界同類檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室提供一定的參考。

1 振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的檢測(cè)要求

1.1 試驗(yàn)依據(jù)

振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的試驗(yàn)依據(jù)主要有GB/T 2423.10、GB/T 28046.3、IEC 60068-2-6、IEC 60945等標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)中心按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2423.10-2019的要求進(jìn)行試驗(yàn)[4]。

1.2 試驗(yàn)試件

試驗(yàn)試件為一個(gè)特定的、不可拆解的金屬結(jié)構(gòu)件，其底座四邊角上配有4個(gè)螺絲安裝孔，便于水平狀態(tài)下安裝固定在試驗(yàn)臺(tái)面上，也可以配合相關(guān)夾具將試件緊固在試驗(yàn)臺(tái)面上同時(shí)振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證前，需把監(jiān)測(cè)加速度的傳感器設(shè)置安裝在試件上，具體位置為試件的支撐桿和圓形砝碼之間的平面中心處，如圖1 所示。

圖1 加速度監(jiān)測(cè)傳感器示意圖

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

目前實(shí)驗(yàn)室使用較普遍的是電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，其由試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面、加速度監(jiān)測(cè)傳感器、功率放大器、水平滑臺(tái)、勵(lì)磁電源、振動(dòng)控制儀、內(nèi)置油泵系統(tǒng)以及冷卻風(fēng)機(jī)等模塊組成，其連接示意圖如圖2所示。振動(dòng)臺(tái)的工作原理是先啟動(dòng)勵(lì)磁電源，后打開功率放大器，再通過(guò)振動(dòng)控制儀設(shè)置對(duì)應(yīng)的振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)，控制振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

圖2 電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)示意圖

本實(shí)驗(yàn)中心使用S201-335電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)參與振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證活動(dòng)，并按期每年對(duì)其正弦振動(dòng)各方向進(jìn)行頻率校準(zhǔn)，確保振動(dòng)設(shè)備的系統(tǒng)誤差滿足振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，近期振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果詳見表1。

表1 S201-335電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果

1.4 試驗(yàn)程序

根據(jù)能力驗(yàn)證提供者提供的作業(yè)指導(dǎo)書，本次試驗(yàn)在25 ℃&50 %RH的溫濕度環(huán)境條件下的室內(nèi)進(jìn)行。在振動(dòng)試驗(yàn)開始前，為了避免環(huán)境溫差影響，樣品需在試驗(yàn)環(huán)境條件下至少放置1 h。然后，按照作業(yè)指導(dǎo)書要求對(duì)電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)掃頻參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在垂直方向進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)檢查，并找出試件指定的共振頻率，具體掃頻參數(shù)詳見表2。

表2 正弦振動(dòng)掃頻參數(shù)

2 結(jié)果評(píng)價(jià)

2.1 結(jié)果評(píng)價(jià)原則

在能力驗(yàn)證中，經(jīng)常采用CNAS-GL002：2018《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》的要求評(píng)價(jià)，其依據(jù)實(shí)驗(yàn)室的 Z 比分?jǐn)?shù)進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)，計(jì)算公式是：

式中：

x — 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果；

X — 指定值；

δ— 能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差。

實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證評(píng)價(jià)原則：

若實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)|Z|≤ 2為滿意結(jié)果；

若實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)2 ＜ |Z|＜ 3 為有問題結(jié)果；

若實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)|Z|≥ 3 為不滿意結(jié)果。

Z 比分?jǐn)?shù)越小則說(shuō)明測(cè)量結(jié)果越精確[5]。

2.2 振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證基本情況

本實(shí)驗(yàn)中心先后參與了由威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司組織實(shí)施的“振動(dòng)（正弦）試驗(yàn)”能力驗(yàn)證計(jì)劃和“振動(dòng)試驗(yàn)”能力驗(yàn)證計(jì)劃（一對(duì)一），兩次振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃的共振頻率測(cè)試結(jié)果和能力評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

由表3可知“振動(dòng)（正弦）試驗(yàn)”能力驗(yàn)證計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)絕對(duì)值大于3,評(píng)價(jià)結(jié)果為不滿意；“振動(dòng)試驗(yàn)”能力驗(yàn)證計(jì)劃（一對(duì)一）的實(shí)驗(yàn)室Z比分?jǐn)?shù)絕對(duì)值小于2，評(píng)價(jià)結(jié)果為滿意，振動(dòng)臺(tái)能滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和精度要求。

表3 能力驗(yàn)證結(jié)果及評(píng)價(jià)

3 影響能力驗(yàn)證結(jié)果的因素

振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果受多種因素影響，主要包括試驗(yàn)試件固定是否緊固、與加速度監(jiān)測(cè)傳感器的安裝固定位置距離、試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)設(shè)置及試驗(yàn)環(huán)境與檢測(cè)人員能力等因素[6]。為了提高實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證活動(dòng)所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和能力驗(yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果的滿意度，參考實(shí)驗(yàn)室先后參加的兩次振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃，對(duì)試驗(yàn)中各影響因素進(jìn)行分析總結(jié)。

3.1 試驗(yàn)樣品和控制傳感器的安裝固定

振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的樣品為特殊定制的金屬結(jié)構(gòu)件，見圖1。試驗(yàn)前，為保證實(shí)驗(yàn)室安裝的一致性，避免振動(dòng)力不均勻，需要把金屬結(jié)構(gòu)件剛性連接在振動(dòng)臺(tái)動(dòng)圈中間線上。可以使用螺桿和夾具通過(guò)安裝孔剛性緊固連接在安裝臺(tái)面上，同時(shí)通過(guò)扭矩扳手使試樣和振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面進(jìn)行緊固，確保良好的傳遞特性。

控制傳感器的安裝固定應(yīng)該和振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向保持一致，同時(shí)為減小測(cè)量獲得的共振頻率與指定值之間的誤差，控制點(diǎn)需要盡量越接近試驗(yàn)樣品。根據(jù)本次能力驗(yàn)證的金屬結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，振動(dòng)試驗(yàn)中采用502粘接劑進(jìn)行安裝加速度監(jiān)測(cè)傳感器，其頻率特性較寬，剛度較強(qiáng)。試驗(yàn)中，為確保良好的連接性，需要避免使用熱熔膠、蜂蠟等傳遞特性差的軟性粘接劑。

為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，試驗(yàn)前需要做好相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備的清潔工作，保證連接振動(dòng)臺(tái)表面平整光滑，避免夾具和試件之間產(chǎn)生夾角、控制傳感器懸空等現(xiàn)象，影響能力驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性。

3.2 試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)設(shè)置

在振動(dòng)掃頻試驗(yàn)前，需要先稱重試件夾具，并正確地設(shè)置振動(dòng)臺(tái)的參數(shù)，正確的參數(shù)設(shè)置可以有效減少測(cè)量系統(tǒng)帶來(lái)的誤差。通常情況下，需要把試件質(zhì)量、夾具質(zhì)量、臺(tái)面質(zhì)量、掃頻范圍、位移峰峰值、加速度監(jiān)測(cè)傳感器靈敏度等試驗(yàn)參數(shù)輸入到測(cè)量軟件中，其中加速度監(jiān)測(cè)傳感器的靈敏度值是影響能力驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。因傳感器長(zhǎng)期使用受溫度、振動(dòng)、電磁場(chǎng)等環(huán)境影響，其靈敏度值容易出現(xiàn)偏差，所以，實(shí)驗(yàn)室需要周期對(duì)加速度監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)計(jì)量，修正其靈敏度值，以便于試驗(yàn)時(shí)使用。

3.3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與檢測(cè)人員能力

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與檢測(cè)人員能力高低也是影響振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證評(píng)價(jià)結(jié)果一致性的重要因素之一。能力驗(yàn)證試驗(yàn)前，需要特別注意：①控制實(shí)驗(yàn)室溫濕度環(huán)境滿足能力驗(yàn)證作業(yè)指導(dǎo)書的要求，同時(shí)保證室內(nèi)無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)和其它振動(dòng)進(jìn)行；②試驗(yàn)樣機(jī)應(yīng)在試驗(yàn)環(huán)境下至少靜置1小時(shí)；③檢測(cè)人員應(yīng)熟悉振動(dòng)試驗(yàn)依據(jù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照能力驗(yàn)證作業(yè)指導(dǎo)書要求操作。④試驗(yàn)人員熟悉振動(dòng)臺(tái)控制儀，能正確輸入振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)，并根據(jù)最大幅值比找出對(duì)應(yīng)的共振頻率，如圖3所示，取最高點(diǎn)1的數(shù)值。

圖3 振動(dòng)（正弦）試驗(yàn)掃頻信號(hào)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，影響振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證測(cè)量結(jié)果的因素有多種，本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室先后參加的兩次振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證計(jì)劃，依據(jù)能力驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果，從試驗(yàn)樣品和控制傳感器的安裝固定、振動(dòng)臺(tái)參數(shù)設(shè)置及試驗(yàn)環(huán)境與人員等影響因素進(jìn)行分析和改進(jìn)自身存在的問題，對(duì)后續(xù)其他實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行類似能力驗(yàn)證提供一些借鑒和參考。