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前文介紹了電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(yàn)概念，以及幾種主要試驗(yàn)類型及試驗(yàn)條件的修正。

本文將對振動試驗(yàn)過程中一些操作注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)異常問題開展相關(guān)探討，包括傳感器安裝、數(shù)據(jù)異常判讀和振動試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)等。

傳感器安裝

傳感器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部件，其安裝的合理性會影響數(shù)據(jù)采集的效果；本文主要針對加速度傳感器的安裝和固定進(jìn)行討論。

傳感器安裝大體上可以分為螺栓、粘接和磁座連接等方式。

當(dāng)測量量級較高，或者頻率較高時，一般采用螺栓連接的方式。螺栓連接是一種較好的連接方式，但是對于被測結(jié)構(gòu)，需要提前設(shè)計(jì)安裝接口，這在很多場景下是不允許的；并且螺栓連接需要安裝面有較好的平面度。

對于短期量級較小的試驗(yàn)，更為常見的是通過粘接將傳感器安裝。常用的粘接劑有502膠粘劑、環(huán)氧樹脂膠粘劑、蜂蠟、雙面膠等。選用不同膠粘劑一般考慮頻響要求、環(huán)境溫濕度、清洗等。

此外，通過磁鐵或磁座是一種傳感器常見的安裝方式。

加速度傳感器會受到基底引起的噪聲影響，通過安裝中增加絕緣層，可有效抑制該影響，但絕緣層的增加可能導(dǎo)致采集頻率上限的降低。

此外，在數(shù)據(jù)采集過程中，對于一些剛度低、質(zhì)量小的位置安裝傳感器，需要考慮由于附加傳感器質(zhì)量帶來的影響。

在條件允許的情況下，傳感器安裝過程中應(yīng)拍攝足夠的照片，用于試驗(yàn)后檢查傳感器的安裝方向和位置。

布線和走線

傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備之間通過電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

選擇電纜應(yīng)考慮：

電纜長度；

電纜的阻抗；

磁場與電容的背景噪聲耦合影響；

溫濕度環(huán)境等。

電纜連接和走線應(yīng)考慮：

電纜插頭應(yīng)對準(zhǔn)連接器插孔，插針不得彎曲；

連接器螺母不得連接過緊；

連接器不得被灰塵、水或?qū)щ姴牧衔廴荆?/p>

電纜彎曲半徑需符合要求；

高溫濕度環(huán)境下需要有特殊防護(hù)；

電纜在端頭附近需要預(yù)留一定量并進(jìn)行固定；

電纜不應(yīng)對傳感器和被測結(jié)構(gòu)施加作用力；

電纜應(yīng)合理走線、捆扎，一些艙內(nèi)安裝測點(diǎn)需要提前設(shè)計(jì)走線孔；

野外長期監(jiān)測系統(tǒng)的電纜，推薦做鎧裝。

為將背景噪聲中的電磁干擾降低至最小，通常數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和被測設(shè)備均需要考慮接地處理。

數(shù)據(jù)判讀

振動與沖擊信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可得到一組隨時間變化的電壓信號，即時域信號。通常有幾種分類方式：

周期信號與隨機(jī)信號；

平穩(wěn)隨機(jī)信號與非平穩(wěn)隨機(jī)信號；

各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)信號與非各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)信號；

瞬態(tài)信號與非平穩(wěn)連續(xù)隨機(jī)信號。

其具體含義本文不做展開。

需要指出的是，現(xiàn)實(shí)中平穩(wěn)隨機(jī)信號、各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)信號幾乎是不存在的；而在實(shí)際的處理中，通過引入“集合平均”等概念，除非針對“平穩(wěn)”或“各態(tài)歷經(jīng)”偏離確實(shí)較大，我們?nèi)詫⒋蠖鄶?shù)信號做為理想信號分析處理。

數(shù)據(jù)異常分析

第一種常見的數(shù)據(jù)異常是信號削波。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靈敏度設(shè)置過高時，系統(tǒng)量程不足，可能引起該現(xiàn)象。對于這類問題，在試驗(yàn)前評估測試的最大響應(yīng)，合理設(shè)置量程。

第二種常見的數(shù)據(jù)異常是信噪比差。當(dāng)測量系統(tǒng)背景噪聲較大，并且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)靈敏度設(shè)置過低時，可能會導(dǎo)致真實(shí)信號相比背景噪聲過小。對于這類問題，在試驗(yàn)前評估測試環(huán)境和采集信號響應(yīng)，合理設(shè)置量程。

第三種常見的數(shù)據(jù)異常是信號間歇噪聲。這類問題通常都與系統(tǒng)某些異常有關(guān)；如采集系統(tǒng)接插件的不可靠、電纜屏蔽缺陷、被測設(shè)備結(jié)構(gòu)松動碰撞等。針對這類問題，需要評估出是采集系統(tǒng)本身問題帶來的噪聲干擾，還是被測設(shè)備本身固有的；對于采集系統(tǒng)帶入的，可將其尖峰剔除；對于被測設(shè)備本身的，則應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行處理。

第四種常見的數(shù)據(jù)異常是工頻干擾。這類問題非常常見，當(dāng)采集系統(tǒng)接地不良、屏蔽不足時，工頻干擾可能對信號會產(chǎn)生很大的影響。由于我國交流電工頻頻率為50Hz，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號中帶有50Hz及其倍數(shù)的不正常干擾，很可能是工頻干擾。對于這類干擾，通過良好的接地和屏蔽可有效緩解；但在干擾較大的環(huán)境，無法完全解決。對于已采集的信號，可通過帶阻濾波處理。

第五種常見的數(shù)據(jù)異常是信號基線漂移。當(dāng)信號時域數(shù)據(jù)出現(xiàn)緩慢漂移時，往往是一種虛假的漂移。這類問題產(chǎn)生大多和采集系統(tǒng)的飽和有關(guān)。對于這類數(shù)據(jù)，可通過回歸分析，或者濾波等方法進(jìn)行處理。

第六種常見的數(shù)據(jù)異常是信號零漂。當(dāng)信號整體發(fā)生一個平移時，可能是零漂失真。產(chǎn)生這類問題的原因有很多，包括永久變形、相對運(yùn)動、熱電效應(yīng)、飽和、接觸不良等；總之零漂是信號中產(chǎn)生了某種原因引起的直流量導(dǎo)致的?？蓪π盘柾ㄟ^減去均值進(jìn)行處理。

第七種常見的數(shù)據(jù)異常是信號丟失。信號丟失包括永久性丟失和暫時性丟失；永久性丟失一般由于采集系統(tǒng)故障、傳感器脫落，或者斷電等導(dǎo)致；暫時性丟失可能由于飽和引起。對于丟失的信號，可將其剔除，但對于剩余的信號仍需要進(jìn)行評估才可進(jìn)行分析利用。

振動試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

電子設(shè)備進(jìn)行振動試驗(yàn)時需要通過振動試驗(yàn)工裝（或稱振動試驗(yàn)夾具）與振動臺相連接。

振動試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)時主要需要考慮：

工裝與被測設(shè)備、振動臺的機(jī)械接口匹配；

對于一些安裝面有突出物的設(shè)備，特別需要考慮結(jié)構(gòu)干涉問題；

工裝與設(shè)備安裝連接方式需要和真實(shí)狀態(tài)相同；

理論上，振動工裝與設(shè)備相連后，系統(tǒng)的基頻需要達(dá)到試驗(yàn)頻率的2倍以上，即二倍頻原則；

事實(shí)上，二倍頻原則在艦載設(shè)備上還可能實(shí)現(xiàn)，在車載設(shè)備上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，在機(jī)載和星載設(shè)備上是絕對無法實(shí)現(xiàn)的；

實(shí)際上，通常要求工裝設(shè)計(jì)遠(yuǎn)離設(shè)備基頻，最好在2~3倍以上；

工裝還需要避開設(shè)備的危險(xiǎn)共振頻率（不僅僅是基頻）；

由于振動臺的推力是有限的，如果工裝設(shè)計(jì)過重，相同振動臺下被測設(shè)備重量就限制大，通常要求工裝在保證剛度前提下盡量輕量化設(shè)計(jì)；

工裝本身不允許采用螺栓連接結(jié)構(gòu)形式；

對于小型設(shè)備，可考慮設(shè)計(jì)通過翻轉(zhuǎn)工裝實(shí)現(xiàn)三方向的振動試驗(yàn)；

對于安裝點(diǎn)跨距較大設(shè)備的振動試驗(yàn)，可在工裝上布置多個控制點(diǎn)，通過多點(diǎn)平均控制開展振動試驗(yàn)。

最后

本文對振動試驗(yàn)過程中一些操作注意事項(xiàng)及數(shù)據(jù)異常問題進(jìn)行了介紹。下文將對振動試驗(yàn)方法等問題開展相關(guān)探討。

電子設(shè)備振動環(huán)境試驗(yàn)(11)?—— 試驗(yàn)中相關(guān)注意事項(xiàng)

傳感器安裝

布線和走線

數(shù)據(jù)判讀

數(shù)據(jù)異常分析

振動試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

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