電工電子產品振動試驗能力驗證方法

張仲強 黃薛青 / 上海市計量測試技術研究院

0 引言

電工電子產品的環境試驗是電器產品檢測中覆蓋范圍最廣的一項基礎測試，主要考核其環境適應性[1]。而振動試驗是主要的環境試驗之一，用于模擬產品在運輸、安裝及使用環境中所經受的各種振動環境，以評定產品承受各種環境振動的能力。依據振動方式可分為正弦振動和隨機振動兩類。正弦振動是實驗室中經常采用的試驗方法，用以摸擬因旋轉、脈動、震蕩（在船舶、飛機、車輛、空間飛行器等）所產生的結構共振頻率分析和共振點駐留驗證為主[2]。

為了準確進行測試和對試驗方法有正確的理解，有效監控自身實驗室能力，促進實驗室在電工電子產品振動試驗方面檢測結果的一致性，筆者參與并進行了此次實驗室振動試驗的能力驗證。

1 被測樣品和測試方法

1.1 被測樣品

樣品為一臺振動測試盒，并配備一只振動測試探頭，用于測試振動各軸向加速度值。振動測試探頭的X、Y、Z軸向如圖1。

圖1 振動測試探頭 X、Y、Z軸向示意圖

1.2 測試方法

依據的測試標準為：GB/T 2423.10-2008 《電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Fc：振動(正弦)》，振動測試參數見表1，其樣品的安裝、工作方式如下。

樣品安裝：將振動測試探頭用膠水粘貼在振動臺臺面正中心區域，并將振動測試探頭另一端連接至振動測試盒。

樣品工作：接通振動測試盒電源（試驗供電電源：220 V 50 Hz），在確認振動測試探頭處于靜止的狀態下，打開振動測試盒開關，測試盒顯示屏亮起且顯示數值，則測試盒狀態正常。

表1 正弦振動測試參數

記錄試驗開始后，第4 min時振動測試盒顯示屏顯示相應軸向加速度值。

2 結果評價

2.1 結果評價原則

以X、Y、Z軸向的振動軸向加速度測試結果為評價對象，采用CNAS-GL002：2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》穩健統計方法確定指定值和能力評定標準差，依據實驗室Z比分數進行結果評價。

按以下公式計算Z值：

式中：x——實驗室最終測試結果的顯示值；

X——指定值。以測試結果的顯示值的穩健平均值作為指定值；

δ——能力評定標準差

以測試結果的顯示值的穩健標準差作為能力評定標準差。

若實驗室測試結果的顯示值對應Z值均為|Z|≤2，則為滿意結果；

若實驗室測試結果的顯示值對應Z值至少有一個為 2 ＜ |Z| ＜ 3，則為有問題結果；

若實驗室測試結果的顯示值對應Z值|Z|≥3，則為不滿意結果。

2.2 能力統計量Z比分數計算

表2 顯示值x、穩健平均值、穩健標準差

表2 顯示值x、穩健平均值、穩健標準差

穩健平均值2.05 2.08 2.01

依據式（1），分別計算X、Y、Z振動軸向加速度的Z比分數，得到 |Zx| = 0.6 ≤ 2，|Zy| = 0.9 ≤ 2，|Zz| = 0.2 ≤ 2，均為滿意結果。

3 振動試驗技術

振動試驗的結果受多種因素影響，包括樣品的安裝、控制傳感器的安裝、控制傳感器的靈敏度修正、設備計量及試驗參數的設置等因素[3]。此次振動能力驗證取得滿意結果，歸結于三個方面。

3.1 振動試驗參數設置合理

對于正弦掃頻振動而言，導致試驗參數設置錯誤的原因主要體現在交越點前的位移值的設定。通常情況下，進行振動試驗設置目標譜時需要設置的是位移峰峰值（p-p），但大部分標準和測試大綱中所寫的是位移單峰值。為了確保振動臺目標譜正確，避免找不到共振頻率或找到錯誤危險頻率的現象發生，需要對交越點處的位移值進行正確的設置。

3.2 控制傳感器及樣品的安裝合理

在振動試驗過程中，控制傳感器應盡量與動圈保持在同一直線，同時確保樣品處于動圈與控制傳感器之間，從而對振動臺面和樣品進行較好的控制效果。僅將控制傳感器粘貼在動圈上不能對振動臺面和樣品實現較好控制，如尺寸較大或重心偏高的樣品在進行正弦振動掃頻時，振動臺面將會被樣品的慣性帶偏，導致整個臺面不受控制而使試驗中斷[4]。因此，控制傳感器可直接粘貼在水平臺面的最頂端和垂直臺面的動圈投影區域內。

3.3 采用已修正的傳感器靈敏度值

振動試驗中所用到的控制傳感器的靈敏度值也是影響試驗結果的重要因素之一，雖然每個傳感器出廠時已標定靈敏度值，但隨著使用頻率的加劇，其值也會出現一定偏差。因此，振動試驗所用控制傳感器需定時進行計量修正，同時進行試驗時需要采用最新修正值。

4 結語

通過計算X、Y、Z振動軸向加速度的Z比分數，驗證了振動試驗能力，確保實驗室在振動試驗方面檢測結果的一致性。同時，為了獲得最佳的試驗結果，防止出現過試驗或欠試驗狀況，安裝樣品時需注意安裝方式，保證樣品在中心軸線區域；控制傳感器的位置不僅需要涵蓋樣品區域，也要能夠有效地控制振動臺面；選用已進行校準過的控制傳感器的修正值。