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试验简介|正弦振动（sinusoidal vibration）
一、基本概念
物体的运动量随时间按正弦函数变化的运动称为正弦振动，它是一种周期性振动，也称为简谐振动。如图1所示，正弦振动的幅值和相位随时间变化，且可以预测运动状态，其数学方程式为：
A（t）=Dsin（ωt+φ）
其中，
D----位移峰值0-p（m），
ω----角频率或角速度（rad/s，ω=2πf），
φ----初相位（rad），
t----时间（s）。
一般在正弦振动试验中，假设初相位为零，位移峰值D（m）、速度峰值V（m/s）、加速度峰值A（m/s2）、频率f（Hz）四个参数，只要知道其中的两个，它们之间的关系可以表示为：
A=（2πf）2D
V=2πf D
在日常振动试验中，加速度更常用重力加速度g来表示，可以通过下面的经验公式来表示加速度与位移的关系：
A=Df2/250（单位：g）
图1正弦振动的幅值和相位随时间变化曲线
二、试验分类
正弦振动试验分为定频试验和扫频试验，扫频试验又分线性和对数两种扫频方式。
试验过程中，频率始终不变的即定频试验。定频试验一般应用于模拟转速固定的旋转机械引起的振动或考核产品在预定危险频率处的耐振能力。
试验过程中，频率随时间变化的即扫频试验，扫频试验中振动量级是频率的函数。扫频试验根据频率变化的类型又分线性扫频和对数扫频。线性扫频频率变化是线性的，常用单位是Hz/s 或Hz/min，这种扫描用于细找共振频率的试验；对数扫频频率变化按对数变化，扫描率可以是Oct/min、Oct/s，Oct是倍频程，倍频程是指上限频率f2与下限频率f1之比等于2的n次方，则称f2是f1的n次倍频程。扫频试验一般应用于产品振动频响的检查或在找不到危险频率时考核其耐振能力。
图2 正弦振动试验原理示意图
三、试验标准
1 一些常用的相关试验方法及标准如下：
GB/T 2423.10-2019《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc：振动（正弦）》；
GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法》方法201、方法204；
GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》方法2005、方法2007；
MIL-STD-202G：2002《电子电器部件测试标准》方法201A、方法204A；
GB/T 4857.7-2005《包装 运输包装件基本试验 第7部分正弦定频振动试验方法》；
GB/T 4857.10-2005《包装 运输包装件基本试验 第10部分：正弦变频振动试验方法》。
2 电机控制器常见测试方法及测试条件如下
2.1 正弦振动 线性扫频 定振幅/定加速度
图3
2.2 正弦振动 定振幅
图4
2.3 正弦振动 对数扫频
图5
四、小结
正弦振动作为一种最常见的振动试验方法，广泛应用于航空航天、汽车车辆、轨道交通等各领域产品的研发、鉴定、验收等各阶段试验。正弦扫频还作为一种分析方法，应用于大型或复杂结构工装或产品的频率特性检查。
五 正弦振动与随机振动的区别
物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫振动。振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。描述振动的主要参数有：振幅、速度振动又分、加速度。在现场或实验室对振动系统的实物或模型进行的试验。振动系统是受振动源激励的质量弹性系统，如机器、结构或其零部件、生物体等。振动试验是从航空航天部门发展起来的，现在已被推广到动力机械、交通运输、建筑等各个工业部门及环境保护、劳动保护方面，其应用日益广泛。振动试验包括响应测量、动态特性参量测定、载荷识别以及振动环境试验等内容。
因为任何产品在生产、运输、使用过程中都会产生振动、碰撞，因而致使产品出现接触不良、结构松动、零件脱落等现象。振动试验台是模拟振动环境对产品的结构强度、材料磨损、零部件的标准值偏移、元器件的接触不良、电路短路及断续不稳等现象进行振动检测，提早将不良件筛检。下面我们来讲下弦振动与随机振动的区别。
简单的说, 正弦振动的振动在于找出产品设计或包装设计的脆弱点, 看在哪一个具体的频率点响应大. 就是所谓的共振点.(ResonantFrequency, Natural Frequency). 找到共振点后在该共振点作驻留测试.(10 min.dwell or more), 确定产品能否承受共振带来的影响。在做packagedesign的时候,要尽量避开该频率点.随机振动要根据不同的运输方式来确定psd level, 正弦振动在任意一瞬间只包含一种频率的振动，而随机振动在任意一瞬间包含频谱范围内的各种频率的振动，这些频率能量的大小按照规定的谱图分布。
正弦振动是一种确定性的振动，其任一时刻的状态是可以计算得到的，而且是一个确定的数值。随机振动的是一种非确定性的振动，预选是不可能确定物体上某一时刻的运动瞬时值，只服从统计规律。
由于随机振动包涵频谱内所有的频率，所以样品上的共振点会同时激发并可能相互影响，所以试验比同量级的正弦试验严酷。
理论上，随机振动加速度的峰值可能是其总均方根值的任意倍，但在实现中不可能，一般标准要求其峰值不得少于总均方根值的3倍。
试验设备|振动台
一、振动台基础知识介绍
通常指用以产生及进行控制振动的设备，并能通过一定的控制方式，将规定的运动和能量不失真的传递给待试验设备。
传统意义上的振动台如机械振动台、模拟运输台，其结构简单、功能单一，故应用范围较少。目前市面上最常用的振动台主要是电磁式振动台和液压振动台，其中电磁式振动台配备附加台面和水平台，可适用于整机试验，环境试验使用范围高达80%以上。适用于航空、航天、机械、电子等行业的各类振动试验。
电磁式振动台
使用频率从几赫兹到几百乃至几千赫兹，试件重量几公斤到几百公斤，需要进行扫频（定加速度、定速度或定位移）试验，且要求波形较好，原则上需选用电磁式振动台。
振动台基本要求
振动台的结构应能承受规定的加速度。
工作台面的运动应为正弦波且振动分布均匀。
振动台应能长时间连续工作，噪音应尽量小。
对于电动振动台，应具备一定的正弦推力和随机推力。
具有振动频率、位移幅值等振动参数的测量、观察装置。
能够产生给定范围的振动频率和规定范围、规定方向的位移幅值。
能承受规定的载荷，并具有相当面积用于安装试验样品的工作台面。
能实现定频振动和定幅值自动扫频振动，并能调整扫频范围及扫频速率。
振动台类型选择
当试验需要做水平振动时应配置水平滑台。
根据试验规范的频率范围选择振动台的上、下限工作频率。
根据被试产品（含夹具）的质量和正弦振动的最大加速度值（或随机振动的均方根值）确定额定激振力。
试验的其它规范：例如最大位移、最大速度、最大承载能力以及根据试件尺寸大小是否应配置垂直扩展台面（扩展台面的工作频率）等。
二、振动台工作原理
电动振动试验系统属于典型的闭环反馈控制系统，其反馈量由参与控制的传感器采样得到。如下图所示，其包括电动振动台、功率放大器、振动控制器、冷却装置及测量仪器(如加速度传感器)等组成。
图6
振动控制器根据控制谱的要求，将小功率的驱动电信号均衡后发送给功率放大器，功率放大器将其放大后提供给振动台的驱动线圈，依此来推动振动台动圈运动，加速度传感器将采集到的振动信号传输给振动控制仪，控制器对电信号进行实时修正，然后再发送给功率放大器。冷却装置对振动台进行强制冷却(风冷、水冷)，确保振动台中的热量及时排出。
图7
三 电磁振动台试验参数：
●额定推力：振动试验系统能够产生的力(单位：N)；在随机振动时该力规定为均方根值
●频率范围：振动试验系统在额定激振力下，最大位移和最大加速度规定的频率范围
●最大位移：振动试验系统能够产生的最大位移值。该值受振动台机械运行限制，通常用双振幅表示(单位为：mmp-p)
●最大加速度：振动试验系统在空载条件下能够产生的最大加速度值(单位：m/s2)
●运动部件：电动振动台运动部件是由台面、动圈(含骨架)、动圈的悬挂连接件、柔性支承、电器连接件和冷却连接件组成的运动系统
●最大速度：振动试验系统所产生的最大速度(单位：m/s2)
●最大载荷：振动台面上最大加载重量(单位：kg)
●容许偏心力矩：振动台面导向系统允许的最大偏心力矩值。振动台的试验方法
●定频试验。正弦振动的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、存储、使用过程中所经受的振动及影响，并考核其适应性
●扫频试验，根据试验规定的频率用扫描方法不断地改变激振频率
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