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振動試驗入門 其他相關(guān)事項4 波形失真度
波形失真度
波形失真度是振動臺質(zhì)量和性能好壞的一個重要指標(biāo)，即振動波形是否按照控制波形的要求進(jìn)行振動，振動時是否有混入其他雜波。比如，一個恒定頻率10Hz（基波），加速度1G的試驗要求，在振動的時候是否混入了其他頻率（10Hz以外的頻率）的波形，一旦混入其他頻率波形（諧波），試驗精度受影響，試驗波形即不是10Hz的正弦波形（波形畸變），如下圖。
失真度大，則測量系統(tǒng)所測得的波形就不準(zhǔn)確，不僅包含一個基波頻率還包含了許多高次和諧波成分，導(dǎo)致基波頻率上產(chǎn)生低于規(guī)定的振幅值，從而造成欠試驗；此種情況下，若將基波幅值調(diào)到所規(guī)定的幅值上，那些不需要的諧波頻率成分的幅值也隨之增加，并且會對試驗體產(chǎn)生一個與實際要求不相符的高應(yīng)力，從而造成過試驗；所以一定要重視正弦振動試驗中的波形失真度要求。
正弦振動試驗中的波形失真度通常指加速度的波形失真度，而且是從控制點上檢測。對加速度波形失真的要求，一般規(guī)定不超過25%。在具體測量時，對用電動振動臺做試驗時，其諧波成分應(yīng)包含到5000Hz，或試驗臺最高頻率的5倍，且兩者中取大者。對特別大和特別復(fù)雜的樣品，或使用跟蹤過濾器控制時，通常也允許在試驗頻率范圍內(nèi)的某些頻率段上超過25%，如下圖。
振動臺的波形失真度有以下幾種計算公式。在國標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為，
式中，a1為激勵頻率（基波）的加速度有效值，atot為所施加的加速度總有效值（含a1）。
在ISO5344標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為，
式中，X1為基波幅值，X2，X3，···為各次諧波幅值。
一般失真度通過加速度傳感器、振動測試儀、失真儀測量得到。需要注意的是這兩個公式計算得到的結(jié)果是不一樣的。國產(chǎn)的失真儀是按ISO的規(guī)定設(shè)計的，測出的失真度偏小。連續(xù)頻率下的失真度匯總起來就是一定頻率范圍下的失真度曲線，如下圖為某振動臺5-2000Hz范圍內(nèi)的失真度曲線。
電動型振動臺影響非線性失真的主要原因：
? 支撐彈簧的非線性。如彈簧的材料選擇和幾何尺寸設(shè)計不當(dāng)，在低頻區(qū)大位移時，彈簧的變形不服從虎克定律，造成振動上下波形不對稱，使失真增大。
? 空氣隙中磁通密度的不對稱分布。解決辦法是將驅(qū)動線圈做得比空氣隙長一些，當(dāng)動圈的上端離開氣隙而進(jìn)入小磁密區(qū)時，下端剛剛進(jìn)入空氣隙，使動圈在任何位置時，穿過動圈的磁通總量保持不變。另外采用雙磁路，使氣隙磁密上下對稱。
? 活動系統(tǒng)低頻時共振及高頻時共振對激勵電源中各次諧波分量的機(jī)械放大。功率放大器輸出的信號中會含有一定的諧波分量，這些諧波分量的頻率，若與振動臺某一個系統(tǒng)的共振頻率相吻合時，其諧波分量的幅值被放大，使振動臺非線性失真增加。解決辦法是盡量壓低彈性元件的共振頻率，提高動圈骨架的共振頻率和增加必要的阻尼，以壓低共振峰值；應(yīng)盡量減小功率放大器輸出信號中的失真系數(shù)。
? 導(dǎo)向系統(tǒng)引起的非線性失真。
波形失真度是衡量振動臺輸出波形偏離正弦波的程度。振動臺驅(qū)動信號或驅(qū)動力的質(zhì)量直接決定了振動臺的失真度；此外，如上所述，機(jī)電部件設(shè)計不當(dāng)、機(jī)械與電氣的干擾、配合面之間的摩擦與松動、彈性元件的非線性、零部件不應(yīng)有的共振都影響失真度。
對振動臺的使用人員來說，只要記住【普通臺失真度要求為10%～25%（視頻率而定），校準(zhǔn)傳感器用的標(biāo)準(zhǔn)振動臺要求應(yīng)小于5%?！?/span>即可，其他的留給設(shè)計研發(fā)人員去解決吧。
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