環(huán)境可靠性試驗與加速度傳感器的應(yīng)用介紹教材

環(huán)境可靠性試驗與加速度傳感器的應(yīng)用介紹可靠性的起源最初用于提高武器裝備的可靠性：軍用電子設(shè)備；復(fù)雜導(dǎo)彈系統(tǒng)；航空航天等。推廣到民用，主要用于：保證產(chǎn)品的可靠度；提高產(chǎn)品的質(zhì)量和安全；保證其品牌和競爭能力?？煽啃缘亩x可靠性的定義主要包括以下幾個方面：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

產(chǎn)品的主要性能參數(shù)在規(guī)定條件下隨時間變化的穩(wěn)定程度產(chǎn)品所能適應(yīng)的環(huán)境應(yīng)力范圍

產(chǎn)品的壽命、失效率或質(zhì)量等級

必須消除或控制產(chǎn)品的失效模式

可靠性的定義所謂產(chǎn)品的可靠性，就是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽啃韵嚓P(guān)因素：工作和環(huán)境條件、規(guī)定時間、規(guī)定功能（失效判據(jù)）?？煽啃栽囼灴煽啃栽囼炇菫樵u價分析產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗。通過可靠性試驗可以確定產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存時的可靠性特征量，為設(shè)計、生產(chǎn)、使用提供有用的信息。通過試驗也能充分暴露產(chǎn)品在設(shè)計、原材料、工藝等方面存在的問題，經(jīng)過失效分析進(jìn)而找出改進(jìn)的措施。在這樣一個“發(fā)現(xiàn)－分析－糾正”的循環(huán)中，不斷地提高產(chǎn)品的可靠性。由此可見，開展可靠性試驗和進(jìn)行失效分析是生產(chǎn)高可靠產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)?？煽啃栽囼灥哪康陌l(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、材料和工藝方面的各種缺陷。（摸底）

為改善產(chǎn)品完好性、減少維修費(fèi)用及保障費(fèi)用提供信息。（鑒定）確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。（驗收）

評價產(chǎn)品的使用壽命?？煽啃栽囼灥姆诸惏凑赵囼?zāi)康目梢苑诸惾缦拢嚎煽啃栽囼灩こ淘囼灜h(huán)境應(yīng)力篩選試驗可靠性增長試驗統(tǒng)計試驗可靠性測定試驗可靠性驗證試驗可靠性試驗的分類按照試驗方法可以分類如下：可靠性試驗壽命試驗貯存壽命試驗加速壽命試驗工作壽命試驗評價鑒定試驗元器件失效率試驗設(shè)備MTBF試驗

環(huán)境適應(yīng)性試驗自然暴露試驗現(xiàn)場使用試驗人工模擬試驗環(huán)境試驗環(huán)境試驗是為了保證產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期間，在預(yù)期的使用、運(yùn)輸或貯存的所有環(huán)境下，保持功能可靠性而進(jìn)行的活動。是將產(chǎn)品暴露在自然的或人工的環(huán)境條件下經(jīng)受其作用，以評價產(chǎn)品在實際使用、運(yùn)輸和貯存的環(huán)境條件下的性能，并分析研究環(huán)境因素的影響程度及其作用機(jī)理。典型環(huán)境試驗為隨機(jī)振動、正弦振動、溫濕度變化及電應(yīng)力。自然暴露試驗，將產(chǎn)品特別是材料和構(gòu)件長期直接暴露于某一自然環(huán)境中，以確定該自然環(huán)境對它的影響過程，通常在各種類型的自然暴露場進(jìn)行。使用現(xiàn)場試驗，是在實際使用狀態(tài)下所進(jìn)行的試驗。其實，所有產(chǎn)品在進(jìn)行批量生產(chǎn)前都應(yīng)該進(jìn)行這些試驗?？偟膩碚f，環(huán)境試驗可以分為自然暴露試驗、人工模擬試驗和使用現(xiàn)場試驗。人工模擬試驗，又稱實驗室試驗，是在實驗室內(nèi)模擬實際使用條件或在規(guī)定的工作及環(huán)境條件下進(jìn)行的試驗。環(huán)境試驗的對象以力學(xué)振動試驗為例振動試驗的目的：確定產(chǎn)品能否經(jīng)受住預(yù)定頻率的振動條件并可靠地工作，反映產(chǎn)品對振動環(huán)境的適應(yīng)性和考核其結(jié)構(gòu)完好性，以保證產(chǎn)品具有高可靠的質(zhì)量。力學(xué)振動試驗正弦振動試驗定頻正弦振動試驗掃頻正弦振動試驗隨機(jī)振動試驗振動系統(tǒng)原理框圖振動系統(tǒng)組成振動臺能夠在實驗室中人為地產(chǎn)生各種振動的設(shè)備稱之為振動臺(或激振器)。振動臺的分類：按能量獲得的形式分：電動式振動臺，機(jī)械式振動臺，液壓式振動臺。按模擬等效振動條件分：正弦形式振動臺，隨機(jī)形式振動臺按振動的軸向力分：單向振動臺和多向振動臺。主要有垂直振動臺、水平振動臺和三軸振動臺。電磁振動臺的選擇對于不同的試驗對象，我們要選擇合適的設(shè)備。電動振動臺的特點：頻率高，波形好，控制方便，單負(fù)載能力較小。它適用于航空、航天、電子儀器、儀表、汽車零部件等行業(yè)進(jìn)行零部件動態(tài)分析及環(huán)境振動試驗等。液壓振動臺的特點：超低頻，大激振力，負(fù)載能力強(qiáng)。它適用于船舶、機(jī)車車輛、汽車行業(yè)等要求頻率低，而體積較大、較重的部件或整機(jī)進(jìn)行可靠性試驗。機(jī)械振動臺的特點：低頻率，大負(fù)載，波形差但價格低廉。它適用于家電、儀器儀表行業(yè)進(jìn)行耐振疲勞等可靠性試驗。電動振動臺結(jié)構(gòu)原理圖力學(xué)環(huán)境試驗常用的傳感器我們在實際工作中常用的傳感器有兩種：（1）PCB公司生產(chǎn)的ICP加速度傳感器ICP壓電加速度傳感器是內(nèi)裝微型IC放大器的壓電加速度傳感器，它將傳統(tǒng)的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體，能直接和記錄、顯示和采集設(shè)備連接，簡化了測試系統(tǒng)，提高了測試精度和可靠性。ICP傳感器信號采集及調(diào)理電路（2）B&K公司生產(chǎn)的B&K加速度傳感器

B&K加速度傳感器

沒有內(nèi)置的電荷放大器，輸出為電荷信號，故其信號采集系統(tǒng)中應(yīng)該有外接的電荷放大器。加速度傳感器信號測試系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由振動控制儀和傳感器組成。對于一般的測試系統(tǒng)來說，應(yīng)該包括以下模塊：

信號調(diào)理是構(gòu)成該測試系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。經(jīng)傳感器采集的被測物理量的輸出信號是很微弱的或者非電壓信號，這些微弱的信號或非電壓信號難以直接被顯示或通過A/D轉(zhuǎn)換器送入儀器或計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而且有些信號本身還攜帶有一些我們不期望的干擾信號，如噪聲。因此，經(jīng)傳感器的信號尚需經(jīng)過調(diào)理、放大、濾波等一系列的加工處理，以將微弱電壓信號放大、將非電壓信號轉(zhuǎn)換為電壓信號、抑制干擾噪聲、提高信噪比，以便后續(xù)環(huán)節(jié)處理。信號調(diào)理電荷放大器

電荷放大器的基本作用是把壓電加速度傳感器的高阻抗輸出轉(zhuǎn)換為低阻抗的信號，形成與電荷成正比的輸出電壓，使其直接送至測量儀器或分析儀器中。

電荷放大器的功能使加速度計的輸出信號與測量儀器的輸入靈敏度匹配；為了得到所要求的整個系統(tǒng)的靈敏度而放大振動信號；對加速度計的輸出信號進(jìn)行積分以獲得速度信號和位移信號；給出電荷放大器輸入，輸出的過載報警信號；進(jìn)行低頻濾波和高頻濾波以去除無用信號。電荷放大器原理圖振動控制儀振動控制儀的作用：提供控制系統(tǒng)中功率放大器所需的激勵信號。它可以產(chǎn)生各種振動試驗要求的激勵信號，比如正弦信號、隨機(jī)信號、正弦加隨機(jī)信號、隨機(jī)加隨機(jī)等振動試驗信號，并能夠按照試驗規(guī)范和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)振動參數(shù)和振動量級。振控制儀是為振動臺和試件提供動力學(xué)補(bǔ)償，產(chǎn)生所需電信號的裝置。振動控制儀質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到振動波形的好壞數(shù)字式正弦振控儀結(jié)構(gòu)原理圖功率放大器功率放大器是電動振動系統(tǒng)中的重要組成部分，是一種過程控制儀器，其主要作用是將控制儀發(fā)出的正弦(或隨機(jī))信號放大，供給驅(qū)動線圈產(chǎn)生所需的振動力。功率放大器的發(fā)展經(jīng)歷了電子管功放、晶體管功放以及開關(guān)式功率放大器，目前采用的主要是開關(guān)式功率放大器。功率放大器的組成框圖如下：適調(diào)放大電路

適調(diào)放大電路的作用是當(dāng)被測非電量（加速度或壓力）一定時，在不同靈敏度的傳感器測量下，使有相同的輸出。

實際上，適調(diào)放大電路可以理解為一個電壓調(diào)節(jié)電路，如右圖所示。（反向放大電路）低通濾波器

考慮到控制儀產(chǎn)生的信號是不確定的，可能是規(guī)律的(如正弦信號)或者是不規(guī)律的(如隨機(jī)信號)，其幅頻特性會出現(xiàn)不可預(yù)測的情況，例如出現(xiàn)類似阻尼振蕩的信號，它的幅頻特性的高頻段有一個很高的共振峰，次峰值能夠產(chǎn)生高頻信號，次高頻信號能對輸入信號產(chǎn)生失真和干擾。

因此可以在放大器中設(shè)計一低通濾波電路，以補(bǔ)償傳感器引起的高頻幅頻