環(huán)境可靠性試驗(yàn)與加速度傳感器的應(yīng)用介紹教材

環(huán)境可靠性試驗(yàn)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(jìng)爭(zhēng)能力?？煽啃缘亩x可靠性的定義主要包括以下幾個(gè)方面：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)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(shí)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(jí)

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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠性相關(guān)因素：工作和環(huán)境條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能（失效判據(jù)）?？煽啃栽囼?yàn)可靠性試驗(yàn)是為評(píng)價(jià)分析產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)。通過(guò)可靠性試驗(yàn)可以確定產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存時(shí)的可靠性特征量，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用提供有用的信息。通過(guò)試驗(yàn)也能充分暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、原材料、工藝等方面存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)失效分析進(jìn)而找出改進(jìn)的措施。在這樣一個(gè)“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(jiàn)，開展可靠性試驗(yàn)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?yàn)的目的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、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(yàn)收）

評(píng)價(jià)產(chǎn)品的使用壽命?？煽啃栽囼?yàn)的分類按照試驗(yàn)?zāi)康目梢苑诸惾缦拢嚎煽啃栽囼?yàn)工程試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)可靠性測(cè)定試驗(yàn)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)的分類按照試驗(yàn)方法可以分類如下：可靠性試驗(yàn)壽命試驗(yàn)貯存壽命試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)工作壽命試驗(yàn)評(píng)價(jià)鑒定試驗(yàn)元器件失效率試驗(yàn)設(shè)備MTBF試驗(yàn)

環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)自然暴露試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)人工模擬試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)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(dòng)。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(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)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(yàn)為隨機(jī)振動(dòng)、正弦振動(dòng)、溫濕度變化及電應(yīng)力。自然暴露試驗(yàn)，將產(chǎn)品特別是材料和構(gòu)件長(zhǎng)期直接暴露于某一自然環(huán)境中，以確定該自然環(huán)境對(duì)它的影響過(guò)程，通常在各種類型的自然暴露場(chǎng)進(jìn)行。使用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，是在實(shí)際使用狀態(tài)下所進(jìn)行的試驗(yàn)。其實(shí)，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(yàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，環(huán)境試驗(yàn)可以分為自然暴露試驗(yàn)、人工模擬試驗(yàn)和使用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。人工模擬試驗(yàn)，又稱實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬實(shí)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(yàn)。環(huán)境試驗(yàn)的對(duì)象以力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)為例振動(dòng)試驗(yàn)的目的：確定產(chǎn)品能否經(jīng)受住預(yù)定頻率的振動(dòng)條件并可靠地工作，反映產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)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(dòng)試驗(yàn)正弦振動(dòng)試驗(yàn)定頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)掃頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)系統(tǒng)原理框圖振動(dòng)系統(tǒng)組成振動(dòng)臺(tái)能夠在實(shí)驗(yàn)室中人為地產(chǎn)生各種振動(dòng)的設(shè)備稱之為振動(dòng)臺(tái)(或激振器)。振動(dòng)臺(tái)的分類：按能量獲得的形式分：電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)，機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)，液壓式振動(dòng)臺(tái)。按模擬等效振動(dòng)條件分：正弦形式振動(dòng)臺(tái)，隨機(jī)形式振動(dòng)臺(tái)按振動(dòng)的軸向力分：?jiǎn)蜗蛘駝?dòng)臺(tái)和多向振動(dòng)臺(tái)。主要有垂直振動(dòng)臺(tái)、水平振動(dòng)臺(tái)和三軸振動(dòng)臺(tái)。電磁振動(dòng)臺(tái)的選擇對(duì)于不同的試驗(yàn)對(duì)象，我們要選擇合適的設(shè)備。電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)：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(dòng)態(tài)分析及環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)等。液壓振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)：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(yàn)。機(jī)械振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)：低頻率，大負(fù)載，波形差但價(jià)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(yàn)。電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)原理圖力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)常用的傳感器我們?cè)趯?shí)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(jiǎn)化了測(cè)試系統(tǒng)，提高了測(cè)試精度和可靠性。ICP傳感器信號(hào)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(méi)有內(nèi)置的電荷放大器，輸出為電荷信號(hào)，故其信號(hào)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(hào)測(cè)試系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由振動(dòng)控制儀和傳感器組成。對(duì)于一般的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該包括以下模塊：

信號(hào)調(diào)理是構(gòu)成該測(cè)試系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。經(jīng)傳感器采集的被測(cè)物理量的輸出信號(hào)是很微弱的或者非電壓信號(hào)，這些微弱的信號(hào)或非電壓信號(hào)難以直接被顯示或通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器送入儀器或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而且有些信號(hào)本身還攜帶有一些我們不期望的干擾信號(hào)，如噪聲。因此，經(jīng)傳感器的信號(hào)尚需經(jīng)過(guò)調(diào)理、放大、濾波等一系列的加工處理，以將微弱電壓信號(hào)放大、將非電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)、抑制干擾噪聲、提高信噪比，以便后續(xù)環(huán)節(jié)處理。信號(hào)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(hào)，形成與電荷成正比的輸出電壓，使其直接送至測(cè)量?jī)x器或分析儀器中。

電荷放大器的功能使加速度計(jì)的輸出信號(hào)與測(cè)量?jī)x器的輸入靈敏度匹配；為了得到所要求的整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度而放大振動(dòng)信號(hào)；對(duì)加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行積分以獲得速度信號(hào)和位移信號(hào)；給出電荷放大器輸入，輸出的過(guò)載報(bào)警信號(hào)；進(jìn)行低頻濾波和高頻濾波以去除無(wú)用信號(hào)。電荷放大器原理圖振動(dòng)控制儀振動(dòng)控制儀的作用：提供控制系統(tǒng)中功率放大器所需的激勵(lì)信號(hào)。它可以產(chǎn)生各種振動(dòng)試驗(yàn)要求的激勵(lì)信號(hào)，比如正弦信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、正弦加隨機(jī)信號(hào)、隨機(jī)加隨機(jī)等振動(dòng)試驗(yàn)信號(hào)，并能夠按照試驗(yàn)規(guī)范和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)振動(dòng)參數(shù)和振動(dòng)量級(jí)。振控制儀是為振動(dòng)臺(tái)和試件提供動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償，產(chǎn)生所需電信號(hào)的裝置。振動(dòng)控制儀質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到振動(dòng)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(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部分，是一種過(guò)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(hào)放大，供給驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生所需的振動(dòng)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(cè)非電量（加速度或壓力）一定時(shí)，在不同靈敏度的傳感器測(cè)量下，使有相同的輸出。

實(shí)際上，適調(diào)放大電路可以理解為一個(gè)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(hào)是不確定的，可能是規(guī)律的(如正弦信號(hào))或者是不規(guī)律的(如隨機(jī)信號(hào))，其幅頻特性會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的情況，例如出現(xiàn)類似阻尼振蕩的信號(hào)，它的幅頻特性的高頻段有一個(gè)很高的共振峰，次峰值能夠產(chǎn)生高頻信號(hào)，次高頻信號(hào)能對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生失真和干擾。

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