振动试验系统现状与发展 点击：4951 | 回复：14
发表于：2004-03-04 10:35:00
楼主
振动试验系统现状与发展
................ 张巧寿 ................
振动试验的目的在于确定所设计、制造的机器、构件在运输和使用过程中承受外来振动或者自身产生的振动而不至破坏，并发挥其性能、达到预定寿命的可靠性。随着对产品，尤其是航空航天产品可靠性要求的提高，作为可靠性试验关键设备的振动试验系统的发展显得越来越重要。
60年代，702所为满足航天产品振动试验的需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至100kN的振动台及各种振动测量仪表和传感器。目前，702所的振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用，成为该所的一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验和冲击试验的振动台系统。以下笔者对各种振动台，主要对电动振动台，及其辅助设备的结构、性能和成本的现状及发展等进行简单的论述。
1.机械式振动台
机械式振动台可分为不平衡重块式和凸轮式两类。不平衡重块式是以不平衡重块旋转时产生的离心力来激振振动台台面，激振力与不平衡力矩和转速的平方成正比。这种振动台可以产生正弦振动，其结构简单，成本低，但只能在约5Hz～100Hz的频率范围工作，最大位移为 6mm峰-峰值，最大加速度约10g，不能进行随机振动。
凸轮式振动台运动部分的位移取决于凸轮的偏心量和曲轴的臂长，激振力随运动部分的质量而变化。这种振动台在低频域内，激振力大时，可以实现很大的位移，如100mm。但这种振动台工作频率仅限于低频，上限频率为20Hz左右。最大加速度为3g左右，加速度波形失真很大。
机械式振动台由于其性能的局限，今后用量会越来越小。
2.电液式振动台
电液式振动台的工作方式是用小的电动振动台驱动可控制的伺服阀，通过油压使传动装置产生振动。这种振动台能产生很大的激振力和位移，如激振力可高达104kN，位移可达2. 5m，而且在很低的频率下可得到很大的激振力。大激振力的液压台比相同推力的电动式振动台价格便宜。电液台的局限性在于其高频性能较差，上限工作频率低，波形失真较大。虽然可以做随机振动，但随机振动激振力的rms额定值只能为正弦额定值的1/3以下。这种振动台因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来的振动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。
3.电动式振动台
电动式振动台是目前使用最广泛的一种振动设备。它的频率范围宽，小型振动台频率范围为0～10kHz，大型振动台频率范围为0～2kHz；动态范围宽，易于实现自动或手动控制；加速度波形良好，适合产生随机波；可得到很大的加速度。电动式振动台是根据电磁感应原理设计的，当通电导体处在恒定磁场中将受到力的作用，当导体中通以交变电流时将产生振动。振动台的驱动线圈正式处在一个高磁感应强度的空隙中，当需要的振动信号从信号发生器或振动控制仪产生并经功率放大器放大后通到驱动线圈上，这时振动台就会产生需要的振动波形。
电动振动台基本上由驱动线圈及运动部件、运动部件悬挂及导向装置、励磁及消磁单元、台体及支承装置五部分组成。驱动线圈和运动部件是振动台的核心部件，它的一阶共振频率决定着振动台的使用频率范围，由于运动部件结构复杂，一阶共振频率计算非常困难，要靠经验估算，这常常造成设计失误。702所在80年代末首次将有限元方法用于电动振动台运动部件共振频率的计算，不仅提高了计算结果的准确度，而且便于对结构进行优化设计，大大增加了振动台的设计可靠性。
振动台驱动线圈电流的产生方式有直接式和感应式。直接式就是将放大器输出的电流直接加到驱动线圈上，这种方式是振动台的主流。感应式是将交变电流通入一固定线圈，然后通过感应方式在驱动线圈产生电流。感应式振动台的驱动线圈不需要引出电缆，结构简单，但这种振动台效率相对较低。美国的UD公司的一些振动台采用了这种结构。702所和其他公司的产品采用的是直接式，由于很好地解决了驱动线圈引出电缆问题，其产品更实用。
振动台的磁场产生方式可分为永磁型和励磁型。永磁型的恒定磁场是由永久磁钢产生的，由于大体积的磁钢制作较困难，目前这种结构只适用于小型振动台。如702所生产的2202型振动台和B&K公司的4808型振动台都属于永磁型。而对于大型振动台则需要在励磁线圈中通以直流电流来产生恒定磁场，这就是励磁型振动台。
励磁型振动台又可分为单励磁和双励磁。单励磁只有一组励磁线圈，形成一个磁场回路，这种结构励磁效率低、耗电量大、漏磁很大，需要用消磁线圈来保证工作台面有一个低的磁场。双励磁由两套励磁绕组产生磁场，分别置于工作磁隙的上下两侧，在工作磁隙的磁场互相叠加，而在工作台面上的磁场互相抵消，所以工作台面上的磁场就很小。同时由于双励磁磁路缩短，磁阻减小，励磁效率比单励磁有显著提高。702所的2104系列振动台、美国LING和英国LDS的一些大型振动台都属于双磁场励磁。同样是双励磁结构，702所的振动台上下两组磁场是非对称的，而其他的振动台却是对称的。
振动台的冷却方式有自然冷却、强制风冷、水冷和油冷等几种方式。自然冷却只适用于功率很小的小型激振器。油冷方式由于结构复杂，在新研制的振动台已不多见，现在还在使用的油冷振动台要注意保持油的质量和数量。强制风冷是用于中小型振动台的常用冷却方式，它是利用高压风机将台体内的热空气不断抽出实现冷却的。这种方式冷却时，驱动线圈和励磁线圈的结构比较简单，设备安装方便，成本低，不会出现水冷台常见的漏水、水路堵塞等故障。但高压风机工作时噪音非常大，对操作人员影响很大。风冷的冷却效率相对较低，不适合大型振动台的冷却。水冷是大中型振动台常用的冷却方式，通常水冷台的绕组都是用空心漆包导线绕制的，而把冷却水直接通入空心漆包导线内进行冷却，冷却效率高，而且没有太大的噪音。但振动台结构较复杂，对冷却水的水质要求较高，常用蒸馏水或去离子水。在水冷台中，美、英几家公司的设备存在着严重的缺陷，即驱动线圈引出电缆和水管的结构不合理及励磁线圈水路的不合理，这种结构常出现漏水，而且对水质要求极高，要经常换水。702所的振动台采用的水路并联、电路串联、水电接头都采用螺纹连接的新结构绕组很好的解决了这些问题，它对水质要求不太高，水压低，很少出现漏水现象。
功率放大器是电动振动台系统的重要组成部分，它本身的性能和与振动台的匹配状况直接关系着系统的性能。功率放大器发展到现在已经历了三代，从电子管放大器到晶体管线性放大器再到数字式开关放大器。电子管放大器在新生产的设备中已基本不用，开关式放大器是近几年国外开发出来的，它利用了晶体管的开关特性，管耗很小，效率可高达90%，而普通的线性放大器的效率只有50%左右。正是由于开关放大器本身发热少，它的冷却就非常简单，输出功率几十千伏安的放大器仅用很小的轴流风机就可以冷却下来，使设备的结构简单可靠。而同样的线性放大器必须要用水来冷却，结构复杂。开关式放大器在低功率输出时失真度相对较大，而且机壳需要较好的电磁屏蔽，否则会对周围设备造成电磁干扰。
电动振动台的技术指标有：额定正弦推力、随机推力有效值、工作频率范围、最大加速度、最大速度、最大位移、运动部件有效质量、工作台面允许直接承载质量、工作台面允许偏载力矩、杂散磁场、加速度波形失真度、工作台面加速度均匀度及横向振动比等。振动台的推力是指其运动部分的质量与在该质量下能达到的加速度的乘积，而不是指试件的重量。额定正弦推力是运动部件有效质量与最大加速度峰值的乘积，随机推力有效值是振动台按标准(如ISO5344)规定的功率谱密度曲线实验时，运动部分有效质量与可达到的最大加速度有效值的乘积。
电动振动台仍将是未来振动试验的主要设备，其制造技术会在两个方面有所发展。一是新材料的应用，随着大型磁性材料成本的降低，大型的永磁振动台将成为可能，这种振动台结构简单，节约能源，且有高可靠性。功率放大器会采用更多的数字化和模块化的电路，体积越来越小，效率越来越高。二是新方法的应用，随着有限元方法的推广，复杂结构的动力特性可以准确、快速的计算出来。因为振动台跟汽车等产品相比用户是很少的，只能进行小批量生产，这就便于对不同的用户、不同的试件进行专门设计，实现运动部件与夹具的一体化设计，使每一个实验系统都达到最佳性能。
4.水平滑台
水平滑台是振动台进行水平试验的辅助设备，在水平滑台上便于安装大型试验件。水平滑台可分为静压轴承支承式、滚珠轴承支承式和油膜支承式，大型滑台则采用了油膜和静压轴承共同支承的方式。静压轴承支承的滑台可在极低的频率到很高的频率之间工作，加速度波形失真度小，抗倾覆力矩及抗扭转力矩高，横向振动小。但这种滑台成本很高，价格昂贵。滚珠轴承滑台可用于中频到高频，在低频工作时，加速度波形上要叠加轴承噪声。油膜滑台结构简单，成本低，在低频域内波形良好，容易实现大行程。但它抗倾覆和扭转力矩低，横向振动较大。
5.振动试验夹具
夹具是为把试验件牢固地固定在振动台工作台面上，并把振动台的振动传给试验件，它的质量直接关系着试验的质量。但目前对试验夹具的重要性普遍重视不够，尤其是在国内，一些试验人员仅凭感觉来设计夹具，设计时缺乏必要的计算分析，也没有必要的检验测试。这样的夹具传递的振动往往存在着很大的失真，夹具上各点的振动量值相差很大，也就是均匀度很差。在测
发表于：2004-05-24 14:11:00
5楼
我公司是美国Wilcoxon 法国FGP-GS中国代理商
美国Wilcoxon是世界著名的压电式振动加速度传感器和振动台生产商。www.wilcoxon.com
法国FGP公司与美国GS公司构成现在法国FGP-GS公司。GS公司以生产压阻式加速度传感器，且外形小巧。www.gssensors.com.
我公司Shanghai NL 联系电话：021-52890968 陈越飞 yuefeichen@21cn.com
To: 星雨0713 这次你们襄樊二汽基地 杨兴宇 就是选用FGP的扭矩传感器。我们会是你们楚凯风优秀的传感器供应商
发表于：2004-06-04 12:01:00
11楼
光纤滑环、光电混合滑环介绍
光纤滑环（又称光纤汇流环，光纤旋转接头），采用光纤为数据传输媒体，为解决旋转连接的系统部件之间的宽带宽、高速率的数据传输，提供了最佳的技术解决方案。特别适合应用在需要无限制的，连续或断续旋转，同时又需要从固定位置到旋转位置传送大容量数据、视频信号的场所，能改善机械性能，简化系统操作，避免因活动关节的旋转对电线的损害。可以与传统的电子汇流环、电功率环配合使用，作成光电混合汇流环，传送电功率和高速数据、视频信号。
具有如下特点：
1．高速率，宽带宽，单通道可达Gb/s以上，可以在单根光纤中使用成熟的波分复用
技术，成倍提高数据传输速率，也可以多通道传输，提供冗余通道
2．光纤滑环使用光纤技术，无接触、无摩擦，寿命长，可达1亿转以上，电滑环使
用独特的设计与材料，摩擦产生的灰尘少，寿命长，可达1亿转以上，宽带宽，体积小
3．用光纤传递信号，无泄密，无电磁干扰；可以远距离传输
4．体积小、重量轻，可以非常方便与原来的电子汇流环集成使用，系统升级换代
容易
5．转动速率范围广，可以高达1千转/分的转速
6．带压力补偿，密封性能好，可在水下3000米、及太空等恶劣环境中使用
应用领域：
雷达系统、舰艇系统、火控系统、车辆系统、直升机、飞机、无人机、卫星、飞船、潜艇、无人潜水器、石油平台、声纳探测设备、水听器、医疗CT、机器人等高速视频、数字、模拟信号的传输和控制。
发表于：2005-08-30 15:48:00
12楼
我公司是德国HBM 德国ETH 美国Wilcoxon 法国FGP-GS等公司在中国代理商
德国HBM是世界测量领域的先锋。80年代进入中国后，其拉/压力、称重、标准力传感器以及数据采集系统已广泛应用我国各省市计量院、汽车研究所、工矿和国防科工委。
德国 ETH 是专业生产非接触式扭矩传感器的著名厂家。其传感器可以应用于高精度、高转速的实验室和工业现场测试。因其供电
和信号传输采用非接触原理，使其传感器经久耐用，免维护。代表今后扭矩传感器发展趋势。同时德国ETH为其扭矩传感器配套联
轴器、数据采集仪、分析软件。
Wilcoxon 是世界上第一家研究生产压电式(Piezoelectric)振动传感器。是压电式加速度计的研究和生产专家。其LPS 4-20mA加速度变送器普遍用于工业检测中。其涉及领域包括：航空、汽车、机器设备、动力生产、工艺控制等
法国FGP-GS公司是世界著名传感器生产商。其扭矩传感器0.2％的精度和0.05Nm—10000Nm量程含该了整个工业和测量领域的一般
应用。其生产的扭矩传感器外形小巧紧凑。
想知道更加详细的内容请通过以下方法和我们联系：
上海能利电器有限公司
地址： 上海市澳门路519弄1号1407室
邮编： 200060
电话 & 传真： 021-51075770 51075773
E-mail: cocoke__7@163.com, conanke@sh163.net
网站： www.sh-nl.com
发表于：2008-05-29 15:30:03
14楼
奥地利Dewetron公司是世界著名的设计与生产便携式数据采集系统的专业厂家，其高度便携式及组合式数据采集分析系统享誉世界。DEWETRON公司一贯以精密的测量仪器、产品质量稳定可靠和优异的性价比而著称，目前已成为信号调理和基于开放IPC平台的测试仪器主要生产厂商。除了是一家精密仪器的生产厂商外，DEWETRON公司也是一家系统集成商，针对客户的各类问题制定完善的解决方案。
在各种各样的测试应用中，您都可以看到DEWETRON系统。我们主要是从事物理量的测量，比如显示和记录被测物，像汽车、卡车、列车、飞机、导弹、火箭、发动机、涡轮、工程机械或其它复杂的机械结构的特性。同时，作为坚固的满足工业测试要求测量仪器，DEWETRON系统适用于各种环境下的现场测试应用。 目前在中国由Dewetron提供的上千套动态测试系统，已广泛应用于高校、研究所、汽车、航空、航天、国防、电力、船舶、铁路、地铁、机械、造纸、医疗、制药、化工、体育、建筑、核工业、兵器和生产制造等各个领域。
二、产品分类
1、基于开放式IPC结构的数据采集系统
2、适用于各种传感器的精密信号调理前端
3、动态信号分析仪（DEWE-DSA）
4、瞬态信号记录仪（DEWE-TRANS）
5、燃烧分析仪（DEWE-CA）
6、电源质量监测系统（DEWE-PNA）
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