移动器和振动台：同步多轴测试超越顺序轴方法

同步多轴振动测试正在撼动测试世界 - 并击败了更常见的顺序轴振动方法。

大多数工程师都很容易同意，“现实世界”的振动很可能是多轴的。他们还同意，飞机，导弹，火箭，陆地车辆和船舶必须同时在X，Y和Z的多个轴上动摇所有机上电子和其他硬件。在他们自己的驾驶汽车或乘坐飞机，公共汽车或火车的经验中，他们感受到了多轴输入。当他们第一次接触军事和其他振动测试程序时，大多数工程师对古老的实验室顺序或单轴一次振动的做法感到惊讶。

然而，随着新的测试方法527在多激振子测试中出现 - 它出现在古老的军事标准810国防部环境工程考虑测试方法标准的最新“G”修订版中 - 工程师最终会找到一些激励来同时而不是连续的多轴振动军用嵌入式系统。

振动台组成的阵列同时对测试项目进行南北、东西和上下振动。（由密歇根州雷德福市频谱技术公司提供）

虽然本讨论强调汽车和汽车测试，主要是因为读者可能熟悉汽车，但提出的概念也适用于测试各种军事和商业陆地，海上和空中车辆。本文综述了一次单轴或顺序振动，并探讨了多轴振动的优势 - 在相对较低的测试频率下伺服液压，在较高的测试频率下以电动方式进行。这些优点不仅适用于功率谱密度方面的常规“频域”测试，也适用于力或加速度与时间的关系的“时域”测试。

伺服液压单轴和多轴振动

机械振动台受到冲程和频率的限制。因此，对几英寸行程振动频率的需求促使开发了伺服液压（电动阀高压，油驱动）振动器，各种尺寸的执行器，用于纸箱或包装货物的托盘负载的运输振动测试。频率范围有些限制;然而，伺服液压振动台很少在500 Hz以上使用。许多从未在200 Hz以上使用过。但是，汽车测试工程师长期以来一直使用四个这样的执行器来垂直摇动测试平台，该平台代表轨道车或将新车从工厂运送到经销商的汽车。

然而，这种系统的先驱用户对单轴振动并不满意。他们无法在实验室中复制运输完成的汽车时发生的所有损坏（例如组件松动和零件丢失）。幸运的是，一些工程师认识到，他们可以改变驱动四个振动台上伺服阀的电信号之间的相位。然后，他们的测试平台可以滚动和俯仰以及垂直摇晃。添加更多的摇床（横向和前后摇床）可以实现另外两个平移以及偏航：六个平台运动。这种多轴振动实验室测试平台可以代表一个熟悉的景象：专用铁路车辆将完成的汽车从工厂运送到经销商处。该实验室可以识别潜在的“运输中”故障，从而导致汽车重新设计和/或制造变更，例如悬架附件衬套的加固。

那么，对于正在使用的车辆，道路和越野地形输入呢？对于这些测试，陆地车辆开发人员摇动各个车轮。通常，总共使用12个伺服液压振动台。请注意，此类测试需要大量的实验室区域。一家伺服液压振动台制造商将六台这样的振动台放入一个空心钢立方体中，使立方体同时在六个轴上摇晃。一辆停在四个这样的立方体上的汽车占用的实验室空间很小。或者一个这样的立方体可以多轴摇晃许多汽车组件和/或嵌入电子设备的汽车部分。

军用电动同步多轴振动

为了在更高的测试频率（通常为1，000或2，000 Hz）下晃动微电子和其他小型组件，必须开发电动力（位于强磁场中的线圈中的交流电 - 类似于扬声器）振动器。

军用标准810测试方法514的常见测试实验室解释是连续单轴一次振动。在大多数测试实验室中，工程师从未见过甚至考虑过同时进行多轴振动。然而，有几起军事硬件在现场发生故障的事件，但这些故障无法在实验室中复制。很少有军事实验室获得资金来增加两个电动振动台：

美国陆军在马里兰州阿德菲和新墨西哥州白沙试验场

美国海军在华盛顿州基波特

犹他州奥格登附近的美国空军

因此，现在可以同时激发 X、Y 和 Z 轴。在其中一些情况下，出现了隐藏的故障模式。这是军用标准810G在多励磁器测试中采用新测试方法527的最大动机。

另一个动机是经济的：更快，一个测试而不是三个，一个附件夹具而不是三个设计和制造。有趣的是，汽车多轴振动是日本汽车制造商测试实验室的常见做法。一些日本振动台制造商提供多个电动振动台阵列，有点类似于图1。它们在将三个振动台连接到一个公共负载的方式上有所不同，如图 2 所示。

图 2：有效负载适配器接受来自三个电动振动台的相互垂直输入。（由IMV公司提供，日本大阪）

北美只有一个独立的环境测试实验室提供2，000 Hz的同步多轴振动测试：密歇根州雷德福的频谱技术公司。STI为军事，汽车和其他硬件制造商提供这些服务。在那里举行的偶尔培训使用图1所示的系统来演示同步多轴振动测试。

时域复制：连续频谱测试的替代方案

国内外的军事和其他测试标准通常告诉测试人员收集和使用自己的数据，而不是使用提供的光谱。因此，一些汽车STI客户收集自己的越野或越野振动数据。他们可能会安装“三轴”加速度计，或者他们可能会在感兴趣的位置适当地安装三个单轴加速度计。它们收集加速数据并将其保存在时域中，为时域复制（TDR）测试做好准备。

在前面描述的连续频谱测试下，他们的“时域”数据（毫伏与时间的关系）将被时间平均，然后傅里叶在频域中转换为频谱。光谱将由操作员用键盘输入到数字振动台控制器中。需要数模转换来为每个功率放大器开发一个信号，以驱动其电动振动台。每个振动台的运动在光谱上都符合其要求。不幸的是，该时间平均大大减少了振动台对短暂严重事件的再现，例如偶尔的高速公路颠簸或卡盘孔。那些短暂的事件总是在震动运动中代表性不足。

TDR避免了这种平均，并且被认为可以更好地再现休克事件。三个加速度信号保持在时域中，无需时间平均即可传递到每个功率放大器和每个振动台。TDR的另一个术语是道路负载信号复制。

同步多轴振动的未来

在未来几年，越来越多的测试实验室将“同时使用多轴”，尽管会有关于所需投资的抱怨。早在20世纪50年代，用户首次购买电动振动台时就提出了类似的抱怨。一旦安装和使用，第一台摇床在测试的产品中发现了如此多的弱点，以至于摇床很快就每天24小时使用。然后很快购买了额外的摇床。该模式将重复同时进行多轴振动。

审核编辑：郭婷