环境可靠性试验与加速度传感器的应用介绍

环境可靠性试验与加速度传感器的应用介绍第1页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性的起源最初用于提高武器装备的可靠性：军用电子设备；复杂导弹系统；航空航天等。推广到民用，主要用于：保证产品的可靠度；提高产品的质量和安全；保证其品牌和竞争能力。第2页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性的定义可靠性的定义主要包括以下几个方面：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力

产品的主要性能参数在规定条件下随时间变化的稳定程度产品所能适应的环境应力范围

产品的寿命、失效率或质量等级

必须消除或控制产品的失效模式

第3页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性的定义所谓产品的可靠性，就是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性相关因素：工作和环境条件、规定时间、规定功能（失效判据）。第4页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性试验可靠性试验是为评价分析产品可靠性而进行的试验。通过可靠性试验可以确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性特征量，为设计、生产、使用提供有用的信息。通过试验也能充分暴露产品在设计、原材料、工艺等方面存在的问题，经过失效分析进而找出改进的措施。在这样一个“发现－分析－纠正”的循环中，不断地提高产品的可靠性。由此可见，开展可靠性试验和进行失效分析是生产高可靠产品的重要环节。第5页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性试验的目的发现产品在设计、材料和工艺方面的各种缺陷。（摸底）

为改善产品完好性、减少维修费用及保障费用提供信息。（鉴定）确认是否符合可靠性定量要求。（验收）

评价产品的使用寿命。第6页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性试验的分类按照试验目的可以分类如下：可靠性试验工程试验环境应力筛选试验可靠性增长试验统计试验可靠性测定试验可靠性验证试验第7页，共33页，2023年，2月20日，星期日可靠性试验的分类按照试验方法可以分类如下：可靠性试验寿命试验贮存寿命试验加速寿命试验工作寿命试验评价鉴定试验元器件失效率试验设备MTBF试验

环境适应性试验自然暴露试验现场使用试验人工模拟试验第8页，共33页，2023年，2月20日，星期日环境试验环境试验是为了保证产品在规定的寿命期间，在预期的使用、运输或贮存的所有环境下，保持功能可靠性而进行的活动。是将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，以评价产品在实际使用、运输和贮存的环境条件下的性能，并分析研究环境因素的影响程度及其作用机理。典型环境试验为随机振动、正弦振动、温湿度变化及电应力。第9页，共33页，2023年，2月20日，星期日自然暴露试验，将产品特别是材料和构件长期直接暴露于某一自然环境中，以确定该自然环境对它的影响过程，通常在各种类型的自然暴露场进行。使用现场试验，是在实际使用状态下所进行的试验。其实，所有产品在进行批量生产前都应该进行这些试验。总的来说，环境试验可以分为自然暴露试验、人工模拟试验和使用现场试验。人工模拟试验，又称实验室试验，是在实验室内模拟实际使用条件或在规定的工作及环境条件下进行的试验。第10页，共33页，2023年，2月20日，星期日环境试验的对象第11页，共33页，2023年，2月20日，星期日第12页，共33页，2023年，2月20日，星期日以力学振动试验为例振动试验的目的：确定产品能否经受住预定频率的振动条件并可靠地工作，反映产品对振动环境的适应性和考核其结构完好性，以保证产品具有高可靠的质量。力学振动试验正弦振动试验定频正弦振动试验扫频正弦振动试验随机振动试验第13页，共33页，2023年，2月20日，星期日振动系统原理框图第14页，共33页，2023年，2月20日，星期日振动系统组成第15页，共33页，2023年，2月20日，星期日振动台能够在实验室中人为地产生各种振动的设备称之为振动台(或激振器)。振动台的分类：按能量获得的形式分：电动式振动台，机械式振动台，液压式振动台。按模拟等效振动条件分：正弦形式振动台，随机形式振动台按振动的轴向力分：单向振动台和多向振动台。主要有垂直振动台、水平振动台和三轴振动台。第16页，共33页，2023年，2月20日，星期日第17页，共33页，2023年，2月20日，星期日电磁振动台的选择对于不同的试验对象，我们要选择合适的设备。电动振动台的特点：频率高，波形好，控制方便，单负载能力较小。它适用于航空、航天、电子仪器、仪表、汽车零部件等行业进行零部件动态分析及环境振动试验等。液压振动台的特点：超低频，大激振力，负载能力强。它适用于船舶、机车车辆、汽车行业等要求频率低，而体积较大、较重的部件或整机进行可靠性试验。机械振动台的特点：低频率，大负载，波形差但价格低廉。它适用于家电、仪器仪表行业进行耐振疲劳等可靠性试验。第18页，共33页，2023年，2月20日，星期日电动振动台结构原理图第19页，共33页，2023年，2月20日，星期日力学环境试验常用的传感器我们在实际工作中常用的传感器有两种：（1）PCB公司生产的ICP加速度传感器ICP压电加速度传感器是内装微型IC放大器的压电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接和记录、显示和采集设备连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。第20页，共33页，2023年，2月20日，星期日ICP传感器信号采集及调理电路第21页，共33页，2023年，2月20日，星期日（2）B&K公司生产的B&K加速度传感器

B&K加速度传感器

没有内置的电荷放大器，输出为电荷信号，故其信号采集系统中应该有外接的电荷放大器。第22页，共33页，2023年，2月20日，星期日加速度传感器信号测试系统该系统主要由振动控制仪和传感器组成。对于一般的测试系统来说，应该包括以下模块：第23页，共33页，2023年，2月20日，星期日

信号调理是构成该测试系统的必要环节。经传感器采集的被测物理量的输出信号是很微弱的或者非电压信号，这些微弱的信号或非电压信号难以直接被显示或通过A/D转换器送入仪器或计算机进行数据采集，而且有些信号本身还携带有一些我们不期望的干扰信号，如噪声。因此，经传感器的信号尚需经过调理、放大、滤波等一系列的加工处理，以将微弱电压信号放大、将非电压信号转换为电压信号、抑制干扰噪声、提高信噪比，以便后续环节处理。信号调理第24页，共33页，2023年，2月20日，星期日电荷放大器

电荷放大器的基本作用是把压电加速度传感器的高阻抗输出转换为低阻抗的信号，形成与电荷成正比的输出电压，使其直接送至测量仪器或分析仪器中。

第25页，共33页，2023年，2月20日，星期日电荷放大器的功能使加速度计的输出信号与测量仪器的输入灵敏度匹配；为了得到所要求的整个系统的灵敏度而放大振动信号；对加速度计的输出信号进行积分以获得速度信号和位移信号；给出电荷放大器输入，输出的过载报警信号；进行低频滤波和高频滤波以去除无用信号。第26页，共33页，2023年，2月20日，星期日电荷放大器原理图第27页，共33页，2023年，2月20日，星期日振动控制仪振动控制仪的作用：提供控制系统中功率放大器所需的激励信号。它可以产生各种振动试验要求的激励信号，比如正弦信号、随机信号、正弦加随机信号、随机加随机等振动试验信号，并能够按照试验规范和相关国家标准调节振动参数和振动量级。振控制仪是为振动台和试件提供动力学补偿，产生所需电信号的装置。振动控制仪质量的优劣直接影响到振动波形的好坏第28页，共33页，2023年，2月20日，星期日数字式正弦振控仪结构原理图第29页，共33页，2023年，2月20日，星期日第30页，共33页，2023年，2月20日，星期日功率放大器功率放大器是电动振动系统中的重要组成部分，是一种过程控制仪器，其主要作用是将控制仪发出的正弦(或随机)信号放大，供给驱动线圈产生所需的振动力。功率放大器的发展经历了电子管功放、晶体管功放以及开关式功率放大器，目前采用的主要是开关式功率放大器。功率放大器的组成框图如下：第31页，共33页，2023年，2月20日，星期日适调放大电路

适调放大电路的作用是当被测非电量（加速度或压力）一定时，在不同灵敏度的传感器测量下，使有相同的输出。

实际上，适调放大电路可以理解为一个电压调节电路，如右图所示。（反向放大电路）第32页，共33页，2023年，2月20日，星期日低通滤波器

考