振動試驗到底有什么用？

為何要進(jìn)行振動測試？

1、設(shè)計、開發(fā)階段

1、分析試品在不同振動狀態(tài)下的震動模態(tài) 

2、測試產(chǎn)品的極限強(qiáng)度及訂定相關(guān)的特性規(guī)格 

3、失效分析與改善

2、生產(chǎn)階段 

全面進(jìn)行ESS測試，大量篩選出潛在的瑕疵。 

（依據(jù)產(chǎn)品的特性及振動規(guī)模，投入ESS測試有效的篩選出潛在的不良件，并對于電子或機(jī)構(gòu)類與加工時殘留之熱應(yīng)力及內(nèi)應(yīng)力可有效消除其內(nèi)殘留應(yīng)力之效果，并可有效的消除多層電路板間的離散電容效應(yīng)，將對產(chǎn)品品質(zhì)提供相當(dāng)大的幫助。）

3、品質(zhì)管理（QC） 

有效確保與管理產(chǎn)品的品質(zhì)水準(zhǔn)。

4、*(QA) 

認(rèn)證生產(chǎn)之產(chǎn)品其使用功能、規(guī)格與可靠度與標(biāo)示相同。

5、其它

振動測試能得到什么結(jié)果？

1.提供工程開發(fā)的依據(jù)及參考

2.制程控制

3.品質(zhì)的改善及提升

4.提供與振動有關(guān)之相互關(guān)系條件

5.對產(chǎn)品品質(zhì)的保證宇承若

6.減少維修支出與提升獲利率

7.提高整體形象

振動測試可篩選出的瑕疵

• 固定件松脫

• 電子接點接續(xù)不良

• 篩選出潛在的不良零件

• 篩選出有瑕疵的焊點

• 調(diào)整件之受振位置、準(zhǔn)度失真

• 零組件之破裂、損毀

• 電路斷短路異常

• 電源線或訊號線之不正常磨損或?qū)Ь€斷裂或接點松脫

• 試件產(chǎn)生振動噪音

• 功能異常失效

如何運用振動測試提高產(chǎn)品可靠度

• 設(shè)計階段的驗證試驗（定性、定量試驗/疲勞、破壞）

• 生產(chǎn)階段全面進(jìn)行ESS應(yīng)力篩選

• 品管、品保階段的可靠度抽檢認(rèn)證

• 接受階段的驗證測試（品質(zhì)、規(guī)格特性功能驗證）

可靠度與失效

1. 可靠度的定義：

• 產(chǎn)品在特定的年限內(nèi)與環(huán)境條件下，達(dá)成預(yù)定功能的機(jī)率（GENERALPRODUCRT） 

• 產(chǎn)品在特定的條件下，在需要作動的時間內(nèi)達(dá)成任務(wù)的機(jī)率（ONESHOT PRODUCT） 

2.失效分析——針對可靠度試驗而言

• 開發(fā)設(shè)計不良

• 零件選擇不當(dāng)

• 零件品質(zhì)不良

• 生產(chǎn)能力不良

產(chǎn)品發(fā)生不可靠的原因

• 使用環(huán)境無法正確預(yù)估與測量

• 未能充分滿足使用者需求

• 可靠度需求設(shè)計水準(zhǔn)不匹配

• 品質(zhì)水準(zhǔn)變異

• 設(shè)計誤差

• 制造誤差

• 調(diào)校、檢修誤差

• 認(rèn)為誤差與疏失

失效的種類形式

>獨立失效（INDEPENDENTFAILURE） 

產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生互不影響的失效試件

>相依失效（INDEPENDENTFAILURE） 

回因其它系統(tǒng)的異常或失效而引發(fā)的連鎖性失效

>間歇性失效（INTERMITTENTFAILURE） 

使用過程中偶發(fā)的功能異?；蚴?/span>

>并聯(lián)失效（MULTIPLE FAILURE） 

同時發(fā)生兩件以上的獨立失效事件

>成型失效 

同一零件發(fā)生兩次獲兩次以上的異常失效

如何完成振動測試報告

儀器設(shè)備，夾具種類及特征，測試規(guī)格，執(zhí)行狀態(tài)及進(jìn)行步驟，夾具與試件固定之方式，加速規(guī)的安裝位置，試件在測試的前、中、后功能測試紀(jì)錄，失效分析與判斷，測試結(jié)果的檢討評估、改善與建議

如何執(zhí)行可靠度計劃

• 定訂產(chǎn)品生命周期：泛指正常功能運作下的使用壽命

• 定訂環(huán)境需求：泛指于生產(chǎn)、存儲、運輸與使用操作下之環(huán)境

• 定訂可靠度的配置：界定產(chǎn)品可靠度之需求條件

• 可靠度的配置：零組件、半成品及成品等于不同階段下的需求水準(zhǔn)

• 效益評估：品質(zhì)成本分析、并界定死勇者的需求分布水準(zhǔn)，包括（a）可靠度（b）可用性（c）功能需求 

• 設(shè)計分析（a）功能分析（b）環(huán)境分析（c）公差分析（d）故障分析及不良品效應(yīng)響應(yīng)分析 

• 定訂試驗程序：

（a）不同階段下的振動試驗計劃 

（b）可靠度的鑒定標(biāo)準(zhǔn) 

（c）環(huán)境需求水準(zhǔn)：單一或復(fù)合環(huán)境測試 

• 綜合分析：收集經(jīng)過測試后的資料，并分析執(zhí)行計劃的

（a）合理性（b）經(jīng)濟(jì)性（c）其他效益影響評估 

• 追蹤與管制：建立產(chǎn)品的資料回饋系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)新問題與潛在問題

執(zhí)行可靠度計劃成功的秘訣

• 以提高產(chǎn)品可靠度為開發(fā)、生產(chǎn)的高指標(biāo)

• 選擇高可靠度的零配件及成熟的相關(guān)技術(shù)

• 對每一個新開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行必要的破壞性測試及分析

• 進(jìn)行階段性的設(shè)計評估及改善計劃

• 對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境影響分析與評估

• 實施階段性的可靠度試驗

• 追蹤與管制

測試變數(shù)

• 振動測試設(shè)備 

1.控制器 

2.放大器 

3.振動及推力大小及大形成量 

4.振動音圈頻率影響范圍及響應(yīng)頻譜 

• 選擇振動測試的軸向 

• 振動頻譜與功率強(qiáng)度 

• 執(zhí)行時間的長久 

• 進(jìn)行掃描的方式與速率

夾具種類與特性

• 試件本身

• 安裝技能

• 加速規(guī)（感知器）的種類、質(zhì)量及數(shù)量

• 加速規(guī)的安裝位置及固定方式

• 試件狀態(tài)（關(guān)機(jī)/關(guān)機(jī)測試、復(fù)合測試）

• 其它

振動量及表示法

• 振動強(qiáng)度常用速度、加速度、振幅大小表示，也使用力量大小的變化來描述

• 加速度（a）、速度（v）、振幅（d）、力（N）通常用線性單位來表示

• 振動強(qiáng)度量通常有下列不同的描述： 

A. 峰對峰值（peak to peak） 

B. 峰值（peak level） 

C. 平均值（Average level） 

D.均方根值（Root meansquare, RMS） 

E. 功率頻譜密度值（Powerspectrum density,PSD） 

F. 加速度頻譜密度值（Accelerationspectrumdensity, ASD） 

• 各種不同的單位描述有其特定的使用時機(jī)，與振動強(qiáng)度表示法

影響振動測量的基本因素

¨振動測量通常使用加速規(guī)作為感知起，對于速度或振幅大小則將加速度訊號積分運算而得。當(dāng)然也可選擇速度規(guī)或位移規(guī)進(jìn)行測量，無論選用何種感知器作為測量感知器都必須注意其特性規(guī)格，否則將嚴(yán)重影響振動測試的精確度。

¨任何接觸時感知器的本身既是一個機(jī)械系統(tǒng)，有其自身的共振頻率及共振倍頻等相關(guān)物理特性，通常進(jìn)行振動量測量前必須選擇高過測試頻寬條件以上的感知器。

¨必須選擇較高測量值之感知器

¨感知器安裝的方式

¨周圍環(huán)境變化也是影響振動測量的重要因素

換能器（感知器）的種類

在測量振動信號時，長被選擇使用將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的測量元件，簡稱為換能源器或稱為能量轉(zhuǎn)換器（transducer）。

換能器將試件的機(jī)械運動能轉(zhuǎn)換成電能，再分析輸出信號之強(qiáng)弱與變化，如頻率、加速度、速度、位移及力等量。

在實際測量環(huán)境中依據(jù)實際需求又可分為：

一、接觸式

二、非接觸式

其中非接觸式的感知器，常用的有 

一、渦電流式

二、電容式

三、光電式 

A. 光彈法 

B. 雷射光電反射法 

C. 鐳射多普勒效應(yīng)測量法

非接觸式感知器的使用特征

A. 遠(yuǎn)距離測量 

B. 高溫/低溫環(huán)境下測量 

C. 無法固定感知器的環(huán)境 

D.無質(zhì)量效應(yīng)的缺點 

如何選擇加速規(guī)

>頻率影響范圍，靈敏度，線性度，動態(tài)范圍/安全極限值，質(zhì)量效應(yīng)，軸向及側(cè)向靈敏度，溫度效應(yīng)，信號線長度，其它環(huán)境因素影響效應(yīng)

振動波形的種類

>正弦波（SINE WAVE）

一、循環(huán)掃描（SWEEP SINE） 

A. 線性掃描——1.Linar2.Hz/sec 

B. 對數(shù)掃描——1.Log2.Octave

二、共振搜尋（RESONANCERESEARCH）

三、共振駐留（RESONANCE DWELL）

四、步進(jìn)式掃描（STEP SINE）

五、復(fù)頻式共振駐留（MULTIRESONANCE DWELL）

>隨機(jī)波（RANDOM），沖擊波（SHOCKWAVE）

六、半弦波（HALF SINE1/2SINE）

七、鋸齒波（SAWTOOTH WAVE）

八、方波（SQUARE WAVE）

九、自行定義（SELF DEFINITION）

>SINE ON （SOR），RANDOM ONRANDOM （ROR），其它——復(fù)合波形測試

循環(huán)掃描的種類與使用時機(jī)（sweep sine）

試件以特定的振動能量，在預(yù)定的頻率范圍及時間內(nèi)加以振動，并連續(xù)變化其頻率。

目的：使試件在設(shè)定頻率范圍內(nèi)，由低頻至高頻或高頻至低頻連續(xù)的進(jìn)行多次循環(huán)掃描測試，用以鑒定產(chǎn)品是否足以忍受環(huán)境應(yīng)力，并及早預(yù)防與改善。

技巧：正弦掃描的振動強(qiáng)度、掃描速率及掃描方式，對共振的發(fā)生有重要的影響。正確的掃描速率必須滿到能使試件發(fā)生大共振的短時間作為掃描速率定訂的依據(jù)。并希望能在共振頻率范圍內(nèi)發(fā)生足夠的共振次數(shù)，用以鑒定試件容忍振動環(huán)境應(yīng)力的能力。

方式：一、線性掃描二、對數(shù)掃描 

隨機(jī)振動測試（RANDOM VIBRATION）

目的：對大多數(shù)的振動環(huán)境而言，無論是自然或人為環(huán)境所產(chǎn)生的振動環(huán)境大多以隨機(jī)波存在之振動模式為多。例如自然環(huán)境中的海浪、潮流、風(fēng)、落雨、地震、、、以至日常生活中的環(huán)境如運輸環(huán)境等等所產(chǎn)生的振動，皆為隨機(jī)振動之范疇。固試件、產(chǎn)品所存在的環(huán)境本是涵蓋在隨機(jī)振動之范圍內(nèi)，若能對試件進(jìn)行振動相關(guān)之研究分析，投以經(jīng)過研究規(guī)劃過的隨機(jī)振動測試，則將更接近實際所面臨之效果。其測試的效率遠(yuǎn)超過正弦掃描，且不易發(fā)生正弦掃描式所產(chǎn)生的過應(yīng)力及應(yīng)力殘留等不良影響。

共振搜尋

試件以較低的振動能，子低頻到高頻以固定的能量強(qiáng)度及連續(xù)的頻率、適度的掃描速率進(jìn)行掃描，用以激發(fā)試件的振動模式，作為共振駐留測試之重要依據(jù)。

通常共振搜尋必須將搜尋之頻率范圍適度的加寬，用以更確實掌握實際發(fā)生的環(huán)境變異及試件因疲勞或老化情形下，產(chǎn)生安全裕度萎縮的情況而損壞。

共振駐留（RESONANCE DWELL）

目的：測試的目的在測試試件是否忍受長期在共振環(huán)境下的能力

步驟：首先針對共振搜尋時所找出的共振頻率及共振模式加以分析，選擇試件在特定的環(huán)境中可能長期出現(xiàn)或較易出現(xiàn)的頻率分布或振動環(huán)境中振動強(qiáng)度較高的頻率分布,作為共振駐留的測試依據(jù)，測試試件是否能忍受長期在共振環(huán)境下的能力。

注：良好的共振駐留系統(tǒng)，可隨時追蹤飄移的共振頻率，以達(dá)到較好的共振效果。通常共振駐留常用107次或使用期間可能分布在該一有效共振頻率區(qū)間的累計時間，作為測試的試件參考。

倍頻測試（OCATIVE）

試件的掃描速率以每一單位時間增加一倍頻率的掃描方式

適用時機(jī)：通常使用在測試環(huán)境較佳或強(qiáng)度較低的測試規(guī)范。（如音響，視聽器材，通訊產(chǎn)品）

步進(jìn)式共振駐留

（STEP RESONANCE DWELL）

目的：針對執(zhí)行循環(huán)掃描測試過程中，對不發(fā)生共振的無效測試頻域，所好用大量的測試時間及設(shè)備，所設(shè)計規(guī)劃的一種快速有效的測試方式。

使用時機(jī)：省產(chǎn)線測試，品管抽測。

執(zhí)行技巧：首先針對試件進(jìn)行頻譜分析，記錄共振發(fā)生之狀態(tài)及相關(guān)物理量，計有共振發(fā)生時的共振主頻、有效振動頻寬范圍、共振倍頻及共振模態(tài)等，并考慮試件之物理強(qiáng)度條件與該試件之可靠度設(shè)計強(qiáng)度，并實際考慮試件在進(jìn)行測試分析時，所容許的測試時間周期等，綜合所有條件進(jìn)行分析判斷，定訂測試時實際有效的測試頻譜，并建立追蹤頻估、修正等步驟方告完成。

執(zhí)行效益：平均節(jié)省50%~9%之循環(huán)測試中無效測試頻寬所占用的時間，并增加設(shè)備之使用效益。

復(fù)頻式共振駐留 

（MULTI RESONANCE DWELL）

將已經(jīng)規(guī)劃完成的多組不同強(qiáng)度之特定頻譜，在同一時域中同時輸出，其目的在使試件上發(fā)生不良率較高之元件或須特別篩選的元件，給于特定的功率頻譜，用以提升測試效率的篩選方式。

主要的功能在改善不禁使共振測試中，步進(jìn)式掃描測試時所消耗較長的時間所設(shè)計的，其目的在節(jié)省大量的測試時間，并使其測試結(jié)果等效于循環(huán)掃描與隨機(jī)振動的功效，能在短的時間內(nèi)將不良件篩出。

使用方式：SOR. ROR. MULTI SINE.

執(zhí)行時機(jī)：生產(chǎn)線測試。

ESS測試與環(huán)境振動測試有何不同

• ESS時利用環(huán)境應(yīng)力為手段進(jìn)行篩選，常會與環(huán)境試驗混為一談，嚴(yán)格來說ESS時一種提高生產(chǎn)品質(zhì)的篩選程序而環(huán)境試驗，基本上的不同點為：

• ESS的測試精神乃要求對于產(chǎn)品作100%的全面性篩選，而環(huán)境測試只需將少數(shù)的樣品進(jìn)行測試或定量或定期或不定期的抽樣執(zhí)行而已。

• 環(huán)境測試的主要目的在測試試件忍受環(huán)境應(yīng)力的能力，一把而言測試的結(jié)果是不希望有失效件發(fā)生。

• ESS篩選時希望試件中潛在的不良大量暴露出來，所以對失效的發(fā)生反而是被期待的。

• ESS篩選時為加速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中潛伏的瑕疵設(shè)計，所以測試的規(guī)格與該使用環(huán)境，并非關(guān)系存在，進(jìn)行測試的規(guī)格在不超過試件的設(shè)計強(qiáng)度或零組件的物理極限強(qiáng)度范圍即可，或因產(chǎn)品中零組件的特性，而特別設(shè)計避免開對于振動極為敏感的頻域，使系統(tǒng)得以組合運作下進(jìn)行功能測試或其他測試。

• 環(huán)境測試的項目規(guī)格，常依據(jù)試件使用壽命周期之實際環(huán)境所定訂。

執(zhí)行ESS計劃有何特性 

依據(jù)ESS定義，有效的執(zhí)行ESS程序應(yīng)包含有以下的幾相特質(zhì)： 

• 能快速的將潛在于產(chǎn)品中的瑕疵給暴露出來

• 執(zhí)行ESS下的環(huán)境應(yīng)力其強(qiáng)度不得大于產(chǎn)品自身的極限強(qiáng)度或設(shè)計強(qiáng)度

• 執(zhí)行ESS應(yīng)不會影響產(chǎn)品的正常使用壽命

• 合成本效益

執(zhí)行ESS計劃有何效益 

• 有效提高產(chǎn)品可靠度 

• 提高產(chǎn)品使用時的MTBF 

• 可提高制程生產(chǎn)率 

• 在研發(fā)階段可協(xié)助早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，提高工程可靠度，節(jié)省開發(fā)時間及開發(fā)成本，創(chuàng)造總體利益。

執(zhí)行ESS計劃應(yīng)注意的事項 

• 掌握不同環(huán)境因素的應(yīng)力分析

• 不同應(yīng)力水準(zhǔn)下對產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響及工程效益

• 分析產(chǎn)品在篩選后的產(chǎn)品與篩選后所顯現(xiàn)出的使用情形

建立篩選的前后成本效益分析模式

振動機(jī)有哪些種類（依動力區(qū)分）

機(jī)械式氣動式液動式電磁式

振動測試設(shè)備

• 振動控制器（CONTROLLER）

類比式數(shù)位式磁帶式插卡式

開路閉路

• 功率放大器（POWER AMPLIFIER）

LINEAR POWERAMPLIFIER(40~60%)，SWITCHINGPOWER AMPLIFIER(96%)

• 振動器（SHAKER）

機(jī)械式氣動式液動式電磁式

• 換能器（TRANSDUCER），振動夾具（FIXTURE）

振動機(jī)有哪些重要的性能

• 振動推力值（peak/rms），頻率影響范圍（frequencyrange），頻率精確度及解析度，音圈質(zhì)量（armaturemass），音圈諧振頻率及共振頻率（resonance），大位移量（displacement），大速度值（velocity），大加速度（acceleration），大荷重能力（loading），漏磁性（magnetic leakage），耐久性（durable），保護(hù)系統(tǒng)（H/S protection system），防震結(jié)構(gòu)設(shè)計（antiresonance）

振動控制方式

特性種類

類比式（anloge），數(shù)位式（digital），磁帶式（tape），插卡式（ROM/RAM card）

控制方式

1.開環(huán)（open loop control），閉環(huán)（closeloop control）

選擇振動控制器應(yīng)注意的事項

>頻率控制范圍，頻率解析度及精確度，控制點數(shù)量機(jī)控制方式，動態(tài)壓縮率，掃描速率及掃描方式種類，安全裕度設(shè)定值，軟、硬件保護(hù)設(shè)計的完整性，控制數(shù)值的準(zhǔn)確性，軟、硬件的擴(kuò)充性（SINE/RANDOM/SHOCK/FFT），多階段的程式設(shè)定能力，防錯、防呆設(shè)計，操作的人性化設(shè)計

功率選擇放大器應(yīng)注意的事項

>響應(yīng)頻寬，功率因素效率，瞬間功率值與連續(xù)功率值，雜訊保護(hù)系統(tǒng)，過溫度、過電流、過電壓保護(hù)，串、并聯(lián)輸出的擴(kuò)充性

如何針對自己的需求選擇合適的振動測試系統(tǒng)

>對自己產(chǎn)品的了解，對未來需求的判定（擴(kuò)充性），對任務(wù)的認(rèn)知

1.振動設(shè)備方面 

2.控制系統(tǒng)方面 

3.訊號分析、存儲及處理

>性能及價格，售后服務(wù) 

機(jī)械式振動機(jī)的優(yōu)缺點比較

優(yōu)點： 

>價格便宜，操作方便，維修方便，靜荷重大

缺點： 

> 頻率響應(yīng)范圍小，作動頻率低，基本上只生產(chǎn)單頻，振動波形為正弦波模式為主，執(zhí)行時一般噪音值較高，通常以定位移輸出（變加速度），頻率變化速率較低，控制精確性較低 

電磁振動機(jī)的優(yōu)缺點比較

優(yōu)點： 

>頻率響應(yīng)寬：DC~20kHz，控制精度高，可模擬各種波形：SINE,RANDOM,ROR,SORSHOCK，控制容易，適合不同的測試需求：開發(fā)、工程、品管、應(yīng)力篩選，擴(kuò)充性大，保養(yǎng)容易

缺點： 

>大型機(jī)組設(shè)備費用成本較高，需要較大電源供應(yīng) 

液壓式振動機(jī)的優(yōu)缺點比較

優(yōu)點： 

>推力大，可產(chǎn)生較大位移量，方便進(jìn)行多軸向連接測試

缺點： 

>造價及維修保養(yǎng)成本高，高頻響應(yīng)無法達(dá)成，大型機(jī)組不易安裝組立

氣動式振動機(jī)的優(yōu)缺點比較

優(yōu)點： 

>操作容易，機(jī)型適用固定式的篩選工作，可產(chǎn)生多軸向的振動頻譜，安裝及維修容易

缺點： 

>無法任意變更已設(shè)定之振動頻譜，需要清潔的壓縮空氣，空氣消耗量大，不易壓縮控制振動波形，對待側(cè)物的重量較為敏感，無法產(chǎn)生較大位移量