波形失真度

波形失真度是振動(dòng)臺(tái)質(zhì)量和性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，即振動(dòng)波形是否按照控制波形的要求進(jìn)行振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)是否有混入其他雜波。比如，一個(gè)恒定頻率10Hz（基波），加速度1G的試驗(yàn)要求，在振動(dòng)的時(shí)候是否混入了其他頻率（10Hz以外的頻率）的波形，一旦混入其他頻率波形（諧波），試驗(yàn)精度受影響，試驗(yàn)波形即不是10Hz的正弦波形（波形畸變），如下圖。

 失真度大，則測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的波形就不準(zhǔn)確，不僅包含一個(gè)基波頻率還包含了許多高次和諧波成分，導(dǎo)致基波頻率上產(chǎn)生低于規(guī)定的振幅值，從而造成欠試驗(yàn)；此種情況下，若將基波幅值調(diào)到所規(guī)定的幅值上，那些不需要的諧波頻率成分的幅值也隨之增加，并且會(huì)對(duì)試驗(yàn)體產(chǎn)生一個(gè)與實(shí)際要求不相符的高應(yīng)力，從而造成過(guò)試驗(yàn)；所以一定要重視正弦振動(dòng)試驗(yàn)中的波形失真度要求。

正弦振動(dòng)試驗(yàn)中的波形失真度通常指加速度的波形失真度，而且是從控制點(diǎn)上檢測(cè)。對(duì)加速度波形失真的要求，一般規(guī)定不超過(guò)25%。在具體測(cè)量時(shí)，對(duì)用電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)做試驗(yàn)時(shí)，其諧波成分應(yīng)包含到5000Hz，或試驗(yàn)臺(tái)最高頻率的5倍，且兩者中取大者。對(duì)特別大和特別復(fù)雜的樣品，或使用跟蹤過(guò)濾器控制時(shí)，通常也允許在試驗(yàn)頻率范圍內(nèi)的某些頻率段上超過(guò)25%，如下圖。

 振動(dòng)臺(tái)的波形失真度有以下幾種計(jì)算公式。在國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為，

式中，a1為激勵(lì)頻率（基波）的加速度有效值，atot為所施加的加速度總有效值（含a1）。

在ISO5344標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定為，

式中，X1為基波幅值，X2，X3，···為各次諧波幅值。

一般失真度通過(guò)加速度傳感器、振動(dòng)測(cè)試儀、失真儀測(cè)量得到。需要注意的是這兩個(gè)公式計(jì)算得到的結(jié)果是不一樣的。國(guó)產(chǎn)的失真儀是按ISO的規(guī)定設(shè)計(jì)的，測(cè)出的失真度偏小。連續(xù)頻率下的失真度匯總起來(lái)就是一定頻率范圍下的失真度曲線，如下圖為某振動(dòng)臺(tái)5-2000Hz范圍內(nèi)的失真度曲線。

電動(dòng)型振動(dòng)臺(tái)影響非線性失真的主要原因：

? 支撐彈簧的非線性。如彈簧的材料選擇和幾何尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)，在低頻區(qū)大位移時(shí)，彈簧的變形不服從虎克定律，造成振動(dòng)上下波形不對(duì)稱，使失真增大。

? 空氣隙中磁通密度的不對(duì)稱分布。解決辦法是將驅(qū)動(dòng)線圈做得比空氣隙長(zhǎng)一些，當(dāng)動(dòng)圈的上端離開(kāi)氣隙而進(jìn)入小磁密區(qū)時(shí)，下端剛剛進(jìn)入空氣隙，使動(dòng)圈在任何位置時(shí)，穿過(guò)動(dòng)圈的磁通總量保持不變。另外采用雙磁路，使氣隙磁密上下對(duì)稱。

? 活動(dòng)系統(tǒng)低頻時(shí)共振及高頻時(shí)共振對(duì)激勵(lì)電源中各次諧波分量的機(jī)械放大。功率放大器輸出的信號(hào)中會(huì)含有一定的諧波分量，這些諧波分量的頻率，若與振動(dòng)臺(tái)某一個(gè)系統(tǒng)的共振頻率相吻合時(shí)，其諧波分量的幅值被放大，使振動(dòng)臺(tái)非線性失真增加。解決辦法是盡量壓低彈性元件的共振頻率，提高動(dòng)圈骨架的共振頻率和增加必要的阻尼，以壓低共振峰值；應(yīng)盡量減小功率放大器輸出信號(hào)中的失真系數(shù)。

? 導(dǎo)向系統(tǒng)引起的非線性失真。

波形失真度是衡量振動(dòng)臺(tái)輸出波形偏離正弦波的程度。振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)信號(hào)或驅(qū)動(dòng)力的質(zhì)量直接決定了振動(dòng)臺(tái)的失真度；此外，如上所述，機(jī)電部件設(shè)計(jì)不當(dāng)、機(jī)械與電氣的干擾、配合面之間的摩擦與松動(dòng)、彈性元件的非線性、零部件不應(yīng)有的共振都影響失真度。

  對(duì)振動(dòng)臺(tái)的使用人員來(lái)說(shuō)，只要記住【普通臺(tái)失真度要求為10%～25%（視頻率而定），校準(zhǔn)傳感器用的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)要求應(yīng)小于5%。】即可，其他的留給設(shè)計(jì)研發(fā)人員去解決吧。