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振动试验入门 其他相关事项4 波形失真度
波形失真度
波形失真度是振动台质量和性能好坏的一个重要指标，即振动波形是否按照控制波形的要求进行振动，振动时是否有混入其他杂波。比如，一个恒定频率10Hz（基波），加速度1G的试验要求，在振动的时候是否混入了其他频率（10Hz以外的频率）的波形，一旦混入其他频率波形（谐波），试验精度受影响，试验波形即不是10Hz的正弦波形（波形畸变），如下图。
失真度大，则测量系统所测得的波形就不准确，不仅包含一个基波频率还包含了许多高次和谐波成分，导致基波频率上产生低于规定的振幅值，从而造成欠试验；此种情况下，若将基波幅值调到所规定的幅值上，那些不需要的谐波频率成分的幅值也随之增加，并且会对试验体产生一个与实际要求不相符的高应力，从而造成过试验；所以一定要重视正弦振动试验中的波形失真度要求。
正弦振动试验中的波形失真度通常指加速度的波形失真度，而且是从控制点上检测。对加速度波形失真的要求，一般规定不超过25%。在具体测量时，对用电动振动台做试验时，其谐波成分应包含到5000Hz，或试验台最高频率的5倍，且两者中取大者。对特别大和特别复杂的样品，或使用跟踪过滤器控制时，通常也允许在试验频率范围内的某些频率段上超过25%，如下图。
振动台的波形失真度有以下几种计算公式。在国标和IEC标准中的规定为，
式中，a1为激励频率（基波）的加速度有效值，atot为所施加的加速度总有效值（含a1）。
在ISO5344标准中的规定为，
式中，X1为基波幅值，X2，X3，···为各次谐波幅值。
一般失真度通过加速度传感器、振动测试仪、失真仪测量得到。需要注意的是这两个公式计算得到的结果是不一样的。国产的失真仪是按ISO的规定设计的，测出的失真度偏小。连续频率下的失真度汇总起来就是一定频率范围下的失真度曲线，如下图为某振动台5-2000Hz范围内的失真度曲线。
电动型振动台影响非线性失真的主要原因：
Ø 支撑弹簧的非线性。如弹簧的材料选择和几何尺寸设计不当，在低频区大位移时，弹簧的变形不服从虎克定律，造成振动上下波形不对称，使失真增大。
Ø 空气隙中磁通密度的不对称分布。解决办法是将驱动线圈做得比空气隙长一些，当动圈的上端离开气隙而进入小磁密区时，下端刚刚进入空气隙，使动圈在任何位置时，穿过动圈的磁通总量保持不变。另外采用双磁路，使气隙磁密上下对称。
Ø 活动系统低频时共振及高频时共振对激励电源中各次谐波分量的机械放大。功率放大器输出的信号中会含有一定的谐波分量，这些谐波分量的频率，若与振动台某一个系统的共振频率相吻合时，其谐波分量的幅值被放大，使振动台非线性失真增加。解决办法是尽量压低弹性元件的共振频率，提高动圈骨架的共振频率和增加必要的阻尼，以压低共振峰值；应尽量减小功率放大器输出信号中的失真系数。
Ø 导向系统引起的非线性失真。
波形失真度是衡量振动台输出波形偏离正弦波的程度。振动台驱动信号或驱动力的质量直接决定了振动台的失真度；此外，如上所述，机电部件设计不当、机械与电气的干扰、配合面之间的摩擦与松动、弹性元件的非线性、零部件不应有的共振都影响失真度。
对振动台的使用人员来说，只要记住【普通台失真度要求为10%～25%（视频率而定），校准传感器用的标准振动台要求应小于5%。】即可，其他的留给设计研发人员去解决吧。
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