如何為您的實驗室選擇振動測試系統

什麼是 振動測試系統?

該系統在擁有12年實驗室自動化經驗的劉志明（曾任富士康和華為認證測試中心技術主管）的技術指導下進行設計和驗證。

振動試驗系統是一種實驗室測試平台，用於模擬機械振動、運輸應力、共振、疲勞和衝擊等工況。一套完整的電動振動試驗系統通常包括振動臺本體、功率放大器、振動控制器、冷卻系統、加速度計、夾具以及可選附件，例如頭部擴展器、水平滑台或環境試驗箱。

該系統廣泛用於電池、汽車零件、航空航太零件、消費性電子產品、醫療器材、包裝和工業設備的可靠性測試。根據測試要求，該系統可執行正弦振動、隨機振動、共振搜尋和駐留、經典衝擊、正弦-隨機、隨機-隨機或組合溫濕度-振動測試。

圖 1. 完整的振動測試系統實驗室裝置，包括振動台、控制器工作站、放大器櫃、電纜和安裝的測試夾具。

快速選擇清單

在選擇振動測試系統之前，請確認以下參數：

• 測試標準：IEC 60068、ISO 16750、MIL-STD-810、UN 38.3、ISTA、ASTM 或客戶特定標準
• 酬載品質：被測產品的重量
• 夾具品質：安裝夾具、頭部擴充器或滑台介面的重量
• 電樞質量：振動器的移動質量
• 所需加速度：峰值加速度或均方根加速度（單位：g）
• 頻率範圍：最小和最大測試頻率
• 位移需求：對於低頻振動特別重要
• 速度需求：對於高能量衝擊和低頻試驗至關重要
• 測試方向：僅垂直方向、僅水平方向或三軸測試
• 冷卻方式：風冷或水冷
• 控制模式：正弦、隨機、衝擊、共振搜尋、駐留、SoR、RoR 或峰度控制
• 實驗室條件：電源供應、樓層荷載、噪音、冷卻水和空間

如何計算所需的振動台力

最重要的步驟是計算測試曲線所需的總動態力。

當：

• F = 所需動態力
• Mp = 有效載荷的質量
• Mf = 夾具、頭部擴張器或滑台運動部件的質量
• Ma = 振動器電樞的質量
• A = 所需加速度
• S = 安全係數，通常為 1.25 或更高

許多採購失誤源自於只考慮產品重量。在實際振動測試中，夾具、頭部擴張器、滑台和銜鐵的質量也會消耗振動台的力。紙面上看起來足夠大的系統，一旦將所有運動部件的質量都考慮進去，可能就顯得力不從心了。

圖 2. 振動試驗系統選擇中的力計算圖：有效載荷質量、夾具質量、電樞質量、加速度和安全係數。

風冷與水冷 振動測試系統

風冷式振動系統通常適用於中小力測試、通用電子產品、包裝材料以及實驗室可靠性測試。它們安裝和維護較為簡便，但需要考慮風扇噪音和散熱問題。

水冷式振動系統通常用於高力、大載荷、電池、汽車、航空航天以及長時間試驗。它們能提供更好的熱控制和更低的振動台附近噪音，但需要水循環、熱交換以及更複雜的安裝規劃。

圖 3. 空氣冷卻式與水冷卻式振動試驗系統在一般實驗室試驗、高力試驗和重載荷應用的比較。

什麼情況下需要水平滑台？

當需要在不將產品側放的情況下，沿著 X 軸或 Y 軸對產品進行測試時，需要使用水平滑台。這種情況常見於大型產品、電池組、汽車模組、含液體產品以及在測試過程中必須保持正常工作方向的設備。

三軸測試的常見配置為：

• 垂直振動：振動器電樞或頭部擴張器
• 水平X軸振動：滑台
• 水平Y軸振動：旋轉產品或使用其他滑台裝置

圖 4. 用於 X 軸測試的水平滑台振動測試系統，具有電池模組、振動台和振動控制器。

產業選擇矩陣

選擇振動測試系統時常見的錯誤

1. 僅計算產品重量，忽略夾具品質。
2. 未檢查位移、速度和加速度限制就選擇力額定值。
3. 忽略低頻位移要求。
4. 僅在需要進行水平測試時才選擇垂直振動測試。
5. 在未確認控制器軟體功能的情況下購買振動器。
6. 低估了實驗室的電力供應、樓層荷載和冷卻需求。
7. 使用會引起共振或交叉軸運動的通用夾具。
8. 選擇風冷系統進行長時間高強度測試。
9. 忽略未來的擴展，例如環境艙整合。
10. 只比較價格，而不考慮整體測試能力和可靠性。

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金普為實驗室、製造商和檢測機構提供客製化的振動試驗系統配置支援。根據客戶的產品重量、試驗標準、振動特性、軸向、夾具要求和實驗室條件，金普工程師可協助客戶選擇合適的振動台、放大器、控制器、冷卻系統、滑台、夾具以及配套的環境測試解決方案。

對於涉及電池、汽車零件、航空航太零件、電子產品、包裝或醫療設備的項目，金浦可提供技術諮詢、系統配置、安裝支援和測試解決方案建議。