李春杰 郭濤 閆明明

【摘要】 振動傳感器在大型飛行器的振動信號測試方面有著舉足輕重的地位，但是大型飛行器的內(nèi)部環(huán)境比較惡劣。如果振動傳感器在惡劣環(huán)境中不能正常工作，這會給飛行器的正常運(yùn)行帶來很大的安全隱患，因此采用GJB 150.17-86標(biāo)準(zhǔn)對振動傳感器進(jìn)行噪聲鑒定試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該振動傳感器在強(qiáng)噪聲試驗(yàn)環(huán)境下性能正常，可以完成飛行器振動信號的監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】 振動傳感器 大型飛行器 噪聲試驗(yàn) GJB 150.17-86

在航天領(lǐng)域隨著大型飛行器的出現(xiàn)，振動監(jiān)測就成為飛行器地面測試中的重要環(huán)節(jié)。顫振一直是飛行器在飛行過程中的一個(gè)重大安全隱患，如果顫振的固有參數(shù)等于或大于飛行器設(shè)計(jì)的固有參數(shù)，飛行器將面臨解體的危險(xiǎn)，所以必須對飛行器在運(yùn)行過程中受到的顫振信號進(jìn)行監(jiān)測[1]，振動傳感器是檢測環(huán)節(jié)的重中之重。

飛行器運(yùn)行過程中惡劣的工作環(huán)境是否會對傳感器的正常工作帶來影響就成了地面測試中必考察的一項(xiàng)；振動傳感器地面測試模擬試驗(yàn)的成功與否決定其能否正常的完成監(jiān)測任務(wù)。飛行器在高速飛行過程中會產(chǎn)生強(qiáng)的噪聲場，會對振動傳感器的正常工作帶來安全隱患。為了驗(yàn)證振動傳感器在強(qiáng)噪聲場中的工作性能和耐強(qiáng)噪聲的能力。對振動傳感器進(jìn)行噪聲試驗(yàn)，噪聲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用GJB 150.17-86[2]。

一、GJB 150.17-86標(biāo)準(zhǔn)

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軍用設(shè)備噪聲試驗(yàn)方法，是制定軍用設(shè)備技術(shù)條件或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)條件相應(yīng)部分的基礎(chǔ)和選用依據(jù)。

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

考核設(shè)備在強(qiáng)噪聲場中的工作性能和耐強(qiáng)噪聲的能力，測定設(shè)備對強(qiáng)噪聲的響應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)譜型

振動傳感器采用懸掛法進(jìn)行噪聲試驗(yàn)，噪聲加載采用圖1的譜型。

1.3 合格判斷

設(shè)備進(jìn)行過噪聲試驗(yàn)后，符合下列要求即認(rèn)為是合格[3]：（1）試驗(yàn)過程中需要進(jìn)行功能測試的設(shè)備，試驗(yàn)時(shí)設(shè)備的功能不失效，性能、精度未超差；（2）試驗(yàn)過程中不需要進(jìn)行功能測試的設(shè)備，試驗(yàn)后設(shè)備的功能不失效，性能、精度未超差；（3）試驗(yàn)后，檢查結(jié)構(gòu)，不能出現(xiàn)變形、松動等結(jié)構(gòu)變形。

1.4 試驗(yàn)步驟

（1）將振動傳感器用網(wǎng)兜懸掛于噪聲室中，不與墻壁或其他固體接觸；（2）對振動傳感器先進(jìn)行無噪聲環(huán)境的信號采集，作為參照數(shù)據(jù)；（3）在強(qiáng)噪聲環(huán)境下對振動傳感器進(jìn)行信號采集。

二、數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理采用Matlab軟件[4]，處理方法采用快速傅里葉變換函數(shù)（FFT）[5]。FFT的輸出是每個(gè)采樣點(diǎn)（共N個(gè)）對應(yīng)的振幅（需要值得一提的是，準(zhǔn)確地講它們的絕對值才是振幅）或者能量值（該值的絕對值越大，說明該點(diǎn)對應(yīng)的周期越明顯）。

在這些輸出值中，第1個(gè)值是對應(yīng)的直流分量的振幅（其實(shí)就是周期為無窮的可能性），那么第2個(gè)值對應(yīng)第1個(gè)采樣點(diǎn)，第3個(gè)對應(yīng)第2個(gè)。第n個(gè)對應(yīng)第n-1個(gè)采樣點(diǎn)。而且這個(gè)輸出是對稱的，只需關(guān)注前N/2個(gè)采樣點(diǎn)。那么第n個(gè)點(diǎn)的頻率的計(jì)算公式是Fn=（n-1）*Fs/N，其中Fs是采樣頻率。由此就可以計(jì)算出n點(diǎn)對應(yīng)的周期，它是頻率的倒數(shù)，即Tn=N/（（n-1）*Fs）。

2.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析

首先采用Matlab對參照數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到數(shù)據(jù)的時(shí)域圖形（見圖2），然后對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到時(shí)域圖形（見圖3）。

由圖2可以看出，傳感器的輸出很穩(wěn)定（野點(diǎn)已經(jīng)去掉），直流信號穩(wěn)定在2.5±0.01V。圖3很明顯的說明了振動傳感器在噪聲試驗(yàn)開始后有信號輸出，這是因?yàn)檎駝觽鞲衅鲬覓煊谠肼暿抑?，?qiáng)噪聲環(huán)境引起空氣振動，空氣振動的能量引起傳感器的機(jī)械振動，傳感器感受到機(jī)械振動有信號輸出，這是合理的現(xiàn)象。

對參照數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT分析，得到數(shù)據(jù)的幅頻曲線圖，如圖4所示。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)同樣進(jìn)行FFT分析，得到的幅頻曲線圖見圖5。

圖4說明參照數(shù)據(jù)的頻率主要集中在20Hz左右，其他頻率的信號振幅只有不到10-4數(shù)量級，對于數(shù)據(jù)組成沒有多大貢獻(xiàn)，分析數(shù)據(jù)時(shí)可以忽略。圖5說明了噪聲試驗(yàn)中傳感器輸出的數(shù)據(jù)主要成分大多集中在500Hz左右，并且振幅的數(shù)量級已經(jīng)到了10-3，可以看到噪聲試驗(yàn)對于振動傳感器的影響還是顯而易見的。

結(jié)合時(shí)域圖與頻譜圖計(jì)算可以得知：振動傳感器輸出交流信號幅值大約為100mv，傳感器的靈敏度為24.9mv/g，也就是說強(qiáng)噪聲對振動傳感器造成的加速度為4個(gè)g左右。相對比-100g～+100g的量程來說，造成了2%的輸出。

2.3 結(jié)論分析

由試驗(yàn)過程中對振動傳感器進(jìn)行的功能測試可知：振動傳感器在強(qiáng)噪聲環(huán)境下有信號輸出，并且信號是因?yàn)樵肼暛h(huán)境引起的機(jī)械振動而輸出的，證明振動傳感器在強(qiáng)噪聲環(huán)境下性能正常；在噪聲試驗(yàn)后檢查該振動傳感器外形結(jié)構(gòu)、電纜、接插件等部件，沒有出現(xiàn)變形、松動等結(jié)構(gòu)變形；然后對該振動傳感器重新進(jìn)行性能指標(biāo)的測試，如表1所示，均和噪聲試驗(yàn)前一致。

接著對振動傳感器進(jìn)行掃頻試驗(yàn)，得到頻率響應(yīng)曲線圖，見圖6。

圖6為振動傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器比值的幅頻曲線，可以看出振動傳感器在10～2K的頻響范圍內(nèi)曲線平滑仍然保持比值為1，具有較好的效果，說明振動傳感器的靈敏度符合設(shè)計(jì)要求。

振動傳感器在使用過程中將被牢固的固定在飛行器的振動信號監(jiān)測位置，即振動傳感器與安裝位置作為一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)[6]。強(qiáng)噪聲對飛行器引起的機(jī)械振動微乎其微，并且飛行器引起的噪聲強(qiáng)度低于160dB，因此該振動傳感器在強(qiáng)噪聲場中也可以圓滿完成飛行器振動信號的監(jiān)測工作。

三、結(jié)束語

本文采用GJB 150.17-86標(biāo)準(zhǔn)對振動傳感器進(jìn)行了噪聲試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明振動傳感器在噪聲場中性能正常，可以感受到機(jī)械振動并有信號輸出。同時(shí)實(shí)際監(jiān)測過程中該振動傳感器的安裝方式可以將強(qiáng)噪聲引起的機(jī)械振動弱化甚至完全消除。因此該振動傳感器可以在大型飛行器的振動監(jiān)測工作上圓滿完成監(jiān)測工作。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 唐貴. 近距離低功耗無線振動傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 2012

[2] GJB 150.17-1986，軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法—噪聲試驗(yàn)[S].

[3] 游亞飛，徐路，孫明陽等. GJB 150.170A噪聲試驗(yàn)方法介紹與分析[J]. 裝備環(huán)境工程. 2010.12（6）：33-35

[4] 唐勝景. 基于Matlab的飛行器系統(tǒng)動態(tài)特性分析[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2004. 10（24）：866-873

[5] 劉小群，周云波. 基于Matlab的DFT及FFT頻譜分析[J]. 山西電子技術(shù). 2010.4：48-49

[6] 邵闖，黃文超. 機(jī)載設(shè)備的噪聲環(huán)境試驗(yàn)研究[J]. 裝備環(huán)境工程. 2009（6）：46-50