如何根据MIL-STD-202H标准选择试验设备 — 冲击试验

MIL-STD-202H

本标准规定了电子和电气元件的统一测试方法，包括用于确定其在军事作业环境下抵抗自然因素及周围条件有害影响能力的基本环境试验，以及物理和电气性能试验。在本标准中，"元件"一词包括电容器、电阻器、开关、继电器、变压器、电感器及其他类似器件。如无特殊规定，本标准仅适用于重量不超过300磅或测试电压有效值不超过50,000V的小型元件。

方法213：冲击试验（规定脉宽）

目的：确定电气和电子元器件的零部件及子组件在承受诸如粗暴搬运、运输及军事行动中可能遇到的冲击时的适用性。本测试与本标准中的其他冲击测试不同之处在于：其未规定冲击试验机的设计，而是规定了具有公差要求的半正弦和后峰锯齿波冲击脉冲波形。同时，还规定了测量系统的频率响应及其公差。

冲击脉冲波形

注意：示波图应包含约为3D的时间长度，并使脉冲大致位于中央。用于确定速度变化的积分应从脉冲开始前 0.4D延伸到脉冲结束后 0.1D。理想半正弦脉冲的加速度幅值为A，其持续时间D。任何能够被虚线边界所包络的实测加速度脉冲，均可视为标称幅值为A、标称持续时间为D的半正弦脉冲。与该实测加速度脉冲相关的速度变化量为 V。

图1：半正弦冲击脉冲的公差范围

半正弦冲击脉冲：半正弦冲击脉冲应符合图1所示。脉冲的速度变化应在目标冲击脉冲速度变化的 ±10% 范围内。速度变化量可通过直接测量、间接测量，或通过对实测加速度脉冲下的面积进行积分（图示或电气积分均可，图示积分可使用平滑后的加速度脉冲）来确定。

对于持续时间小于3 ms的半正弦加速度脉冲，应满足以下公差要求：

• 实测脉冲的平滑最大值应在规定的理想脉冲幅值的±20%范围内；

• 其持续时间应在规定理想脉冲持续时间的±15%范围内；

• 与实测脉冲相关的速度变化量应在 Vi =      2AD/π的值的±10%范围内（见图1）。

满足以上条件后，实测脉冲即可视为标称半正弦脉冲，其标称幅值与持续时间分别等于对应理想半正弦脉冲的相应值。实测脉冲的持续时间应取为：Dm = D(.1A) / .94；其中 D(.1A) 为平滑后的实测加速度脉冲在 0.1A 两点之间的时间间隔。

理想半正弦脉冲：理想半正弦加速度脉冲由实线曲线表示（见图1）。实测的加速度脉冲必须落在虚线所给出的边界范围内。此外，实际冲击的速度变化量必须在理想速度变化量的±10%范围内。实际速度变化量可通过直接测量，或通过计算实测加速度曲线下的面积获得。理想速度变化量为：Vi = 2AD/π；其中 A 为理想脉冲的加速度幅值，D 为理想脉冲的持续时间。

注意：示波图应包含约为3D的时间长度，并使脉冲大致位于中央。用于确定速度变化的积分应从脉冲开始前 0.4D延伸到脉冲结束后 0.1D。后峰锯齿形脉冲的峰值加速度为P，其持续时间为D。任何能够被虚线边界所包络的实测加速度脉冲，均可视为标称峰值为P、标称持续时间为D 的后峰锯齿形脉冲。与该实测加速度脉冲相关的速度变化量为V。

图2：后峰锯齿形冲击脉冲的公差范围

后峰锯齿形冲击脉冲：后峰锯齿形脉冲应符合图2所示要求。经平滑处理的实测脉冲的速度变化量，应在理想脉冲速度变化量的±10%以内。

理想后峰锯齿形脉冲：理想的后峰锯齿形加速度脉冲由实线表示（见图 2）。实测加速度脉冲必须位于虚线所给出的边界范围内。此外，实际冲击脉冲的速度变化量必须在理想值的±10%范围内。实际速度变化量可通过直接测量，或通过计算实测加速度曲线下的面积获得。理想速度变化为：Vi = PD/2；其中 P 为加速度峰值，D 为脉冲持续时间。

基本设计测试：应沿试样的三个相互垂直的轴向各施加三次冲击（共18次）。若试样通常安装在隔振器上，则测试期间隔振器应保持工作状态。规定的测试脉冲（半正弦波或后峰锯齿波脉冲）应分别符合图1和图2的要求，且其持续时间和峰值应符合表1所列的某一测试条件。

1/: 对于持续时间小于3ms的半正弦冲击脉冲，不要求其包络线落在图1所规定的公差范围内。经平滑处理的实测脉冲幅值应在理想幅值的±20%以内。实测持续时间应在规定幅值持续时间的±15%以内。经平滑处理的实测脉冲的速度变化量应在理想脉冲的±10%以内。脉冲持续时间应在脉冲0.1A点处测量。脉冲持续时间应为在0.1A点测得的持续时间除以0.94。测试条件D、E和F主要适用于半导体器件。

2/: 测试条件G、H 和 I（锯齿形波形）是优选条件，但半导体器件优选测试条件D、E 和 F（半正弦波形）。

3/：对于测试条件 D，当多件试样及夹具的重量超过150磅时，可能存在冲击脉冲无法正确传递到所有试样的问题。应充分考虑测试夹具的设计，以确保每个试样都能获得正确的冲击输入。这同样适用于测试条件 E和F，但在此情况下，多件试样及夹具的重量超过25磅时需要注意。

测量系统的规定

图3：测量系统频率响应的公差范围

完整仪器的频率响应测量： 可通过使传感器在所需测量范围内承受已知频率和振幅的正弦振动，来校准传感器-放大器-记录系统，从而获得系统整体灵敏度曲线。该灵敏度曲线应以100 Hz处的灵敏度归一化为单位1，且应位于图3所规定的公差范围内

辅助设备的频率响应测量：如果所给加速度计的校准系数在与相关设备配合使用时不会影响整体频率响应，则只需测量放大器-记录系统的频率响应。其测量方法如下：

1. 将加速度计从其放大器的输入端断开。

2. 将信号电压源接到这些端子上。

3. 信号电压源在放大器端看到的阻抗应与加速度计及其相关电路在放大器端看到的阻抗相同。

4. 将信号电压频率设为100 Hz，调整电压幅值，使其等于加速度计灵敏度与测试条件下预期加速度的乘积。

5. 将系统增益调整到方便的值。

6. 保持输入电压恒定，同时将输入频率在 1.0      至 9,000 Hz 或 4 至 25,000 Hz 范围内扫频，具体取决于脉冲持续时间。

系统的频率响应（以 dB 表示）应落在图 3 所示的公差范围内。

传感器：当加速度计用作冲击传感器时，其基本谐振频率应大于 30,000 Hz。

传感器校准：传感器应按照 ASA STD S2.2 进行校准。校准方法的精度在 2 至 5,000 Hz 的频率范围内应至少为 ±5%。被校准传感器的幅值在 4 至 5,000 Hz 的频率范围内也应保持在 ±5% 以内。

推荐设备

KRD11和KRD12

冲击/碰撞试验台分为垂直KRD11和水平KRD12两种系列，具有高度自动化、可靠性强、操作简便且维护方便的特点。该系统既能满足冲击和碰撞试验的要求，又能进行常规的半正弦波、后峰锯齿波、梯形波等波形冲击试验。

功能：

1.     基于Windows稳定的控制系统：全自动远端控制界面，操作者只需输入简单的数值，IPS-2000系列冲击控制测量仪能准确的完成冲击试验

2.     采用全气压驱动，结构简单，可靠性高

3.     无污染，无液压泄漏风险，保持环境清洁

4.     高性能的铸造铝制台面：铸造铝制台面具有较高的强度和硬度以及较高的一阶谐振频率，噪音低，无杂波产生

5.     可以通过调节气体压力控制冲击频次，冲击频次连续可调

6.     多种强度冲击试验：更换不同的波形发生器，可完成不同强度的冲击试验

7.     完善的测量系统：系统内存波形容差带，方便用户调整、套用，自动完成试验结束后的试验报告生成

波形发生器

气动冲击试验台随机配套了半正弦波形发生器。半正弦波形发生器主要用工程橡胶制造(考虑橡胶的刚度和聚合力)及各种不同厚度的毡垫等组成。不同的厚度相互串联，组成多种刚度，实现不同的冲击脉冲宽度。可选配后峰锯齿波形发生器。

半正弦波形发生器

后峰锯齿波形发生器

梯形波形发生器

设备视频

测控仪

测控仪主要控制冲击台动作、信号的采集处理和加速度传感器的信号采集及处理。考虑系统环境的需要及操作方便，计算机直接与测控仪连接，台体与测控仪连接。测控仪示意如图所示。

系统采用IPS-2000软件，它包括控制和测量两部分功能。测量系统主要用于测量冲击、碰撞过程中的加速度、脉冲持续时间、速度变化量等冲击试验参量，并能打印出所有的测量数据。 采集通道最大采样率192kHz。IPS-2000测量软件具有界面友好、操作方便、系统可靠等优点。

软件界面

IPS-2000技术规格：

- 每通道采样频率：192 kHz

- 以太网通信

- 输入通道数量：2-4通道

- 峰值加速度：1～10000 g

- 脉冲持续时间：0.1～100 ms

- 提供 BNC 信号输入接口

- 可连接多种加速度传感器和放大器

- 操作语言：英语，简体中文，繁体中文，俄语

功能：

冲击分析系统是一款集冲击试验机控制以及冲击数据采集分析于一体的综合系统，冲击试验机控制部分以ARM为核心，数据采集分析以DSP为核心。

最新的硬件设计

数据采集模块装备有电压、电荷和IEPE（ICPR）输入通道，可适用于冲击、振动和其它通用的电压信号测量。冲击响应谱试验机控制模块以ARM为核心可以对冲击响应谱试验机实现全自动化的控制。外部有一个紧急终止按钮可以在危急情况下中断测试，保证系统安全运行。

高可靠性设计

硬件经过了严格的环境测试，包括EMI、温度、跌落冲击、正弦与随机振动等。系统设计可以经受长期恶劣的工作环境而可靠地运行。采用浮地设计也减少了安装时的电路接地问题。

高精度设计

通过独特的技术，使得信号输入能够达到平均130dB(最大150dB)输入动态范围。这就使得不再需要在测试时对输入通道设置不同的输入量程。