振动应用型户外通过噪声试验

2010年6月27日，受科技部基础研究司委托，吉林省科技厅组织专家在长春对依托中国第一汽车集团公司建设的汽车振动与噪声和汽车安全控制国家重点实验室的建设计划进行了可行性论证。科技部基础研究司、吉林省科技厅有关负责同志以及依托单位的领导和实验室工作人员参加了会议。 　　专家组听取了实验室建设计划汇报，进行了实地考察。专家组认为，该实验室围绕振动噪声、可靠耐久、安全舒适、系统集成四个研究方向开展研究，致力于具有国际先进水平的“高舒适、高耐久、高安全、低噪声”自主产品开发和基础共性与应用技术研究，目标定位准确，符合国家重大需求和产业发展方向。实验室建设计划合理可行，专家组一致同意通过该实验室的建设计划，并建议实验室进一步完善面向汽车行业开放和联合的措施。 　　依托企业和转制院所建设国家重点实验室工作是科技部落实《规划纲要》，建设技术创新体系的重要举措。该实验室是吉林省首个获批建设的企业国家重点实验室，实验室的建设将为东北老工业基地的振兴提供有力支撑。

2011年10月25日，以“舒适、安全——汽车技术的焦点”为主题的2011汽车噪声振动和安全技术国际会议在重庆圆满落幕。为期三天的研讨会，吸引了全球各大车企、高校、研究院的专家学者来渝论道，研究探讨汽车噪声振动和安全技术发展趋势。这是继中汽院承办的“2010中国汽车安全技术国际研讨会”和“第22届国际交通医学会议”后，重庆市在汽车安全领域召开的又一次科技盛会，必将推动重庆乃至全国汽车行业与国际同行的技术交流和科技进步，出席大会的重庆市副市长童小平如是评价。 　　顶级专家聚渝“论道” 　　此次会议是“2011国际知名研发机构重庆行动”分项活动之一，会议由汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室承办，重庆市科委、中国汽车工程研究院股份有限公司、长安汽车股份有限公司联合协办。中国工程院院士、重庆市科委主任钟志华担当大会名誉主席，中国汽车工程研究院院长任晓常和长安汽车党委书记、副总裁朱华荣联合出任大会主席。 　　此次大会吸引到中国工程院院士郭孔辉、法国国家交通运输安全研究所Dominique Cesari教授、欧洲新车安全评价协会Michiel博士、美国ohio大学声与振动实验室主任Rajendra.Singh等共计八个国家的该领域全球顶级专家学者和研究机构出席了会议。 　　以“产学研”模式 打造一流实验室 　　据记者了解，该国家重点实验室是中汽院继与汽车企业、知名大学历经多年的“产学研”合作后，开展的又一次重要合作。早在2005年，中汽院和第三军医大学便建立了“重庆市车辆/生物碰撞安全重点实验室”，2006年，中汽院和长安、重庆大学又申请设立了重庆市NVH工程技术研究中心。在这些工作的基础上，2010年，中汽院和长安一起通过招标的形式，共同申请设立了“汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室”。用重庆市副市长童小平的话说，中汽院和长安汽车分别是重庆本土汽车行业最具实力的研究机构和企业，两家单位合作，将充分整合各自资源优势，为中国噪声振动和安全技术的科技进步做出突出贡献。 　　记者实地走访发现，发现重点实验室部分已经建设完成，中汽院除了已有的实验室外，正在重庆北部新区新建一个能够满足汽车全方位碰撞安全要求，包括各个角度的碰撞以及翻滚，满足从轿车到重型商用车的碰撞要求的碰撞实验室，另外中汽院正在建设噪声振动的实验室，该实验室相应的硬件和软件均从国外引进。这样一批设施和设备到位以后，将具备国内领先，国际一流的测试、评价、分析的实验室条件。 　　汇集顶尖人才，为高品质造车服务 　　据重点实验室主任邓兆祥透露，实验室的主要研究方向有五个，包括汽车NVH分析与评价、汽车NVH设计与控制、被动安全与损伤生物力学、汽车系统动力学与主动安全、汽车电器电子安全这五个方向。 　　目前实验室还汇集了专业顶尖技术人才，拥有固定研究人员85人，其中研究员级高工15人、博士18人、列入国家“千人计划”的引进专家2人、部省级以上的学术技术带头人4人，还有30余位访问学者参加实验室研究工作，为高品质造车提供了夯实的人才基础。目前，实验室承担了包括 “863”和“973”等在内的30余个国家项目，比如正在设计的汽车排气系统专家系统，系统中包含了消声器的设计知识，经验，这个系统具有快速建模，快速分析，快速设计等功能，可以使一般的工程技术人员能迅速完成消声器的开发设计。商用车安全法规的研究，以及交通事故深度调查以及事故的模式、以及商用车和其他车碰撞的相融性、商用车碰撞安全性实验评价技术。这些研究成果，必将推动汽车行业的进一步发展。

芙蓉交警大队三中队中队长周文星正在用噪声振动测量仪检测过路车辆噪声分贝。长沙晚报全媒体记者 张洋子 摄长沙夜晚，机动车噪声污染困扰不少群众。为减少机动车噪声污染对市民工作和生活的影响、净化道路交通环境，记者从市交警支队了解到，交警上新“噪声振动测量仪”。全新仪器如何帮助整治噪声污染?记者跟随芙蓉交警一探究竟。全新仪器“随声而动”9月4日晚，芙蓉交警大队三中队在蔡锷路解放路口开展噪声车整治专项行动。21时，在路口的各个方向，民警携带并使用了噪声振动测量仪，对城市商圈周边的机动车非法改装、“飙车炸街”等严重交通违法行为进行打击。测量仪外观像手机，上设有噪声测量、仪器设置、数据调阅以及仪器校准选项，机器最上方有一个收音话筒，可收集现场环境中的噪声波形。测量仪还配备了一个微型打印机，可及时打印出被记录的噪声数值，作为执法依据交给当事人。“这个噪声振动测量仪分主动与超限两种模式，交警可以手持仪器站在路口，只要有超过仪器预先设定阈值的噪声出现，测量仪就会自动‘报警’并打印。”芙蓉交警大队三中队中队长周文星向记者介绍，主动模式是指收集实时的噪声数值 超限模式是民警事先限定好噪声数值，当环境中有超过该数值的分贝，机器就会报警。交警在整治过程中，会将噪音阈值设为85分贝，一旦收录到超过85分贝的噪声，测量仪配备的打印机将会开始打印，误差不超过10秒。据悉，该仪器还可以灵活设置噪声收集时间以及目标分贝，配合不同场景使用。“以前我们整治噪声需要和环保部门联合执法，我们没有专门的仪器，现在自己就可以随时开展噪声整治。”周文星手持测量仪站在路口，检测着经过车辆的噪声分贝大小。随着车辆经过，测量仪的屏幕上分贝数据不断变化。噪声车辆“无处遁形”新仪器上路效果如何?21时50分左右，路口巡逻的民警注意到一辆白色马自达分贝数值异常，有改装的嫌疑，立即将车辆拦截并带到岗亭附近进一步检查。民警勘验检查后，发现车辆排气管尾端有改装痕迹，致使车辆排气声浪异常。民警随即将噪声振动测量仪放到车辆尾端。经测试，该车在加大油门时车辆有明显的轰鸣声，测量仪屏幕上的数值也瞬间上升，并发出“滴滴滴”的报警声。在跟车主沟通时，其表示自己买的是二手车，并不清楚有改装过。22时左右，一辆红色法拉利也轰鸣经过路口，测量仪发出警报。“请注意，解放路过去一辆红色跑车，麻烦司门口卡一下红灯，我们进行查证。”周文星立即用对讲机与下一路口的同事联系。通过配合，这辆红色跑车及车主也被带回岗亭检查。经过检查，两辆机动车均有非法改装违法行为，民警现场让两名驾驶人签署了“机动车噪声扰民违法承诺书”，并责令其马上对改装部位进行整改还原。整治持续到凌晨。记者了解到，当晚芙蓉交警大队三中队共查处大功率摩托车5台、机动车非法改装1台。周文星表示，在日常执法过程中，交警自身无法精准鉴别车辆是否存在扰民等行为，这台噪声振动测量仪可以显示具体的分贝值，让交警更加高效地开展噪声整治。该仪器将逐步推广到各路面中队。

MOBILE-IR II 便携式傅立叶变换红外光谱仪这是一款由电池供电的、便携式傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪，可提供实验室台式系统的高光谱性能。它是世界上少有的能够具有真正的实验室级性能和坚固的结构(IP65)便携式FT-IR光谱仪，可以挑战自然环境和耐受强烈震动。这款强大的移动式光谱仪可以让全世界的用户将常规的先进FT-IR应用带到户外现场。MOBILE-IR II具备以下特点：无需制冷剂的MCT探测器（TE-MCT）坚固设计（IP65）和抗震底板内置大容量锂电池可加热金刚石ATR晶体超坚固便携箱（IP67）OPUS TOUCH操作软件RockSolidTM干涉仪（使用寿命10年）CenterGlowTM光源（使用寿命5年）二极管激光器 （使用寿命10年）坚固实用的便携箱便于您随身携带MOBILE-IR IIMOBILE-IR II 的主要优势：实验室级FT-IR性能，无需液氮完全防尘和防水耐潮独立于基础设施和电网运行安全轻松的设备和附件运输简单易用的软件使得新手培训只需10分钟高质量零部件，使用寿命长关键光学元件保修期延长移动式FT-IR应用：MOBILE-IR II旨在使成熟的FT-IR光谱仪应用示例实现“移动化”，支持有移动性、灵活性和光谱性能要求的应用。移动式（便携式）实验室MOBILE IR II允许消防员、警察、海关等一线应急人员第一时间发现有害或危险物质，如爆炸物。移动实验室的另一应用领域是取证，譬如必须检出非法物质的突袭或突击搜查，或者任何需要快速化学鉴定的场合。仓库中或生产线上的移动式质量控制系统为了达到提高货品周转率的要求，并不总是有时间准备新样品送往实验室检验。MOBILE-IR II将实验室搬到了仓库中，提高了日常工作中的质量控制效率。它专为工作环境而设计，任何人都能操作，无需事先培训。垃圾收集区外的聚合物回收废塑料经常被大批地送往回收厂。运输车内配备MOBILE-IR II，这些塑料已能在第一时间被识别和分类，这节省了准备和将样品送到实验室的时间。音乐节现场危险预防在人山人海的节日现场，您的仪器必须具备防震能力。在该应用中，当地非政府组织或政府机构试图通过检测非法物质中的潜在致命污染物来减少危害，从而确保大众安全。布鲁克MOBILE-IR II还满足优良实验室规范（GLP）要求，并完全符合cGMP/GMP，美国、中国、欧洲和日本药典，以及21 CFR Part 11的规定。

近日，韩国向WTO秘书处发出通报，标题为《噪声和振动控制法案》实施规则修正提案(G/TBT/N/KOR/435/436)。 　　本通告规定了受最大音量限制的便携式音频设备的产品，强制的音量限制和测试方法 规定了低噪声标签家用电器的产品，噪声电平分类和测试方法 规定了政府部门制定控制噪声和振动综合计划的要求 制定了执行计划 指定了噪声测试机构和征收罚金的标准。 　　该通报法规的拟批准日期和拟生效日期均待定。

如果说振动控制仪是振动试验系统的大脑，那么加速度传感器就是人体的感官部分。本文主要介绍电荷型加速度传感器的原理和使用方法。※振动领域常用传感器加速度：压电型（电荷输出型或电压输出型IEPE）、动电型等。速度：激光测定器等。位移：LVDT（Linear Variable　Differential　Transformer）、Laser等。频率响应特性：加速度传感器 速度传感器 位移传感器（原因：相位关系），所以振动试验机系统多采用加速度传感器。※电荷输出型加速度传感器构造：原理：Q（电荷量） = C（电容） × V（电压）压力（F=mA）作用，压敏材料上产生电荷，对应电荷，输出电压变化。常见电荷型加速度传感器：※加速度传感器质量要求必须保证测定物质量的1/10以下。※加速度传感器频率使用范围避开传感器的共振点，使用直线形区域。在低频区域（1-5Hz）尤其要注意，由于频率响应特性的缘故，测得的加速度会有一定的偏差，对反馈控制有较大影响。也许这就是振动台厂家的设备产品目录中设备频率使用范围都是从5Hz开始标注的缘故吧。另外还要注意环境对传感器灵敏度的影响，比如，温度、湿度、电磁干扰等，别篇叙述。※加速度传感器的固定要求①用手测 ②磁铁（2点吸附） ③磁铁（平面吸附） ④垫片胶水粘贴 ⑤胶水粘贴 ⑥螺丝固定上图中，可以看出采用螺丝固定是最好的，但是由于实际情况，一般振动试验，能提供螺丝固定的螺孔基本上没有，所以通常采用胶水（502胶水等）粘贴或垫片（绝缘地线）胶水粘贴传感器。※加速度传感器的使用方法※加速度传感器的重要参数灵敏度、最大测定加速度、电容等。例：加速度传感器型号：2353B、灵敏度：0.209pC/（m/s²）传感器电容： 890pF，加速度500m/s²振动时，输出的电压是多少？（传感器低噪声电缆的电容已忽略。）Q=0.209×500=104.5[pC]V=Q/C=104.5/890=0.11742[V]= 11.742[mV]※前置功放（电荷放大器）将加速度传感器的电荷输出电压（mV级别）转换，通过增幅放大到±V级的电压信号，输出给振动控制仪。电压输出型（IEPE or ICP）加速度传感器也经常应用，稳定可靠，直接电压输出。内部含有微电子电路，受温度和湿度的影响比较大，一般使用上限在+125℃左右，建议在常温下采用。在三综合试验中，尤其需要特别注意试验条件的温度。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

实验室加速老化测试和腐蚀测试被广泛用于快速评估材料在户外暴露在阳光、热、水和盐下的耐久性。测试的共同目标是找到在实验室和实际应用之间材料性能的相关性。由于材料老化和腐蚀的复杂性，以探索加速因子的形式发展加速老化试验和户外曝晒结果之间的关系是极具挑战性的，尽管户外曝晒和实验室测试相结合可以帮助实现这一目标。本次网络研讨会将讨论有关实验室加速老化和腐蚀测试的一些重要原则，以及如何开发一个测试项目以提供加速测试和户外曝晒之间好的相关性。我们将提供几个真实的案例研究，研究各种不同产品(包括油墨、涂料和建筑材料)在耐候性和腐蚀性方面与户外的相关性。网络研讨会时间：2021年8月17日（周二）上午10:00-11:00研讨会主题：Q-LAB免费网络研讨会：户外曝晒测试参与方式：网络参与，请扫下方二维码研讨会费用：免费主办单位美国Q-LAB公司：一家全球性的材料耐久性测试产品供应商。其生产的紫外老化试验机、氙灯试验机、盐雾试验机是目前国际最高端的老化实验仪器，特别是其QUV更是全球使用最广泛的老化试验机。翁开尔公司是Q-LAB在中国及东南亚行业总代理商。翁开尔公司是Q-LAB在中国及东南亚行业指定代理商。全力支持本次研讨会。主讲人瞿华盛（Kobe Qu）美国Q-LAB公司技术经理兼市场经理在耐候老化腐蚀测试领域有多年的工作经验。主要从事材料的耐候老化和腐蚀研究工作，包括测试标准的制修订，发表相关的技术文章等。帮助许多行业正确认识耐候老化和腐蚀测试的意义，建立正确的耐候老化测试方案。参与方式请扫下方二维码，注册成功后，您将受到系统发出的注册成功邮件，邮件里有唯一的参会链接，8月17日（周四）当天上午9:45后，可点击链接进入会场。期待您的参与！

※振动试验机的种类① 机械式低频率、单纯振动，现在基本上已淘汰，没有发展性。② 液压式50kN以上的加振力、便宜、运行成本和修理费用高、上限频率和电动型振动台相比比较低、控制难。低频大位移运输试验和大质量试验体低频小速度试验还有点市场。③ 电动型（现在的主流）可以简单的对应任意波形的振动、频率范围广、加速度大。50kN以上设备比液压式贵。※系统构成实物图（带水平滑台的时候还需要油压控制单元）（振动控制仪和前置功放一体化）※振动台体(空冷式)内部简单示意图※动作原理弗莱明左手定则上图，将动圈插入磁束回路的圆形空隙中，下面用空气弹簧固定保持。励磁线圈内通入直流电，在空隙中形成箭头所示的磁场（右手法则），驱动线圈与磁场方向直交。如果在驱动线圈内通入交流电源，动圈就会发生上下振动（弗莱明左手定则）。此时，发生的力和动圈通过的电流成正比。即 F=IBL实际在振动试验机的制作过程中，为了增加磁场效率以及持续稳定振动，各个厂家花费心思，内藏各种部品，并对励磁线圈和动圈的形状等进行各种各样的复杂设计。※振动控制仪振动试验机系统的大脑，振动试验条件输入后，转换成电压电流信号驱动功放，使振动台进行各种振动动作，并对反馈回来的加速度信号进行分析，有效控制振动台的动作。可进行随机振动控制、正弦振动控制、冲击波控制、拍波控制、实测波再现控制、SOS、SOR、ROR控制、多通道多自由度控制、etc.。 ※动圈、励磁线圈※功放（电力增幅器）目的：给振动台提供电力。振动控制仪过来的小信号(±3V)，变成大电压大电流信号（几百伏几百安培），驱动振动台运动。功放趋势：开关式、小型化、高功率、模块化、组合兼容性、省空间、省电等。最近，SiC技术的发展，相信不久的将来功放模块会越来越小。工作原理和音响的功放一样。总结：以上简单介绍了振动试验机系统各个部分的组成，看似简单其实一套好的振动试验系统，涉及到各种技术领域，各厂家都花费大量时间、金钱、精力在设备的研发和制作上。在欧美主要厂家有LDS、UD，日本主要有IMV、EMIC、振研，国内主要有东菱、苏试、希尔等。比较可喜的是，国内厂家现在振动台单台最大推力可以生产到60tonf，已经赶超国外厂家。个人认为20年后，随着国内基础工业和材料的发展，国内生产的振动台在故障性和耐久性上面将有质的飞跃。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

磁性微型机器人广泛应用于生物医学工程领域，其特殊的结构和特性有助于实现精准药物传递、无创诊断和基于细胞的治疗等医疗工作。然而，目前控制此类微型机器人运动的技术依赖于同质磁场的驱动，容易受到微型机器人特性和周围环境的影响。当周围环境或微观机器人本身的特性发生改变时，这些驱动方式缺乏通用性和适应性，并且由于电磁驱动系统和微型机器人位置的独立控制，微型机器人的移动容易出现短暂的延迟。针对上述问题，大邱庆北科学技术院的Sarmad Ahmad Abbasi 团队提出了一种通过电磁线圈产生的梯度场对磁性微型机器人进行基于机器学习的位置控制的方法。该方法通过直接驱动线圈电流模拟一个微型机器人运动的环境，从而控制微型机器人在规定工作区域内的三维位置。在模拟训练结束后，上述机器学习过程转移到反映现实世界复杂性的物理电磁致动系统中使用，相比于传统数学模型计算，该方法更精确、更高效。该成果以《Autonomous 3D positional control of a magnetic microrobot using reinforcement learning》为题发表在Nature Machine Intelligence上[1]。图1 磁性微型机器人通过驱动磁场模拟控制三维位置示意图 本文中，作者使用了美国知名低温设备制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.新推出的振动样品磁强计，对该微型机器人的磁化强度进行了表征，用以计算模拟环境中所使用的驱动磁场大小。该设备基于7400系列VSM成熟的产品设计基础上，推出了全新8600系列VSM系统。8600系列以提高产品性能和用户体验为目标，对其各部分的测量元件和操作部件都进行了全新优化升级，在提升灵敏度和磁场分辨率的情况下，还增强了设备的操作性。一、主机部分Lakeshore 8600系列VSM✔ 更优异的性能8600系列VSM采用创新设计，在降低测量噪声的同时还提高了采样速度。系统具有15 nemu的超高灵敏度、1 mOe的磁场分辨率、自带10000 Oe/s的超快磁场变化率和高达10ms/pt的数据采集速度，绘制一个完整的磁滞回线只需30秒。100ms/point 时无样品背景噪声测试，噪声峰值119.5 nemu - 800 nemu（左）；10s/point 时无样品背景噪声测试，噪声峰值13 nemu - 50 nemu（右）✔ 更人性化的操作8600系列产品升级的另一个核心是设备的可操作性。Lake Shore公司将自研的QuickLIGN&trade 安装组件内置于该系列产品中，极大地简化了样品安装和更换的流程，单手即可完成操作。同样，QuickLIGN&trade 安装组件与8600系列VSM的所有变温选件兼容，使得安装和配置温度选件5分钟内即可完成。此外，8600系列的VSM磁体内置了ExactGAP&trade 功能，设置了6个可重复的固定间隙，无需进行重新校准。QuickLIGN&trade 安装组件ExactGAP&trade 可重复磁极间隙调整功能✔ 更强大的操作软件8600系列VSM 配备了全新的测量软件，界面简单，只需几步操作即可实现设置、执行程序、实验测量和数据处理等功能。软件包含一个完整的脚本引擎，用户可以使用提供的标准协议脚本或自行创建脚本，设定自定义实验条件进行测量。当与变温选件(86-OVEN， 86-CRYO， 或86-SSVT)联用时，该软件可以自动检测接入系统的变温选件，并与集成的705气体控制器配合使用，从而在4.2 K~1273 K的整个温区中提供自动化的VSM测量。系统软件还具备处理扩展和补偿数据、校准退磁和斜率因子、规范样品质量和体积、从测量数据中修正及扣除衬底数据以及计算及显示导数曲线等功能，进一步提升了实验的准确性和效率。 8600系列VSM操作软件界面✔ 一阶反转曲线功能FORC一阶反转曲线(FORC)是一种新型磁学测量方法，主要适用于测量含有诸多磁性矿物的自然样品，确定磁性矿物矫顽力的分布以及磁性矿物颗粒之间磁相互作用的强弱，帮助区分磁性矿物的种类和磁畴转换。FORC测量需要较高的磁场变化率和数据采集速率，8600系列VSM的标配系统自带FORC测量功能，可以满足测量参数的需求。FORC的测量结果还可以通过2D图像实时显示，测量结果更直观。一阶反转曲线（FORC）测量数据二、 变温选件Lakeshore的8600系列VSM配备了三种不同的变温选件：SSVT一体化变温选件、CRYO低温恒温器选件和Oven高温选件，以满足不同的温度需求。变温选件采用GlideLOCKTM设计，软件可以自动检测变温选件的安装，操作十分简便。GlideLOCKTM变温选件和温度控制器Lakeshore VSM变温选件温度范围SSVT一体化变温选件：100 - 950K（左）；低温恒温器变温选件 4.2-450K（中）Oven高温炉选件：303-1273K（右）三、矢量线圈组件Lakeshore 8600系列VSM同样提供了矢量线圈组件，配合振动头的旋转功能，可以进行磁性材料各向异性测量表征，从而确定其矢量磁化分量和电感张量。矢量线圈组件可以进行室温测量，也可以与变温选件联用进行变温测量。室温矢量测量（左）；与SSVT选件联用的变温矢量测量（右）关于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.： 美国Lake Shore公司（www.lakeshore.com）是知名的极端温度和磁场条件下高精度测量和控制解决方案的创新者。主要产品包括低温探针台、振动样品磁强计、霍尔效应测量系统、M81同步源测量系统、Janis系列低温恒温器、低温控温仪、低温温度传感器、高斯计及霍尔传感器等。Lake Shore公司一直致力于推动科学发展，其产品解决方案不断创新，应用领域从物理实验室到深太空科学探索不断发展。相关产品1、Lake Shore 8600系列振动样品磁强计

随机（random）振动试验条件内容介绍如上图，随机振动没有周期性，其波形在时间轴上无法数式化表示，一般，振幅的概率密度函数近似符合正态分布（Normal Distribution)。假定：随机振动试验是平稳的各态历经（ergodic process）的正态分布。离开了这个假定，随机振动试验无从谈起。另外，初入者还要理解一个频谱的概念，随机振动基本上都是在频域范围内展开的。其波形，通过傅里叶变换，可以理解成是由无数的正弦波合成而来。将各个正弦波的频率和幅值用坐标表示的话，就得到其频谱图,如下二图。一般，随机振动都是有无数正弦波构成的，其频谱图为一条曲线，而不是下二图中间断性表示的。理解频谱图以后，经过一系列的数学计算、傅里叶变换、解析等，得到随机振动的功率谱密度，即PSD（power spectrum density），功率谱密度是随机试验中使用的一种谱，用通过在中心频率设置的窄幅过滤器的加速度信号平方的平均值的单位频率值表示。也称为加速度谱密度（acceleration spectral density，ASD），单位(m/s2)2/Hz。PSD单位用G2/Hz，两者之间的关系如下：1G2/Hz =(9.81m/s2)2/Hz = 96.236(m/s2)2/Hz有了PSD（或ASD）我们才可以进行随机振动试验，如何得到PSD，这是一个很复杂的数学计算过程，涉及到大量的人力、物力、财力。个人理解为以下过程:1. 场景作成。对实际使用环境进行划分为几个子场景，对子场景进行组合，再构成全体的使用条件（场景）。2. 振动测定。对各个子场景下的实际振动进行测定，保存时域的波形振动数据。3. 振动解析。FFT，将保存的各振动波形变换成加速度功率谱密度PSD。4. 数据编辑。观察所有的PSD数据，通过PSD形状来划分群组。求出各个子场景代表性的PSD，对各个群正态化处理。通过正态化处理，短缩试验时间（加速化）。5. 试验条件生成。通过对正态化的各子场景PSD的包络，求出试验条件的PSD。其试验时间是各子场景正态化的试验时间的总和。这个过程一般称为tailoring，是指对产品在使用或者运输等实际环境中的振动进行测定和解析，开发出适合产品的振动试验条件。随机振动试验正好相反。PSD中有能量的表示方法。一个PSD可以有无数个随机波形对应，或者说对于相同的PSD条件，我们每次做的试验波形是不同的（严格意义上，可能几十年或几百年后会出相同的波形，主要取决于振动控制仪中的算法。），但是其在该频率范围内所含的能量是一样的。一般随机振动试验的量级可以通过加速度有效值来衡量，其计算方法为：如下图PSD中，加速度rms值作为表示随机振动试验大小的一个指标，经常会使用到。上例中PSD是单纯的平直谱，计算比较简单。实际中PSD谱比较复杂，建议使用振动控制仪，输入频率和PSD值后，会自动得到加速度rms值。接下来介绍几个典型随机振动的试验条件。试验1：加速度Arms　96.663m/s2　频率与功率谱密度（PSD）值图中S表示绿线所围面积，开根号后即可得到加速度有效值。面积可以看成4个图形（长方形+梯形+梯形+长方形）的和。由于是对数坐标，各个图形的面积计算公式不能简单的用直线坐标方式计算，具体计算方法以后再叙。试验2：正斜率表示。加速度有效值rms为303.11m/s2。问题：100Hz和1000Hz处对应的PSD为什么约为100(m/s2)2/Hz？说明：10-100Hz之间有log（100/10）/log2 = 1/0.301 =3.322oct。所以，100Hz处PSD是10Hz处PSD的3.322oct×6dB/oct = 19.934dB，即10log（PSD100/1）= 19.934dB，最后得到PSD100 = 101.9934 = 98.5（m/s2）2/Hz。1000Hz处PSD没有增加（0dB）,所以此处的PSD值和100Hz处的PSD值一样。总结：随机振动试验涉及到很复杂的数学计算，想要搞懂其内涵，及其困难。初入者先理解上面所述即可，有能力的，推荐书籍《随机振动试验应用技术》，胡志强、法庆衍等编著，北京：中国计量出版社，1996。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

近日，中国运载火箭技术研究院的北京强度环境研究所成功将总推力高达70吨的电动振动试验系统应用于CZ-5火箭仪器舱振动试验中。振动试验通过模拟火箭仪器舱在飞行过程中的振动环境，考核了仪器舱的环境适应性和可靠性，为CZ-5火箭仪器舱在正式飞行中能够正常工作奠定了基础。 　　CZ-5火箭仪器舱直径长5米，较成功发射神舟九号的CZ-2F火箭仪器舱直径长出近2米 仪器舱及试验夹具总重量高达6.5吨 如此大尺寸的航天产品进行振动试验在我国尚属首次，而且CZ-5火箭中还有更大规模的部段需要进行振动试验，目前国内振动台无法满足其试验要求。为确保CZ-5火箭的顺利研制，北京强度环境研究所研制了70吨电动振动试验系统，系统采用两台35吨电动振动台并激，实现总推力达70吨 利用多维振动控制技术，完成了正弦振动、随机振动和冲击等多种形式的试验 同时通过两台振动台的相位差实现单台振动台无法实现的角振动试验，全面模拟了CZ-5火箭仪器舱在飞行过程中的各种振动环境。应用于该振动试验系统的IGBT高电压输出功率放大器、新型运动部件气浮承载及自动对中装置等多项技术获得了国家专利。 　　70吨电动振动试验系统是目前国内最大推力的电动振动试验系统，不仅是CZ-5火箭等大型航天器研制必需的设备，也是大幅提高军、民各种大型产品可靠性的关键设备。随着航天、航空、兵器、船舶等国防工业以及汽车制造、电子产品、建筑等民用领域的快速发展，其对于可靠性的要求也越来越高，越来越多的产品需要进行大部件或整机振动试验，70吨电动振动试验系统的成功研制将为提高各行业大型产品的可靠性提供有力的试验设备保障。 　　目前，北京强度环境研究所已经全面掌握了多台大推力振动台并激试验系统的关键技术，可根据客户的不同要求提供更大推力、更大规模的振动试验服务。

1 什么是振动振动是指带质量的物体做往复运动的状态。比如，通过观察振幅比较大的秋千或者单摆运动便可理解。运动通过眼睛观察不到的话，有时候可以通过手去接触来感知。振动状态下，一秒以内往返运动的次数我们称为频率。※我们身边的振动①汽车行驶中的振动对汽车部品的故障发生和寿命影响的试验。最近几年，电动汽车的振动试验越来越多。发动机、汽车音响、安全气囊冲击、NVH、etc.。②铁道交通振动对列车部品等故障影响的试验。列车搭载电子设备、轨道附近的设备（信号切换机、ATC）、etc.。③运输行业卡车、轮船等的运输中，产品是否故障、损伤、外包装擦伤等的试验。④飞机发动机产生的振动，受到气流的振动、起飞降落受到的振动和冲击，会不会发生故障等以及耐久性确认。⑤地震确认部件、房屋、建筑物等的耐震性。2 振动的种类※正弦波振动（简谐振动）正弦定频试验频率一定的正弦振动。振动的最基本波形。频率扫描试验（sweep）频率一定间隔的变化。线性扫描、对数扫描。等幅扫描不等幅扫描SOS（sine on sine）※随机振动没有规则性的波形，无法预测性，但在一定的振动时间内含有各种频率正弦分量。● 正态分布随机试验● 非正态分布随机试验● 正弦+随机(SOR，sine on random)● 随机+随机(ROR，random on random)※冲击短时间内施加大脉冲形状的加速度波形试验。半正弦波（halfsine wave）半正矢波形（haversine wave）梯形波（trapezoidal wave）锯齿波（sawtooth wave）三角波（triangle wave）※拍波（sinebeat）※实测波形再现以上介绍的是几种常见的振动试验波形，对于初学者来说，只要记住各种波形即可，以后会每个试验波形进行详述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

“我们开创了受激拉曼光热成像[1]这个全新的方向，这是化学成像领域的一个新突破，这项技术未来一定会发展成为能够被广泛应用的产品。”美国波士顿大学程继新教授如是说。图丨程继新（来源：程继新）在这次研究中，程继新团队利用一种新的物理机制，即受激拉曼本质上是一个化学键振动吸收过程，吸收的能量变成热形成焦点局部升温，升温改变焦点周围样品的折射率。由此，他们开发出受激拉曼光热（Stimulated Raman Photothermal，SRP）显微镜。该技术突破了此前受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）成像的检测极限，将调制深度提高了 500 倍，极高的调制深度为更高灵敏度的检测奠定了基础。那么，与 SRS 相比，SRP 有哪些不同呢？具体来说，SRS 显微镜直接测量光被吸收后强度的变化，并提供光谱和空间信息；而 SRP 显微镜则是测量由样品热膨胀引起的光散射或由热透镜引起的折射，观察样品本身的温度、折射率等变化，进而提供光谱和空间信息。化学成像技术能够“追踪”细胞中的分子信息，但该领域最大的瓶颈之一是灵敏度。SRS 显微镜在揭示复杂系统中的分子结构、动力学和耦合方面显示出巨大的潜力。然而，由于其较小的调制深度和脉冲激光的散粒噪声，SRS 的灵敏度难以突破毫摩尔级，这导致其无法对低浓度分子的观察及对相关信息的追踪。此外，不可忽视的是，在使用 SRS 成像时，研究人员必须使用高倍物镜来收集信号。如果想得到高分辨成像，就必须将两个高倍物镜挤在一起，这在操作上带来极大的不便。而 SRP 的优势在于操作简单、方便，只需要低倍物镜就能够测量相关信号，且检测物镜和样品之间可以保持一定的距离。由于 SRP 显微镜非常灵敏，可以通过它观测不同的分子、不同的化学键，填补了该领域的数据空白。该技术有望应用于环境科学、材料科学、生命科学等领域，例如环境中微塑料检测、绘画作品成份分析、病毒单颗粒谱学、单细胞和生物组织成像等。一次“因祸得福”的聚会开启了一个新方向该技术背后的科研故事要从一次“因祸得福”的聚会说起。2021 年，在程继新 50 岁生日时，举办了一次课题组聚会，其中的主题之一是篮球比赛。组内成员博士研究生朱一凡在运动时不小心受伤了，因此需要在家休养 2 个月。于是，程教授交给他一个计算方面的任务：在受激拉曼散射成像时，聚焦焦点的温度变化具体是多少？根据朱一凡的模拟结果，在大概 10 微秒的时间里，相关温度上升了 2 至 3 摄氏度，这个结果很快引起了程教授的高度关注。“这个范围的瞬态温度变化不会损害细胞。于是，我们开始探索拉曼效应用于光热显微镜这个全新的方向。”程继新说。图丨SRP 显微镜设计（来源：Science Advances）从计算方面确定了温度升高的数据，那么，如何在实验上证实温度升高呢？研究人员想到，可以用对温度很敏感的荧光染料来做温度计。具体来说，把荧光染料加入样品，在受激拉曼激发的同时进行荧光测量。实验结果证明荧光强度呈下降趋势，以此在实验上确认了受激拉曼导致的温度升高（如下图）。图丨受激拉曼光热效应的理论模拟和实验观察（来源：Science Advances）但是，荧光测试是有标记的测量，而他们更想通过无标记（label-free）的方式测量光热信号。于是，研究人员用“第三束光”测折射率的变化，可以在纯液体中得到同样的信息，而且这种做法不受脉冲激光噪音的影响。最终，他们突破了此前 SRS 成像的检测极限，将调制深度提高 500 倍。组内成员博士研究生殷嘉泽以中红外光热显微镜（Mid-infrared photothermal microscopy）为主要研究方向，于 2021 年发展了一种新方法，用快速模数转换直接提取光热信号[2]。该方法同样适用于 SRP 显微镜，从而有效地提高了其检测灵敏度。图丨生物样品在水溶液环境中的 SRP 成像（来源：Science Advances）此外，组内成员博士研究生戈孝伟为本次开发 SRP 显微镜提供了 SRS 的实验基础。由此可见，研究是一个逐渐积累的过程，并需要团队成员发挥各自的优势，这充分体现了“众人能移万座山”的精神。图 丨相关论文（来源：Science Advances）近日，相关论文以《受激拉曼光热显微镜实现超灵敏化学成像》（Stimulated Raman photothermal microscopy toward ultrasensitive chemical imaging）为题发表在 Science Advances [1]。波士顿大学博士研究生朱一凡为该论文第一作者，程继新教授为论文通讯作者。16 年磨一剑1999 年，程继新在香港科技大学从事第一个博士后研究，他选择了一个技术较为成熟的研究方向——超快光谱学（ultrafast spectroscopy）。同年，诺贝尔化学奖颁予飞秒时间分辨的超快光谱学技术。2000 年，他加入国际单分子生物物理化学的奠基人之一、哈佛大学谢晓亮教授（现北京大学李兆基讲席教授）课题组，从事第二个博士后研究。在那里，程继新和其他同事开发了可实现高速振动光谱成像的相干反斯托克斯拉曼散射（coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）显微镜。2014 年，诺贝尔化学奖颁予超分辨率荧光显微技术。但是，荧光显微镜不能解决生物成像领域中所有的问题，例如，荧光染料标记会改变胆固醇、氨基酸等小分子的生物功能。因此，生命科学需要无荧光染料标记的分子成像技术。程继新表示，“选键成像很好地解决了分子选择性的问题，其不仅能看到各种分子，又不需要对分子进行荧光染料标记。”梦想很美好，现实却充满挑战。能不能通过发明新技术，去做荧光显微镜做不到事情？“继新”人如其名，从学生时代就喜欢啃“硬骨头”的他，继续探索。博士后研究工作结束后，程继新于 2003 年来到美国普渡大学任教，在那里，他将分子光谱学与生物医学工程融合，致力于化学成像这一新兴领域。2007 年，该课题组报道了一个有趣的发现：由于受激拉曼增益和损耗，一部分能量从光子转移到分子[3]。因为脉冲式的能量吸收可以产生声波，该发现促使其团队开发出受激拉曼光声显微镜（stimulated Raman photoacoustic microscope）。然而，由于当时的光声测量不是很灵敏，他们没测到受激拉曼光声信号。幸运的是，在一个意外的实验中，他们发现了基于泛频激发的光声信号[4]，并开发了检测血管内壁胆固醇的振动光声内窥镜。图丨中红外光热选键成像的原理（左）及产品展示图（右）（来源：程继新）为寻找增强化学键成像信号的方法，他们再次调整研究方向。通过“thinking out of the Raman box”，开启了中红外高分辨光热成像这一全新的方向。由于分子振动吸收的能量在皮秒的时间尺度上全部转化为热能，程继新意识到，光热效应可以用来“看”细胞里的化学键。2016 年，他们报道了高灵敏度中红外光热显微镜 (Mid-infrared photothermal microscope)，突破性地实现中红外超分辨三维动态成像。通过用可见光来测量光热效应，该技术能够以亚微米分辨率“看见”活细胞中的化学组分，首次使单细胞红外显微成像成为可能[5]。2017 年，程继新加入波士顿大学担任光学中心的 Moustakas 光学及光电子学讲席教授。他的团队致力于精准医学光子学技术的研发，研究覆盖了化学成像、神经调控、光学杀菌等三个方向。其课题组在全球首次通过光声信号来刺激、调节神经细胞（如下图）。最近，他们设计了一种用于无创神经刺激的高精度（0.1 毫米）光致超声器件，并在小鼠模型成功验证，第一次利用非遗传途径进行超高精度的无创神经调节[6]。此外，他们还发明了一种通过光解色素来杀死抗药性超级细菌的方法[7]。图丨光致超声神经刺激工作原理图和横向声场压强分布（来源：程继新）程继新认为，真正原创的工作不是被设计出来的，而是实现了从来没想过会发生的事情。“原创的科学是由直觉推动的，并得益于长期不懈的努力和积累，所谓的‘突破’其实是一个量变到质变的过程。”他总结道。不止于科学技术的创新，在推进技术产业化落地的过程中，更是让他感叹“应用范围超乎了最初的想象”。据悉，程继新拥有 30 多项国际专利，并作为联合创始人或科学顾问参与了多项技术的产业化。2015 年，基于分子振动光声技术，程教授和学生们共同创立了 Vibronix Inc.，该公司致力于振动成像技术研发和医疗设备创新，现位于苏州工业园区。2018 年，作为科学顾问参与建立了光热光谱公司（Photothermal Spectroscopy Corp.）。该公司位于美国加州，基于程教授的中红外光热成像专利开发了一款名为“海市蜃楼（mIRage）”的显微镜，寓意为“信号来自于折射率的变化”。据了解，该产品目前已销往世界各地百余实验室。2019 年，程继新联合创立了 Pulsethera 公司，旨在通过内源发色团的光解作用杀死超级细菌。2022 年，程继新成为法国巴黎 AXORUS 公司的科学顾问，该公司致力于光声神经刺激技术的医学转化。谈及技术的推进产业化落地的经验，程继新表示，在发展某项技术时，可能最开始只聚焦在生命科学领域的某个细分方向，但将技术真正发展为产品，其应用范围之广可能是当初没有想到的。他举例说道：“mIRage 现在被应用在半导体领域，用来检测芯片中的污染。芯片中的污染多数是有机物，因此能够通过化学键成像来检测芯片的质量，这完全超乎了我的想象。”图丨2023 年 8 月，程继新课题组的部分成员合影于首届化学成像 Gordon Research Conference（来源：程继新）回顾三十年的科研之路，程继新认为，最有回味的事情是每个阶段都有新惊喜。化学成像领域每经过大约 8 年就要进行一次技术革新，从 1999 年的 CARS 显微镜到 2008 年的 SRS 显微镜，到 2016 年的中红外高分辨光热成像，再到 2023 年的 SRP 技术。“几年前还觉得是天方夜谭的事情，都通过发明新的技术实现了，由此一步步将领域发展向前推进。”程继新说。下一步，该团队将继续发展无荧光标记的化学成像，进一步提升灵敏度，同时发展深组织的高分辨化学成像技术。他们希望，能够利用高能量的激光器将 SRP 的灵敏度提升到接近于荧光显微镜的微摩尔级别。同时，他们计划尽快将该技术发展为产品。据悉，美国加州的Photothermal Spectroscopy Corp.及中国苏州的威邦震电公司（Vibronix Inc.）正在推进相关的产业化进程。从 2007 年观测到受激拉曼过程的能量转移，到 2023 年报道 SRP 显微镜，对程继新来说，这是一次历经 16 年的科研旅程。在本次的 SRP 论文发表后，他在朋友圈这样写道：“科学很酷，生命短暂。我的下一个 16 年会是什么样呢？”

谐振搜索和驻留试验谐振搜索和驻留试验（RSTD）是指先通过正弦扫频试验搜索出试验体的共振频率，然后在共振频率上进行跟踪驻留试验。搜索功能通过传递信号来确认共振频率，并在实时控制过程中，对每一个共振频率进行跟踪和驻留。当驻留期间频率变化时，其特殊的跟踪特性使用相角信息调节驱动频率跟踪谐振。即自动侦测谐振峰的偏移，并自动调整正弦激励信号的频率来跟踪谐振峰的偏移。在机械结构的疲劳试验中应用广泛，比如高周期关键部件的涡轮机叶片或汽车曲轴的疲劳试验。试验步骤一般分为以下几步：第一步，共振点调查 在要求的频率范围内进行扫频试验，找出共振点。第二步，谐振搜索 找出共振点以外的谐振点，选择驻留试验的频率点。第三步，驻留试验设定 驻留时间、加振量级等。第四步，驻留试验。试验1：位移峰值推定；跟踪方式（tracking）扫频速度：1oct/min、单程1次共振点判定标准：传递率3以上共振点驻留模式：标准位移搜索（还有高速位移搜索、相位搜索、频率固定三种方式）共振点使用：共振点搜索中最初的峰值对应的频率。加振量级：10m/s2报警（Alarm）上下限：±3dB、中断（Abort）上下限：±6dB驻留时间：1小时、试验时间：无往返共振点偏移判定：传递率比率-10%～+10%频率步长：1.0Hz/s共振点搜索范围：频率比率±10%（注意：振动控制仪的软件不同，对应的参数会有变化。）多正弦试验疲劳试验时，多个频率的正弦同步扫频或者定频，可以大大的减少试验时间。这种方法由德国的一家汽车制造商提出，目前正越来越广泛地为其他谐波试验所应用，已经发展成为汽车发动机组件可靠性试验的一个重要方法。试验1：多个扫频同时进行。频率分割区域1：扫频20～63.3Hz区域2：扫频63.3～200Hz区域3：扫频200～632.5Hz区域4：扫频632.5～2000Hz扫频速度：1oct/min来回扫频次数：32次扫频开始频率：20Hz△试验中振动控制仪图像试验2：多个定频试验同时进行试验时间：1小时△试验中振动控制仪图像试验3：波形叠加△参考波形混合模式控制试验（SOR、ROR）应用于模拟宽带振动上叠加窄带或者周期性的振动环境。周期性能量通过正弦的形式或者窄带随机来模拟。比如直升机的振动就是正弦加随机（SOR）信号，气流扰动造成宽带随机而旋翼产生正弦振动。SOR也常常应用在汽车测试中的发动机振动试验。履带式车辆的振动是典型的随机加随机（ROR）信号，履带的窄带随机叠加在道路的宽带随机上。对于正弦加随机加随机（SOROR），叠加分量可以固定或扫频。试验1：SOR宽带随机振动：上图中10-1000Hz，量级50m/s2rms。窄带扫频：扫频速度：1oct/min，往返扫频次数：5次。基波扫频：100-400Hz，如上图扫频，初相位0°。2次谐波扫频：基波的80%量级扫频，初相位180°。试验2：ROR宽带随机振动：上图中10-1000Hz（虚线部分），量级50m/s2rms窄带随机振动：基波和2次谐波窄带扫频随机振动。扫频速度：1oct/min、来回扫频5次。基波：100-400Hz，量级75（m/s2）/Hz，频宽15Hz的PSD。2次谐波：量级为基波的-2dB，频宽30Hz的PSD。△试验中振动控制仪图像时域模拟试验（路谱再现（TWR，time wave replication）试验）在试验室中再现长时间的现场试验数据。可以是随机或者正弦振动数据波形。比如使用路面或者飞行记录的试验数据，可以模拟最真实的振动环境，确保高品质的试验结果。一般用于验证试验，设计试验时确实存在着一些缺点。波形再现只会产生给定的数据振动，缺乏随机数据的统计变化。可以认为随机数据是真实世界多样性的代表，随机试验可以比这种试验需要更少的时间。但时域模拟试验提供了从现场采集振动数据到在单个或多个振动台上再现的所有功能。同样，通过数据编辑（单位和采样频率指定、过滤处理、首尾数据处理、频率变换、数值间演算、数据点数变更、补偿波附加等过程）后得到可以在电动式振动试验机上进行试验的波形。试验1：某试验中进行的波形。拍波试验（sine beat）主要用于耐震或抗震试验，特别是构造物受到短时间的脉冲力和周期性力冲击后的环境情况。类似于拥有一个共振频率的单纯构造物的地面受到水平方向地震波，试验后确认其健全性。波形如下图，试验条件中需掌握，振幅值A是多少？生成的正弦波的频率f是多少？波形长度（波数n和拍数）是多少？波形是调制的正弦波，频率为试验结构体的自振频率，以期望产生共振效应，其幅值被一个长周期正弦波所调制。拍波的每一拍中，一般包含5-10个同频循环。通常试验中，几个拍（常见为5拍）同时进行，每个拍之间应有足够的间隔（常见为2秒），如下图。常见试验规格有IEC 60068-2-59。试验1：频率：7Hz加速度幅值：3G波数：10垂直水平三方向各10拍，各拍间隔2秒。正弦脉冲试验（sine burst）一种准静态环境模拟的试验方法，主要用于卫星在运载火箭升空的主动段，受到火箭高值加速度而产生静力过载的模拟试验。为了确定卫星承受的静载荷对其本身结构及运行状态的影响，要对卫星做加速度过载试验，以模拟卫星在火箭发射过程中受到的稳态或准稳态加速度惯性载荷。波形如下图，试验条件中同样需掌握，振幅值A是多少？生成的正弦波的频率f是多少？波形长度（波数n）是多少？在实际试验中，为了避免试验一开始就受到大量级的负荷，需要加入上升和下降领域，如下图所示。非高斯（正态分布）随机试验随机振动试验是一种模拟试验，通过对现场环境实测波形的提取，得到PSD，再进行随机振动试验，对应的振动能量相同。按照其试验规格试验后，产品通过要求，但是，在现场环境下，还是会出现破损等不合格现象，尤其在运输环境下。通过研究，在进行产品的可靠性试验和环境试验的时候，发现有些动态环境的时间历程具有非高斯分布特性。于是，提出了非高斯分布振动试验，在原来的随机振动试验要求中，加入了尖度K（Kurtosis）和偏度S（Skewness）两个要求，使波形更接近实际环境的波形。式中，Xi是加速度，m是加速度平均，N是数据点数，σ是标准方差。通过对实测波形分析和变换，在得到原来随机振动试验PSD的基础上，计算出K和S。再反过来在振动台上实现含有K和S的波形，从而飞跃性提高随机振动的精度，这就是非高斯随机振动试验。下图是含有不同K和S波形对应的概率密度图，供参考。试验1：如下图PSD，调整到rms值为10m/s2。非高斯分布特性为峰值发散性，K=5。试验时间30min。总结：以上罗列一些比较特殊的试验要求，并进行了简单的说明。初学者只需适当的了解即可，受制于振动控制仪软件授权码的限制，有可能永远也不会碰到。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

振动试验机的动作原理和构造电动型振动试验机的基本构造和音响的喇叭类似，只是喇叭的发音部分变成了金属制（铝合金或镁合金）的动圈，动圈受力发生上下振动。（注意：本专栏内振动试验机都是指电动型振动试验机。）其原理是高中时学的左手定则，磁场中的导体通电产生力，可通过下式表示。B的产生利用右手法则，即电流流过导体，其四周产生磁场。励磁线圈内流经直流电流，形成磁场（下图中N、S表示）。振动台面和线圈（动圈）加工在一起，安装在该磁场中，需要注意的是在振动试验机的动圈里面通过的是交流电流，受到的力是有正负之分的。产生上下交变力，发生振动，即振动台面上下振动。当然，为了保持振动台面的垂直方向振动不偏移，还需要上下支撑机构。具体内部构造简单示意图如下。功放的目的和动作功放主要是将振动控制的振动信号进行放大，即提供电能量给振动发生机动作，电能量可通过功率电压乘以电流表示。比如，输出10KVA的功放，振动控制仪输入信号约3V10mA（30mVA），通过功放可放大为100V100A（10kVA）。功放的类型也多种多样，有模拟型，开关数字型等等，下表是其各自特点比较。振动控制仪的种类振动控制仪对安装在振动台面上的控制加速度传感器反馈来的加速度值（振动量级响应值）和目标值进行比较，进行振动的控制。响应值大了就降低振动控制仪的输出，响应值小就增大振动控制仪的输出，始终使振动台面加速度在目标值附近振动，满足振动试验精度要求。简单理解，其实内部控制很复杂，不仅仅只控制加速度值。其种类有很多，主要有以下几种，正弦波控制软件：正弦波加振，对振动幅值控制。随机波控制软件：随即波加振，对振动谱控制。冲击波控制软件：实现有限脉宽（约2秒以下）冲击各波形控制。波形再现控制软件：实现长时间波形控制。由上可知，波形不同，控制方法各异，需要专门的控制软件进行对应。以前以模拟振动控制仪为主流，最近随着数字电子技术的发展，数字振动控制仪得到普及，且价格也相对变得便宜很多。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

冲击是指在极其短暂的时间内给产品施加一个高量级的外力脉冲，从而评估其在储存、运输、使用的寿命周期内对冲击环境的适应性和耐受程度。冲击试验有很多种，自由跌落、翻转、抛摔、拍击、撞击、弹道冲击、爆炸冲击等等。 一般常见的冲击试验有三种：经典波形冲击、冲击响应谱、瞬态冲击脉冲波形（实测波形）。1 经典波形冲击半正弦波（halfsine wave）、半正矢波形（haversine wave）、梯形波（trapezoidal wave）、锯齿波（sawtooth wave）、三角波（triangle wave）。试验1：正弦半波 加速度10G 脉宽20msec正方向3次 反方向3次 三个方向（X、Y、Z）冲击　试验2：后锯齿波 加速度5G 脉宽15msec正方向5次 三方向（X、Y、Z）冲击试验3：梯形波 加速度50G 脉宽8.4msec正反方向各5次 三方向（X、Y、Z）冲击试验条件内容相对比较简单，需要注意的地方是，必须注意控制波形在容差带内，实在不行的情况下，上升沿波形必须在容差带内。另外，还有一个前补偿和后补偿的概念，即下图所示中的B1和B2，一般振动控制仪中的默认值为A的10%。当位移量不够用的时候，可以适当调整前后补偿，改变最大位移量。2 冲击响应谱（SRS，Shock Response Spectrum）经典波形冲击试验由于没有考虑机构对冲击的响应，在实际环境中还是有损坏的情况发生，已经不能满足试验的要求。于是，冲击响应谱概念便被提出，指在冲击激励函数的作用下，一系列单自由度振动系统的最大（加速度、速度、位移）响应值随系统的固有频率而变化的图谱。提供的是一个产品和它的组成部分对一个给定的输入脉冲响应的估计方法，具有更加真实的环境模拟效果。冲击响应谱控制技术通常用来模拟复杂振动环境如地震和爆炸冲击。它是描述瞬态波形对结构的潜在损伤程度。试验参考谱即冲击响应谱，通过冲击响应谱合成出时域波形，时域波形由用户指定阻尼的正弦或半正弦波合成，从而驱动振动台振动。能实现冲击响应谱的试验设备有很多，在爆炸冲击中应用最为广泛。随着电动式振动台控制技术的发展，在振动台上己经实现了模拟低幅值的复杂冲击环境的冲击谱的能力，如冲击响应谱控制中的小波综合及正弦衰减模拟方式等等。电动振动台操作成本低、可控性高等优点，但它们的幅值、频谱范围(3 kH z以下)和方向受到限制。试验1：目标SRS：SRS分析条件：采样频率8192Hz数据点数：4096点波形合成条件：变谐正弦波控制条件：线数800冲击方向：X、Y、Z，每方向三次。试验2：频率范围：5-100Hz：响应谱5-30g100-5000Hz:响应谱30g冲击方向：X、Y、Z，每方向三次。3 瞬态冲击脉冲波形（短时实测波形）通过实时主动控制来完成，包含了导入瞬态数据，数据编辑，在振动台上复现波形数据的过程。比如地震再现等试验。在利用振动台进行试验的时候，需要注意动圈位移和功放额定功率的限制，必要的时候可以通过数据编辑改变量级，以便有效地实现试验的动态特性。试验1：下图，从某国家地震网站上下载的csv地震文件，通过数据编辑（单位和采样频率指定、过滤处理、首尾数据处理、频率变换、数值间演算、数据点数变更、补偿波附加等过程）后得到的一个方向上的地震波波形。总结：冲击环境是振动的一种非稳态、持续时间相对较短的机械瞬态振动。个人认为，冲击试验是电动式振动台能实现的试验中，最难的试验，不能理解概念的话，就不能更好的操作控制软件，也就不能得到良好的试验结果。可能是个人所涉及的冲击试验经验比较少，也有可能造成冲击的原因很多且各不相同，对产品造成的效应也不相同。由于冲击情况复杂性，很难归类。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

振动试验使用的基本用语振动试验中使用的基本用语有：力（加振力）[N]、加速度[m/s2]、速度[m/s]、位移[mmp-p]。从力[加振力]开始说明，先了解牛顿第二定律，即一般质量m的物体施加加速度A，则下式成立，即1[kg]的物体施加1[m/s2]的加速度，产生1[N]的力。公式中单位g为重力加速度9.81[m/s2]。振动的描述还需要用频率和振动量级来指定。以前使用的是重力单位来描述，现在用SI单位比较普及。加速度、速度、位移的关系如下，物体正弦振动，位移表达式为：速度是位移的微分，加速度是速度的微分，将代入上几个式子，并取其最大值得到：实际的波形为：上面两个式子也可以用下面的形式表示：需要注意的是，这些公式里面的半位移值（位移半峰值），如果用振动试验中常用的位移峰峰值，单位mm的话，公式变化如下：可通过公式可以看出，四个量里面知道两个，即可求出其他两个。通过此公式还可以计算出无负载情况下，振动试验机的最大特性曲线中的频率交越点。【例】正弦波试验最早实施的振动试验方法，有很多的振动试验规格对应。和近来快速发展的随机试验和冲击试验相比，加振简单、基本上所有类型的振动试验机都能对应此试验方法。有定频和扫频两种方式，定频比较简单，下面以扫频方式进行主要说明。扫频试验是指频率按照一定的速度变化，对振动量级进行控制。【例】上述扫频试验条件，10Hz到58Hz以位移2[mmp-p]加振，58Hz到500Hz以加速度132.7[m/s2]加振，频率由10Hz-500Hz-10Hz-500Hz往返扫频进行，直到达到试验时间1小时。可以通过加速度和频率关系公式计算得到58Hz和2[mmp-p]处对应的加速度为132.7[m/s2]。在58Hz处振动量由位移变为加速度（一种振动量变为另一种振动量），这个频率点称为交越点。需要注意的是，在交越点处，必须满足上述四者之间的公式关系，如果58Hz处位移为2[mmp-p]且加速度为300[m/s2]，这种试验条件显然是有问题的，但是现在很多试验规格里经常有这样的定义方式，需要引起重视，在振动控制仪正弦波控制软件中输入试验条件时，都是经过特殊处理的，即58Hz输入位移2[mmp-p]，58.01Hz输入加速度300[m/s2]。最后对扫频速度进行说明。一般都是对数扫频，单位【oct/min】，频率一分钟内的变化量。oct即倍频程，2倍的意思，一分钟内相对起始频率，有几个两倍。用下面的关系式表示：【例】起始频率10Hz，终止频率500Hz，则这个频率范围内有5.64个倍频程。扫频速度1oct/min的话，即10Hz扫频到500Hz，可以判断出需要时间为5.64分钟。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

为促进电子显微学研究、电镜应用技术交流，打破时空壁垒，仪器信息网邀请电子显微学领域研究、技术、应用专家，以约稿分享形式，与大家共享电子显微学相关研究、技术、应用进展及经验等。同时，每期约稿将在仪器信息网社区电子显微镜版块发布对应互动贴，便于约稿专家、网友线上沟通互动。专家约稿招募：若您有电子显微学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎邮件投稿或沟通（邮箱：yanglz@instrument.com.cn）。本期将分享张承青老师为大家整理的关于电镜实验室环境对电镜的影响的系列约稿经验分享，以下为系列之六，以飨读者。（本文经授权发布,分享内容为作者个人观点, 仅供读者学习参考,不代表本网观点）系列之六 低频振动环境改善《外部振动对电子显微镜的影响及处理》一文第一稿于2010年1月完成，本篇主要内容来自该文。以前从未署名投稿，本次做了一些补充修改，第一次署名。还是怕产生误解，再说明一下吧。首先我们来探讨一下电镜实验室低频振动的形成原因。在室外，如马路上、室外篮球场、操场等环境本人都曾经尝试过检测低频振动并试图发现是否存在共性。遗憾的是，从0到125赫兹频率范围内，1/3倍频程测试的包络线来看，不同的地方基本没有共性，所以结论是：这些室外环境的低频振动主要由环境物理振动产生，包括火车汽车、潮汐海浪、江河水流、远处的地下施工、甚至可能还有地球的物理震动等等。低频振动频率低、波长长，所以可以传递到很远地方而衰减不多。那么，建筑物内的低频振动是不是也是这个原因呢？大量的实测数据却显示建筑物内的低频振动主要不是由某处（不管是不是在同一建筑物内）传递过来的，而是主要由建筑物自身谐振造成的（一开始我自己也怀疑这个观点是否正确，带着疑问又继续收集归纳和总结了一百多个场地测试数据，最后还是只有用“建筑物自身谐振”来解释电镜实验室的低频振动才能说得通。实例1：多次开/关近旁的小型振动源，发现对测试结果基本没有影响，相信是牛顿第二定律F=ma所揭示的客观规律：振动源功率（F）太小，无法撼动数千吨的建筑、不能引发谐振。实例2：（实际上这不是某一次测试，许多次的测试都是同样结论，为叙述方便，都归纳到一个实例中）：哈尔滨某大学一楼（无地下室）、二楼、四楼、六楼和八楼的测试中发现，楼层越高振大；实例3：在苏州某半导体公司厂房内（二楼，该厂房结构粗大，相当结实）做对比测试：分别在柱边、墙边、梁边和房间正中央（该室约六十平方米，接近正方形）测试振动，结果惊讶地发现：基本相同！后来在不同城市不同建筑内测试，情况都是这样！实例4：很多测试都有一个共同结果，就是3～8Hz的振幅包络线产生一个峰值，其它频段则不然（或是没有峰值，或是峰值段无规律）。经向一位退休建筑师请教（当年天天坐公交车上班认识的，祝老先生健康长寿），我们分析是由于我国工民建标准造成，梁柱板墙规格、混凝土砂浆比例、进深开间配筋等等，这些因素致使3～8Hz的谐振构成谐振峰！实测数据还推翻了之前我以为房间中间振动会比其它地方大的错误认识，并且进而得出“低频微振是整个楼房的谐振”这一推论。在所谓“条式楼”的测试中也多次发现沿楼房长轴方向的水平振动，明显会比短轴方向小；实例5：在某大学一楼（无地下室）、二楼、四楼、六楼和八楼的测试中发现，楼层越高振大；结论：多次测试结果都证明，低频振动主要是由该建筑的谐振造成。中国的工民建规范基本一致（层高、进深、开间、梁柱截面、墙、地梁、筏板，等等），虽然有差别，但是不大，特别是对于低频谐振来说，大致可以找到共性。一般来说有如下规律：1.建筑平面形状为条式和点式的建筑，其低频谐振都比较大；其它如工字型、王字形、L形、八字形、H形、口字型、日字形等等低频谐振都较小；2.最常见的条式楼里沿长轴方向的振动往往明显比短轴方向小；3.同一建筑内，没有地下室的一楼振动最小，楼层高越高振动越差，有地下室的一楼振动与二楼接近，地下室最下层振动最小；4.垂直方向的振动比水平方向大且与所在楼层无关（当然是在同一楼层测试比较）；5.楼板越厚，则振动的垂直方向与水平方向相差越小（我曾经多次从测试数据成功推测出楼板厚度），绝大多数情况下振动的垂直方向比水平方向大；6.除非有某个大型振动源，同一层建筑的振动都基本相同，无论是房间中间，或者是靠近墙边、靠近柱子、横梁上方等各处，都基本一样（注意，即便在同一位置不动、间隔几分钟再测试，极可能数值都是不完全一样的，个别频点可以相差百分之五十以上）。好了，既然我们现在明白了低频振动的来源和特点，那就可以有针对性的采取改进措施和提前预估某环境的振动情况啦。由于改善低频振动成本较高，有时受环境条件限制，某些方法完全不能应用（参见下面的讨论），所以实际工作中，经常是选择/更换较好场地做电镜实验室来得事半功倍。下面我们讨论一下低频振动的影响和解决方案。20Hz以下的低频振动对电子显微镜的干扰影响很大，参见以下两图。图一 图二图一与图二是由同一台扫描电镜拍摄的高分辨图像（均为300kx）。但是因为存在振动干扰，图一的水平方向（分段）有明显的毛刺，并且图像的清晰度和分辨率明显下降。消除了振动干扰后得到同一样品的图像为图二（有没有“赏心悦目”的感觉？）。如果测试结果表明准备安装电镜的场所振动超标，则必须采取适当措施，否则电镜厂家不能保证电镜安装后的性能可以达到最佳设计标准。一般可以选择混凝土减震台（Anti-Vibration Foundation）、被动式减震器(Passive-Vibration Isolation Platform)、主动式减震器(Active-Vibration Isolation Platform)等几种方法来改善或解决。混凝土减震台需要现场施工，且必须采取特殊方法（底部和周围有弹性软垫层等），一般的土建施工方法有可能反而增加低频（20Hz以下）振动。施工中有大量土建材料进出难免影响周围环境。混凝土减震台的示意图见图三。图三质量在50吨左右的混凝土减震台，其减振效果一般可以达到2Hz以上约-2～-10dB。混凝土减震台的质量越大减振性越好，条件允许的情况下应尽可能大些（经多地多次实测，小于5吨的减震台在1～10Hz低频段内有谐振，反而增大了振动；小于20吨的基本无效，能够起到减振效果的须大于30吨，暂无30～40吨的数据，尽量不要低于50吨；北京某大学一两百吨减震台效果良好；重庆某研究所，地面混凝土直接做在巨大山石上，环境极差，但测得振动值极小）。在被动式减震器中，一般常用的橡胶、钢弹簧、空气弹簧（汽缸）等方式的减震器因为它们在20Hz以下的低频段效果很差，甚至往往由于谐振反而加大了振动，所以不考虑采用。只有磁力减震器的低频效果尚可，但是其性能还是远不如主动式减震器（与混凝土减震台的减振效果相近）。图四是几种减震方式的效果比较。图四 几种减震方式的振动传输特性比较仔细观察图四，我们有以下结论：1．碳素钢弹簧的谐振频率（fh）大约为50Hz，在70Hz以下的低频段不但没有减震效果，反而由于谐振而加大了震动。橡胶垫的fh大约为25Hz，在35Hz以下的低频段不但没有减震效果，反而由于谐振而加大了震动。2．小于5吨的混凝土减震台在10Hz以下有谐振加大振动，还不如不做。3．空气弹簧的fh大约在15Hz左右，在25 Hz以上有较好的减震性，在40 Hz以上有良好的减震性，所以被广泛应用于光学平台等精密仪器设备的减震。但是它在20 Hz以下同样有较大的谐振，所以不宜作为电镜减震的选项（有些电镜内部采用空气弹簧减震，相信那是不得已而为之）。在做低频减震处理时，以上几种减震方式不要考虑选用。4．磁力减震器低频减震效果尚可，要求不高的情况下可以选用。5．各种主动式减震器效果都是相当好的。它们的谐振频率可以低到1 Hz以下，2～10Hz的减震效果可以达到-10～-22dB，非常适用于对低频段减震要求较高的场合。（据说最新科技产品“超级橡胶”有具良好减震性能，看到电视上说已在港珠澳大桥上应用，很想能搞一小块来测试一下是否可以应用在电镜方面，但是朋友答应的样品迄今不见踪影。有人能帮我搞块样品吗？先谢了。）一般我们认为，对于电镜来说20 Hz以下的低频振动影响大并且难以防范。由于绝大多数人不能感受到20 Hz以下的低频振动，所以经常发生明明有较大的低频振动，却因为感觉不到而误认为没有什么振动。被动式减震是利用减震设施的质量、固有振动传递特性等物理性能来达到隔阻和减弱外部振动对电镜的影响。被动式减震器的工作原理可参考图五。图五主动式减震器的工作原理与被动式相比有很大差异。各种类型的主动式减震器工作原理基本相同，都是由一个三维探测器检测到三维方向传来的外部振动后，由PID控制器发出等幅反相的控制信号，再由执行机构产生等幅反相的内部振动来抵消（或减弱）外部振动的干扰。主动式减震器的工作原理可参考图六。图六主动式减震器一般常用的有压电陶瓷式、空气式、电磁式等。它们的区别主要是执行机构不同，而三维探测器和PID控制器基本都大同小异。压电陶瓷式：利用压电陶瓷的晶体压电效应产生等幅反相的三维内部振动。空气式：由PID控制器控制进（排）气阀，连续可控的压缩空气在特殊的汽缸内产生等幅反相的三维内部振动。电磁式：PID控制器分接控制三组电磁铁产生等幅反相的三维内部振动。主动式减震器的减振效果可以达到20Hz以上约-22～-28dB（实测过许多号称可以达到-38dB的，但是，只能说：抱歉）。不同形式的主动式减震器价格亦有较大的差异。各种减震器一般在电镜就位安装之前准备好，与电镜同时安装。另外在某些特定的条件下，减震沟也可以取得较好的减震效果。图七是减震沟有效的情形。图七 图八是减震沟无效的情形。 图八一般来说，减震沟越深减振效果越好（减震沟宽度对减振效果影响不大）。常见的几种减震方法对比参见下表：电镜减震，与处理桥梁、楼宇、风振、地震等有些共通之处，但是区别更大，绝不能生搬硬套。目前国家在低频微震领域还没有必须的相关理论依据、设计规范、设计标准、设计案例、各个工民建设计单位基本都没有配备专业检测仪器，所以，和前面讨论过的低频电磁屏蔽一样，当前没有“有资质的设计部门”来做专业设计。2020.11张承青作者简介作者张承青，退休前在某电镜公司工作多年，曾经做过约两千个（次）电镜环境调查、测试，参与多个电镜实验室设计及改造设计规划，在低频电磁环境改善和低频振动改善等方面有些体会，迄今仍在这些方面继续探索。附1：张承青系列约稿互动贴链接（点击留言，与张老师留言互动）： https://bbs.instrument.com.cn/topic/7655934_1附2：张承青系列约稿发布回顾拟定主题发布时间文章链接序言 电镜实验室环境对电镜的影响2020年10月13日链接系列之一 电子显微镜实验室环境调查的必要性2020年10月15日链接系列之二 电镜实验室的电磁环境改善2020年10月20日链接系列之三 低 频 电 磁 屏 蔽 实 践2020年10月22日链接系列之四 主动式低频消磁系统2020年10月27日链接系列之五 几种改善电磁环境方法比较2020年10月29日链接系列之六 低频振动环境改善2020年11月3日链接系列之七 谈谈电子显微镜的接地2020年11月5日链接系列之八 温度湿度和风速噪声2020年11月11日链接… … … … … … 附3：相关专家系列约稿安徽大学林中清扫描电镜系列约稿

一、中国振动试验设备制造业经营模式分析 　　振动试验设备属于定制化产品，并广泛应用于国民经济各行业，市场化程度较高。新订单的获取主要通过招投标或供求双方谈判的方式确定，并按照订单规定的型号、技术及性能指标进行生产。原材料及零部件的采购均依据相应的订单及生产计划、按照市场化方式进行。振动试验设备的定价主要基于不同型号产品的生产成本、技术规格和配置以及市场供求等因素，通过双方价格协商谈判确定。 　　试验服务主要客户亦广泛分布在国民经济各领域，经营模式依不同类别实验室自身服务对象和经营目的的不同而有所不同。以本公司苏州广博实验室为代表的为社会提供环境与可靠性试验服务的第三方专业实验室，其试验设备的采购、试验服务的定价及试验业务的承揽均按照市场化方式进行。 　　市场供求状况及变动原因 　　1、试验设备市场 　　我国振动试验设备市场整体上处于快速发展期。一方面随着国家财政科研支出的不断增长、我国工业制造水平的整体产业升级和企业研发投入增加，以及国家对航空航天、轨道交通等与国民经济密切相关的战略性行业的大力发展，振动试验设备的需求稳步提升 另一方面，由于本行业具有较高的进入壁垒，行业内的供应商数量及总产能较为有限，市场份额主要集中在包括本公司在内的几家规模较大的厂商。 　　从具体产品细分市场上来看，国内厂商电动振动试验系统的生产技术较为成熟，因此电动振动试验系统的国产产品选择较为丰富，市场供求相对平衡 而对于液压振动试验系统，目前市场主要由外资品牌占据，单件振动试验设备的售价较高，随着汶川地震和日本大地震福岛核泄漏事件后我国对建筑、桥梁及核电领域的抗震意识及要求不断提升，市场对价格相对较低的国产品牌液压振动试验设备的需求不断上升，而国内厂商目前仅能生产中低端的产品，无法充分满足国内市场对于高端复杂的液压振动试验设备的需求。 　　2、试验服务市场 　　近年来，随着我国国民经济的持续增长、社会整体研发投入的不断增加以及市场对产品质量及可靠性的要求不断提高，我国环境与可靠性试验市场容量持续快速增长。而与此同时，受限于资金、技术、人才等因素，我国环境与可靠性专业实验室的服务规模和能力无法充分满足日益增长的试验市场需求。 　　由于自建产品环境与可靠性实验室需要的资金及技术门槛较高，因此随着我国工业制造水平的日益发展，我国环境与可靠性试验服务市场面临试验能力供给的严重不足，一定程度上制约了我国制造业整体研发水平和工业产品性能可靠性的提升，尤其在大型设备及高精尖设备的环境与可靠性试验服务上，目前国内数量有限的专业实验室无法提供充分满足市场需求的试验服务能力。 　　二、行业的周期性、区域性和季节性特征 　　振动试验设备及环境与可靠性试验广泛应用于国民经济领域及科研院所，其行业景气度周期主要与我国国民经济整体的发展水平及研发投入密切相关 此外，试验设备及试验服务需求与我国的科研经费投入体制及科研项目研发周期有关，因此呈现一定的季节性。具体说来，受到我国科研经费年度预算制度及科研项目总结申报周期影响，本行业在每年下半年的业务量要高于上半年。 　　在需求的区域性分布上，由于我国国民经济产业分布均呈现一定的区域性特征，因此本公司所处行业的需求及客户分布也呈现一定的区域性，具体说来：电子电器及汽车行业需求主要集中在我国长三角及珠三角地区，航天企业及科研院校需求主要集中在环渤海地区及东北、西北、西南地区。 　　影响行业发展的有利和不利因素 　　1、影响行业发展的有利因素 　　(1)国家政策的大力扶持 　　振动试验设备的生产制造属于高端装备制造业，亦是提升我国整体科研实力和满足国防发展需要的重要的环境试验设备。进入二十一世纪以来国家持续出台相关政策，包括《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》、《装备制造业调整和振兴规划实施细则》、《国家&ldquo 十二五&rdquo 科学和技术发展规划》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年)》等鼓励本行业的发展。 　　环境与可靠性试验服务业系高技术服务行业的重要组成部分，对提升我国装备工业、消费品工业和电子信息工业等的产品质量与可靠性至关重要，大力发展环境与可靠性试验服务等高技术服务行业也是我国由制造业大国迈向服务业大国的经济发展战略转型的必然要求。因此我国在《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年)》、《产业结构调整指导目录(2011年)》等政策文件中均明确规定优先和鼓励发展高技术服务业。 　　(2)下游行业对环境及可靠性试验设备和服务的要求不断增长根据2011年11月工信部发布的《工业产品质量发展&ldquo 十二五&rdquo 规划》，到2015年，我国工业产品质量的总体水平将跃上一个新台阶：在装备工业领域，主要产品的质量与可靠性达到发达国家同类产品本世纪初的平均水平，售后服务质量与国际接轨 重要基础件、关键零部件、发动机和数控机床等重点产品的可靠性与使用寿命在现有基础上提升50% 在消费品工业领域，主要产品的质量、安全、卫生、环保与能耗指标全面达到国家、行业标准要求。新兴消费品与重点耐用消费品的质量、技术、标准与国际水平接轨，耐用消费品的售后服务质量显著改善 在电子信息工业领域，主要产品可靠性、安全性、电磁兼容性及技术性能、环保与能耗指标全面达到国家、行业标准要求。通用元器件、集成电路和软件等基础产品的质量水平进一步提升，基本满足下游及关联产业发展需要。重点消费电子产品的使用性能、可靠性与保障性达到国际同类产品水平。 　　未来五年，随着我国相关监管部门及终端消费者对产品和设备质量与可靠性的要求不断提升，下游行业制造企业在产品研发和生产过程中对产品环境与可靠性试验服务及设备的需求将持续增长。 　　(3)中国市场增长前景广阔，国内设备生产厂商具有广阔的发展空间中国是当前全球试验设备需求增长最为迅猛的市场，根据联合国的贸易统计及中国海关统计数据，中国试验机市场进口额占全球试验机出口贸易额的比重由2002年的7.82%上升至2010年13.22% 同时中国市场也成为国际试验设备生产厂商战略性拓展的新兴市场，根据2011年公司年报，国际领先的试验设备制造公司MTS系统公司亚洲区营业收入占到其当年总收入的39%。而在振动试验设备领域，2010年国产振动试验设备销售额仅占中国市场27.8%的市场份额，面对高速增长的中国试验设备及服务市场，国产厂商通过拓展产品种类、提升产品技术含量，其市场份额占有率具有广阔的上升发展空间。 　　2、影响行业发展的不利因素 　　随着中国市场近年来的快速增长，国际领先的振动试验设备及试验检测服务机构纷纷加强对中国市场的开拓。国外振动试验设备厂商，如美国MTS系统公司、日本IMV公司通过在NASDAQ和日本创业板上市获取了显著的资金优势，其依托数十年的技术研发积累，在品牌、资本、技术和人才等方面与国内厂商相比具有明显优势。此外，在国内液压振动试验设备及高加速寿命试验和应力筛选设备领域，进口产品目前处于主导地位，对国内厂商的业务拓展带来一定的竞争压力。 　　三、行业主要竞争壁垒 　　(1)技术壁垒 　　振动试验设备制造行业，集成了电磁学、电工电子学、自动控制、信息处理、精密机械、仪器仪表、计算机等多种现代科学与技术学科，是技术密集型行业。 　　随着近年来振动试验设备成为航空航天、科研、汽车、电子电器、轨道交通、石油开采、建筑等行业对产品可靠性进行评价与考核的基本手段，且其对国家科技与工业发展水平和国民经济安全至关重要，国际电工学会(IEC)、国际标准化组织(ISO)、国家标准化管理委员会(SAC)等都严格规定了振动试验设备制造、校准和应用的要求。在我国，对振动试验设备的量值传递、溯源、精度等级的测量，已具备一套比较完整的计量、校准体系，对于振动试验设备的产品设计、生产技术、制造工艺均有较高的要求。在国家知识产权保护日臻完善的今天，进入本行业具有很高的技术壁垒。 　　振动试验设备，包括电动式振动试验设备、液压式振动试验设备、机械式振动试验设备等，均有其独特的设计和生产制造技术，且振动试验设备是一个系统性的产品，零部件的设计水平及生产质量直接关系到该振动试验系统的整体技术性能。例如，电动式振动试验设备运动部件、励磁部件、短路环、减震悬挂、冷却回路以及激励电源和振动控制仪软件与硬件的设计和制造等，均需要长期的技术研发积累。除了专利技术以外，还需具备长期积淀的非公开专有技术和系统集成能力，这些都为新进入者形成了较高的技术壁垒。 　　在环境与可靠性试验服务领域，技术壁垒不仅体现在先进和全面的试验设备，更重要在于对试验技术、方法和经验的掌握以及试验人才的储备。试验技术的壁垒首先体现为对试验规范、标准的深入研究和了解：要通过试验检测出产品真实的环境适应性和使用可靠性，既需要掌握通用的规范及标准，又需要深入了解涉及到具体行业和产品所经受到的气候环境和诱发环境(如振动和冲击)的相关标准。此外，在对相关试验和检测标准理解的基础上，如何将规范、标准中规定的试验条件准确施加到被试验的样品上并避免对贵重样品造成损坏，以及对相关的试验结果作出准确的工程判断从而识别出产品瑕疵，对于实验室的整体技术实力和市场竞争力至关重要，而这些技术能力的获取需要长期的技术研发积累和强大的技术研发团队作为支撑。 　　(2)人才壁垒 　　振动试验设备及环境与可靠性试验是新兴的交叉学科：试验设备产品主要为定制化生产，具有&ldquo 小批量、多型号&rdquo 的特点 试验服务方案的设计及试验操作亦需要技术人员对环境与可靠性试验技术深入而广泛的了解，如车辆振动学、航空航天器动力学等。因此，本行业发展所需的大量技术人才目前尚无高校对口专业进行直接培养，更多依赖于相关行业技术人员进入本行业后的长期实践及在岗培训。此外，本行业产品及服务专业性较强、价格较高，要求公司管理及营销人员、客服人员对产品专业性具备较为深入的认识，新员工的培训成本较大。因此充足的人才储备是新竞争者进入本行业所面临的主要壁垒之一。 　　(3)资质壁垒 　　公司下属各实验室为客户提供环境与可靠性试验服务。根据国家质量监督检验检疫总局颁发的《实验室和检查机构资质认定管理办法》，国家鼓励实验室、检查机构取得经国家认监委确定的认可机构的认可，以保证其检测、校准和检查能力符合相关国际基本准则和通用要求，促进检测、校准和检查结果的国际互认。 　　由于环境与可靠性试验数据被广泛应用于国民经济各领域及科研机构，对于国家航天、核工业等重大工程项目及电子、汽车、仪器仪表、家用电器等行业产品质量及可靠性具有重大影响，因此在实践中，试验客户普遍要求从事环境与可靠性试验的第三方实验室具有经国家认可委员会颁发的实验室认可资质，并在经认可的能力范围内提供试验服务。 　　对于国防工业等对产品可靠性要求很高的领域，我国于2004年4月成立了中国国防科技工业实验室认可委员会，其依据制定的《检测实验室和校准实验室认可准则》并突出国防科技工业对检测和校准实验室的特殊要求，向符合其评审要求的实验室颁发&ldquo 国防实验室认可证书&rdquo 。该证书是相关实验室具有从事国防领域试验检测服务能力，并获得国防科技工业客户认可的重要证明。 　　这些资质的获取，均需要实验室满足严格的条件和程序，而获取这些资质后，实验室还需要通过定期和不定期的跟踪监督、复评审及验收。以实验室认可(CNAS)为例，实验室需满足国家认可委规定的通用认可规则、实验室基本认可准则、实验室专用认可规则、实验室认可应用准则及实验室认可指南等各项实验室认可规范，已建立完善的且正式运营超过6个月的质量管理体系并通过评审组的技术能力和质量管理活动现场评审后，才能获得认可证书。因此，业务资质是阻碍新竞争者进入本行业的重要壁垒。 　　(4)品牌认知及客户基础壁垒 　　力学环境试验设备具有单价高、产品技术复杂、使用周期长以及产品定制化的特点，对试验结果的公正性及可靠性具有重要影响，因此试验设备的品牌知名度及市场声誉便成为行业内企业获取订单并保持竞争优势的重要条件。出于客户集群的信号效应，新客户也往往倾向于选择具有优质客户群的设备生产厂商。 　　本行业下游航天、汽车等领域的知名厂商，在设备采购方面均具有严格的标准，设备供应商亦应列入其合格供应商名录，这需要一个较长期的建立业务互信的过程，因此对于新进入竞争者来说，建立品牌知名度及优质客户基础是其面临的主要进入壁垒。 　　四、市场竞争格局与市场化程度 　　(1)振动试验设备市场 　　振动试验设备行业具有技术密集型特点，行业内企业所生产的设备主要为订制产品，从前期的技术方案确定、到生产工艺及流程的控制以及售后的技术服务支持，需要强大的技术研发能力、长期的生产工艺积累及大量从业经验丰富的技术人员作为支撑，因此行业进入门槛较高，行业内的竞争者数量较少。国内的竞争者主要有苏州东菱振动试验仪器有限公司及北京航天希尔测试技术有限公司等 外资竞争对手主要有丹麦Brü el & Kj?r公司，美国UD公司，MTS系统公司及日本IMV公司等。 　　振动试验设备市场化程度较高，产品价格在一定程度上受到行业竞争水平的影响。在具体的产品细分市场领域，高端的振动试验系统主要由国外厂商占据 国内振动试验设备生产厂商在中低端电动振动试验系统领域的生产技术较为成熟，其市场份额主要集中在国内厂商 而液压振动试验系统由于生产技术及工艺较为复杂，且生产周期较长、投入较大，目前国内液压振动试验系统主要依赖进口。 　　(2)环境与可靠性试验服务市场 　　环境与可靠性试验广泛应用于航空航天、轨道交通、电子电器、汽车等行业，且试验的技术水平及准确性对产品性能的安全性及可靠性影响重大，因此，随着近年来下游行业的飞速发展，我国建立起了多层次的环境与可靠性试验专业实验室。 　　由于三类实验室的服务目标及对象有所不同，以及随着我国环境与可靠性试验需求近年来的高速增长，现有的各类实验室之间未存在明显的竞争。其中，第三方实验室具有立场独立、服务领域广泛的特点，其市场化程度较高，市场份额的集中度较低，试验业务的获取以及试验收费的结算主要按照一般市场化原则进行。

行业发展历史及技术水平 　　随着科技发展对工业产品高速化、智能化、大功率化等的要求不断提高，产品的结构越来越复杂、精度越来越高，相应地振动试验设备及环境与可靠性试验的作用和地位也更加重要。 　　1、国外振动试验设备与环境试验行业的发展历史及技术水平 　　国外振动试验设备制造业源起于二次世界大战前的三十年代。欧美发达国家根据一战期间军事装备的故障情况，提出了有针对性的大量模拟环境条件的试验方法，振动试验是其中重要的试验方法之一。二战后的六、七十年代，振动试验技术及振动试验设备得到了空前的发展，以美国军用标准系列(MIL)为例：近二十年来，该系列标准已将振动试验技术的关注点从单一环境应力、单轴单激励试验方法，转向多环境应力、多轴多激励试验方法 同时，各种试验方法从单一为军事工业服务逐步转向全面为各行业产品服务，促进了民用行业和国民经济的高速发展。 　　目前国外在环境与可靠性试验方面，除大量使用电动振动试验系统外，已广泛使用三轴同振振动试验系统(电动台或液压台)、三轴六自由度多台激励系统(电动台或液压台)、单轴多台并激系统(电动台或液压台)。在欧美发达国家的军事工业产品及高技术产品研发过程中，试验技术、试验方法是其绝密资料之一。资料显示，自上世纪九十年代初，美国在航天飞机的研发过程中便已应用了多轴多激励的振动试验技术。目前国外在航空航天和汽车制造等行业，还广泛运用振动带扭转、离心机带振动台复合运动试验设备 在研究建筑、桥梁、核电站设备抗震方面使用大型液压振动台(大位移、大负载、三轴六自由度系统)等。 　　随着环境试验技术的发展，国外已从单一的振动试验发展为多种环境条件的综合试验，此外，基于激发产品故障的新型试验设备高加速寿命试验和应力筛选系统也已广泛应用于电子、汽车、仪器设备、航空航天等领域。 　　2、我国振动试验设备与环境试验服务行业发展历史及技术水平 　　我国振动试验设备制造业起步于上世纪五十年代末六十年代初。随着国内大规模工业建设的兴起，引发了对振动试验设备的需求。振动试验设备制造行业的发展，与国内其他现代工业一样，经历了仿制、引进、消化、吸收、自主创新的不同阶段。由于欧美发达国家对我国振动试验技术、振动试验设备采取了较为严格的管制措施，使得产品试验需求长期得不到满足，严重影响了我国装备工业现代化的进程。1962年，本公司的业务前身苏州试验仪器厂成功研制了企业第一台电动振动台产品后，经过五十年的发展，已完成了从98N到392kN全系列电动振动试验设备及其他力学环境试验设备，为我国振动试验设备行业的发展做出了巨大贡献。 　　经过五十多年的发展，我国电动振动试验设备制造技术已日臻成熟和完善，除了能满足国内市场的需求外，还有部分产品出口满足国际市场的需求。但是，由于我国的振动试验设备制造行业起步晚、起点低，与欧美发达国家相比，目前仍有较大的差距。这些差距主要表现在多应力集成的大型试验系统研发能力不足，以及多应力、多轴多激励复杂试验技术的研究投入较少等。因此在高端产品领域，如多应力复合、多轴多激励等试验设备，目前国内的需求还主要依赖进口产品。此外，在液压振动台领域，由于其生产工艺较为复杂、资本投入金额较大，目前国内厂商液压振动台的生产水平相对落后。 　　在环境与可靠性试验方面，我国相关领域的实验室目前已可以从事环境与可靠性领域的主要试验检测项目，但在试验方法及试验技术的研究上，与国外相比仍存在一定差距。比如，为避免装备在结构最低共振频率上过试验或欠试验，国外通行的试验方法需在振动台、夹具、试件中间安装动态力传感器以将振动台的运动由力传感器反馈控制，以再现外场实测的界面力，而目前国内振动试验中较少采用此试验方法。我国环境与可靠性试验行业对于试验方法及试验技术的持续研究和改进，对于提升我国工业产品的环境适应性与性能可靠性水平至关重要。

振动试验基础系列文章主要针对刚入行的振动试验人员，介绍振动试验的基础知识，主要内容有必要的数学和物理知识、振动试验的概要、振动试验设备系统构成、振动试验设备的选择、常见振动试验条件说明、理论和实践测试要求。希望通过本专辑文章的介绍，对初入行业者有一定的帮助。主要文章如下：01．振动试验基础1--必要的数学和物理知识102．振动试验基础1--必要的数学和物理知识203．振动试验基础2--什么是振动，振动的种类04．振动试验基础2--振动试验的几个用语05．振动试验基础2--电动型振动试验机的构成06．振动试验基础2--加速度传感器介绍07．振动试验基础3--振动试验机的选择及试验可否判断要素08．振动试验基础3--振动试验机的选择及试验可否判断要素　加振力计算（垂直、水平）09．振动试验基础4--试验条件内容介绍之正弦试验10．振动试验基础4--试验条件内容介绍之随机试验11．振动试验基础4--试验条件内容介绍之冲击试验12．振动试验基础4--试验条件内容介绍之特殊试验1　RSTD、SOS、SOR、ROR13. 振动试验基础4--试验条件内容介绍之特殊试验2　TWR、sinebeat、sineburst、非高斯随机试验14. 振动试验基础5 理论测试题15. 振动试验基础5 理论测试题参考答案16. 振动试验基础6 实践操作题作者简介：薛峰，IMV株式会社上海代表处，技术经理。工学硕士，振动试验行业海外工作近20年，主要从事IMV振动试验系统的售前及售后工作，具有一定的振动试验测试能力和分析经验。独立运营原创微信公众号“振动试验学习笔记”，发表学习笔记近80篇，尽力普及振动试验基础，分享内容包括振动试验系统、振动试验、振动信号处理等知识，订阅用户已超过5000名。

我站承担的2007年度环保公益性项目—“噪声自动监测系统与应用研究”课题，通过环保部项目验收，得到好评。 　　本项目开展了噪声自动监测点位优化与布设、监测数据有效性、监测结果评价及噪声自动监测系统技术指标等关键技术的研究，取得了多项科研成果。项目成果在北京奥运会、上海世博会及呼和浩特市、珠海市等城市噪声自动监测系统建设与研究中得到应用。项目系统提出了适合我国的噪声自动监测技术体系，编制并颁布实施了《功能区声环境质量自动监测技术规定(暂行)》和《环境噪声自动监测系统技术要求(暂行)》。 　　本研究较全面的解决了我国噪声自动监测的技术问题，为我国实施噪声自动监测进行了技术储备，为后续建立噪声自动监测国家标准打下了基础。研究成果基础性、应用性强，不仅可推进我国噪声监测自动化进程，也为我国环保标准、规范的制修订以及环保规划、政策、法规制定等提供了技术支撑。

一、选择题参考答案（一题5分，共60分，闭卷）二、计算题（开卷，可参考培训资料；有小数点的场合，小数点后保留三位）问题1-1：10Hz～500Hz的频率范围内有几个octave(倍频程)？（3分）解：问题1-2：5Hz～1000Hz的频率范围内有几个decade（十倍频程）？（3分）解：问题2-1：频率33Hz，振动次数10⁷次的正弦定频试验，大概需要多少小时？（3分）解：问题2-2：10Hz～500Hz的频率范围，扫频速度1oct/min的单程扫频，振动次数大概是多少次？（3分）解：这个计算值和ln2的取值有很大关系，若小数点后面多取几位，比如取ln2为0.6931时，次数变为42415.234次。实际中以振动控制仪中的计算为准。问题３：有下列随机试验的PSD两种，请计算各PSD的加速度rms值。（PSD１：3分，PSD2：5分）PSD１：解：PSD２：横轴（3～300、单位Hz）、纵轴（0～10、单位（m/s²）²/Hz）A（3，2）、B（60，2）、C（300，0.5）、O（3，0）、D（60，0）、E（300，0）解：① 长方形AODB面积S1② 梯形BCED面积S2这个梯形的面积不可以直线坐标系下的面积公式计算，因为是在对数坐标系下。用梯形面积计算公式计算的，数值有差别，也可算对。③问题４：压电式加速度传感器型号2353B，灵敏度0.200pC/（m/s²），传感器电容890pF，同轴电缆电容260pF，加速度650m/s²检测时，对应的输出电压是多少mV？（5分）解：可以思考一下，为什么同轴电缆的电容影响可以不考虑进去？问题５：准备使用① 40kN的振动试验机，各扩展台面的固定孔为10mm的螺孔；② 垂直扩展台台面尺寸600mm☓600mm，垂直加振时使用（质量40kg，共振频率2000Hz）；③ 试验条件：正弦定频试验 频率f=10Hz　加速度10G；④ 试验体（含夹具）质量：45kg；⑤ 水平滑台台面尺寸600mm☓600mm质量（含动圈和牛头等质量）：140kg，不用垂直扩展台。5-1 垂直振动时，需要多大的加振力（推力）？（3分）从推力上看，垂直时能否对应上面试验条件？（1分）解：在这里故意埋了个坑，细心的读者应该发现了，就是没有告知振动台动圈的质量。主要是增加记忆，希望读者在计算推力的时候一定要搞清楚动圈的质量，重中之重！需要查询设备的产品目录，得到动圈的质量。如果某公司产品目录中没有动圈质量或者设备式样书不告知客户动圈质量，采购设备时，这样的公司基本上可以不需要考虑。通过查询，可得到动圈质量为35kg，厂家不同，质量也不同。5-2 水平加振时，需要多大的推力？（3分）从推力上看，水平时能否对应上面试验条件？（1分）解：5-3 该试验条件的位移是多少mm（o-p）？（４分）解：上述计算结果，单位移（振幅）在24.87mm，为了避免试验中出现过位移报警，建议此试验在大位移（76mmp-p或100mmp-p）的振动台上进行。5-4 客户要求，固定夹具只能使用M12×30的螺钉，此时该振动试验机能否对应？（1分）若能对应请说明理由，若不能对应请提供解决方案。（2分）解：由于扩张台面都是φ10mm的固定螺孔，而固定夹具只能使用M12的螺钉，故固定螺钉和螺孔不能匹配，暂时无法进行试验。需要增加转接板，建议材质使用铝合金，根据夹具的图纸合理设计布局固定在台面上的通孔和固定试验体及夹具的螺孔。且转接板质量不能超过以下计算值的最小值。垂直加振时，转接板质量为x千克，则水平加振时，转接板质量为y千克，则由此可见，只要转接板质量满足194.789千克以下，就不会过载加振，实际应用中估计也就20kg就能满足了。当然，夹具设计中的避免共振点等问题，又是另外一个复杂问题，不再赘述。总结：对于参考答案中的公式和说明，如果都能看懂和更深一层理解的话，恭喜您，出师了！若一知半解的话，还需要继续努力哦！觉得太简单的，请绕道走！接下来还将提供一套实际操作的考试题，供大家参考学习，从而给《振动试验基础》来进行收尾，敬请期待！备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

《振动试验基础》专辑推出后，得到了大家的好评，在此再次感谢各位的支持和帮助。订阅用户反映《振动试验基础》主要理论基础涉及较多，对振动试验装置方面说明较少，所以《振动试验入门》专辑经过酝酿，开始提笔，争取在今年内陆续推出。《振动试验入门》主要含以下三方面的内容：1、振动试验装置基础知识。涉及振动试验装置系统构成、动作原理和构造、主要专业用语、试验种类介绍等方面。2、振动试验装置导入安装注意事项。涉及装置防振、防噪音对策、均匀度和横纵比、夹具评价、加速度传感器安装等方面。3、其他相关事项。比如加速度传感器构造、许可偏心力矩等方面。适合学习对象为：1、对振动试验没有经验的或者有些许经验者；2、振动试验装置的销售人员；3、振动试验装置厂家新入员工等。特别是对振动试验不熟，或者对振动试验听都没有听过的人员，操作振动试验装置需要注意哪些事项，通过本专辑学习后，能有所理解。本专辑中也有一些比较难理解的公式，可能不知道其是如何推导而来，只要会活用即可，对试验实施没有影响，故不必深究。作者简介：薛峰，IMV株式会社上海代表处，技术经理。工学硕士，振动试验行业海外工作近20年，主要从事IMV振动试验系统的售前及售后工作，具有一定的振动试验测试能力和分析经验。独立运营原创微信公众号“振动试验学习笔记”，发表学习笔记近80篇，尽力普及振动试验基础，分享内容包括振动试验系统、振动试验、振动信号处理等知识，订阅用户已超过5000名。

本文主要介绍典型的振动与冲击试验条件内容——正弦试验，希望初入者对其有一定的认识。典型振动与冲击试验分类正弦定频（spot）试验正弦扫频（sweep）试验扫频方式：直线扫频、对数扫频★直线扫频Vl =(f2-f1)/TVl：扫频速度（Hz/s）f2：扫描频率上限（Hz）f1：扫描频率下限（Hz）　T：扫描时间（s）振动次数：C=f1・T+0.5V1・T2（回）（T≦（f2-f1）/ Vl ）例：10Hz～1000Hz直线扫描、扫频速度100Hz/s、来回一次、扫频时间需要多少秒？去路 T=(1000-10)/100=9.9s来回 9.9×2=19.8秒★对数扫频R = Roct/T (二倍频)= [ log(f2/f1)/log2] /TR：扫频速度（oct/min）f2：扫描频率上限（Hz）f1：扫描频率下限（Hz）　T：对数扫描时间（min）振动次数：C=60(f2-f1)/(ln2・R)回或者 R=Rdec/T（十倍频很少用到，不做叙述。）例：10Hz～1000Hz对数扫描、扫频速度2oct/min、来回一次、扫频时间需要多少秒？Roct= log(1000/10)/log2 = 2/log2 oct　　去路 T=2/log2/2 = 1/log2 min来回 1/log2×2=6.645 分总结：以上试验条件内容加上振动方向、加速度传感器控制和检测通道数、试验体质量等信息，便构成了基本的正弦试验条件内容，从来通过试验内容来选择合适经济的振动台。正弦振动是振动试验的基础，在几十年前由于科学技术的落后，只能通过简单的正弦试验来进行，沿用至今。现今随着随机振动试验技术的成熟，大有被其代替的趋势。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

随着科学技术的发展，越来越多的研究人员希望在低温下进行量子光学实验，但却没有空间放置占用几立方米宝贵实验室空间的大型低温恒温器。针对此问题，国际知名低温显微镜领域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。attoDRY800xs将attoDRY800的革命性概念提升到了一个新的水平，成为量子光学实验中紧凑的平台。该平台可定制低温护罩，配备您想要的光学设置，集成到光学平板中。attoDRY800xs是有史以来个立的光学低温恒温器，低温样品空间地嵌入到一个无障碍的工作空间中。图1. 全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。 根据典型配置，我们设计了几种标准真空罩和冷屏，它们在定位器、样品架、工作距离和目标方面进行了优化。图2为可配置的低温物镜兼容真空罩，该真空罩内可配置attocube有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台。如果仍然不够，可以根据用户的技术要求和偏好定制桌面上方的任何内容。图2：低温物镜兼容真空罩。 尽管设计紧凑，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振动性。图3中激光干涉仪直接测量冷头位置的振动，垂直方向的峰间振动小于2纳米（3纳米），而在横向上低于10纳米（40纳米），带宽为200赫兹（1500赫兹）。图3. attoDRY800xs样品区域振动水平测试结果 紧凑的光学低温恒温器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有关键优势，例如类似的低振动性能、通过可定制的真空护罩实现的多功能性，以及自动温度控制、气体处理和远程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光学平板上建立一个立的实验，也可以将其放置在现有较大的光学台附近，光学元件之间进行光纤耦合。简而言之， attoDRY800xs为您的科学研究提供一个小型紧凑但功能依然强大的光学低温平台。 attoDRY800xs主要技术特点：☛ 只需要17英寸x28英寸的实验室空间☛ 光学面包架和闭式循环低温恒温器地结合在一起☛ 宽温度范围（3.8 K… 300 K）☛ 用户友好、多功能、模块化☛ 与低温消色差物镜兼容☛ 可定制的真空罩☛ 与典型光学桌的高度相同☛ 自动温度控制☛ 包含36根直流电线attoDRY800应用案例：1. InGaN量子点作为单光子源的提升与改进 虽然量子点通常被认为是单光子源的佳候选，但它们的实际性能在很大程度上取决于化学成分。在氮化物量子点的特殊情况下，一方面它们即使在温度高达350 K的情况下可以发射单光子，另一方面它们的发射会显著加宽。为了了解优化其性能的佳方法，Robert Taylor小组（英国牛津大学）对InGaN量子点的光致发光进行了广泛的研究，发现在非性平面上生长的量子点与性氮化物点相比，光谱扩散率降低，寿命显著缩短。由于在配备有ANPxyz101位移台的attoDRY800低温恒温器中进行了低温光致发光测量，这些发现得以实现。【参考】Robert A. Taylor, et al Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281 2. 悬浮纳米颗粒的量子控制 attoDRY800不仅能够为量子光学实验提供一个无障碍的实验平台，而且还可以确保非常干净的高真空条件。Lukas Novotny（瑞士苏黎世ETH）团队出色地利用了这些特性，他们次在低温环境中光学悬浮介电纳米颗粒，并实现了对其运动的量子控制。由于在低温环境中抑制气体碰撞和黑体光子发射所提供的低水平的退相干，从而允许将粒子的运动反馈冷却到量子基态，从而实现了这些结果，反馈控制依赖于粒子位置的无腔光学测量，该测量接近海森堡关系的小值，在2倍以内。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事会2021年的年度报告中有所体现。【参考】Lukas Novotny, et al Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021) 3. 增强单光子量子密钥分配 按下按钮即可发射单光子的工程量子光源是量子通信协议的基本组件。为了大限度地提高量子密钥分发的预期安全密钥和通信距离，柏林理工大学（德国柏林）的Tobias Heindel团队开发了一些工具，以优化使用此类工程单光子发射器实现的量子密钥分发性能。利用二维时间滤波，可以优化预期的安全密钥以及通信距离。该小组在一个基本的量子密钥分发试验台上完成了他们的常规工作，该试验台包括一个量子点装置，该装置向一个四端口接收器发送单光子脉冲，分析飞行量子比特的化状态。单光子源安装在光学attoDRY800光学恒温器的冷台上，冷台与光学平台的集成为光学平台上的冷点提供了简单的解决方案。该团队的方法进一步证明了通过光子统计进行实时安全监控，这是量子通信安全认证的重要一步。【参考】Tobias Heindel, et al Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020) 4. 易于使用的单光子实验平台 有效地产生单个、不可区分的光子对于光学量子信息处理的发展至关重要。具体而言，按需创建单光子的探索仅限于某些类型的源和技术。为了实现这一目标，Quandela公司提供光学配件和先进的固态源设备，这些设备每秒可发射数百万个量子纯光子。将attocube的闭式循环低温恒温器attoDRY800与Quandela的半导体量子点发射器相结合，可为复杂的实验和协议提供可靠且易于使用的先进固态单光子源。通过这种稳健的设置，很容易使用单光子源按需生成零、一或两个光子的量子叠加加速芯片多光子实验，并证明该技术可用于大规模制造相同的源。【参考】J. C. Loredo, et al Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics ,13, 803–808(2019) 5. 高压下的纳米量子传感器 压力会影响从行星内部的性质到量子力学相位之间的转换等现象。然而，在高压实验装置（如金刚石砧座单元）中产生的巨大应力梯度限制了大多数常规光谱学技术的应用。为了应对这一挑战，由三个小组（按字母顺序）立开发了一种新型纳米传感平台：Jean-Francois Roch小组（法国巴黎大学）、Sen Yang小组（中国香港中文大学）和Norman Yao小组（美国加州大学伯克利分校）。研究人员利用集成在砧座单元中的量子自旋缺陷，在端压力和温度下以衍射限的空间分辨率检测到了微小信号。为此，Norman Yao及其同事使用了台式集成闭合循环attoDRY800低温恒温器，这是快速控制金刚石砧座温度的理想平台，同时提供了大的样品室和自由光束通道。【参考】N.Y.Yao, et al Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354 6. 低温拉曼研究气相沉积的二维材料NiI2晶体磁学性质 范德瓦尔斯磁性材料的发现引起了材料科学和自旋电子学界的大关注。制备原子厚度以下的超薄磁性层是一项具有挑战性的工作。纳米科学中心的谢黎明研究员团队报道了气相沉积的NiI2范德华晶体，在SiO2/Si衬底上生长的二维NiI2薄片为5−40纳米，在六角氮化硼（h-BN）上可生长原子层厚度的晶体。随温度变化的拉曼光谱揭示了生长的二维NiI2晶体中的磁性相变。该研究工作使用attoDRY800光学低温恒温器进行了样品冷却，低温物镜（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信号采集。这项工作为外延二维磁性过渡金属卤化物提供了一种可行的方法，也为自旋电子器件提供了原子层厚度的材料。【参考】Liming XIE, et al Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2 Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551. 7. 范德华异质结构中局域层间激子间的偶相互作用 虽然自由空间中的光子几乎没有相互作用，但物质可以调解它们之间的相互作用，从而产生光学非线性。这种单量子水平上的相互作用会导致现场光子排斥，对于基于光子的量子信息处理和实现光的强相互作用多体态至关重要。美国Ajit Srivastava课题组报道了异质双层MoSe2/WSe2中电场可调的局部化层间激子之间的排斥偶-偶相互作用。具有平面外非振荡偶矩的单个局部化激子的存在将二激发的能量增加约2 meV：大于发射线宽的一个数量，对应于约7 nm的偶间距离。样品被装入闭循环低温恒温器attoDRY800中，课题组自制了低温（~ 4K）显微镜进行PL测量。在较高的激发功率下，多激子络合物以较高的系统能量出现。该发现是朝着创建激子少体和多体态迈出的一步，例如范德华异质结构中具有自旋谷旋量的偶晶体。 【参考】Ajit Srivastava, et al Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020) 8. 单层WS2范德华异质结构腔中的光吸收 单层过渡金属二卤化物（TMD）中的激子控制着它们的光学响应并显示出由寿命限制的光−物质强相互作用。虽然各种方法已被应用于增强TMD中的光激子相互作用，但所达到的强度远远不足，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。西班牙Koppens课题组介绍了一种基于TMD的范德瓦尔斯异质结构腔，它提供了在超低激发功率下观察到的近100%激子吸收和激子复合物发射。低温恒温器attoDRY800为光谱吸收实验提供了不同的温度条件（4K-300K）。实验的结果与描述光的激子−空腔相互作用的量子理论框架完全一致。研究发现，辐射、非辐射和退相衰变率之间的微妙相互作用起着至关重要的作用，并揭示了二维系统中激子的普遍吸收定律。此增强型光−激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了一个平台，为基于二维半导体的光电子器件提供了新的可能性。 【参考】Frank H. L. Koppens, et al Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2 Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

振动试验目的满足产品的高性能、高品质、高可靠性要求。产品在其寿命周期内会受到各种各样的振动，必须在产品设计和制造阶段考虑振动的影响。特别是对大量制造的产品、不允许有故障的产品等。产品没有经过振动试验验证而制造，产生故障后，对顾客对厂家都会造成金钱损失，失去信任，比如汽车零部件行业等。振动试验装置系统是什么？振动试验装置系统主要包含以下几个部分，如下图。1 振动试验机（含冷却装置）；2 功放；3 振动控制仪；4 加速度传感器（控制用）。振动控制仪中输入试验条件，产生振动波形，功放放大后，驱动振动试验机振动，加速度传感器感知加速度量级，反馈给振动控制仪，实现振动控制，振动试验机运行产生的热量，冷却装置对应冷却。振动试验实施时需要什么？※ 振动试验装置※ 振动试验条件※ 试验体（被试验品，含夹具）1 振动试验装置 根据试验条件、试验体形状质量等来选择振动试验装置，特别需要注意以下几个概念，如最大加振力、频率范围、最大加速度、最大速度、最大位移、最大搭载质量等。2 振动试验条件 各个产品有其各自适合的试验条件，有各种各样的规格进行选择，如GB、GJB、IEC、ISO、JIS、MIL等。特殊情况下，可根据测定产品的振动环境，决定其独自的试验条件。 需要注意，按照试验条件进行试验时，会产生过试验和欠试验现象。过试验就是实际试验条件超出要求试验条件（比如加速度量级变大），对试验体实施过剩试验，导致本来不该出现的故障反而发生。欠试验即实际试验条件低于要求试验条件（比如加速度量级变小），导致本来预测发生的故障没有被激发出来。所以，对试验条件或试验情况需要充分研究，根据数据，慢慢加以改善试验条件（学者研究）。3 试验体为了使试验体更好地固定在振动台面上，达到刚性连接，需要使用振动夹具。振动夹具需要满足完全传递振动，将振动试验机产生的振动完完全全地传递给试验体。然而这是一种理想要求，实际上夹具完全传递振动是很难的，特别是在500Hz以上的频率，所以需要对振动夹具进行不停的评价，不断地改良夹具（夹具设计）。在对振动夹具评价的同时，也需要注意加速度传感器的安装和安装位置的选择。安装位置不同，对试验内容有不同的影响，下文别章叙述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

主动隔振台在现代科技和工业领域中扮演着重要角色。随着科技的进步，对测量精度和制造质量的要求不断提高，传统的被动隔振台已难以满足这些需求。主动隔振台以其优越的隔振性能和快速响应能力，广泛应用于科学研究、工业生产和高科技领域。科学研究领域在科学研究中，尤其是涉及纳米技术、微电子学和高分辨率显微镜的实验中，环境振动会极大地影响实验结果的精度。主动隔振台能够提供超低频率范围内的优异隔振性能，确保实验设备在极其稳定的环境中运行。其快速稳定时间和高固有刚度使得实验设备能够在极短时间内达到稳定状态，大大提高了实验效率和数据的可靠性。工业生产领域在精密制造和加工过程中，如半导体制造、光学仪器生产和超精密加工，环境振动同样是一个关键问题。主动隔振台通过即时产生反作用力来抵消振动，提供卓越的振动隔离效果。其宽带隔振能力和多自由度隔振功能，确保了生产设备在各种振动频率和方向上的稳定性。这不仅提高了生产精度和产品质量，还减少了设备的磨损和维护成本。医疗和生物科技领域在医疗和生物科技领域，如显微手术、医学成像和生物实验，环境振动对操作精度和成像质量的影响尤为显著。主动隔振台的高稳定性和快速响应能力，使得这些精密操作和实验能够在极为稳定的环境中进行，从而保证了操作的成功率和实验结果的准确性。其简单的操作方式和无需压缩空气的设计，进一步提高了使用的便利性和安全性。建筑振动隔离在建筑工程中，特别是高精度测量设备安装的建筑物，如天文台、精密实验室和高科技研究机构，主动隔振台也得到了广泛应用。它们能够有效隔离来自建筑物和外部环境的振动，确保高精度设备在最佳条件下运行。其标准化产品和定制化解决方案，满足了不同建筑环境和设备的特殊需求，提供了可靠的振动隔离保障。茂默科学在此推荐欧库睿因i4系列 桌面式主动隔振系统无低频共振：相较于气囊式被动隔振台，主动隔振台在低频范围内也能提供出色的隔振性能。超快稳定时间：稳定时间低至0.3秒，而普通被动隔振台的稳定时间为30秒-60秒。宽带隔振：主动隔振台的带宽为0.6/1Hz至200Hz，远超被动隔振台。六个自由度隔振：提供全方位的振动隔离，适应多种振动方向。即时反作用力：真正的主动隔振，通过即时产生反作用力来抵消振动。简便操作：按钮式操作解决方案，用户友好，易于使用。紧凑设计：设计紧凑，安装简便，适合各种工作环境。高度位置稳定性：在1Hz时的固有刚度通常是被动隔振台的20到30倍，确保设备的高度位置稳定。无需压缩空气：接电即可使用，无需额外的压缩空气支持。广泛适用：适用于分辨率测量设备与建筑振动隔离，拥有标准化产品和定制产品，满足多种需求。茂默科学力求解决行业内客户对科学仪器选型难、维护难的处境。欲了解更多色差仪相关的产品，Welcome to consult~咨询有惊喜哦！

记者6月19日从中国航天科技集团公司第一研究院第七〇二研究所获悉，由该所研制的四台35吨振动试验系统，在天津成功应用于矿用特种车整车试验，标志着中国内地最大推力振动试验系统研制成功。 　　据了解，此次试验的矿用特种车空车重23.5吨，满载时重73.5吨。采用了航天技术的最新研制振动系统，总推力达到140吨，为破解中国重型特种车行业发展的难题提供了新的解决方案。 　　&ldquo 这是中国航天技术在民用领域又一成功探索。&rdquo 据七〇二研究所科研人员介绍，矿用特种车工作在道路条件恶劣的露天厂矿，行驶过程中高量级的振动不但使驾驶室容易发生疲劳开裂，影响车辆的使用寿命，还严重影响驾驶员的健康和行车安全。但以往受设备能力限制无法进行整车试验。 　　采用了多维振动控制技术的此次试验对多个振动台进行同步或异步控制，再现了实际路况的振动环境，通过对车辆关键部位振动响应、系统模态、传递特性进行分析，确定了特种车故障的发生机理，最终根据试验结果进行结构优化，提高特种车结构强度和驾驶安全性。 　　该科研人员称，四台35吨振动试验系统是目前中国内地推力最大的电动振动试验系统。伴随着国民经济各个领域对产品可靠性的要求逐渐提高，此类大推力振动试验系统也将在航天、航空、兵器、船舶等国防工业及铁道、汽车、电子产品、建筑等民用领域得到更为广阔的应用。

【重点摘要】美国国家可再生能源实验室（NREL）由朱凯领导的研究团队发表了这篇研究论文。1. 关联钙钛矿太阳能电池的室内测试和室外老化2. 目的是预测真实世界的可靠性以指导开发3. 光照和高温下的降解是具信息性的4. 层间界面对稳定性至关重要5. 修改界面层可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时6. 达到8200小时的预计寿命在50°C7. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中相当稳定的之一8. 将实验室测试与实际寿命连接起来以评估稳定性【研究背景】钙钛矿太阳能电池是有前途的薄膜光伏技术，但真实世界的稳定性很难理解。将加速的室内测试与户外老化关联对于指导钙钛矿太阳能电池的开发和预测寿命至关重要。【研究成果】1. 光照和高温下的降解对户外可靠性的预测具预示性。2. 修改自组装分子（SAM）的顶层电子传输层（HTL）可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时。3. 达到8200小时的预计寿命在50°C下。4. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中稳定性好之一。【研究方法】1. 测试了高效率的p-i-n型钙钛矿太阳能电池堆叠结构。2. 在光照、高温和湿度下进行了室内加速测试。3. 进行了为期6个月的户外老化测试。4. 分析了在不同应力因素下的降解情况。5. 确定了ITO/SAM HTL/钙钛矿的界面是关键。6. 修改了SAM HTL以改善离子阻挡。【结论】本研究显示了加速室内测试和钙钛矿太阳能电池室外老化之间的强烈相关性。**该框架将实验室和战野的寿命相关联，从室内实验中获得了对真实世界稳定性的见解。通过改变界面层以阻止离子迁移，改善了稳定性。**这使得能更好地通过将室内测试和室外寿命相连接来评估高效率钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。这个可靠性框架可以指导进一步的开发和商业化。未封装的p-i-n钙钛矿太阳能电池在不同温度下的平均操作稳定性。 b. 来自不同温度下T80值的每小时降解速率一个典型的p-i-n钙钛矿太阳能电池的J-V曲线及相应的SPO效能