專利名稱：使用聲波的振動試驗設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動試驗，特別是一種振動試驗設(shè)備和方法，其通過產(chǎn)生聲波而向接受試驗的物品施加振動。
背景技術(shù)：
過去一些年中產(chǎn)生了許多種試驗設(shè)備，用于向物品施加振動，以評估它們的可靠性，這種評估通常要根據(jù)各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并且要考慮特定試驗物品的最終使用條件。在過去一些年中，軍用、航天和其他與電子技術(shù)相關(guān)的行業(yè)中產(chǎn)生了多種方法、指導(dǎo)手冊和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它們有的涉及到一種稱作環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)的激勵技術(shù)，該技術(shù)的目標(biāo)是在電子和/或機電產(chǎn)品被發(fā)貨之前使其內(nèi)在缺陷顯現(xiàn)出來，否則的話，這種內(nèi)在缺陷容易在制品應(yīng)用中顯現(xiàn)，并且通常會在制品使用壽命的較早階段顯現(xiàn)。ESS涉及實施一系列的試驗步驟，這些試驗步驟可以基于制品的制造技術(shù)而組合在制品制造程序中，以便在制造過程中探測到缺陷。這種缺陷通常不能在制造程序結(jié)束后利用視覺檢查或傳統(tǒng)的質(zhì)量和/或可靠性試驗方法探測到。ESS之所以有效，主要是基于這樣一個事實，即為使?jié)撛谌毕蒿@現(xiàn)所需的應(yīng)力(量值和持續(xù)時間)通常不足以造成對無缺陷制品的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響的損傷。
ESS不但能夠提高制品質(zhì)量和可靠性，以使制品更具競爭力，而且還能夠顯著減少制造、維護(hù)費用和因制品故障而引起的返工費用。在ESS的早期階段，試驗程序主要局限于靜態(tài)熱循環(huán)和正弦振動循環(huán)，以后，試驗程序被改進(jìn)，從而包含動態(tài)熱循環(huán)和隨機振動循環(huán)。ESS在美國海軍中的應(yīng)用記載于《NavyManufacturing Screening Program》(NAVMAT(海軍生產(chǎn)篩選大綱)-9492，1979)中，以后，美國軍方利用ESS以確保在重要和復(fù)雜的電子系統(tǒng)中實現(xiàn)非常高的可靠性，而且軍方標(biāo)準(zhǔn)例如《Environmental Stress Screening Process for ElectronicEquipment》(MILHDBK(美國軍用手冊)-2164A)被制定出來。最近，ESS試驗已經(jīng)已經(jīng)擴展到許多民用工業(yè)領(lǐng)域中，以提高電子和機電商品的質(zhì)量，并且降低制造成本。用于對這些商品實施試驗的ESS指導(dǎo)手冊已經(jīng)出版，例如《Environmental StressScreening Guidelines for Assemblies》(Institute ofEnvironmental Sciences，1990年3月)和《Product ReliabilityDivision Recommended Practice 001.1，Management andTechnical Guidelines for the ESS Process》(Institute ofEnvironmental Sciences and Technology，1999年1月)。根據(jù)NAVMAT-9492，并且如圖1中的功率譜密度(PSD)基準(zhǔn)曲線10所示，振動試驗設(shè)備必須在大約10分鐘內(nèi)產(chǎn)生20至2000Hz頻率范圍內(nèi)的振動，其中額定振動(加速)級為0.04g2/Hz左右，這一振動級對應(yīng)于NAVMAT PSD基準(zhǔn)曲線積分后獲得的6g rms有效振動級。NAVMAT-9492指導(dǎo)手冊尚未被公布為實際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并且不能認(rèn)為它適合于所有的制品。事實上，對于某些特定類型的電子制品，使用該指導(dǎo)手冊可能會造成負(fù)面損傷。而在另外一些情況下，還應(yīng)當(dāng)采用高于NAVMAT-9492指導(dǎo)手冊的應(yīng)力級別，例如最近的ESS 2000項目中計劃使用高達(dá)20 g rms的額定振動(加速)級。由于每個電子電路分別具有特定的動態(tài)特性，因此電路的振動響應(yīng)不但取決于激勵的性質(zhì)，還取決于其特定的動態(tài)特性。
為了實現(xiàn)ESS振動激勵的目的，通常要使用電動力振動臺，因為這種振動臺能夠被適宜地控制，以獲得滿足ESS規(guī)定的振動參數(shù)。然而，在制品的產(chǎn)量不大的情況下，這種設(shè)備的高成本會導(dǎo)致ESS的經(jīng)濟效益下降，因此ESS試驗用電動力振動臺的使用范圍局限在大型生產(chǎn)場合中。市場上也提供采用其他技術(shù)方案或不昂貴的振動設(shè)備，例如液壓或氣動振動臺，但這樣的振動器通常不適合于產(chǎn)生ESS激勵。液壓振動器的應(yīng)用局限于低振頻，因此不能控制典型ESS功率譜密度分布模式的高頻頻譜。氣動振動器雖然能夠控制較高的振頻，但通常不能精確地控制TSS所需的激勵信號以產(chǎn)生適合于特定制品的激勵分布模式，如“ImproperEnvironmental Stress Screening Can Damage Your Product”(Howe E.，Test Engineering & Management，1998年10月/11月，pp.22-23)和“Improper Environmental Stress ScreeningCan Damage Your Product-Part II”(Howe E.，Test Engineering& Management，1998年12月/1999年1月，pp.14-16)中所討論。在某些情況下，振動的振幅級可能會達(dá)到30dB以上。
在過去一些年中，聲學(xué)試驗腔被研制出來，以實施各種聲學(xué)振動試驗，其中試驗物品例如飛機零件要承受施加在其上的高聲壓級。這種現(xiàn)有技術(shù)中的試驗腔公開于美國專利No.3,104,543、美國專利No.3,198,007、美國專利No.3,872,288和美國專利No.4,574,632中。最近，在頒發(fā)給Polen等人的美國專利No.5,226,326中，提出了使用這樣一種振動腔，其設(shè)有一對揚聲器，揚聲器具有相同操作頻率范圍這一特性，并且被布置成推拉式結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)ESS振動分布模式而向試驗物品上施加多種隨機振動模式，從而同傳統(tǒng)同相揚聲器結(jié)構(gòu)相比，能夠提高功率密度級。在聲波向制品上提供振動激勵時，聲腔不需要使用為每個試驗物品專門配置的專用夾具，而是通常可以使用通用夾具。盡管成本比電動力設(shè)備低，但這種現(xiàn)有技術(shù)的聲學(xué)試驗腔不能夠向特定試驗制品所需的特定頻譜部分中提供精確的控制，這是因為所提出的相同揚聲器的推拉式結(jié)構(gòu)會在基本上整個頻率分布范圍內(nèi)提供總體增大或減小的功率譜密度。在頻率分布模式的低頻范圍內(nèi)，精確控制是特別重要的，這是因為這一頻率范圍內(nèi)的主振型最佳激勵是非常關(guān)鍵的因素，如圖1中的以附圖標(biāo)記12表示的典型實驗功率譜密度曲線所示，該曲線表示的是現(xiàn)有技術(shù)聲學(xué)試驗腔用于以500Hz分頻頻率的純激勵信號對尚未安裝各元件的簡單印刷電路板進(jìn)行試驗所獲得的結(jié)果。從圖1中可以看到，操作帶寬的低頻區(qū)的頻率響應(yīng)顯著低于指導(dǎo)手冊中的PSD基準(zhǔn)曲線10，這意味著有效地施加在試驗物品上的應(yīng)力級不夠。盡管可以建立大約14.5g rms這一遠(yuǎn)超過NAVMAT指導(dǎo)手冊規(guī)定值的額定振動(加速)級，但將實驗曲線12與基準(zhǔn)曲線10相比較的正負(fù)差值積分后得到的負(fù)和正差值分別為大約4.3g rms和13.9g rms，這一正差值主要形成在大約1000Hz以上頻率范圍內(nèi)的高頻部分中。盡管可以通過改變高頻激勵信號的幅值特性而更好地控制所述正差值，以將正差值衰減到理想級別，但經(jīng)驗表明，在激勵信號幅值方面存在限制，即負(fù)差值不能進(jìn)一步降低太多，因此，這就限制了ESS技術(shù)的可靠性和有效性。
在分頻裝置用于驅(qū)動具有不同操作范圍的揚聲器時，精確控制在分頻頻率領(lǐng)域中也是很重要的。在揚聲器操作范圍不同的情況下，既要精確地控制分頻頻率區(qū)域中的功率譜密度，但又不能以損失功率譜效率為代價，而且為了獲得更舒適的工作環(huán)境，也不能負(fù)面地提高試驗腔中的總聲級。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種通過向試驗物品上施加振動而進(jìn)行試驗的設(shè)備和方法，其可以對所施加的振動的功率譜密度分布模式實施改進(jìn)了的控制。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過向試驗物品上施加振動而進(jìn)行試驗的設(shè)備和方法，其可以實現(xiàn)環(huán)境應(yīng)力篩選程序的功能。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過向試驗物品上施加振動而進(jìn)行試驗的設(shè)備和方法，其可以同時實施熱循環(huán)。
根據(jù)上述各目的，本發(fā)明在其一個較寬廣方面上提供了一種振動試驗設(shè)備，其包括主封殼，其限定了主聲腔并且具有隔板，隔板上設(shè)有至少一個主開口；隔聲裝置，其適合于容納試驗物品；以及聲源，其具有至少一個聲換能器，所述聲換能器聲學(xué)連接著所述主聲腔，以向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波。試驗設(shè)備還包括連接裝置，其用于將物品緊固在一個位置上，其中所述主開口基本上被物品和隔聲裝置封閉，以便衰減一部分到達(dá)所述物品上的未直接暴露給聲波的大致相反表面上的聲波，從而衰減所述物品的相反表面上所受到的反相聲波抵消作用。
根據(jù)前面最后提到的目的，振動試驗設(shè)備還包括隔熱封殼，其限定了用于容納所述物品的熱腔；用于產(chǎn)生惰性流體流的裝置；用于加熱所述惰性流體流的裝置；用于使所述惰性流體循環(huán)流入所述熱腔中的裝置；第一傳感裝置，其安置在所述熱腔中，以產(chǎn)生第一溫度標(biāo)識信號；控制裝置，其可以對所述溫度標(biāo)識信號作出響應(yīng)，并且操作性地連接著所述加熱裝置，以便在所述聲源向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波的同時根據(jù)預(yù)定熱循環(huán)分布模式而控制所述惰性流體的溫度。
在本發(fā)明的另一個寬廣方面上，提供了一種振動試驗設(shè)備，其包括隔聲內(nèi)腔；第一和第二聲換能裝置，它們?nèi)菁{在所述隔聲內(nèi)腔中并且彼此面對著，所述聲換能裝置具有互補頻率操作范圍這一特性。試驗設(shè)備還包括連接裝置，其用于將至少一個試驗物品在所述隔聲內(nèi)腔中緊固在所述聲換能裝置之間的位置上；以及驅(qū)動裝置，其連接在所述聲換能裝置上，以向所述第一和第二聲換能裝置供應(yīng)相應(yīng)的第一和第二電輸出信號，以使所述換能裝置產(chǎn)生聲波，從而相應(yīng)地向物品上施加振動，所述電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜，并且在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
在本發(fā)明的另一個寬廣方面上，提供了一種振動試驗方法，其包括以下步驟a)提供隔聲內(nèi)腔，其容納著彼此面對的第一和第二聲換能裝置，所述第一和第二聲換能裝置具有互補頻率操作范圍這一特性；b)將至少一個試驗物品在所述隔聲內(nèi)腔中緊固在所述聲換能裝置之間的位置上；以及c)利用相應(yīng)的第一和第二電輸出信號驅(qū)動所述第一和第二聲換能裝置，以產(chǎn)生聲波，從而相應(yīng)地向物品上施加振動，所述第一和第二電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜，并且在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
根據(jù)前面最后提到的目的，振動試驗方法還包括位于所述步驟c)之前的以下步驟i)產(chǎn)生惰性流體流；以及ii)根據(jù)預(yù)定預(yù)定熱循環(huán)分布模式而選擇性地向所述惰性流體實施加熱步驟和冷卻步驟之一。所述振動試驗方法還包括與所述步驟c)同時進(jìn)行的以下步驟iii)使所述惰性流體流在第一和第二聲換能裝置之間循環(huán)；以及iv)在所述聲源向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波的同時，根據(jù)預(yù)定熱循環(huán)分布模式而控制所述惰性流體的溫度。


下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法的優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線和未安裝各元件的印刷電路板在現(xiàn)有技術(shù)的聲腔中接受試驗所獲得的典型實驗頻率響應(yīng)曲線的曲線圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的振動試驗設(shè)備中的容納著試驗單元的隔聲內(nèi)腔的透視圖；圖3是圖2所示振動試驗設(shè)備的外輪廓部分透視圖，更詳細(xì)地示出了試驗單元的中央部分；圖4a是圖1和2中的試驗單元不帶夾具時的完整端視圖；圖4b是圖1和2中的試驗單元不帶夾具時的完整后視圖；圖5是圖1和2中的試驗單元的局部透視圖，示出了裝有夾具的隔板，夾具用于緊固單個試驗印刷電路板；圖6是圖4a和4b中的試驗單元的局部透視圖，試驗單元上裝有一對與圖1和2所示夾具相同的相鄰夾具，從而可以同時對兩個尺寸類似的印刷電路板實施振動試驗；
圖7是圖4a和4b中的試驗單元的分解圖，試驗單元上裝有一種替代性的夾具，用于同時以上下疊加的方式緊固兩個尺寸類似的印刷電路板；圖8是圖7中的替代性夾具組裝后的左端視圖，示出了剛性緊固在夾具上的一對印刷電路板；圖9是根據(jù)本發(fā)明的作為圖1所示試驗單元中的聲源的一部分的驅(qū)動子系統(tǒng)的框圖；圖9a是圖9中的子系統(tǒng)的局部外觀圖，示出了一種用于驅(qū)動聲換能器的替代性接線形態(tài)；圖10是基于圖9所示驅(qū)動子系統(tǒng)所用分頻設(shè)置方案的典型頻率響應(yīng)曲線；圖11是根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線和與圖1中相同的印刷電路板在根據(jù)本發(fā)明的試驗設(shè)備中接受試驗所獲得的實驗頻率響應(yīng)曲線的曲線圖，試驗設(shè)備使用了圖9中的第一接線形態(tài)；圖12是根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線和帶有元件的印刷電路板在根據(jù)本發(fā)明的試驗設(shè)備中以第一激勵信號實例接受試驗所獲得的實驗頻率響應(yīng)曲線的曲線圖，試驗設(shè)備使用了圖9中的第一接線形態(tài)；圖13是根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線和與圖12中相同的印刷電路板在根據(jù)本發(fā)明的試驗設(shè)備中以第二激勵信號實例接受試驗所獲得的實驗頻率響應(yīng)曲線的曲線圖，試驗設(shè)備使用了圖9中的第一接線形態(tài)；圖14a是在分頻濾波后獲得的激勵輸入信號電流值與頻率之間關(guān)系的曲線圖，其中圖9中的第一接線形態(tài)被采用，以產(chǎn)生給定頻率響應(yīng)分布模式，圖中分頻截止頻率下面的區(qū)域被涂上陰影；圖14b是在分頻濾波后獲得的激勵輸入信號電流值與頻率之間關(guān)系的曲線圖，其中圖9a中的替代性接線形態(tài)被采用，以產(chǎn)生與圖14a中相同的頻率響應(yīng)分布模式，圖中分頻截止頻率下面的區(qū)域被涂上陰影；圖15是根據(jù)本發(fā)明的試驗設(shè)備的替代性實施例中的熱控制子系統(tǒng)的總體框圖，該熱控制子系統(tǒng)用于在振動試驗的同時實施熱循環(huán)；圖16是圖15所示熱控制子系統(tǒng)在不同位置使用不同類型傳感器所獲得的典型循環(huán)溫度響應(yīng)曲線與時間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
參看圖2，總體上以附圖標(biāo)記20表示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的振動試驗設(shè)備包括一個總體上以附圖標(biāo)記21表示的試驗單元，所述試驗單元容納在一個隔聲內(nèi)腔22中，所述隔聲內(nèi)腔是現(xiàn)有類型的，例如Mecart公司(加拿大魁北克)所供應(yīng)的，并且設(shè)有一個進(jìn)出門24。試驗設(shè)備20還包括一個裝于電控柜23中的驅(qū)動子系統(tǒng)，所述驅(qū)動子系統(tǒng)將在后文中詳細(xì)描述。驅(qū)動子系統(tǒng)通過一束電纜25連接著試驗單元2 1的電輸入端和輸出端，所述電纜穿過內(nèi)腔22的側(cè)壁27。內(nèi)腔22的底板26上站立著一個門架型升降保持器28，如圖3中更佳顯示，其包括一對平行和豎直的支承軌道30、30’，一對托架32、32’可以通過輥29而沿著所述軌道移動。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4a和4b，保持器28還包括一對分別與相應(yīng)軌道30、30’的下端相連的腳部件31、31’，而所述軌道在上端連接著如圖4a所示的橫向件33。一個上部換能器固定在托架32、32’上并且布置在軌道30、30’之間，所述換能器可以是例如揚聲器模塊34，其具有四個15英寸/1000W大功率揚聲器35，這些揚聲器從內(nèi)側(cè)安裝在具有相應(yīng)開口39的底板36上。雖然優(yōu)選采用四個揚聲器35，以獲得具有最優(yōu)化功率效率的輸入阻抗，但也可以采用更少數(shù)量的揚聲器。試驗單元20還包括一個主封殼38，所述主封殼包含一個主聲換能器，其采用的是安裝在輪子43上的主揚聲器模塊40的形式；以及一個蓋部42，其通過夾爪49而安裝在模塊40上，并且以其頂壁形成了設(shè)有主開口45的隔板44。主揚聲器模塊40利用它的相應(yīng)激勵電路形成了一個主聲源，如后文中參照圖9詳細(xì)解釋。所用隔板由5/8英寸的膠合板制成，以獲得足夠的硬度。由于主開口45的尺寸取決于試驗物品的尺寸，因此蓋部42被設(shè)計得允許更換隔板。一個21英寸/1000W大功率揚聲器46從內(nèi)側(cè)安裝在設(shè)有相應(yīng)開口50的頂板48上，并且作為主揚聲器模塊40的一部分，從而聲學(xué)連接著由帶有隔板44和頂板48的蓋部42所構(gòu)成的主聲腔?？梢岳斫猓鶕?jù)試驗物品的尺寸和重量的需要，可以安裝一個以上的揚聲器。根據(jù)本發(fā)明，通過隔板44，到達(dá)未直接暴露在主揚聲器模塊40所產(chǎn)生的聲波下的物品表面上的聲波可以衰減，此時隔板能夠減弱發(fā)生在隔板44的未暴露側(cè)所受到的反相聲波抵消作用，從而顯著提高主振頻最佳激勵臨界點處的低頻段激勵分布頻率響應(yīng)控制性能，如前面參照ESS試驗所用的NAVMAT 9492操作指南所作描述。
這樣，隔板44構(gòu)成了主封殼38的一部分，主封殼中安裝著具有低操作頻帶寬度的聲換能器，即本例中的揚聲器46。通過使用隔板44，可以將試驗內(nèi)腔中的總聲級維持在能夠被內(nèi)腔的隔聲壁充分衰減的級別，從而提供出安全的工作環(huán)境。經(jīng)驗表明，不需要使用與具有高操作頻帶寬度的揚聲器35相關(guān)的隔板，就能夠在這些頻率產(chǎn)生足夠的聲壓級。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，隔板44上布置并剛性固定著一個采用夾具52的形式的連接裝置，其用于容納一個試驗印刷電路板41并剛性夾持其邊緣，以將印刷電路板保持在隔板44上的這樣的位置上，即圖4a和4b中所示的主開口45基本上被印刷電路板41封閉?？梢岳斫?，夾具52應(yīng)當(dāng)容易調(diào)節(jié)，以容納任何其他具有相似或更小尺寸的需要接收振動試驗的物品。再請參看圖4a和4b，保持器28還設(shè)有一個升降器54，其包含一個帶有控制器57并且連接著減速齒輪箱59的電機56，齒輪箱的輸出軸通過相互協(xié)作的齒輪58和58’連接著從動軸60，從動軸的相反兩端62、62’橫向延伸穿過設(shè)在相應(yīng)軌道30、30’上部的相應(yīng)孔。軸端62、62’上安裝著第一和第二鏈輪64、64’，所述鏈輪分別與傳動鏈66、66’協(xié)作，所述傳動鏈分別在它們的第一端剛性連接著托架32、32’的上部，在第二端連接著延伸穿過第一和第二導(dǎo)向筒68、68’的配重72、72’，所述配重分別通過上下支承件70和70’而連接在軌道30、30’上。上部揚聲器模塊34的上下移動是通過控制單元73而啟動的。由隔聲材料或織物制成的柔性網(wǎng)屏或幕(未示出)可以在其上緣連接在揚聲器模塊34上，以進(jìn)一步提供方向性約束而將聲波指向試驗物品。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，用于容納單個印刷電路板(PCB)41的夾具52包括一個大致矩形的外框架74，外框架中設(shè)有一個凹入平面部分76，該凹入平面部分限定了一個與主開口45對準(zhǔn)的中央開口并通過諸如螺釘(未示出)等緊固件而剛性固定在隔板44上。一組大致矩形形狀的隔聲密封件79布置在平面部分76上，以形成一個限定了PCB 41外周的大致封閉周邊，從而防止細(xì)長開口形成在PCB41與框架74的平面部分76之間。密封件79可以由任何具有適宜隔聲特性的材料制成，例如具有足夠密度的封閉孔狀聚氨酯泡沫。密封件79通過適宜的粘結(jié)劑而固定施加在平面部分76上。一組可調(diào)夾爪49安裝在平面部分76上并且被密封件79分隔開，夾爪上帶有安裝塊81，這些安裝塊可以通過定位螺釘82而鎖定在框架74的相應(yīng)側(cè)上的預(yù)定位置上，所述定位螺釘穿過設(shè)在框架74側(cè)面中的相應(yīng)孔(未示出)和設(shè)在塊81中的相應(yīng)螺紋孔(未示出)?；蛘?，框架74的側(cè)面可以設(shè)有細(xì)長槽，以便能夠調(diào)節(jié)塊81的位置。每個夾爪49分別包括一個彈簧加壓的夾持件86，該夾持件通過樞軸87而與一個底座件88協(xié)作，底座件88具有一對側(cè)向凸緣90，所述凸緣通過螺釘92而緊固在相應(yīng)的塊81上。每個夾持件86的前端上分別緊固著一個安裝墊片94，所述墊片通過一組豎直穿過夾持件86前端的螺釘96而緊固在平行于一個相應(yīng)的PCB邊緣的位置上。每個安裝塊81上分別設(shè)有一個肋(未示出)，在夾持件的位于鎖定位置時，肋的前端豎直對準(zhǔn)安裝墊片94，從而形成用于容納并保持PCB邊緣附近部分的密閉空間。安裝墊片94上的面對端和相應(yīng)的肋對準(zhǔn)橡膠墊95，以便在夾爪49進(jìn)入鎖定位置時確保PCB的邊緣表面不會被夾爪損壞。同時又確保在PCB的接觸點實現(xiàn)隔聲。夾具52被設(shè)計得能夠根據(jù)PCB的主振型和安裝元件85的位置而在PCB周邊安裝足夠數(shù)量的夾爪49，以便有效地將聲能轉(zhuǎn)化為施加在PCB上的振動，如后文中詳細(xì)解釋。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，圖中示出了一對相鄰設(shè)置的夾具52，它們與圖1和2中所示的夾具相同，以便同時對具有相似尺寸的印刷電路板41和41’實施振動試驗。對于這種結(jié)構(gòu)，隔板44’上設(shè)有一個主開口45’，其尺寸大致為圖1和2中所示試驗單元中的開口45的兩倍。此外，框架74的相鄰側(cè)向邊緣形成了間隔，以便為用于限定內(nèi)部夾爪49的定位螺釘提供足夠的間隙；為了確保所述間隔的隔聲效果，一個與密封件79類似的隔聲密封件99通過適宜的粘結(jié)劑而緊密地嵌在所述間隔中。密封件99也可以由兩個相同的薄密封件形成，二者通過適宜的粘結(jié)劑而固定在框架74的相應(yīng)側(cè)向邊緣上。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7和8，圖中示出了一種替代性的連接裝置，其采用的是總體上以附圖標(biāo)記100表示的夾具的形式，用于緊固一對同時試驗的上下疊加的印刷電路板41和41’。這種替代性的夾具100具有與圖5所示夾具52相同的基本模塊結(jié)構(gòu)，并且?guī)в懈郊釉源_保夾具100能夠以豎直相隔的關(guān)系容納兩個印刷電路板41和41’。所述附加元件包括一組固定墊塊102，它們通過穿入相應(yīng)螺紋孔104中的螺釘(未示出)而緊固在安裝塊81’上。附加元件還包括相應(yīng)的一組可拆卸墊塊108，它們分別設(shè)有一個細(xì)長肋109，所述肋被設(shè)計得分別與設(shè)在每個固定墊塊102內(nèi)側(cè)的相應(yīng)細(xì)長凹槽協(xié)作。附加元件還包括一個大致矩形的第二框架112，其周緣部分用于與設(shè)在可拆卸墊塊108上的相應(yīng)橫向凹槽110咬合，從而將第二框架緊固在可拆卸框架上而形成一個模塊組件。在夾爪位于鎖定位置時，設(shè)在每個安裝塊81’上的肋98的端部通過相應(yīng)的一對橡膠墊95而豎直對準(zhǔn)肋109的安裝部分111，從而形成一個用于容納和保持PCB 41’的邊緣附近部分的緊密空間，以確保在接觸點實現(xiàn)隔聲，同時又能夠在夾爪49’進(jìn)入鎖定位置時確保PCB的邊緣表面不會被夾爪損壞。在夾爪49’位于鎖定位置時，第二PCB 41’也被安裝墊片94’、橡膠墊95’以及從相應(yīng)可拆卸墊塊108上突出的相面對突片114牢固保持著。框架74’的平面部分76’上布置著第一隔聲密封件77，其由彈性隔聲材料制成，并且用于將第一PCB 41容納于其上。此外，還設(shè)有一組第二隔聲密封件79’，其用于安置在PCB 41的上表面上，從而與第一密封件77一起形成用于限定PCB 41外周的封閉周邊。一組剛性間隔壁83支承在第二密封件79’上，并且用于容納第二矩形框架112，所述壁83被專門構(gòu)造尺寸，以便緊密地裝配在墊塊102之間，從而在第一和第二PCB 41和41’之間形成第二聲腔。當(dāng)PCB 41’被安置在第二框架112上后，第二框架中的開口被PCB 41’聲學(xué)封閉，從而衰減發(fā)生在PCB 41’的未暴露側(cè)所受到的反相聲波抵消作用，同時又能從主腔開始透過PCB 41和第二腔而向PCB 41’傳遞聲能?？梢岳斫?，在希望測試兩個以上的印刷電路板時，可以采用圖5至7中所示夾具的某些組合結(jié)構(gòu)。為了測試四個PCB，可以采用一對夾具100。此外，如果能將相鄰第二腔之間的聲波衰減保持在可被接受的限度內(nèi)，則圖7中的替代性的夾具100顯然可以修改得能夠夾持三個或更多個上下疊加的PCB。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9，以解釋一種驅(qū)動子系統(tǒng)，其可以作為圖1所示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的試驗單元的聲源的一部分。總體上以附圖標(biāo)記116表示的驅(qū)動子系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)放大器118，例如Nexus公司制造的調(diào)節(jié)放大器，其用于通過輸入線路119而接收來自振動傳感器例如加速度計120的振動指示信號形式的輸入信號，所述加速度計120用于連接在如前所述緊固在隔板44上的試驗物品(未示出)上。加速度計120優(yōu)選安置在物品暴露表面的中心區(qū)域上，盡管其他位置也可以采用；而且優(yōu)選使用一個以上的加速度計，以便獲得組合或平均輸入信號。作為加速度計，可以采用Endevco公司的型號為2222C的加速度計?；蛘撸仓迷谖锲犯浇柠溈孙L(fēng)122可以用作傳感器，以產(chǎn)生聲壓指示信號形式的輸入信號。在這種情況下，雖然在對一系列的相同物品中的每個實施試驗之前仍需要采用振動傳感器，以便參照以g為單位的相應(yīng)振動級而校正以dB為單位的聲壓測量值，但在這之后，可以僅利用安裝在固定位置上的麥克風(fēng)而實施試驗，而不需要在每個試驗物品上連接振動傳感器。盡管可以在由蓋部42和主封殼40的頂板48限定的聲腔內(nèi)安裝第二麥克風(fēng)(未示出)，以產(chǎn)生專門用于揚聲器46的輸入信號，但經(jīng)驗表明，直接暴露在上部模塊34的揚聲器35所產(chǎn)生的聲場中的單一麥克風(fēng)122也能夠接收足夠級別的由揚聲器46產(chǎn)生的間接聲波，從而提供適宜的控制功能。調(diào)節(jié)放大器118實現(xiàn)了阻抗和振幅的匹配，以產(chǎn)生控制輸入信號，該信號通過線路126傳送到UDC型振動控制器124中?？刂破?24將反饋振動指示信號或聲壓指示信號與包含已知頻率信息的基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生通過線路128傳送的激勵輸入信號?；蛘撸部梢圆徊捎盟鐾ㄟ^振動或聲壓傳感器輸入信號而導(dǎo)出輸入控制信號的連續(xù)反饋結(jié)構(gòu)，而是將控制器的輸出信號通過直接反饋線路130而用作輸入控制信號，以實現(xiàn)與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)的比較。另一種措施是，如果可以認(rèn)為試驗設(shè)備中的氣壓元件的聲學(xué)或電學(xué)特性足夠穩(wěn)定，則可以利用控制器124根據(jù)基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)直接產(chǎn)生激勵輸入信號。控制器124可以通過輸出線路125連接到一個用于儲存和分析數(shù)據(jù)的計算機(未示出)。激勵輸入信號被傳送到一個現(xiàn)有類型的例如Active公司所制造的分頻濾波器132中，所述濾波器的輸出端134和135分別通過線路136和137連接著功率放大器的放大器信道138和139，以產(chǎn)生第一和第二輸出電信號，所述電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜，并分別通過輸出線路140和141傳送到并聯(lián)設(shè)置的揚聲器46和揚聲器35中。濾波器的截止頻率是根據(jù)揚聲器46和35的相應(yīng)操作頻率范圍而選擇的，而所述揚聲器被選擇以提供互補操作頻率范圍，從而使設(shè)備的功率效率最大化。在本實施例中，21英寸的揚聲器46被選擇得具有大約20至160Hz的有效操作范圍，而每個揚聲器35被選擇得具有大約160至2000Hz的互補有效操作范圍。因此，分頻濾波器的選定截止頻率為160Hz，如圖10所示，圖中根據(jù)圖9所示揚聲器46和35的相應(yīng)操作頻率范圍而描繪了典型頻率響應(yīng)曲線142和144。可以看到，與揚聲器46相關(guān)的分頻輸出信號包含位于大約130Hz以下的低頻響應(yīng)部分，與揚聲器35相關(guān)的分頻輸出信號包含位于大約130Hz以上的高頻率響應(yīng)部分。從曲線142可以看到，在濾波器的0dB低通部分隨后的范圍內(nèi)，從大約62Hz至130Hz實際發(fā)生了一些衰減，衰減率為大約22dB/倍頻程，這種衰減對應(yīng)于所述范圍內(nèi)的大約13dB的衰減增益。與此類似，從曲線144可以看到，在130Hz至大約375Hz的范圍內(nèi)，以大約22dB/倍頻程的相同衰減率出現(xiàn)衰減減少，這種衰減減少量對應(yīng)于所述范圍內(nèi)的大約13dB的衰減增益減少量，從而到達(dá)濾波器的0dB高通部分。在現(xiàn)有分頻濾波器的典型截止頻率中發(fā)生的這種頻率響應(yīng)可以影響截止頻率區(qū)域的功率效率，具體地講，所述截止頻率區(qū)域位于曲線142和144上的點所限定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，所述點對應(yīng)于從0dB增益級別開始下降的20dB/倍頻程?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9a，一種防止分頻截止頻率區(qū)域出現(xiàn)功率效率降低的方案是為圖9所示的揚聲器46和35設(shè)置替代性接線形態(tài)。所述方案包括以相反的電極將分頻濾波器132的單一輸出端即輸出端135通過反接線路137’連接到相應(yīng)的聲傳感器即本例中的揚聲器35，從而使得放大器信道138和139通過線路140和141而傳送到揚聲器46和35的第一和第二輸出點線號在分頻截止頻率區(qū)域中基本上處于相反相態(tài)。可以設(shè)置一個開關(guān)(未示出)，以選擇所需的電極配置。
下面參照圖15描述本發(fā)明的試驗設(shè)備的替代性實施例，其能夠在振動試驗的同時進(jìn)行熱循環(huán)。這一替代性實施例中包含前面參照圖2至10描述過的第一個優(yōu)選實施例中的所有元件，并且設(shè)有附加的熱控制子系統(tǒng)，以便對接受振動試驗的物品進(jìn)行熱循環(huán)應(yīng)力篩選。為了便于解釋，圖15中只示出了圖2至4b中的試驗單元21的一部分。底板36與隔板44之間布置著隔熱封殼154，所述隔熱封殼限定了一個用于容納試驗物品如PCB 41的熱腔156，所述PCB 41以與前面所述相同的方式安裝在隔板44上。隔熱封殼由四個壁156、158、160、160構(gòu)成，這些壁由帶有外層隔熱材料的不銹鋼或鍍鋅鋼板制成。壁158上設(shè)有第一開口164，其構(gòu)成了與流體供應(yīng)管線166的近端之間具有流體連通功能的封殼入口，所述流體供應(yīng)管線166的遠(yuǎn)端連接著一個總體上以附圖標(biāo)記170表示的加熱/冷卻單元上的出口168。壁162上設(shè)有第二開口172，其構(gòu)成了與流體回流管線174的近端之間具有流體連通功能的封殼出口，所述流體回流管線174的遠(yuǎn)端連接著加熱/冷卻單元170的回流入口176。雖然在大多數(shù)試驗應(yīng)用中一般將空氣用作傳熱流體，但也可以采用具有相同或更好傳熱性能的其他惰性氣體或液體，只要試驗物品在選定流體中不受損傷即可。在空氣被用作傳熱流體的情況下，加熱/冷卻單元170中設(shè)有用于產(chǎn)生氣流的機械裝置，所述機械裝置可以采用傳統(tǒng)吹風(fēng)機178的形式，用于強迫由回流入口176引入的輸入空氣流經(jīng)總體上以附圖標(biāo)記182表示的電熱裝置中的加熱線圈180，所述電熱裝置中設(shè)有加熱控制器184?？梢岳斫?，任何類型的加熱裝置，例如燃料或氣體燃燒器，可以用作熱源。單元170上還設(shè)有總體上以186表示的冷卻裝置，其包含壓力制冷流體例如液態(tài)氮，并且經(jīng)過主閥190和配備有機電控制閥194的供應(yīng)管線192而與噴嘴196流體連通，以便利用液氮蒸發(fā)所吸取的熱量而將從出口168流出的惰性氣體冷卻，所述惰性氣體隨后通過開口164而進(jìn)入絕熱封殼內(nèi)，并且循環(huán)流入熱腔156中。熱腔156中安置著第一溫度傳感器198，例如標(biāo)準(zhǔn)的T型熱電偶，以產(chǎn)生第一溫度標(biāo)識信號，所述信號通過電線200而被傳輸?shù)椒答伩刂蒲b置204的信號輸入端202，所述反饋控制裝置是總體上以206表示的溫度控制單元的一部分。第一傳感器98只與流動的第一流體相接觸，以使產(chǎn)生的第一信號代表受熱/受冷后的惰性氣體的溫度。控制裝置204具有第一控制輸出端208，其用于通過控制線210而將加熱控制信號傳送到熱控制器184，以及第二控制輸出端212，其用于通過控制線214而將冷卻控制信號傳送到機電控制閥194?？刂蒲b置被編程，從而響應(yīng)于接收到的溫度標(biāo)識信號而根據(jù)預(yù)定的熱循環(huán)模式啟動加熱裝置170或冷卻裝置186。溫度控制單元206還包含一個傳統(tǒng)類型的微型計算機216，所述微型計算機具有顯示器218和以220表示的存儲器，存儲器中儲存著預(yù)定熱循環(huán)模式，如后文中詳細(xì)描述。計算機216還設(shè)有適宜的輸入/輸出接口，所述接口分別通過輸入輸出線222、224而連接著控制裝置204。微型計算機216運行控制軟件，以便通過線路224而輸出基于存儲器220中儲存的預(yù)定熱循環(huán)模式的控制數(shù)據(jù)，所述控制數(shù)據(jù)代表著用于基于時間而進(jìn)行反饋控制的溫度相關(guān)設(shè)置值。控制裝置204的當(dāng)前控制參數(shù)設(shè)置值還通過線路222而被微型計算機216接收。熱腔中還安置著一個或多個附加的溫度傳感器226、226’，所述傳感器直接布置在物品41上，以產(chǎn)生物品溫度標(biāo)識信號，所述信號通過相應(yīng)的線路230、230’而傳送到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器228。作為示例，一個標(biāo)準(zhǔn)的T型熱電偶可以用作傳感器226，而一個K型測溫探針，例如Sanders Technology公司制造的，可以用作附加的傳感器226’。利用與計算機216相接的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)線路232，所產(chǎn)生的數(shù)字信號可以通過該信路232而傳送到計算機216中，計算機216將響應(yīng)于接收到的數(shù)字信號而將相應(yīng)的溫度值數(shù)據(jù)儲存在存儲器220中，所述數(shù)據(jù)可以用于調(diào)節(jié)循環(huán)模式數(shù)據(jù)，并因此而將調(diào)節(jié)結(jié)果顯示出來或進(jìn)行其他處理。
下面解釋根據(jù)本發(fā)明的振動試驗設(shè)備和方法的優(yōu)選實施例的操作。在傳統(tǒng)的印刷電路板試驗ESS程序中，主要是根據(jù)經(jīng)驗而確定特定PCB試驗所需的振動頻譜。在分析電路中的實際應(yīng)力時，所引起的疲勞和潛在缺陷擴散通常不被計入，然而，在確定試驗中的振動級時，它們必須被著重評估?？梢酝ㄟ^隨機振動激勵而展現(xiàn)的缺陷主要包括焊接缺陷、元件或基板缺陷、連接器問題、電線和元件不牢固、結(jié)構(gòu)問題。確定振動激勵頻譜的方法通常包括分析振動特性和對各個預(yù)定最佳振動級下的總體響應(yīng)作出比較，或者是使用以前成功用于其他制品上的頻譜。一種中間方法是，在制品中形成典型缺陷，然后提高振動級，直到這些缺陷反復(fù)展現(xiàn)。振動激勵的時間長度通常為大約10分鐘?，F(xiàn)有的用于確定施加到特定制品上的振動激勵頻譜的方法也可以采用，從而在計入了從施加的聲場傳輸能量而感應(yīng)振動的特性之后，利用根據(jù)本發(fā)明的振動設(shè)備和方法向試驗物品上施加振動。然而，為了提高這些現(xiàn)有方法的效率，可以在確定類似的振動激勵頻譜之前，建立制品的振動響應(yīng)特性的結(jié)構(gòu)模型，從而產(chǎn)生目標(biāo)頻率響應(yīng)模式。為此，模型分析技術(shù)可以采用例如本發(fā)明人的文章“Modalanalysis of electronic circuit using acoustical sources”(4th Annual IEEE Accelerated Stress Testing，1998)和“Experimental model analysis using acoustical sources”(17th Canadian Congress on Applied Mechanics，1999)中所描述的，上述文章結(jié)合在此作為參考。模型分析主要包括建立有關(guān)振動參數(shù)的理論模型，所述振動參數(shù)包括與主振膜相關(guān)的響應(yīng)頻率和阻尼系數(shù)。然后，這些振動參數(shù)的值將利用普通的振動測量儀并且采用機械或聲源振動而被實驗確定?；蛘撸@些振動參數(shù)的值可以通過現(xiàn)有的有限元分析方法而確定出來，所述有限元方法還可以用于確定安裝著物品的夾具的邊界條件。借助于所獲得的振動參數(shù)值，就可以預(yù)測出滿足ESS試驗要求的振動激勵級別和最佳振動頻譜。
下面參照附圖描述ESS在根據(jù)本發(fā)明的PCB試驗中的一種應(yīng)用情況。在試驗PCB 41的振動頻譜和振動級被確定出來后，圖9所示的控制器124被編程，而放大器138和139的功率級別被相應(yīng)地設(shè)定。輸出電極將被選擇為線路137或線路137’所代表的形態(tài)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4a，控制單元73運行，以引起升降保持器28將上側(cè)揚聲器模塊34抬升到使其底板36與蓋部42的隔板44之間具有足夠間隙的位置上，以便能夠裝入試驗物品。如圖3所示，PCB 41安裝在夾具52上，夾爪49牢固地到達(dá)它們的閉合位置。如果需要如圖7所示測試一對PCB 41和41’，則PCB 41首先被安裝在夾具100上，其中PCB的邊緣被安置在安裝塊81’上，并且通過第一橡膠墊95而與所述安裝塊相隔。然后，由第二框架112連接成模塊組件形式的可拆卸墊塊108與墊塊102一起被安置在安裝塊81’的邊緣上，并且通過第二橡膠墊95’而與所述安裝塊相隔。最后，第二PCB 41’通過安裝墊片94’和橡膠墊95’而安裝在可拆卸墊塊108上，夾爪49牢固地到達(dá)它們的閉合位置。在隔聲內(nèi)腔22的門24被關(guān)閉后，就可以進(jìn)行試驗了?，F(xiàn)在參看圖11，根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線10被繪出，同時繪出了與圖1中相同的印刷電路板所獲得的實驗頻率響應(yīng)曲線146，所述PCB上沒有安裝各個元件，而且試驗中使用的是圖9中的采用輸出線路137的第一接線形態(tài)?？梢钥吹剑c圖1中所示的相同PCB在不帶隔板的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中以大約28.9g rms的額定振動(加速)級進(jìn)行試驗所得到的分布模式不同，利用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備所獲得的PSD值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了基準(zhǔn)曲線10的相應(yīng)值，所述基準(zhǔn)曲線10表示的在是20至2000Hz范圍內(nèi)的所采用的基本上全部振動譜。具體地講，從圖11中可以看到，在160Hz分頻頻率下面的操作帶寬低頻部分響應(yīng)，除了20-30Hz這一不明顯下限范圍以外，均顯著高于目標(biāo)PSD基準(zhǔn)曲線10，這意味著施加在試驗物品上的應(yīng)力足夠高，并且能夠如操作者所期望的那樣達(dá)到更高的額定振動級。從而可以獲得分別為0.205g rms和28.4g rms的總的負(fù)和正振動級變化，而如前所述在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所獲得的結(jié)果為4.3g rms和13.9g rms。因此，明顯可以看出，可以利用本發(fā)明獲得高效的低頻響應(yīng)控制，從而實現(xiàn)可靠和有效的ESS試驗。
現(xiàn)在參看圖12，根據(jù)NAVMAT-9492的功率譜密度基準(zhǔn)曲線10被繪出，同時繪出了疊加在控制激勵信號曲線147上的實驗頻率響應(yīng)曲線146，所述控制激勵信號曲線147具有160Hz分頻頻率并且以虛線繪出，所述曲線146是這樣獲得的，即所述PCB上安裝著各個元件，而且試驗中使用的是圖9中的采用輸出線路137的第一接線形態(tài)。可以看到，實驗響應(yīng)曲線146基本上與激勵信號曲線147相匹配。從圖12中可以理解，根據(jù)試驗要求，可以基于與可被用作指導(dǎo)手冊的NAVMAT-9492相比不同的分布模式而設(shè)置激勵信號。
現(xiàn)在參看圖13，圖中示出了所獲得的實驗頻率響應(yīng)曲線149，同時示出了以曲線151代表的激勵信號的第二個例子，其中使用的印刷電路板與圖12中所用的相同，而且試驗設(shè)備采用了圖9中的第一接線形態(tài)。在本例中，通過基于現(xiàn)有技術(shù)例如前面提到的技術(shù)而進(jìn)行的模型分析，印刷電路板的主響應(yīng)頻率被預(yù)先確認(rèn)。然后，激勵信號分布模式被以這樣的方式確定，即激勵能量被集中在響應(yīng)頻率左右并且位于頻譜的低頻部分，以提高功率效率。這里同樣可以看出，頻率響應(yīng)曲線149基本上與激勵信號曲線151相匹配。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖14a和14b，可以看到，電流分布模式曲線150和150’所代表的分別是利用圖9和9a中所示的第一和替代性接線形態(tài)下分頻濾波后獲得的激勵輸入信號，二者基本上類似，只是在兩條曲線上的設(shè)置在160Hz分頻截止頻率附近的115至190Hz范圍內(nèi)的區(qū)域152和152’中有所不同。應(yīng)當(dāng)指出，兩條曲線150和150’與基本上相同的頻率響應(yīng)PSD分布模式相關(guān)。區(qū)域152’中的平均電流明顯小于區(qū)域152中的平均電流，其結(jié)果是相應(yīng)的功率減小，這種功率減小幅度可以計算出來，即(1-(7.142/18.02))=84%.]]>因此，可以在分頻頻率區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確的功率譜密度分布模式控制，而不會影響功率譜效率，也不會負(fù)面地增加試驗內(nèi)腔中的總體聲級，從而提供出更舒適的工作環(huán)境。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖16，圖中示出了在向試驗PCB施加振動時圖15中的熱控制子系統(tǒng)中所配備的一組溫度傳感器即標(biāo)準(zhǔn)熱電偶198、測溫探針226’和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶226所獲得的典型循環(huán)溫度響應(yīng)曲線232、234和236。在圖示的例子中，用于對PCB實施熱循環(huán)應(yīng)力篩選而預(yù)先制定并且儲存在計算機中的循環(huán)分布模式可以被使用者選擇。所選擇的循環(huán)應(yīng)力分布的特性是根據(jù)公知的判斷標(biāo)準(zhǔn)而確定的，所述特性包括循環(huán)特性(低溫、高溫、制品熱響應(yīng)率、溫度極限下的駐留時間)、熱循環(huán)次數(shù)和PCB狀態(tài)(帶電源、不帶電源、被監(jiān)視、不被監(jiān)視)。熱循環(huán)特性的確定詳細(xì)討論于《Environmental Stress Screening Guidelines for Assemblies》(Institute of Environmental Sciences，1990年3月)和《Product Reliability Division Recommended Practice 001.1，Management and Technical Guidelines for the ESS Process》(Institute of Environmental Sciences and Technology，1999年1月)，它們的全部內(nèi)容結(jié)合在此作為參考。圖16中所示的曲線232、234、236在時間間隔AB(第一加熱狀態(tài))、BC(第二加熱狀態(tài))、AC(總加熱狀態(tài))和CD(冷卻狀態(tài))內(nèi)的順序部分中的熱變化率的值(單位℃/分鐘)對應(yīng)于第一熱循環(huán)周期，并且是分別利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶198在氣流中以及利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶226和測溫探針226’直接在物品上測量到的，如表1中所示。
表1

通過對曲線232、234、236進(jìn)行考察，可以看出，如預(yù)期的那樣，在物品和傳感器熱響應(yīng)特性的作用下，利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶198在氣流中測量到的最大溫度變化值大于利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶226和測溫探針226’直接在物品上測量到的最大溫度變化值，而且利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶198在氣流中測量到的最小溫度變化值小于利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶226和測溫探針226’直接在物品上測量到的最小溫度變化值。從圖15中還可以看出，從氣流中測量到的最大和最小溫度變化值之間的差異比利用傳感器226、226’獲得的響應(yīng)差異更大。此外，從表1中的數(shù)據(jù)可以得出，利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶198在氣流中測量到的熱變化率的值也高于利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶226和測溫探針226’直接在物品上測量到的熱變化率的值。為了補償氣流溫度測量值與物品溫度測量值之間的固有差別，圖15中所示的計算機優(yōu)選被編程，以便根據(jù)物品溫度測量值而調(diào)節(jié)循環(huán)周期模式，從而提高溫度控制裝置的性能。
權(quán)利要求
1.一種振動試驗設(shè)備，包括主封殼，其限定了主聲腔并且具有隔板，隔板上設(shè)有至少一個主開口；隔聲裝置，其適合于容納試驗物品；聲源，其具有至少一個聲換能器，所述聲換能器聲學(xué)連接著所述主聲腔，以向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波；連接裝置，其用于將物品緊固在一個位置上，在該位置，所述主開口基本上被物品和隔聲裝置封閉，以便衰減一部分到達(dá)所述物品上的未直接暴露給聲波的大致相反表面上的聲波，從而衰減所述物品的相反表面上所受到的反相聲波抵消作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述聲源包括與所述聲換能器相連的驅(qū)動裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，還包括隔聲內(nèi)腔，其用于容納所述主封殼、所述聲換能器和所述物品連接裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述物品包括印刷電路板，所述隔聲裝置包括一個或多個由彈性隔聲材料制成的密封件，并且形成了用于約束印刷電路板外周的大致封閉周邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述連接裝置包括至少一個夾具，所述夾具包含大致矩形的框架和分布并以可調(diào)的方式安裝在框架上的多個夾爪，所述框架以大致對準(zhǔn)所述主開口的方式緊固在隔板上，每個所述夾爪分別適用于容納印刷電路板周邊的一部分，從而在夾爪位于閉合位置時剛性保持印刷電路板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置包括控制器，其用于產(chǎn)生具有理想頻譜的激勵輸入信號，以及放大器，其用于產(chǎn)生電輸出信號，所述電輸出信號被發(fā)送給所述聲換能器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動試驗設(shè)備，還包括振動傳感器，其適用于連接在所述物品上，以產(chǎn)生振動指示信號，所述控制器將反饋回來的振動指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動試驗設(shè)備，還包括聲傳感器，其布置在所述主開口附近，以產(chǎn)生聲壓指示信號，所述控制器將反饋回來的聲壓指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述控制器將反饋回來的激勵輸入信號與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，還包括附加聲源，其具有至少一個附加聲換能器，所述附加聲換能器布置在所述主聲腔的外側(cè)并且面對著所述隔板，以向著物品產(chǎn)生聲波，從而向物品上施加附加振動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述附加聲源包括與所述附加聲換能器相連的附加驅(qū)動裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的振動試驗設(shè)備，還包括隔聲內(nèi)腔，其用于容納所述主封殼、所述兩個聲源和所述連接裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述隔板基本上在水平面中延伸，所述試驗設(shè)備還包括升降器，其用于以可調(diào)的方式將附加聲源保持在與隔板相隔的關(guān)系上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述聲換能器彼此面對著，二者之間橫向延伸著所述隔板，所述聲換能器具有互補頻率操作范圍這一特性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述聲換能器分別被相應(yīng)的所述驅(qū)動裝置供應(yīng)第一和第二電輸出信號，所述電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置之一以相反的電極連接著所述聲源中的相應(yīng)的一個，以使所述第一和第二電輸出信號在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置連接著用于產(chǎn)生具有理想頻譜的激勵輸入信號的控制器、分頻濾波器和用于產(chǎn)生所述電輸出信號的放大器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的振動試驗設(shè)備，還包括振動傳感器，其適用于連接在所述物品上以產(chǎn)生振動級信號，所述控制器將反饋回來的所述振動指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的振動試驗設(shè)備，還包括聲傳感器，其布置在所述主開口附近，以產(chǎn)生聲壓指示信號，所述控制器將反饋回來的所述聲壓指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述控制器將反饋回來的激勵輸入信號與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，還包括至少一個輔助封殼，其限定了帶有附加開口的輔助聲腔；至少一個附加隔聲裝置，其適合于容納附加試驗物品；至少一個附加連接裝置，其用于將附加試驗物品緊固在一個位置上，在該位置，所述附加開口基本上被附加試驗物品和附加隔聲裝置封閉。其中，所述聲波向所述附加試驗物品施加振動。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，每個所述物品分別包括印刷電路板，每個所述隔聲裝置分別包括一個或多個由彈性隔聲材料制成的密封件，并且形成了用于約束印刷電路板外周的大致封閉周邊。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述兩個連接裝置組合在單一的夾具中，所述夾具包含大致矩形的框架和分布并以可調(diào)的方式安裝在框架上的多個夾爪，所述框架以大致對準(zhǔn)所述兩個開口的方式緊固在隔板上，每個所述夾爪分別適用于容納所述兩個印刷電路板周邊的一部分，從而在夾爪位于閉合位置時剛性保持所述印刷電路板。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的振動試驗設(shè)備，還包括附加聲源，其具有至少一個附加聲換能器，所述附加聲換能器布置在所述主聲腔的外側(cè)并且面對著所述輔助封殼，以向著物品產(chǎn)生聲波，從而向物品上施加附加振動。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述附加聲源包括與所述附加聲換能器相連的附加驅(qū)動裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述聲換能器彼此面對著，二者之間橫向延伸著所述隔板，所述聲換能器具有互補頻率操作范圍這一特性。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述聲換能器分別被相應(yīng)的所述驅(qū)動裝置供應(yīng)第一和第二電輸出信號，所述電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置之一以相反的電極連接著所述聲源中的相應(yīng)的一個，以使所述第一和第二電輸出信號在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置連接著用于產(chǎn)生具有理想頻譜的激勵輸入信號的控制器、分頻濾波器和用于產(chǎn)生所述電輸出信號的放大器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的振動試驗設(shè)備，還包括振動傳感器，其適用于連接在所述物品中的至少一個上以產(chǎn)生振動指示信號，所述控制器將反饋回來的所述振動指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的振動試驗設(shè)備，還包括聲傳感器，其布置在所述主開口附近，以產(chǎn)生聲壓指示信號，所述控制器將反饋回來的所述聲壓指示信號與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述控制器將反饋回來的激勵輸入信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動試驗設(shè)備，還包括隔熱封殼，其限定了用于容納所述物品的熱腔；用于產(chǎn)生惰性流體流的裝置；用于加熱所述惰性流體流的裝置；用于使所述惰性流體循環(huán)流入所述熱腔中的裝置；第一傳感裝置，其安置在所述熱腔中，以產(chǎn)生第一溫度標(biāo)識信號；控制裝置，其可以對所述溫度標(biāo)識信號作出響應(yīng)，并且操作性地連接著所述加熱裝置，以便在所述聲源向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波的同時根據(jù)預(yù)定熱循環(huán)分布模式而控制所述惰性流體的溫度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的振動試驗設(shè)備，還包括用于冷卻所述惰性流體流的裝置，而且所述控制裝置根據(jù)所述預(yù)定預(yù)定熱循環(huán)分布模式而選擇性地啟動所述加熱裝置和所述冷卻裝置之一。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，安置在所述熱腔中的所述第一傳感裝置只與所述惰性流體流接觸，以使所述第一溫度標(biāo)識信號代表受熱后的所述惰性流體的溫度，所述試驗設(shè)備還包括附加傳感裝置，其布置在所述物品上，以產(chǎn)生物品溫度標(biāo)識信號，所述控制裝置包括計算機，所述計算機具有存儲器并且響應(yīng)于所述物品溫度標(biāo)識信號而將該信號儲存在所述存儲器中。
36.一種振動試驗設(shè)備，包括隔聲內(nèi)腔；第一和第二聲換能裝置，它們?nèi)菁{在所述隔聲內(nèi)腔中并且彼此面對著，所述聲換能裝置具有互補頻率操作范圍這一特性；連接裝置，其用于將至少一個試驗物品在所述隔聲內(nèi)腔中緊固在所述聲換能裝置之間的位置上；驅(qū)動裝置，其連接在所述聲換能裝置上，以向所述第一和第二聲換能裝置供應(yīng)相應(yīng)的第一和第二電輸出信號，以使所述換能裝置產(chǎn)生聲波，從而相應(yīng)地向物品上施加振動，所述電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜，并且在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述物品包括印刷電路板。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述驅(qū)動裝置連接著用于產(chǎn)生具有理想頻譜的激勵輸入信號的控制器、分頻濾波器和用于產(chǎn)生所述電輸出信號的放大器。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的振動試驗設(shè)備，還包括振動傳感器，其適用于連接在所述物品上以產(chǎn)生振動指示信號，所述控制器將反饋回來的所述振動指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的振動試驗設(shè)備，還包括聲傳感器，其布置在所述聲換能裝置之間，以產(chǎn)生聲壓指示信號，所述控制器將反饋回來的所述聲壓指示信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，所述控制器將反饋回來的激勵輸入信號的特性與基準(zhǔn)激勵信號數(shù)據(jù)作比較，以產(chǎn)生所述激勵輸入信號。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的振動試驗設(shè)備，還包括隔熱封殼，其限定了用于容納所述物品的熱腔；用于產(chǎn)生惰性流體流的裝置；用于加熱所述惰性流體流的裝置；用于使所述惰性流體循環(huán)流入所述熱腔中的裝置；第一傳感裝置，其安置在所述熱腔中，以產(chǎn)生第一溫度標(biāo)識信號；控制裝置，其可以對所述溫度標(biāo)識信號作出響應(yīng)，并且操作性地連接著所述加熱裝置，以便在所述聲源向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波的同時根據(jù)預(yù)定熱循環(huán)分布模式而控制所述惰性流體的溫度。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的振動試驗設(shè)備，還包括用于冷卻所述惰性流體流的裝置，而且所述控制裝置根據(jù)所述預(yù)定預(yù)定熱循環(huán)分布模式而選擇性地啟動所述加熱裝置和所述冷卻裝置之一。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的振動試驗設(shè)備，其特征在于，安置在所述熱腔中的所述第一傳感裝置只與所述惰性流體流接觸，以使所述第一溫度標(biāo)識信號代表受熱后的所述惰性流體的溫度，所述試驗設(shè)備還包括第二傳感裝置，其布置在所述物品上，以產(chǎn)生物品溫度標(biāo)識信號，所述控制裝置包括計算機，所述計算機具有存儲器并且響應(yīng)于所述物品溫度標(biāo)識信號而將該信號儲存在所述存儲器中。
45.一種振動試驗方法，包括以下步驟a)提供隔聲內(nèi)腔，其容納著彼此面對的第一和第二聲換能裝置，所述第一和第二聲換能裝置具有互補頻率操作范圍這一特性；b)將至少一個試驗物品在所述隔聲內(nèi)腔中緊固在所述聲換能裝置之間的位置上；以及c)利用相應(yīng)的第一和第二電輸出信號驅(qū)動所述第一和第二聲換能裝置，以產(chǎn)生聲波，從而相應(yīng)地向物品上施加振動，所述第一和第二電輸出電信號具有位于分頻截止頻率附近的互補頻譜，并且在分頻截止頻率區(qū)域中具有基本上相反的相態(tài)關(guān)系。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的振動試驗方法，還包括位于所述步驟c)之前的以下步驟i)產(chǎn)生惰性流體流；以及ii)根據(jù)預(yù)定預(yù)定熱循環(huán)分布模式而選擇性地向所述惰性流體實施加熱步驟和冷卻步驟之一；所述振動試驗方法還包括與所述步驟c)同時進(jìn)行的以下步驟iii)使所述惰性流體流在第一和第二聲換能裝置之間循環(huán)；以及iv)在所述聲源向著所述物品的暴露表面產(chǎn)生聲波的同時，根據(jù)預(yù)定熱循環(huán)分布模式而控制所述惰性流體的溫度。
全文摘要
一種使用聲波的振動試驗設(shè)備包括試驗單元，試驗單元包含主封殼，主封殼限定了主聲腔并且具有帶主開口的隔板，主開口對準(zhǔn)一組隔聲帶，隔聲帶容納著被固定于隔板上的夾具所夾持的試驗物品，從而使主開口基本上被物品和隔聲帶封閉。試驗設(shè)備包括主聲源和附加聲源，主聲源由與主聲腔聲學(xué)連接的主聲換能器例如揚聲器構(gòu)成，附加聲源為一個或多個附加揚聲器的形式，附加揚聲器面對著主揚聲器并在它們之間延伸著隔板，附加揚聲器和主揚聲器具有互補頻率操作范圍。
文檔編號G01M7/00GK1454312SQ00819818
公開日2003年11月5日 申請日期2000年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月28日
發(fā)明者弗朗索瓦·拉弗勒, 弗雷德里克·拉維爾, 馬克·托馬斯, 雅克·奧貝 申請人:因特利姆技術(shù)公司