电子产品包装振动测试条件研究

合肥京东方显示技术有限公司 聂保勇

电子产品包装振动测试条件研究

合肥京东方显示技术有限公司 聂保勇

电子产品包装行业有很多振动测试标准，每个国家，或一个地区都有一套测试标准，本文从振动原理及不同运输方式分析，在实际操作中怎么设置一个合理的测试标准。从而节省测试时间，节约包装设计成本，做到有的放矢。

随机振动；包装测试；振动频谱

随着电子行业发展，产品包装越来越受重视，不仅要保护好产品的运输安全，包装的成本也追逐最低化。减少包装运输的成本，来增加产品的竟争力。怎么才能做到洽好包装，即不浪费包装成本，又能保证产品安全送到客户手中。选择合适的包装测试标准是非常关键的，标准过严，会造成包装成本浪费，但过松又达不到模拟运输要求。在实际运输中，搬运失误跌落损失只占很少一部分，而绝大部分都是由振动带来的损坏。包装振动可以说是伴随整个产品运输过程的，由于包装振动相对于跌落的隐蔽性，不易觉查性，常被忽略。

1.振动原理分析

如何选择包装振动测试条件，目前常用的有ASTM D4728-1995，ISTA，ISO及国标，这几种标准内提供的振动条件各不相同。从振动原理来分，机械振动可分为正弦振动与随机振动。

1.1 正弦振动，使用固定或变化的频率和振幅的正弦信号，在任意一瞬间只包含一种频率的振动。正弦振动实验有三种程序：共振搜索、正弦扫描、与共振驻留。其中共振搜索与共振驻留用来测试产品结构在振动环境有共振频率时的强度，正弦扫描则是测试共振频率以外的振动环境能量对产品的影响。

正弦振动的测试在于找出产品设计或包装设计的脆弱点，看在哪一个具体的频率点响应最大，就是所谓的共振点。找到共振点后在该共振点作驻留测试.(10 min.)，确定产品能否承受共振带来的影响。在做包装设计的时候, 要使包装系统共振点尽量避开产品共振频率点。

正弦振动数学表达式如下：

对上式进行二次微分就得到加速度表达式：

Xp是振幅，振动加速度最大峰值是G(p)=Xpω2，通常以重力加速度g为单位。一般设置振动条件时不是用振动加速度的峰值，而是用加速度的平均值。平均值表达式如下：

均方根值G正弦rms或有效值。

根据以上可得：

1.2 随机振动是使用一种无规则的随机输入信号，该信号在所有时间内包括规定频率范围内的所有频率分量。其瞬间值服从正态分布。在频率范围内用功率频谱密度曲线来表示。与正弦振动不同，尽管达不到最大值，在随机振动过程中始终在激励共振。随机振动是比较接近实际运输的振动情况，

是考验包装结构整体耐振能力。一般只有在随机振动时才会有激发出多个共振频率的可能性。随机振动的能量用Grms来表示，以重力加速度g为单位。给出功率频谱密度曲线，就可以通过公式来计算总加速度均方根值。由随机振动理论，我们可以知道加速度总均方根值等于各功率频谱密度曲线下的面积和的平方根。公式如下：

图1

如图1总均方根值就是三个面积之和的平方根，对于A2直线谱均方根值，计算公式如下：

W是功率频谱密度值。

对于A1上升线谱，均方根值公式如下：

其中m是上升谱的斜率，单位;dB/Oct

对于A3下降线谱，均方根值公式如下：

当m为3时，分母为0，不能使用上式，此时下降谱的均方根值公式应如下：

2.正弦振动与随机振动的关系

在严格意义上来讲，正弦振动与随机振动的严酷等级是不能作比较的，因为他们的作用机理不同，所使的目的也不一样。对于正弦振动，振动加速度的峰值是有效值的1.414倍，对于随机振动峰值是有效值的3倍。所以对于有相同的均方根值时，根据测试经验，达到相同产品失效，正弦振动所需时间要比随机振动时间要长，我们粗略认为随机振动会比正弦振动更严格一些，从大多数实验结果来看也附合这一推论。但两种振动之间不能作等级转换。

3.随机振动功率频谱密度的选择

下面是几种常用标准的功率频谱密度曲线，不同的频谱对应不同的运输环境。对于包装产品怎样选择一个合理的标准，才不会导入过严，洽好又能满足需求。首先要确认产品的运输环境，空运、海运还是卡车运输。以下表1、表2、表3是ASTM D4169针对不同运输方式定义的随机试验标准。

表1 公路运输功率频谱曲线

表2 铁路运输功率频谱曲线

表3 空运功率频谱曲线

从上述三个表可以看出，空运随机振动加速度均方根值要比公路、铁路要大，也就是说空运的包装随机振动更严酷。如下表4是ISTA 2A中随机振动的标准。表5是ISO 13355中随机振动的标准。

表4 ISTA 2A随机振动的标准

表5 ISO 13355随机振动的标准

随机振动一般在低频对产品的作用力比高频的作用力大，200Hz以上可以认为产品还没有移动，受到的作用力可以忽略不计。所以一般测试只要求1Hz到200Hz.对Grms选择，如果包装运输方式单一，可以从ASTM D4169标准中选择合适的条件。如果对运输方式不确定，或者运输方式多样化。ISTA 2A中的测试条件基本可以满足大多数要求。

4.测试时间的选择

对于振动测试时间选择，目前有多种方式，正弦振动，普遍用的是三轴各30min，扫频10min.随机振动通常用的有三轴向各60min，有三轴向各30min，也有正Z轴60min，其余2轴30min。主要看产品运输环境状况来设定时间，比如路面的严酷与平坦，运输时间长短。另外也要考虑包装是否能倾倒。根据实际需要，灵活设定符合自己的测试标准。下面是一个简易的公式，来计算测试需要持续多少时间。

式中Tt是测试需求的时间，单位：min;T是实际运输需要的时间，单位：h; Grms是实际运输时测试的加速度均方根值，Grms是实验设定随机振动的加速度均方根值。通过此式可以发现Grms设定的大，所需求时间就短，反之测试时间就长。

5.结论

现在电子产品发展讯速，在电子商业的推动下，包装方式的结构多样化，便利化，包装运输方式也呈现多样化。包装振动测试需求也不尽相同，常规的振动测试条件已逐渐满足不了需求。这也促使包装测试标准不断更新发展。总之选择洽当的包装振动测试条件要与测试的目的，包装的成本，包装运输环境相接合。

[1]中华人民共和国国家标准GB/T 2424．26-2008．

[2]戴诗亮 随机振动实验技术[M]．清华大学出版社 1984．

[3]ASTM D4169-08运输容器和系统的性能实验的标准．

[4]ISTA 2A-2006包装运输测试标准．

[5]ISO 13355-2001包装．满装的运输包装和单元货物．随机垂直振动试验．

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[8]凌福根译 随机数据分析方法[M]．国防工业出版社,1976．

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