[发明专利]峰度调节振动控制仪的装置和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于驱动和/或控制振动台的系统，本发明尤其涉及利用控制振动台的例如频谱和统计的第四矩(statistical fourthmoment)或峰度值的信号来控制振动台的方法和装置。

背景技术

产品的振动测试是产品开发和制造的一部分。例如，振动测试用于确定预期的运输环境应力和实用环境中的产品的完整性。特别地，例如全球定位系统(GPS)装置将很可能受限于各种振动环境，如在从制造商到消费者的运输过程中。如果GPS装置被安装在车辆上，则当车辆行驶在例如路面、道路危险和开放地形时，GPS装置将会经受额外的、不同的振动环境。随机振动测试是一种重现大范围的真实世界环境(例如如上述不同的振动环境)的测试方法。随机振动的频谱能够配制成近似于产品将会经历的特定真实世界环境。

典型的随机振动测试使用具有高斯(也被称作正态)分布的信号。高斯随机信号的特征在于连续概率分布的振幅域，其中信号值群集在平均信号值周围。在特定值(对于连续的概率分布)或特定“箱(bin)”内(即，值范围(对于离散的概率分布)中多个离散子集中的一个)出现信号的概率，随着所述值或箱与平均(或中心)值的距离而减小。

精确地，一些概率分布的低阶中心矩以随机信号特性为特征。围绕平均值的第一中心矩是0。第二中心矩是方差(标准差的平方)。第三中心矩可以被称为是偏态(skewness)，或平均值之下(相对于之上)的不对称分布。第四中心矩，峰度，是概率分布的“尖峰”的测量。具有高峰度的随机信号有方差，多是由于极少的对平均值的极限偏差，也就是说，这些值在所述分布的尾部，而不是由于常见的接近平均值的偏差。

峰度是标量值，也可以定义为第四累积量除以第二累积量，所述峰度等于在平均值周围的第四矩除以概率分布的方差的平方。正如这里使用的，“零超额峰度”意味着的峰度为3。所述峰度值与正态分布相对应。

峰度量化了在平滑化分布之外的偏移值的出现概率。这可以在时域图中当在其它的均匀噪声信号中出现偶然尖峰或平坦点时观察到。例如，在车辆行李架的振动测试中，具有严格正态概率分布的随机谱的使用不能解释由于路面凹坑、限速路脊或铁路轨道等引起的具体的振动应力。增加振动装置中的峰度量能建立更现实的测试模型和更有用的处理机制。

需要的是能实现和控制随机信号的装置或方法，在振动测试系统中所述信号具有特定的谱分布和特定的峰度值，所述振动测试系统包括致动器、被测单元以及系统控制仪。

发明内容

根据本发明的装置和方法可以满足上述需要，其中，振动控制仪包括在随机振动测试系统中的用户选定的峰度水平。

在本发明的一个方案中，呈现了可控峰度(controlled-kurtosis)振动控制仪，其响应来自运动传感器(transducer)的输入而向致动器提供激励随机信号。所述振动控制仪包括：高斯谱发生器，其产生频域高斯分布随机谱。

所述振动控制仪进一步包括非高斯谱发生器，其产生频域非高斯分布随机谱。非高斯谱发生器基于来自运动传感器的输入来接收输入信号，根据输入信号产生标量峰度估算值，并且将所述标量峰度估算值与目标值进行比较。使用比较结果来产生具有包括瞬时值振幅(amplitudes-of-transients)和瞬时值数目(numbers-of-transients)的属性的时域包线。使用时域包线对时域随机信号进行调制。非高斯谱发生器将调制后的时域随机信号转换成频域非高斯分布随机谱。

所述振动控制仪进一步包括逆传递函数发生器，其对来自高斯谱发生器和非高斯谱发生器中的各个谱进行调制。逆传递函数发生器接收输入信号并且将输入信号进行频域转换为输入谱。逆传递函数发生器还接收振动控制仪输出驱动信号并且将振动控制仪输出驱动信号进行频域转换为输出驱动谱。对所述输入谱和输出驱动谱进行处理以生成互功率谱密度的估算值。对所述输出驱动谱进行处理以生成自功率谱密度的估算值。互功率谱密度的估算值和自功率谱密度的估算值被分别平均，并且各个平均数相除以生成频域逆传递函数。

所述振动控制仪进一步包括合成器，其产生振动控制仪输出驱动信号。所述高斯谱和非高斯谱分别与频域逆传递函数相乘，并且对相应的乘法器输出求和，并且将所述和转换成振动控制仪输出驱动信号，所述振动控制仪输出驱动信号作为激励随机信号反馈给致动器。

在另一个方案中，呈现了振动测试系统。所述振动测试系统包括：振动台；被测单元，其被放置在振动台上；传感器，其被可操作地连接到被测单元；以及可控峰度控制仪。