LED灯具可靠性试验中振动试验技术分析
作者：关卫斌，陈海锋
来源：《品牌与标准化》2021年第06期
        【摘要】 LED燈具成为生活中必不可少的一部分，无论是在室内还是在室外都随处可见，因此，市场上对LED灯具各方面性能要求也越来越高。当前，部分LED灯具产品的可靠性及安全性出现了一些隐患。本文结合对标准的理解和工作中经验的积累，对户外用LED灯具可靠性要求中振动试验的振动应力如何施加、何时施加等问题进行分析，为确保产品准确实施可靠性试验提供指导和帮助。
        【关键词】 可靠性;LED灯具;扫频振动;共振频率
        【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.016
        Analysis of Vibration Test Technology in the Reliability
        Test of LED Luminaire
        GUAN Wei-bin，CHEN Hai-feng
        （Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision，Guangzhou 510000，China）
        Abstract： LED luminaire has become an indispensable part of life，whether it is indoors or outdoors. Therefore，the performance of LED luminaire is getting higher and higher in the market. At present，some hidden dangers have appeared in the reliability and safety of some LED lamps. Combined with the understanding of the standard and the accumulation of work experience，this paper analyzes how and when to apply the vibration stress in the vibration test in the reliability requirements of external LED lamps，so as to provide guidance and help for the smooth implementation of the reliability test.
        Key words： reliability;LED luminaire;sweep frequency vibration;resonance frequency
        1 灯具振动试验的必要性
        随着城市化进程的加快，作为城市景观亮化工程的LED灯具产品也得广泛应用，市场上对LED灯具产品在节能、可靠性、环保等方面提出了更高质量的要求，本文就主要从LED灯具可靠性要求中，对振动试验要求与技术分析进行介绍。
        灯具在使用中经常会遇到一些外界环境影响而让产品出现一些故障，为了进一步提高灯具产品可靠性，根据GB/T 33721—2017《LED灯具可靠性试验方法》与ANSI C136.31—2018《北美道路和区域照明产品的振动试验》标准，对户外的LED灯具产品进行振动试验。振动试验是模拟产品在运输（Transportation）、安装（Installation）及使用（Use）环境中所遭遇到的各种振动环境影响，用来确定灯具是否能承受各种环境振动的能力。振动试验是评定元器件、零部件及整机在预期的运输及使用环境中的抵抗环境应力，同时也可以通过振动试验结果及早发现灯具存在的不足，并在上市之前进行改进，降低产品故障率，提高灯具产品的可靠性。
        2 LED灯具可靠性试验中的振动试验要求
        根据GB/T 33721—2017《LED灯具可靠性试验方法》标准条款13要求，LED灯具在做振动试验时先按要求进行扫频，确定共振频率，之后在该频率下进行耐振试验，耐振的加速度应按照相应的材料规定。进行试验时，应将灯具以正常使用的方向刚性安装在振动台上，在3个相互垂直的轴线上（X、Y、Z）用5 Hz至30 Hz扫频，扫频速率≤1 oct/min，寻找并确认共振频率（注：进行LED灯具试验时应使用模拟灯杆装置，装置应包括灯杆和
底座，以及悬臂组成或优先选用镁铝合金组成的L型或T型夹具按制造商要求进行连接及固定LED灯具产品）。确定共振频率后，将灯具按正常安装方向固定在振动台上，在每个平面上按加速度和所测的共振频率经受100000次耐久振动，相关的LED灯具试验要求见表1。另外，标准也提出考虑到部件老化的问题，标准对每个方向上的振动试验可以选用不同备用灯具进行试验，用来消除连接部件老化的影响。
        根据表1确定了试验要求后，再进一步细化测试过程的参数，具体如下。
        1）测试时间。测试时间的计算方法为：[测试时间=N60×f]，其中，N为振动的总次数;f为共振频率，单位为Hz。
        2）测试加速度计算公式。应力与加速度成正比。因此，测试加速度值可在N次循环中模拟所需的疲劳极限加速度来确定：[At=Ae×（SnSe）]，其中，At为试验过程中灯具中心点出的加速度;Ae为需要的加速度耐力，通常普通道路上的加速度取1 g，桥梁及天桥上的加速度取2 g;Sn为N次循环后引起的疲劳应力（本次举例的是10万次）;Se为所涉及材料的耐久性应力。
        3 进行振动试验时要考虑的主要问题
        3.1 振动试验夹具
        灯具振动试验的夹具有多种样式，有些是为某种型号的灯具设计的，也有些是通用夹具。总而言之，无论是哪种夹具，都需要考虑刚性强度、夹具的重量以及夹具的重心等问题。以下结合实际工作经验对上述指标进行分析。
        1）刚性强度。一般来说，刚性强度越大体积越大，固有频率就越小。因此，试验时不仅要尽量确保夹具与灯具进行刚性连接，而且夹具的刚性强度越大越好。目前一般用铝、钢、镁作为材料来制造夹具，它们主要的物理特性见表2。比刚度是评价夹具材料重要指标之一，比刚度越大，该夹具的质量就越轻，刚性强度就越大，同时频率范围就越大。因此，夹具可以根据实际要求和成本设计选择合适的材料。
        2）夹具的重量。前面的内容也提到，夹具质量越轻越好。因为夹具的重量会影响轴向的共振频率，所以在适当条件下，应选择质量相对轻的夹具。
        3）夹具的重心。安装时，试验台的中心、样品的重心以及夹具的重心应尽量在同一条直线上，这样能尽量避免振动台均匀度的降低和波形的失真度升高，提高试验的准确度。
        3.2 振动传感器的选择

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