中国振动工程学会模态分析高级研修班讲课资料{第二章}模态测试技术.ppt

模态测试系统 频响函数测量系统 基本组成 激励系统、传感系统、分析及微机 激励系统 信号源：可产生正弦、随机、瞬态和周期激励信号 功率放大器：放大弱小的激励信号以推动激振器 激振器：方法包括电磁激励、锤激、阶跃释放和环境激励等 传感系统 传感器：最常用压电传感器 适调放大器：增强传感器的小信号，以便送至分析仪进行测量分析 连接部分 分析仪 信号分析仪：最常用，多带信号源 微机：进一步的模态分析及结构动态修改 典型部件频响函数测量框图 测试结构的联结与安装 地面支撑 被测结构所选点与地面联结，认为联结点速度导纳为零 模态分析时删除适当的坐标即可完成理论分析 联结点及基础不可能保持绝对刚性，因而有误差 要求在测量频率范围内基础件比试验结构在联结点的导纳小得多 注意联结部位，不能由于联结体的引入而使局部刚度增加 固支支承理论上容易实现，仿真计算时只需要将有关自由度约束即可。但实现起来有困难。由于实现固支条件的结构不可能是刚性的，有弹性。因此要实现固支支承，就必须要求支承结构的最低弹性体频率远高于试验结构的最高分析频率。因此要实现高频模态的固支支承是很困难的，一般情况下，中小结构能够实现的固支频率大约是400Hz，特殊条件下小结构固支有可能超过1000Hz，但对大结构要实现固支支承很困难。 频响函数的测试 激励信号及方法 宽频带激励技术 瞬态激励：脉冲激励。阶跃激励、正弦扫描激励等 随机激励：纯随机、伪随机、周期随机、瞬态随机等 脉冲激励 锤激法：脉冲锤为主要设备 冲击锤特性 锤头材料越硬，脉冲频谱越宽 锤激法快速方便 对被测件无附加质量和刚度约束 缺点是能量分散在很宽的频带内 激励能量小、信噪比低、测试精度不高 一般在小构件测试中应用 快速正弦扫描：又叫线性调频脉冲 由持续短信号组成 在数秒钟扫过测试频段 具有平谱的激励力 在整个测试段激励能量相同 信噪比大，精度较锤激法高 纯随机激励 理想的纯随机信号是白噪声 可用平均方法消除各种噪声干扰、非线性影响和畸变 激励能量分布在很宽的频段内，功率谱为平谱 信号非周期性，信号处理时有截断误差，产生能量泄漏 加汉宁可解决泄漏问题，但会时频率分辨率降低，参数识别困难 一般不采用纯随机激励 伪随机激励 具有周期性，各周期内信号完全相同 周期性优点：消除能量泄漏 但每次激励与采样都是同一信号，不能用多次平均消除噪声 周期随机激励 周期不连续的伪随机信号 每个周期内都是不相关的伪随机信号 周期性优点：消除能量泄漏 随机性优点：利用总体平均消除干扰 瞬态随机 兼有瞬态和随机的新的激励方法 可解决谱分析中的功率泄漏问题 具有随机信号信噪比高的有点 正弦慢扫描 传统方法，比较成熟，激励能量集中、信噪比大、测试精度高 还可用来检验系统的非线性 传感器与激振器 压电式力传感器 安装在被测物体受力点上 压电元件所产生的电荷与所受压力成正比 电荷灵敏度定义为输出电荷幅值与所受力幅值之比 加速度传感器 灵敏度：电荷灵敏度与压电灵敏度 与电荷测量仪器联结，采用电荷灵敏度 与电压测量仪器联结，采用电压灵敏度 加速度传感器的幅频特性 电荷放大器 阻抗传感器 测圆点导纳，或称阻抗头 将力传感器与加速度传感器做成一体 可测量同一点的激励力和相应 激振器 电磁式激振器 一般在30Hz—50kHz 电动液压式激振器 可加静载也可加动载 结构复杂成本高 适用于较低频率范围 需要较大激励力时应用 柔性杆 激振方向刚硬 其余方向柔软 保证在激励方向传力 而其余释放附加约束 附加质量与刚度的消除 附加质量和约束 传感器和激振器对系统的影响 对小测试构件会引起较大误差，必须消除 模态试验最佳悬挂点、激励点和测试点的确定 模态试验的应用和要求 获取系统的动力学特性 验证和修正理论模型或数值模型 对被试验模型进行结构优化 对各字节构的模态模型进行模态综合 对一些无法以直接方法测量的激励力进行载荷识别 要求精度高，应确定最佳悬挂点、最佳激励点、最佳测量点 数字信号处理三：频率域分析 2 频响函数的几种表达图形 频响函数是复函数, H(ω)= |H(ω)|·e j φ(ω)=Re(H(ω))+Im(H(ω)), 幅频图|H(ω)|和相频图φ(ω) 实频图Re(H(ω))和虚频图Im(H(ω)) 乃奎斯特图(Nyquist) Im(H)=f(Re(H)) 频率可用线性或对数(倍频程OCT:1/1OCT,1/3OCT) 幅值可用线性或对数(分贝,dB，20·log(K/Kr) Ar---基准,有几种选择 Kr由国标规定：如运动量 加速度： 20·log(A/Ar) (dB) Ar—基准加速度, 1×10-6 m/s2