模态激振器模态测试

激振器振动模态测试

模态分析是对被测结构的动力特性的研究。目的是识别被测结构的模态参数。模态是结构的固有属性，并由材料属性（质量，阻尼和刚度）以及结构的边界条件决定。每个模态都由固有（模态）频率，模态阻尼和模态形状定义。

模态测试是测量结构频率响应函数的过程。用户负责选择合适的传感器，通道耦合，频率范围等，以高精度获取系统频率响应功能。

被测结构需要被激发，并在被测结构上的各个测量点上产生足够的响应。通常，在实验室中可以使用冲击锤，单个激振器或多个激振器来激发DUT(被测结构)。在现场，可以在某些测试没有激励力的情况下测量工作响应。

本文将详细讨论激振器激发技术。

结构互易

结构互易性指出，由于在B点的激励，在A点的响应,等于在A点的激励在B点的响应。

利用该定理，减少了理解结构所需的数据量。简而言之，只需要1行或1列的频率响应函数即可表示被测结构。

上图说明了具有所有9种可能的加速/强制频率响应函数的3自由度集总质量模型。注意，只有对角线（驱动点）测量是**的。下图显示相位的对称性，而上图显示幅度对称性。

激振器振动模态测试

如下图所示，通过激振器在单个点激励被测设备，并在被测设备周围分布加速度计以测量相应的响应。

记录每个频率响应函数的DOF（激励（参考）和响应点的点和方向信息）。自动化有助于简化簿记。DOF信息随每个测得的频率响应函数一起保存。因此，可以使用模态软件将每个“频率响应函数”与结构的几何体相关联，以在以后执行模态形状动画。

模态激振器用于模态测试。它们相对简单地附着到被测结构上。它可以悬挂在一根松紧的松紧绳上，也可以在地板支撑下操作。固定振动筛以进行模态测试总是要花时间和精力。但是，这值得付出努力，因为可以使用高通道数动态信号分析仪快速获取频率响应功能。

如上图所示，以确定的激励来激励测试结构，并测量相关的响应。这两个量的快速傅立叶变换之比是频率响应函数Hij。这描述了在点i处被单位力激发时在点i处的响应。

在我们要用n个点描述动态行为的结构中，可以测量n个不同的频率响应函数。每次测量代表一个自由度。为了完整描述结构的动态行为，可能有必要在x，y和z方向上进行测量，在这种情况下，对于n个测量点，将存在3xn个自由度以及3n x 3n个不同的频率响应函数。

为了传递激励力，可以使用托管架，如上图所示。基本上，毒刺使振动筛系统与结构分离，并将驱动力传递到结构。刺针本身在轴向方向上是刚性的，而在横向方向上是柔性的。力传感器测量并通过传感器的刚性套管将轴向力传递到结构中。因此，由托管器通过力传感器传递到结构的任何侧向载荷都是隔离的，无法测量。经过适当设计，选择和对齐的毒刺将减少潜在的噪音问题。

阻抗头被连接到被测结构的选定驱动点。它是一个力传感器和一个加速度计。同时测量激励点和驱动点处的响应非常有用。

被测结构通常通过柔性悬挂物（即松紧绳）悬挂。这就是所谓的自由边界条件。也可以在安装或操作条件下对被测结构进行模态测试。相同类型的边界条件可以应用于振动筛安装。

左上方的图提供了外部支撑的反应。振动筛安装在耳轴内部，并由地板支撑。当可以使用诸如橡皮筋绳之类的灵活装置支撑DUT时，通常用于较小到中等的DUT。但是，必须确保振动筛支架没有共振。

右上方的图通过激振器惯性提供了反应激励。这种安装方式会限制作用力，但如果需要更大的驱动力，则可能会向振动筛添加额外的质量。

通常，以上设置仅在悬架频率远低于模态测试的*低关注频率时才起作用。

为了进行模态测试，所有必需的信息都围绕着动态质量小的共振频率。这导致对模态测试所需力的要求大大降低。这个想法是要从所有测量点获得足够的响应水平和足够的信噪比。在这种情况下，不需要非常大的模态激振器。

不同类型的激励信号

通过振动筛激励，可以使用不同类型的信号来激发被测结构。通常，激励信号可以是随机的或正弦的。

甲随机信号是一个信号，其中幅度和瞬时频谱的给定频率的相位随机地改变从记录到记录。因此，通过求平均值，它将对由随机信号激发的非线性系统的频率响应函数给出线性近似。这在基于线性模型的应用中很重要。

除了其自动频谱之外，随机信号还可以通过其振幅概率密度来表征。振幅概率产生高斯分布特征。

可以容易地将随机信号限制在目标频率范围内，以获得**动态范围。

应使用Hanning窗口以**程度地减少分析中的泄漏。

随机激励的*重要的优点是它为非线性系统提供了**的线性逼近。波峰因数通常为3至3.5。随机信号同时激发所有感兴趣的频率，因此，该技术总体上是快速的。但是，泄漏是随机激励的问题。因此，平均需要汉宁窗。

甲突发随机信号是与瞬态时间窗加权的随机信号。瞬变窗口必须与分析触发器同步。这可以通过分析仪的源触发类型来实现。必须设定突发窗口的长度，以使其在停止时必须有足够的时间来允许结构响应衰减。这是为了防止泄漏。

由于信号的随机性，可以以与随机信号相同的方式获得系统的**线性逼近。正确设置突发随机信号的百分比后，所得的频率响应函数可以无泄漏。它花费与随机信号大约相同的时间。但是，由于对RMS值的贡献，波峰因数高于随机测试中的波峰因数，而由于信号上的时间窗口，该值受到限制。

轻微阻尼的结构在被纯随机噪声激发时会缓慢衰减。当FFT采用“力和响应”时间帧时，某些运动是由于早于捕获帧施加的力引起的。所看到的力量将刺激继续超过当前框架的反应。这等于泄漏，并导致每个谐振周围的低相干性。

利用突发随机信号，它将一些随机噪声门控为瞬态激励。在门的单个持续时间内对观察到的力的反作用力比捕获窗口短得多，从而使其可以包含在一帧中。如上图所示，这消除了泄漏，如改进的相干性所示。显然，与右边的随机信号激励相比，突发随机信号激励的相干性提高了很多。

正弦激励也显示为可用。对于正弦信号，波峰因数为1.414，小于2。波峰因数低意味着在高峰值可能会引起问题的情况下，正弦激励是一个不错的选择。正弦激励可用于研究被测结构的非线性。对于给定的频率，可以使用不同的输入电平进行多次测量。

必须使用扫描技术来覆盖较宽的频率范围。扫描速率必须足够低，以允许系统时间响应不断变化的频率。结合峰值保持平均值，这是可能的。

也可以使用步进正弦波类型的测试。通过步进正弦测试，可以通过一次测试一个频率点来构建频率响应函数。显然，这种测试需要时间。但是由于能量一次集中在一个频率这一事实，它提供了高精度结果。

正弦技术的*重要优点是它使非线性研究成为可能。

线性调频线性调频脉冲是一个快速扫描的正弦波，在一个帧时间T内都具有指定的低频和高频。它基本上具有“正常”伪随机信号的所有优点和缺点，但波峰因数较低。

线性调频信号具有理想的频谱形状：平坦的幅度频谱和平滑的相位频谱。这对于研究具有非线性行为的结构特别有用。

*后的想法

上面详细讨论了具有振动台激励的模态测试技术。除了本文讨论的主题外，另一个关注点是为单个参考点测试选择正确的驱动点。通常，可以测试一些试驾点。目的是在结构上找到合适的点来连接激振器，以激发所有模式。关键点测量是测试中*重要的测量之一。

通过为被测结构测量整套频率响应功能，可以使用模态分析软件包来识别模态参数。确定的全局参数是自然频率，阻尼和振型。