模态测试试验.ppt

模态测试技术讨论模态试验所用的测量技术对于我们所研究的对象（系统）与外界的关系一般可用如下的图来表示：用公式可表示为：2、已知输出和系统的特性，要研究系统的输入——动载荷识别（作载荷谱）或环境测试问题。测试结构的连接与安装悬挂式是将被测对象自由地悬挂在空间。在这种状态下结构将呈现由其质量和惯性所确定的刚体模态，既无弯曲又无变形。对处于这种自由状态下的结构，我们可以确定其刚体模态，乃至质量和惯性特性，这些都是非常重要的数据。理论上讲模态试验应该在自由支承条件下进行，但在实际情况中，这种方法有时是行不通的。另一种支承为称为地面支承（固定支承），即设想将结构上的某些点与地面固定连接。在理论上分析这个条件是非常容易实现的，即简单的删去对应点的坐标即可。但在做试验时很困难因为我们很难提供一个基础或地基固定试验构件，使其完全与地面固定。最佳悬挂位置进一步假设振形一质量矩阵归一化，各阶模态阻尼近似相当，则最佳激励位置定义第J个自由度的平局驱动自由度加速度（AverageDrivingDOFAcceleration）ADDOFA为：最佳测试点的选取激励信号及方法
广泛采用宽频带激振技术。其中主要有脉冲、阶跃激励，快速正弦扫描等瞬态激励和纯随机、伪随机、周期随机、瞬态随机等激励方法。此外，由于正弦慢扫描技术测试精度高，仍是一种重要的激振手段。
1、脉冲激励
常用的有锤击法。脉冲锤是锤击法的主要设备。为了得到不同脉冲宽度，垂头可用不同材料制成，材料越硬，脉冲频谱越宽。如右图所示
对脉冲信号，特别是小阻尼系统模态测试时，若分析频率高，因采样时间过短，而响应衰减慢，则响应信号被截断而产生能量泄露，解决的办法就是加指数窗。对于力脉冲信号，由于脉冲持续时间短，脉冲后面君威干扰信号，为此可采用加力窗函数的办法，其表达式如下用锤击构件的瞬间，由于结构的回跳，若在第一次敲击后响应尚未完全衰减即重叠第二次敲击，便不能精确地测定频响函数。这点应该注意。
锤击法具有快速、方便的特点，对被测试件无附加质量和刚度约束，但毕竟由于能量分散在很宽频带内，激励能量小、信噪比低，故测试精度不高，一般局限在较小构件的模态测试中应用。3、快速正弦扫描
又名线形调频脉冲，由持续的短信号组成。它要求信号发生器在数秒内扫过整个测试所需的频段，以便获得具有平谱的激励力，从而达到宽频带激励。
快速扫描激励力与时间之间应满足下列关系：快速扫描激励力的时域及频域图如右图所示。
这种方法能获得平谱，在整个测试频段内，激励能量相同，信噪比大，因而较锤击法精度高。4、纯随机信号
理想的纯随机信号是白噪声，其激励能量分布在很宽的频段内，功率谱是平谱。每个t时间内的样本函数都不相同，经多次平均后可消除测试中所引起的各种噪声信号干扰、非线性影响及畸变。由于信号的非周期性，导致信号处理时的截断误差，引起能量的泄露。虽然可以加汉宁窗的办法来解决能量的泄漏问题，但随之而产生的是频率分辨率降低，使参数辨识带来困难。因而一般不采用纯随机激励。8、正弦扫描
这是一种传统的激励方法，比较成熟。它具有激励能量集中，信噪比大，测试精度高的优点。此外，它还可用来检验系统的非线性特性。
近年来，由于多输入、多输出模态测试技术的发展及广泛应用，测量通道的增加，在测试频率步长间隔内即可完成信号的离散化傅氏变换，使测试时间大为减少，弥补了该方法测试时间长的主要缺点，因此，近年来又重新受到重视，它仍然是模态试验中的一种重要而可靠的方法。激励系统机械式激振器被测试结构与激振器的连接往往通过一种称为柔性杆的细长杆来实现。它的特点是在激振方向上相对地刚硬，而其余方向上柔软，这样有可能在激振方向上传递力，而其余方向上使附加约束释放。柔性杆的直径及长度应视具体测试对象而定，使柔性杆的纵向及横向弯曲振动固有频率避开激振频率。一般柔性杆的直径为1~2mm，长度为20~50mm。
电液激振器t加速度传感器2、集成电路式压电加速度计
此类加速度计使用了压电元件，内部具有电荷－电压的转换回路，因此被称为集成电路式压电（ICP）加速度计。
与使用信号电缆的加速度计不同，此类加速度计需要提供恒定电流，同时还需要转换器将mV单位的输出增幅到任意电压。通过在加速度计内部安装转换器回路，在小型化的基础上又实现了高灵敏度化。根据用途在内部回路中安装滤波器，就可以设定频率的响应，还可以抑制加速度的共振。
集成电路式压电加速度计不需要像压电式加速度计那样的低噪声同轴电缆。即使信号电缆很长也不会导致灵敏度降低或噪音增大。另外由于阻抗很低，潮湿和污浊环境对其影响也很低。
现在用的较多，价格较高3、压阻式加速度计
压阻式加速度计内部具有半导体感应元件，在半导体元件上形成可变电阻。通过可变电阻在全桥或半桥状态形成惠斯登电桥，针对施加在电桥上的电压，观测一方输出电压的变动来测量加速