模态分析与综合技术第7章 信号测量
模态试验及分析的基本步骤
模态试验及分析的基本步骤本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March模态试验及分析的基本步骤1.动态数据的采集及响应函数分析首先应选取适当的激励方式。
激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。
激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。
目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。
然后进行数据采集。
对于单输入单输出方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。
在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。
2.建立结构数学模型根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。
由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。
根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。
3.参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。
激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。
并非越复杂的方法识别的结果越可靠。
对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。
4.振型动画参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。
但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。
车身部件的模态试验1.测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。
机电工程测试与信号分析 第七章 信号的分析与处理PPT课件
(7-5)
• 令相对误差能量
y22(t)dt1x2y
(7-6)
13
1.相关和相关函数
• 信号之间的相关程度用相关系数ρxy来表示， 可以证明：
xy
y(t)x(t)dt 1
y2(t)dtx2(t)dt
2
xy 1
14
• 对于两个能量有限的信号，若它们的能量 是确定的，则ρxy的大小由y(t)x(t)的积 分决定。因此，可以用两个信号的乘积积
Sx(f) Rx()ej2fd
Rx() Sx(f)ej2fdf
24
一、自功率谱密度函数和互功率谱密度函数
• 互相关函数的傅里叶变换为该信号的互功 率谱密度函数（简称互谱），即
• 通常把研究信号的构成和特征值称为信号分析。
• 把信号经过必要的变换以获得所需信息的过程 称为信号处理。
3
第一节 概述
• 信号可以在时域和频域描述，相应的信号分 析也可以归纳为时域分析和频域分析。
• 信号的分析和处理可以用模拟信号处理系统 和数字信号处理系统来实现。
4
第二节 信号的时域分析
• 一、时域分解 • 二、时域相关分析
第七章 信号的分析与处理
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
第一节 概述
• 通过测试系统所得到的信号包含丰富的有用信 息，但由于测试系统外部和内部各种因素的影 响，夹杂着许多不需要的成分。因此，需要对 所测得的信号作进一步的加工、变换和运算等 一系列处理。(信噪分离；削弱多余内容、强化 有用部分，利于提取有用的特征信息；修正波 形的畸变）
信号检验论实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景信号检测论（Signal Detection Theory，SDT）是心理学中用于研究个体在噪声环境中对信号的识别和判断的理论。
该理论强调个体在感知和决策过程中的主观因素，并通过对信号和噪声的辨别能力进行量化分析，揭示个体在感知过程中的心理机制。
本次实验旨在探讨信号检测论在心理学研究中的应用，通过模拟信号和噪声环境，考察被试在不同条件下的信号识别能力和决策倾向。
二、实验目的1. 了解信号检测论的基本原理和实验方法。
2. 探讨信号和噪声对被试识别能力的影响。
3. 分析被试在不同先验概率下的决策倾向。
三、实验方法1. 实验设计本实验采用2（信号与噪声）× 2（先验概率）的混合实验设计，即信号与噪声两个因素各分为两个水平，先验概率因素也分为两个水平。
实验流程如下：（1）向被试介绍实验目的和规则；（2）展示信号和噪声样本，并要求被试判断样本是否为信号；（3）记录被试的判断结果，包括击中、虚报、漏报和正确否定。
2. 实验材料（1）信号样本：随机生成的具有一定频率和振幅的正弦波；（2）噪声样本：随机生成的白噪声；（3）先验概率：信号出现的概率和噪声出现的概率。
3. 被试招募20名年龄在18-25岁之间的志愿者，男女比例均衡。
四、实验结果1. 信号检测指标（1）击中率（Hit Rate）：被试正确识别信号的概率；（2）虚报率（False Alarm Rate）：被试错误地将噪声识别为信号的概率；（3）漏报率（Miss Rate）：被试错误地将信号识别为噪声的概率；（4）正确否定率（Correct Rejection Rate）：被试正确否定噪声的概率；（5）似然比（Likelihood Ratio）：信号与噪声的似然比，用于衡量被试对信号的识别能力。
2. 先验概率对信号检测指标的影响结果表明，先验概率对被试的信号检测指标有显著影响。
当信号先验概率较高时，被试的击中率和正确否定率显著提高，虚报率和漏报率显著降低；当信号先验概率较低时，被试的击中率和正确否定率显著降低，虚报率和漏报率显著提高。
模态分析实验报告
模态分析实验报告1.引言模态分析是一种常用的结构动力学方法，旨在研究结构在不同频率下的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
本实验旨在通过模态分析方法，研究一个简单的结构体系的固有频率和振型。
2.实验目标通过实验测量和计算，得到结构的第一、第二和第三固有频率，并利用模态分析方法绘制结构的振型图。
同时，通过实验结果对比，验证模态分析方法的有效性。
3.实验材料和方法（1）材料：实验所用的结构是一个简单的桥梁模型，由若干根长木棒组成。
（2）方法：悬挂测频仪对结构进行激振，通过麦克风捕捉振动信号，并用计算机进行分析和处理。
4.实验过程（1）组装结构体系：根据实验设计要求，组装简单桥梁模型，确保结构的稳定性和一致性。
（2）悬挂测频仪：将测频仪正确安装在结构体系的一侧，并调整好位置和角度。
（3）激振：根据测频仪的说明书，调节激振源的频率和幅值，使结构产生振动。
（4）数据记录：用麦克风将振动信号转化为电信号，并通过计算机采集和记录数据。
（5）模态分析：利用采集的数据，进行模态分析，计算结构的固有频率和振型。
（6）数据处理：整理和分析实验结果，绘制振型图并与理论值进行比较。
5.结果分析通过实验和数据处理，得到结构的第一、第二和第三固有频率分别为f1、f2和f3、根据模态分析方法，绘制结构的振型图。
将实验结果与理论值进行比较，进行误差分析、灵敏度分析等。
6.结论本实验利用模态分析方法，研究了一个简单的结构体系的固有频率和振型，并通过实验结果与理论值的比较，验证了模态分析方法的有效性。
通过本实验，我们更深入地理解了结构振动的基本原理和方法，具备了一定的模态分析实验技能。
7.实验总结本实验通过模态分析方法研究了结构的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。
在实验过程中，我们遇到了一些困难和问题，通过积极探索和思考，取得了一定的实验成果。
但我们也发现了许多不足之处，如实验设计和数据处理的精确性等，需要进一步改进和完善。
模态试验分析方法简介
模态试验分析方法简介1 试验模态分析的基本步骤试验模态分析一般分为如下的四个步骤：第一步：建立测试系统所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。
第二步：测量被测系统的响应数据这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。
在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。
第三步：进行模态参数估计即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。
第四步：模态模型验证它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。
以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下：2、建立测试系统建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测试系统的校准等工作。
接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下：2.1激振方式的确定：激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。
天然振源包括地震，地脉动，风振，海浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机械振动，人体晃动和打桩等。
其中爆破和张拉释放这两种方法应用较为广泛。
在工程实际中应当根据被测对象的特点，选取适当的激振方式。
2.2传感器的选择：传感器是测试系统的一次仪表，它的可靠性，精确度等参数指标直接影响到系统的质量。
【工程测试与信号处理课件】实验模态分析
（2）固支支承（Fixed-Fixed Support）。又称地面支承。 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。 （3）实际工作状态支承。
4.系统（参数）识别
4.1频域方法的模态参数识别 根据观测到的输入输出数据建立系统的数学模型，并要求这 个数学模型按照一定准则，尽可能精确地反映系统动态特性， 称系统识别。如果系统的数学模型能用一定数量的参数描述， 那么系统识别便成为参数识别，有称参数辨识或参数估计。 模态参数识别的方法分为直接估计法和曲线拟合法。直接估 计法认为系统的观测数据是准确的，没有噪声和误差，直接 由观测数据求取系统的数学模型。
由于任何观测数据都有噪声和各种误差所以现在的系统识别都是建立在最优控制原则上的按照一定的最优控制准则和算法使实验数学模型和理论数学模型误差最小从而得到反映系统特性的最优数学模型这一含义下的模态参数识别称为曲线拟合法即用理论曲线去拟合实测曲线并使之误差最小
工程测试与信号处理
实验模态分析
1.绪论
• 实验模态分析是以振动理论为基础，综合动态测试技术、数 字信号处理和参数识别等手段，以模态参数为目标的试验， 属于振动试验的一个重要分支。模态分析试验在结构性能评 价、结构动态修改和动态设计、故障诊断和状态监测以及噪 声控制分析等方面有重要应用，尤其是对基于有限元的结构 动态设计和动态修改具有重要意义。 • 模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固 有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试 验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。 • 这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计 算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经 过参数识别获得模态参数，称为实验模态分析。通常，模态 分析都是指实验模态分析。
电子测量技术第7章 频域测量技术ppt课件
第7章 频域测量技术
其物理意义为， 两者能从白噪声源中传输同等的能 量。 只要不是很粗劣的滤波器， 其有效噪声带宽很接近 于3 dB带宽，为了分析方便， 常用3 dB带宽来代替有效噪 声带宽。
频率信号的能力。 当两个频率间隔等于滤波器带宽的等 幅信号同时输入频谱仪时， 频谱仪“正好〞能将它们分 开， 谱图上出现两个峰， 峰谷点之间差3 dB， 如图7- 6 所示。
图7- 1 信号的时域波形及频域频谱
第7章 频域测量技术
从时域t方向描述的电信号就是我们在示波器上看到的 波形f(t)， 从频域f方向看到的这个信号可表示为一组沿频 率轴步进的正弦信号的集合， 即S(ω)， 每一个正弦信号代 表这个电信号在频率点所具有的分量值， 也称为信号的频 谱或频谱分量。
频谱是对信号及其特性的频率域描述。 一个在时域看 来是复杂波形的信号， 它的频谱可能是简单的， 在时域 不容易获取信号的有关信息在频域可能是容易获取的。 一 般来说， 确定性信号存在着傅立叶变换， 由它可获得确 定的频谱。 随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作 出估算， 如均值、 方差等， 这类信号不存在傅立叶变换， 对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。
本章主要介绍信号的频谱分析技术及线性系统的频率 特性测量技术， 包括频谱分析仪、 失真度测量仪、 扫频仪 及网络分析仪等的测量原理。
第7章 频域测量技术
7.1 7.1.1
模态理论及其应用4
机械工程系 张建润
Modal Theory and Its Applications
模态理论及其应用
上式中
其中:
机械工程系 张建润
Modal Theory and Its Applications
模态理论及其应用
获得初次迭代值,将上面值再次迭 代直到精度满意为止
机械工程系 张建润
Modal Theory and Its Applications
模态理论及其应用
求得c1, c2 c3
c1 ∑ c2 = ∑ H iR H iI c H iR ∑ 3
R 2 Hi
( )
∑ ∑( ∑
H iR H iI R 2 Hi H iI
)
∑ H iI ∑
1
H iR
1
R 2 H i + H iR H iI ∑ R 2 I × ∑ H i H i + H iI R 2 I 2 ∑ Hi + Hi
将上面的方程代入传递函数表达式,按泰勒级数展开, 略去高此幂
其中:
机械工程系 张建润
Modal Theory and Its Applications
模态理论及其应用
实测传递函数与拟合圆法得到的传递函数差为
对于所有测试值和拟合值之差的平方和:
要使上式最小,必须有:
机械工程系 张建润
Modal Theory and Its Applications
�
模态理论及其应用
7.2 拟合圆法
对于耦合不是很紧密的模态可以不考虑剩余传函的影 响,采用单自由度法来辨识.
H lp =
φliφ pi
K i (1 ωi2 + j 2ξωi )
常用信号测量实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉常用信号测量仪器的操作方法。
2. 掌握信号的时域和频域分析方法。
3. 学会运用信号处理方法对实际信号进行分析。
二、实验原理信号测量实验主要包括信号的时域测量、频域测量以及信号处理方法。
时域测量是指对信号的幅度、周期、相位等参数进行测量；频域测量是指将信号分解为不同频率成分，分析各频率成分的幅度和相位；信号处理方法包括滤波、放大、调制、解调等。
三、实验仪器与设备1. 示波器：用于观察信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
2. 频率计：用于测量信号的频率和周期。
3. 信号发生器：用于产生标准信号，如正弦波、方波、三角波等。
4. 滤波器：用于对信号进行滤波处理。
5. 放大器：用于对信号进行放大处理。
6. 调制器和解调器：用于对信号进行调制和解调处理。
四、实验内容与步骤1. 时域测量（1）打开示波器，调整波形显示，观察标准信号的波形。
（2）测量信号的幅度、周期、相位等参数。
（3）观察不同信号（如正弦波、方波、三角波）的波形特点。
2. 频域测量（1）打开频率计，调整频率显示，测量信号的频率和周期。
（2）使用信号发生器产生标准信号，如正弦波，通过频谱分析仪分析其频谱。
（3）观察不同信号的频谱特点。
3. 信号处理方法（1）滤波处理：使用滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的变化。
（2）放大处理：使用放大器对信号进行放大处理，观察放大前后信号的变化。
（3）调制和解调处理：使用调制器对信号进行调制，然后使用解调器进行解调，观察调制和解调前后信号的变化。
五、实验结果与分析1. 时域测量结果通过时域测量，我们得到了不同信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
例如，正弦波具有平滑的波形，周期为正弦波周期的整数倍，相位为正弦波起始点的角度；方波具有方波形，周期为方波周期的整数倍，相位为方波起始点的角度；三角波具有三角波形，周期为三角波周期的整数倍，相位为三角波起始点的角度。
2. 频域测量结果通过频域测量，我们得到了不同信号的频谱。
信号2.
第二章信号检测和传感器技术不论是进行设备状态监视和故障诊断，还是进行各种信号分析和处理，所涉及的第一个问题就是信号检测，将各种机械量或其它物理量(例如振动加速度、速度、位移、 压力和温度等)通过传感器转化为电量，经放大、 滤波等前处理变成可以进行分析的模拟或数字电信号，供各种仪器分析，找出信号的特征，特别是故障对应的特征，这就是信号检测的主要目的。
测试系统就是用来进行信号检测的，测试系统的含义很广，即可以理解为单有一个装置组成的简单系统，也可以理解为有多个装置组成的复杂系统。
如由传感器、二次仪表和记录仪组成的测试系统。
2.1 测量装置的组成典型的测试装置常由试验装置、测量装置和数据处理装置三部分组成。
图2.1.1是具有这三个部分的稳态激振模态实验分析测试装置框图。
随机信号发生器产生有限带宽的随机信号，经功率放大器放大，输入电动激振器，转化为激振力作用于汽车的车身和车架。
激振力信号由力传感器拾取，车身和车架上各点的振动响应信号由压电式加速度传感器拾取，经电荷放大器转换放大为电压信号记录在磁带机上，然后送入到DASC动态信号分析与故障诊断系统进行模态分析，分析结果由绘图仪或打印机输出。
1.试验装置：使被测对象处于人们予期状态的装置，其目的在于充分暴露测试对象的内在联系以便进行有效的测量。
例如各种试验台和图2.1.1中由随机信号发生器、功率放大器和激振器组成的整套激振装置均属于试验装置。
2.测量装置：是用以将被测的各种机械量或其它物理量变换成观察者直接感觉到的测量信号的各种测量仪器和辅助装置的总称。
一般是将各种机械量和物理量转化为电量，并经放大，滤波等处理后转化为数字量进行处理。
如图2.1.1所示的从传感器到记录仪所示的部分就是测量装置。
测量装置各部分的主要用途：传感器：将被测物理量转变成电信号，如电压、电流、电荷或磁通量等。
二次仪表：必要的变换、放大、传输、运算、分析等。
指示器或记录仪：指示或记录信号。
信号检测实验报告
一、实验目的1. 理解信号检测论的基本原理和概念。
2. 掌握信号检测实验的方法和步骤。
3. 分析信号检测实验结果，了解信号检测论在心理学研究中的应用。
二、实验背景信号检测论（Signal Detection Theory，简称SDT）是现代心理物理学的重要组成部分，起源于20世纪50年代。
它主要研究人类在感知和判断过程中，如何从含噪声的信号中提取有效信息。
信号检测论的核心观点是：人们在感知信号时，不仅受到信号本身的制约，还受到噪声和个体主观因素的影响。
三、实验方法1. 实验对象：选取10名身心健康、年龄在18-25岁之间的志愿者作为实验对象。
2. 实验材料：JGWB心理实验台操作箱、100克、104克、108克、112克的重量各一个。
3. 实验步骤：（1）准备工作：将实验器材准备好，确保实验环境安静、光线适宜。
（2）实验过程：实验者随机抽取四个重量（100克、104克、108克、112克）进行判断。
每个重量呈现3次，共计12次。
实验者需要判断每个重量的重量大小，并报告是否为“重”。
（3）数据记录：实验者对每个重量的判断结果进行记录，包括“重”和“轻”两种情况。
4. 实验数据分析：运用信号检测论的相关指标，对实验数据进行统计分析。
四、实验结果1. 辨别力（d'）：辨别力是反映个体对信号与噪声差异敏感程度的指标。
在本实验中，10名志愿者的辨别力平均值约为2.3。
2. 判断标准（C）：判断标准是反映个体在判断过程中所采用决策规则的指标。
在本实验中，10名志愿者的判断标准平均值约为0.7。
3. 先验概率：先验概率是指实验者在判断前对信号出现的概率估计。
在本实验中，设定信号出现的概率为0.5。
五、实验分析1. 辨别力分析：实验结果显示，志愿者的辨别力平均值约为2.3，说明志愿者在判断过程中能够较好地识别信号与噪声的差异。
2. 判断标准分析：实验结果显示，志愿者的判断标准平均值约为0.7，说明志愿者在判断过程中倾向于宽松的决策规则。
模态分析与综合技术第7章 信号测量[精]
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第7章 信号测量
7.3 激励方式
1 单点激励 单点激励是最简单、最常用的激励方式。 所谓单点激励，是指对测试结构一次只激励一 个点的一个方向，而在其他任何坐标上均没有 激励作用。单点激励是SISO参数识别所要求的 激励方式。 单点激励之所以有效，是建立在振动系统 的可控性（能激发出系统的各阶模态）和可观 性（测量出的输出信号中包含各阶模态的信息） 假设基础上的。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
1 激振器系统 ②周期信号； ③随机信号； ④猝发信号。 信号发生器提供的激励信号可以是模拟信 号，也可以是数字信号。数字式信号发生器提 供的信号质量较模拟式信号要高得多，故逐渐 成为主流信号源。无论是数字信号发生器，还 是计算机辅助产生的信号源，最终均以模拟电 压信号输出。
测量系统中传感器是非常重要的一环。传感 器有很多种分类方法，如根据与被测结构的接触 方式不同，分为：接触式和非接触式两种；根据 测试信号不同，分为力、响应传感器；根据传感 器换能方式不同，分为压电、涡流等。
第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
试验结构分为原型和模型两种。采用试验 模型时，需要根据相似理论制作模型，不仅考 虑几何相似，还要考虑动力相似。
无论原型或模型，试验结构的边界条件都 是要考虑的重要因素，不同的边界条件的结构 特性可能完全不同。如自由梁、悬臂梁、简支 梁。必须要正确模拟被测结构的边界条件。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
了解激励信号是进行实验模态分析的重要 环节。在制定模态实验方案时，必须根据被测 结构特点、测试环境、现有仪器条件、测试精 度等诸方面选用合适的激励信号。有时需要选 择几种激励方式进行试测，以确定最优激励信 号。模态实验中往往由于激励信号选择不当而 无法收到满意的测试效果。
模态分析实验报告(DOC)
姓名:实验报告学号:任课教师:实验时间:指导老师:实验地占->实验内容用锤击激振法测量传递函数。
实验目的掌握锤击激振法测量传递函数的方法；测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数；分析传递函数的各种显示形式（实部、虚部、幅值、对数、相位）及相干函 数；比较原点传递函数和跨点传递函数的特征； 考察激励点和响应点互换对传递函数的影响； 比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响； 实验仪器和测试系统1、实验仪器主要用到的实验仪器有：冲击力锤、加速度传感器，LMS LMS-SCADAS m 测试系统，具体型号和参数见表1-1。
表1-1实验仪器2、测试系统利用试验测量的激励信号（力锤激励信号）和响应的时间历程信号，运用数字 信号处理技术获得频率响应函数（Freque ncy Res ponse Fun ctio n, FRF ）得到系统的 非参数模型。
然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。
测试系统主要完成力 锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集， 完成数字信号的处理和参数的 识别。
测量分析系统的框图如图1-1所示。
测量系统由振动加速度传感器、力锤和 比利时LMS 公司SCADAS 采集前端及Modal Im pact 测量分析软件组成。
力锤 及加速度传感器通过信号线与SCADAS 采集前端相连，振动传感器及力锤为ICP实验1传递函数的测量1) 2) 3) 4) 5) 6)型传感器，需要SCADAS采集前端对其供电。
SCADAS采集相应的信号和进行信号处理（如抗混滤波，A/D转换等），所测信号通过电缆与电脑完成数据通讯。
力锤*Q力传感器LMS数据采集分析系统EZh - +加速度传感卡器图1-1测试分析系统框图四、实验数据采集1、振动测试实验台架实验测量的是一段轴，在轴上安装了3个加速度传感器，如图1-2所示，轴由四根弹簧悬挂起来，使得整个测试统的频率很低，基本上不会影响到最终的测试结果。
信号检测实验报告
1. 引言信号检测论的研究对象是信息传播系统中信号的接收问题。
在心理学中，它是借助于数学的形式描述“接收者”在某一观察时间内将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。
信号检测论应用于心理学中的基本原理是：将人的感官、中枢分析综合过程看作是一个信息处理系统，应用信号检测论中的一些概念、原理对它进行分析。
信号检测论在心理学中具体应用时，常把刺激变量当作信号，把对刺激变量起干扰作用的因素当作噪音，这样就可以把人接收外界刺激时的分辨问题等效于一个在噪音中检测信号的问题，从而便可以应用信号检测论来处理心理学中的实验结果。
信号检测论的理论基础是统计决策。
信号检测论本身就是一个以统计判定为根据的理论。
它的基本原理是：根据某一观察到的事件，从两个可选择的方面选定一个，人们要想作这样的决策，必须有一个选择的标准。
由于事物之间的区别并不那么明显，人在做决定时往往不是对就是错，因此当刺激超过这一标准时被试就以有信号反应，当刺激达不到这一标准时被试就以无信号反应。
在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判断可以有四种结果：击中、虚报、漏报、正确否定。
本实验的目的：检验当呈现信号和噪音的先定概率发生变化时，对被试辨别力（d’）和判断标准是否都有影响，并学习绘制ROC曲线。
实验目的：通过重量辨别，学习信号检测法实验的有无法。
实验器材：JGW——B心理实验台操作箱，100克，104克，108克和112克的重量各一个。
实验步骤：1、准备工作：（1）把104克、108克、和112克的重量分别和100克的重量比较10次，选出一个在10次比较中7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激。
100克重量作为噪音。
（2）主试按下三种不同的SN和N出现的先验概率安排实验顺序。
（1）（2）（3）P(SN) 20 50 80P（N）80 50 20每种先定概率做100次其中先后各50次。
50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则安排，并列表如下：50 20 80 80 50 20SN N SN N SN N SN N SN N SN N 123…502、正式实验：（1）在每50次实验开始前，先让被试熟悉一下信号和噪音的区别，并告诉被试在这50次中信号出现的概率。
模态测试分析技术
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
16
系统配置
INV1841系列电荷调理器
和压电式力传感器配套，将电荷信号转换 成电压信号。
增益倍数有0.01倍、0.1倍、1倍三种， 根据敲击力大小来选择不同的调理器。
北京东方振动和噪声技术研究所
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
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系统配置
压电式加速度传感器
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
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PolyIIR方法
PolyLSCF方法
北京东方振动和噪声技术研究所
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
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系统配置
MIMO模态分析方法之ERA
特征系统实现算法 Eingensystem Realization Algorithm 时域法，NASA最先提出 总体识别，支持MIMO，适合EMA和OMA
力锤或激振器激励的模态试验，有激励力输入
运行模态分析(Operational Modal Analysis, OMA)
运行状态的模态试验，激励力不可测或无激 励力输入
北京东方振动和噪声技术研究所
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
7
模态测试方法——EMA
试验模态分析（EMA）基本过程:
结构激振 激振信号及结构响应信号采集 频率响应函数估计 模态参数识别 振型动画
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
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EMA模态测试案例
北京东方振动和噪声技术研究所
振动.应变.声学.冲击 全面解决方案
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激励力与响应信号采集
定阶方式 集总平均
传递函数分析(FRF)
参数设置
模态定阶
模态拟合（MIMO）
计算结果显示、动画输 出、报告打印
模态分析法
桥梁结构动态评估的模态分析法文献综述郑大青一、模态分析在桥梁健康监测中的意义；二、模态分析的基本原理及分类；三、模态参数识别研究现状分析；四、模态分析损伤识别现状分析；五、目前模态分析在桥梁监测中存在的问题和不足。
一、模态分析在桥梁健康监测中的意义：桥梁是国家基础设施的重要组成部分，关系到人们的生命和财产安全。
因此，对桥梁进行监测并确定其结构健康状况具有重要的经济和社会意义。
传统的桥梁结构健康监测主要依靠无损检测技术或人工经验对某个特定的结构部件进行检测、查找，判断是否有损伤及损伤的程度，或者测量与桥梁结构性能相关的参数，比如变形、挠度、应变、裂缝等等，通过对这些参数分析，进而判定桥梁结构健康状况。
在应用上面这些方法时存在一些缺陷，如测量之前需知道损伤的大体范围，或者被检测的结构部分是仪器可接近的；在对大跨度桥梁等体量大、构件多的结构监测时，存在不能测量桥梁内部等隐蔽部分、测量工作量大、工作效率相对较低、不能获取桥梁整体信息等不足。
为此，一些专家学者提出了基于模态分析的桥梁健康监测方法，如图1。
此方法将结构动力学领域中的模态分析技术应用到桥梁健康监测中来，以多学科交叉研究为基础的，通过测试桥梁整个结构在外载作用下的响应来分析结构的固有频率、阻尼和模态振型等动力特性，进而诊断结构损伤位置和程度。
因此，模态参数识别和之后的模态分析损伤识别是整个健康监测中2个重要的组成部分。
图1 模态分析健康监测流程图测量桥梁结构激励、响应等信息 进行桥梁模态参数识别（固有频率、阻尼和模态振型等） 用模态分析损伤识别法进行安全评估模态分析监测方法克服了传统监测法存在的一些缺点，它不受结构规模和隐蔽的限制；具有多学科交叉优势，能对结构全局进行检测，从而能够评价桥梁结构的整体健康状态。
近年来，该方法发展迅速，日趋成熟。
事实上，它已经成为桥梁结构在线健康监测的核心技术之一。
因此，模态分析对桥梁健康监测具有重要意义。
二、模态分析的基本原理及分类：由振动理论知：一个线性振动系统，当它按自身某一阶固有频率作自由谐振时，整个系统将具有确定的振动形态（简称振型或模态）。
模态分析操作指南
模态分析软件操作说明及实例东方振动和噪声技术研究所1999.3.16目录一模态分析的步骤 (2)1.确定分析的方法 (2)2.测点的选取、传感器的布置 (2)3.仪器连接 (3)4.示波 (3)5.输入标定值 (3)6.采样 (4)7.传递函数分析 (4)8.进行模态分析 (4)二模态分析实例 (5)例一自由梁的模态分析实例 (5)例二楼房的模态分析实例 (15)模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。
模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。
试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。
具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。
东方所研制的模态分析系统，自推出以来参与了许多重大的科研项目如大型航空航天设备（长征火箭、通信卫星、大型雷达、火箭发射平台等）、大桥（火箭激振钱塘江大桥、锤击法激振乌海黄河铁路大桥属国内首次）、大楼、大坝、、机车（汽车）车辆和大型港口机械等，分析精度高、操作简便，尤其是变时基模态分析及高速模态三视图动画技术更是在国内外处于领先地步。
一、模态分析的步骤1. 确定分析的方法DASP中提供的模态分析方法有多输入单输出法、单输入多输出法和多输入多输出方法。
一般采用较多的是多输入单输出或单输入多输出方法，在这两种方法中选取时，视哪一种方法简便而定，如激励装置大、不好移动但传感器移动方便就选取单输入多输出方法（即单点激励、多点移步拾振）；如传感器移动不方便但激励装置小、容易移动就选取多输入单输出方法（即单点拾振、多点移步激励）。
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第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
1 自由支撑 有些振动结构的工作状态为自由状态（自 由体），如飞机、火箭等。这类结构在做整体 模型试验时，要求具有自由边界条件。 其实，很难完成完全自由的约束状态（太 空零重力环境和飞行器俯冲失重）。只能说近似自由 （某些自由度的自由）。经常采用的方式有橡皮 绳悬挂、弹簧悬挂、气垫支撑、弹簧支撑（空 气、螺旋）等。 由于悬挂或支撑的刚度较小，故对结构的 弹性模态影响不大。
第7章 信号测量
7.6 测量系统
测量系统负责将被测机械量采集下来，转换 成某种电信号，经前置放大和微积分变换，变成 可供分析仪器使用的与机械量对应的电压信号或 数字信号。
测量系统由传感器及其配套测量电路组成， 如图所示。
第7章 信号测量
7.6 测量系统
测量系统是整个动态测试系统的基本环节之 一，直接关系到试验的成败和精度。选择测量系 统要考虑试验要求的频率范围、幅值量级、测量 参数(位移、速度、加速度、力、应变等)及试验环 境、测试条件等多种因素。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
了解激励信号是进行实验模态分析的重要 环节。在制定模态实验方案时，必须根据被测 结构特点、测试环境、现有仪器条件、测试精 度等诸方面选用合适的激励信号。有时需要选 择几种激励方式进行试测，以确定最优激励信 号。模态实验中往往由于激励信号选择不当而 无法收到满意的测试效果。第7ຫໍສະໝຸດ 信号测量7.4 激励装置
2 冲击锤 冲击锤又称力锤，是模态实验中另一种常 用的激励装置。目前冲击锤多用于SISO参数识 别方法中。 锤击激励提供的是一种瞬态激励，这种激 励只需一把冲击锤即可实现，比激振器系统要 简单得多。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
2 冲击锤 冲击锤锤帽可更换，以得到不同的冲击力 谱。冲击锤锤头可有不同的重量，以得到不同 能量的激励信号。 对普通结构，用SISO频域法做参数识别时， 使用冲击锤一般能得到相当满意的结果。加之 激励设备简单，价格低廉，使用方便，对工作 环境适应性较强，特别适于现场测试，故一般 工程测试单位中均将锤击激励作为优先考虑的 激励方式之一。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
1 激振器系统 （3）激振器
振动测试技术中的激振器种类很多。按工 作原理来分，有机械式、电动力式、压电式、 电磁式、涡流式和电动液压式等等；按接触形 式不同可分接触式和非接触式两种。电磁式和 电涡流式激振器属于非接触式激振器，其余属 接触式激振器。
第7章 信号测量
第7章 信号测量
7.4 激励装置
2 冲击锤 通常力锤难以对大型结构进行激励,原因在 于激励力的能量太小。东方所的弹性聚能力锤 主体采用钢材料制成,力锤的头部用橡胶制成,在 锤头和锤柄之间的弹簧装置,使力的持续时间达 到20ms以上，激励力可达5～12.5吨。 由于较大的激励力,力的能量也就足够大以 激起桥梁的振动。又因为激励力的持续时间较 长,使激励力的能量集中于低频。这种激励力则 非常适合于大型低频结构的模态试验。
7.4 激励装置
1 激振器系统 （3）激振器 不同激振器的用途不同，在模态实验中，常 用电动力式和电动液压式激振器。 电动力式激振器基本原理是电磁感应定律， 通电导体在磁场中受力，将由功率放大器提供的 激励电信号转换为激振力信号。
电动力式激振器具有频率范围大(上限30 kHz，下限1～3 Hz)，激振力幅值、频率及相位 易调等优点。
测量系统中传感器是非常重要的一环。传感 器有很多种分类方法，如根据与被测结构的接触 方式不同，分为：接触式和非接触式两种；根据 测试信号不同，分为力、响应传感器；根据传感 器换能方式不同，分为压电、涡流等。
模态实验中常用的激励信号分为稳态正弦 信号、纯随机信号、周期信号和瞬态信号。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
1 稳态正弦信号 稳态正弦信号是模态实验最早采用的一种 激励信号。通过缓慢改变正弦信号的频率，可 激发出系统的各阶主振动。 频率的变化必须足够慢，以使结构响应达 到稳态。另外，还应注意，在共振区附近，信 号频率改变量要小；而在非共振区，信号频率 可以改变得多一些。一般在测试时，先初步扫 频，根据响应确定系统的几个共振峰，再仔细 扫频，获得详细激励与响应数据。
（1）扫频正弦猝发信号 以快速扫频正弦信号作为激励信号，并取其 扫频周期为猝发激励时间，便获得扫频正弦猝发 信号。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 （1）扫频正弦猝发信号
快速扫频正弦信号
扫频正弦猝发信号
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 （2）随机猝发信号 以周期随机信号作为激励信号，并取周期信 号的周期作为猝发激励的时间，即可获得随机猝 发信号。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
1 稳态正弦信号 稳态正弦信号的优点是：激励能量能集中 在单一频率上，测量信号具有很高的信噪比， 因而测试精度很高；信号的频率和幅值易于控 制。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
2 纯随机信号 纯随机信号又称白噪声信号。理论上的纯 随机信号是具有高斯分布的白噪声，在整个时 间历程上都是随机的，不具有周期性。频率域 上是一条平直的直线，包含0～∞的频率成分， 且任何频率成分所包含的能量相等。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
1 激振器系统 ②周期信号； ③随机信号； ④猝发信号。 信号发生器提供的激励信号可以是模拟信 号，也可以是数字信号。数字式信号发生器提 供的信号质量较模拟式信号要高得多，故逐渐 成为主流信号源。无论是数字信号发生器，还 是计算机辅助产生的信号源，最终均以模拟电 压信号输出。
2 固定支撑
固定支撑（刚性支撑）用于结构承受刚性
约束的情形，如高层建筑、大坝、刚性基础的
机械结构等。 固定支撑要求支撑具有较
大的刚度和质量，才能减少对
结构高阶模态的影响。一般以
A
B
实测支撑系统的最低固有频率
大于所关心的结构最高固有频
率的3倍为参考标准。
第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
3 原装支撑 原装支撑是广泛应用的一种支撑方式。前 面介绍的自由支撑和固定支撑是原装支撑的特 殊情况。 对于完整结构来说，原装支撑是最优边界 模拟。现场模态实验和实验室模态实验。 大多数模态实验是在静态（被测结构处于 静态）下进行的。有些结构在静、动态下的特 性相差较大。如具有滑动轴承的转子等，欲获 结构在动态下的固有特性，应在运行状态下进 行模态试验。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
1 激振器系统 （3）激振器
电动液压式激振器是一种电控制、液压驱 动的激振器，结构要比电动式激振器复杂得多。 它由电动部分、液压驱动部分和激振部分组成。 工作原理是，经功率放大器放大的激励信号送至 电动部分，经液压驱动部分将激振力放大。
电动液压式激振器是一种大型激振设备，可 承受几千牛顿的预压力和高达几百千牛顿的激振 力。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
3 阶跃激励装置 阶跃激励是模态实验中特有的一种激励方 式，它是通过突加或突卸力载荷(或位移)实现对 系统的瞬态激励。 如使用刚度大、重量轻的缆索拉紧被测结 构某一部分，突然释放缆索中的拉力，形成系 统的一个阶跃激励。 阶跃激励的特点：能量大；激励高频成分 少。故适用于大型、重型结构的模态分析。
第7章 信号测量
7.3 激励方式
1 单点激励 对于中小型结构的模态分析，采用单点激 励即可获得较满意的效果。对于大型、复杂结 构，单点激励往往丢失模态，或由于激励能量 有限而得不到有效的高信噪比信号，有时甚至 无法激起结构的整体振动，导致模态实验彻底 失败。
第7章 信号测量
7.3 激励方式
2 多点激励 多点激励是指对多个点同时施加激振力的 激励方式。显然，输入系统的激励能量会成倍增 加，同时，也增加了激振的复杂性（激励设备复 杂，可采用单点分区激励技术）。 多点激励具有以下特点： （1）不易遗漏模态； （2）输入能量大且传递均匀，信噪比好。
第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
1 自由支撑 如果能将自由支撑点选在结构上所关心模 态的节点附近，并使支撑体系与该模态主振动 方向正交，则自由支撑对该阶模态的影响将降 低到最低，可达到最理想的效果。
有些边界条件非完全自由而受弱约束的结 构也可以采用自由支撑。如轮船等。
第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
第7章 模态测试技术
7.1 引言
对于一个确定的实验对象，一般的振动测 试系统由以下三部分组成：
激振部分-输入 拾振部分-一次仪表 显示、分析部分-二次仪表 如果进行模态实验分析，上述三部分可更 详细地叙述如下：
第7章 信号测量
7.1 引言
将实验结构以适当方式支撑起来 选择适当方式激励实验结构，通过拾振 系统测量激励和响应的时间历程 将记录到的激励和响应时间历程信号送 入A/D，将连续的模拟信号转换为离散的数字 信号 把上述时域数字信号进行FFT转换，转换 到频域 模态参数识别
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 瞬态信号的形式和产生方式有多种：有信 号发生器产生的扫频正弦猝发信号和随机猝发 信号；有冲击锤产生的冲击信号和随机冲击信 号；有阶跃激励装置产生的阶跃激励信号；有 特殊装置如火箭筒产生的冲击信号等等。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 由于瞬态信号包含较宽的激励力频率成分， 且频率成分比较容易控制，故瞬态信号是模态实 验中采用的主要激励方式之一 。
第7章 信号测量
7.4 激励装置
下面讨论模态实验中经常使用的人工激励。 典型的激励装置有激振器系统、冲击锤、 阶跃激励装置。 1 激振器系统 激振器一般必须与信号发生器、功率放大 器一起组成激励系统才可使用。激振器系统如 图所示。
第7章 信号测量