模态分析与综合技术第7章 信号测量

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
随机猝发信号
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 (2)冲击信号
冲击信号又称脉冲信号,冲击锤(力锤)是产 生脉冲激励最常用的激励装置。冲击信号的时间 历程见图。
第7章 信号测量
7.5 激励信号
3 瞬态信号 (2)冲击信号 冲击信号的频率成分和能量可大致控制,试 验周期短,无泄漏,但信噪比差,特别是对大型 结构,冲击锤产生的激励能量往往不足以激起足 够大的响应信号。即使如此,冲击激励仍不失为 一种简单实用的激励方式。
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
激励有人工激励和自然激励。 人工激励即通常所说的激励,根据需要 通过一定的激励装置施加于被测结构上。大部 分人工激励可控和可测,做模态实验绝大部分 情况是使用人工激励。 自然激励(环境激励)是施加于实体结 构上的自然力,如风载荷、波浪载荷、机器运 转时的动力源等等。自激励一般是不可控、不 可测的。使用自激励通常只能测得响应信号。
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
7.5 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。
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
7.4 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。
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。
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。
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
7.2 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 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
7.4 激励装置
1 激振器系统 由激振器系统产生的激励信号广泛,可控 性强,自动化程度高,因而是最常用的激励装 置。 (1)信号发生器 信号发生器提供激振器所需要的激励信号 源。信号源类型一般有以下几种: ①稳态正弦信号;
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
7.6 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。
从力学意义上考虑,边界条件可分为几何 边界条件(位移)、力边界条件、运动边界条 件等。
第7章 信号测量
7.2 试验结构的支撑方式
在模态试验中对系统固有特性影响最大的 是几何边界条件。试验结构通常的支撑根据几 何边界条件划分为:自由支撑、固定支撑、原 装支撑。
若被测结构是完整的,则模态试验中的边 界条件也应是完整的,即应符合实际工作状态。 如果采用模态综合法将被测结构分为子结构来 进行模态试验,则边界条件应以模态综合法的 要求确定。
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。
下面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ绍常见的支撑:
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
7.5 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
1 激振器系统 (2)功率放大器 信号发生器提供的激励信号主要是包含特 定频率成分和作用时间的电压信号,一般能量 很小,无法直接推动激振器,必须经过功率放 大器进行功率放大后转换为具有足够能量的电 信号,驱动激振器工作。
根据负反馈类型不同,功率放大器分为定 电压功率放大器和定电流功率放大器。
第7章 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。
模态分析与综合技术第7章 信号测量
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
(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
7.2 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
7.3 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。
相关文档
最新文档