模态测试技术

0
2
4
6
8
10
Time (s)
500 400 300 200 100
0 123456789 Time (s)
Frequency
对数扫频正弦信号
Amplitude
1
0.5
0
-0.5
-1
0
2
4
6
8
10
Time (s)
500
400
300
200
100
0 123456789 Time (s)
Frequency
-5
-10
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
200
400
600
800
1000 1200
频率(Hz)
幅值
截取部分关注的模态
6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
频率(Hz)
FRF曲线拟合识别的模态参数结果
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 0 0.2 0.4 0.6
f1 6.194Hz 1 0.0102
来自其他方面的随机噪声
幅值
幅值
5
0
-5
-100
100 200 300 400 500
频率(Hz)
-2
-3
-4
-5
-6 20 30 40 50 60 70 80 频率(Hz)
抑制噪声的方法： ✓在测试系统中采用合理的减噪措施 ✓分析过程中采用平均技术
测试系统中采用的减噪措施： ✓使用稳压电源 ✓测试系统良好接地 ✓采用屏蔽线 ✓注意仪器开关顺序，测试过程中不要拨 动开关
使用不同刚度锤帽 测得的时间历程曲 线及力谱
钢、铝
塑料 橡胶、充气锤帽
钢、铝
时间 塑料
橡胶、充气锤帽
频率
加速度传 感器
信号放大器
数据采 集仪
计算机
8.6 实例
2
1
幅值
0
-10
1
2
3
4
5
时间(s)
脉冲激励
幅值
10
5
0
-5
-10
0
1
2
3
4
5
时间(s)
加速度响应
对数坐标下频响函数
10
5
幅值
0
自由端的质量块和粘贴在悬臂梁上下表面的四个扩散电 阻，传感器的电阻输出与其承受的振动力成比例。
性能特点 压阻式加速度传感器的一个显著优点是可以测量 低频振动信号，因此特别适合于长期中低振动频率 的测试。
压电加速度传感器
工作原理： 压电加速度传感器根据压电晶体具有压电效应的 特性制成，使得传感器的电信号输出与其遭受的振 动力成比例。通常压电加速度传感器包括压电晶体、 振动质量块、传感器基座和传感器外壳四部分。
（b）激励信号——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。
Amplitude Amplitude
4
600
2 400
0 200
-2
-4
0
0
5
10
15
20
0
50
100
150
200
250
Time (s)
Frequency (Hz)
② 伪随机信号
在一个周期内激振信号是随机的，但各个周期 的激振信号是一样的。
③ 周期随机信号
它主要有变化的伪随机激振信号组成，当激振 进行到某几个周期后，又出现一个新的伪随机激振 信号，它综合了纯随机信号和伪随机信号的优点， 做到了即是周期信号，统计特性却是随时间变化的。
（c）激励信号——瞬态信号
解决方法：选定参考点，移动传感器， 分步测试。
参考点 参考点 参考点
附加质量的影响
对小型结构或模型，需要考虑传感器引起的 附加质量或刚度。
8.4 激振器实验
加速度传 感器
激 振 器
力传感器
信号放大器
数据采 集仪
计算机
功率放大器
信号发生器
8.5 冲击实验
锤体
附加质量 锤柄
力传 感器
锤帽
锤帽材质：钢，铝，塑料，橡胶，充气锤帽
性能特点 电荷输出压电加速度传感器工作温度范围广、可 测量频率和幅值范围广，但不适合测量静态信号。
力平衡加速度传感器 工作原理
性能特点 力平衡加速度传感器适合测量低频小幅值的振动信 号，因此被广泛应用于周期较长的大跨度大跨空间结 构健康监测系统中。
选择加速度传感器需要注意的重要技术参数
• 幅值范围：根据被测结构可能的振动幅； • 灵敏度：尽量选择灵敏度较高的加速度传感器，
接地方式——单点接地 仪器1 仪器2 仪器3 单点串联接地 仪器1 仪器2 仪器3
单点并联接地
接地方式——多点接地
仪器1
仪器2
仪器3
地回路
地回路
多点接地
多点接地形成一个或多个地回路，导致测量信号 中产生大量的干扰信号
传感器布置注意事项 ✓尽量均匀布置 ✓尽量不要布置在振型的节点处 ✓传感器数目不够怎么办？
以提高其测量信号的信噪比； • 频率范围：应包括被测结构全部模态频率，
• 工作温度范围：被测结构实际环境温度范围
➢ 测量系统——信号放大器
利用具有放大功能的电子电路，将传感器测量的微 弱电压信号放大处理，转换成我们所需要的值
数据采集系统 数据采集仪器：主要部件是A/D转换器 数据采集软件：一般仪器自带
模态测试技术
8.2 实验模态测试技术
模态测试系统
激励系统 测量系统 数据采集系统
激励系统
➢ 激励设备——力锤
m/s2
0
t
➢ 激励设备——激振器
功率放大器
激振器
信号发生器
➢ 激励信号 （a）激励信号——稳态正弦信号 通过缓慢改变正弦信号的频率，可以激发出系统的 各阶主振型。
优点：能量集中在单一频率上，测量信号具有很 高的信噪比，因而测试精度很高 缺点：需逐个测量各个频率点上的稳态响应，测 试周期长。
➢ 数据采集系统——数据采集仪器
➢ 数据采集系统——数据采集软件
8.3 使用测量系统注意的一些问题
电缆线的连接
传感器
用腊、胶布等固 定在试件上
电缆从振动最小 的点离开试件
噪声干扰的抑制方法
噪声来源： 电源、仪器内部电子线路、各种连接导线 及其与仪器组成的网络以及大地
噪声表现形式： 来自电源的工频50Hz正弦信号及其各次 谐波成分
产生方式：
信号发生器产生的扫频正弦猝发信 号和随机猝发信号
冲击锤产生的冲击信号和随机冲击 信号
特殊装置如火箭产生的冲击信号
测量系统
➢ 测量系统——传感器
压电式加速度传感器
加速度传感器
压阻式加速度传感器
力平衡式加速度传感器
压阻式加速度传感器
工作原理 压阻式加速度传感器内部包括一个单晶硅悬臂梁、梁
（b）激励信号——周期信号 ① 快速扫频正弦信号
在一个选定的时间周期内，正弦信号的频率按 照一定的扫频方式由某个值迅速增至另一个值， 实现激励信号的宽频变化。这一变化的频带即 所关心的系统固有频率的范围。
快速扫频有两种方式：线性扫频，对数扫频
线性扫频正弦信号
Amplitude
1
0.5
0
-0.5
-1