模态空间系列（六）趣味解读模态世界--哪种激振器激励最优？有何差别？

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模态空间系列（六）趣味解读模态世界--哪种激振器激励最优？有何差别？

在北京科尚仪器官网发布模态空间系列文章及其中文翻译，得到了Peter Avitabile教授的书面授权，Peter Avitabile教授拥有文章全部权利，北京科尚仪器只为学习教育目的而使用它们。如您转载此系列中文翻译，请保留本段的描述信息。

哪种激振器激励最优？有何差别？嗯…问得好

让我们讨论不同的激励技术吧。

让我们讨论一下当前模态分析最常用的激励技术。包括随机、猝发随机、正弦扫频和数字步进正弦。但是在我们讨论这些激励技术之前，有点基础知识需要先讨论。我们设法对不同的技术进行分类，并解释何时使用何种技术。首先，我们将激励分成确定性激励和不确定性（或随机）激励。

确定性信号是指在任意时刻上，可以用数学函数来描述的那类信号 — 可以确定它们。这类典型信号实际上是正弦的，例如正弦扫频信号和数字步进正弦信号。另一方面，随机信号不能用数学函数来描述，而是更倾向于用它们的统计特性来描述。这类典型信号有随机信号和猝发随机信号。

一般情况下，我们对线性系统使用确定性信号。也利用确定性信号，通过进行线性度检查来判断一个结构是否是线性的。我们利用随机信号来平均掉因某些情况，如震颤，引起的系统轻微非线性。如果结构具有严重的非线性，则我们需要停下来，考虑一下线性模态分析的结果在多大程度上有用。但是搞清楚这两类信号的差别，有助于确定何种激励技术可以得到最优的测量结果。针对被测系统，你或许希望记录其线性，或者，你可能想对实际上有的少许轻微非线性进行线性化处理。

现在，我们首先考虑随机激励。当前对于一般的振动测试，随机信号应用的很广泛。但是，对于模态试验中进行FRF测量结果的采集来讲，没有人认为它是一种最优的技术（尽管它依然常被使用）。信号的随机特性对结构进行激励，幅值和相位不断变化，同时采集到平均结果。这往往会平均掉结构上可能存在的少许轻微非线性。尽管这是个优点，但信号完全不满足FFT处理的周期性要求。因此，泄漏是个大问题。即使施加了汉宁窗，所得的FRFs也总会受到泄漏的不良影响；会影响峰的幅值，并且结构上的阻尼看起来变大了，这是泄漏和加窗效应引起来的。典型的测量顺序如图1所示。所得到的FRF和COH显示在图2中。注意，相干在系统共振频率附近是如何下降的。这是随机激励的特性。

现在，我们来考虑猝发随机激励。仅有的差别是，只在数据采集过程的一部分时间内使用随机信号。如果同时利用预触发延迟，那么在一个采集时间段内，可以观测到完整的信号。因此，信号满足FFT处理的周期性要求。这意味着不会产生泄漏，无需加窗。当然，输入和响应信号二者都需要满足这个要求。对大多数结构，这点易于满足。这个信号非常适合于平均掉测量结果中可能存在的轻微非线性。一个典型的时间测量结果显示在图3中。注意到，在采集时间范围内，激励中断以致响应信号也衰减到零。所得的FRF和COH显示在图4中。与图2相比较时，可以注意到测量结果和相干的改善。谱峰更尖锐、更明确；在共振频率附近，相干格外地好。

目前，正弦扫频是在信号分析仪的一个采样时间范围内，从低频到高频进行快速扫频。信号重复发生，因此满足FFT处理的周期性要求。这意味着没有泄漏发生，无需加窗。当然，信号必须连续发生，这样可以得到结构的稳态响应。所得的FRF和COH显示在图5中。这个测量结果跟猝发随机试验得到的结果非常类似。利用这个激励技术，通过改变施加到系统的输入力的幅度，很容易进行线性度检查。

最后，数字步进正弦技术要求如下，用一个单频的，与信号分析仪谱线相一致的信号来对结构进行激励。因为可以保证信号对于FFT处理是周期的，因此没有泄漏发生，无需加窗。因为在根本上讲，它不是宽带的，因此，此技术是所有技术中最慢的，因为需要单独求取每根谱线的数值。但是，它对于记录非线性是非常好的；并且，在上述所有激励技术中，它有可能得到最优的测量结果。

对这些技术进行比较，如果系统是线性的，猝发随机和正弦扫频可以产生类似的结果。一般来讲，当使用随机激励时，随机测量结果总是会受到泄漏的不良影响，测量质量会变糟糕。为了说明使用随机激励时测量结果的糟糕状况，根据系统第1阶共振峰附近的放大图形，图6比较了随机和猝发随机技术。随机信号方差很大，且在此共振频率附近，谱峰失真（可知此处相干变小）。实际上在那个频率附近，看上去几乎像是有两阶模态。显然，这两个测量结果中，猝发随机测量结果更好些。

我们本可以花更多的时间来讨论每种技术的所有细节（以及其它没有提到的技术），但是当下没有足够的时间来面面俱到。下一次我们或许可以更详尽地讨论每种技术。但是这个概述应该是讲到了你所需要知道的内容。如果你有模态分析方面的其它任何问题，尽管问我好了。

模态激励全新的解决方案-WaveHitMAX自动脉冲锤  

实验模态分析中必不可少的一环就是模态激励，宝马bm555线路最新推出的这款智能冲击锤的发明为结构动力学应用提供了机械激励的新途径。智能意味着设备内部处理信号。模态锤WaveHitMAX保证了测试对象的全自动、可重复和高精度激励，而没有双重打击。用户可以根据不同的阻尼/延迟时间，设置撞击次数、冲击力和撞击之间的延迟时间。所有的预置，如零点或冲击力搜索，都是由锤子自动完成的。用户不再需要手动调整。

针对全自动冲击锤的研制，WaveHitMAX采用包括整个运动控制的闭环控制方法解决了这一问题。

 

图1. 用于脉冲锤内部运动控制的传感器-执行器控制回路示意图

对新型冲脉冲锤WaveHitMAX的系统设计进行了改进，使传感器信号作为运动控制单元的主要输入参数。这样，脉冲锤的手臂可以向上移动到试件的命中点，在那里，通过力传感器信号中的特征变化检测到接触事件，手臂的移动方向可以反转。

与半自动冲击锤相比，WaveHitMAX自动脉冲锤具有新的功能。内部信号处理的优点有:

• 全自动单击

• 自动搜索用户自定义的冲击力

• 自动零点搜索

• 确认对质量保证的影响

• 更改锤头与测试对象之间的位置，无需重新设置

WaveHitMAX自动模态力锤可以通过以太网在Windows设备(PC或平板电脑)上通过包含的软件快速、轻松地操作。

                                                                              

 自动模态脉冲锤特点：

• 自动零点搜索

• 可重复的单击激发

• 内部传感器评估和过程控制

• 自动搜索和调整冲击力

• 位置的变化是自动预测的

• 通过附件配置脉冲特性

• 通过远程控制或集成到客户系统中来触发功能

• 在德国设计和组装

• CE认证

1.确保单次激发

双重撞击激励可以在时域和频域检测到

 

2.丰富的配件支持

不同的传感器-尖端-配重的组合。

 

综述上文介绍WaveHitMAX - 第一款用于全自动冲击测试的智能脉冲锤，在全新的AI智能脉冲领域实现真正意义上的全自动智能脉冲锤！

如果您对WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣，请访问上海宝马bm555线路的官方网页：

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关于Gfai tech

Gfai tech GmbH一直在生产和销售"德国制造"的声音和振动测量和分析创新产品超过15年。作为应用计算机科学促进会（GFai）的100%子公司，它始终以行业为导向和以应用为导向。

Gfai tech以第一台模块化和灵活的声学摄像机而闻名，用于声源的定位，可视化和分析。如今，该产品组合还包括实验模态分析的创新以及用于监测、分析和评估声学测量数据的完整软件解决方案。我们的测量解决方案应用于汽车、工业、空中交通、火车交通和研发领域的降噪、错误检测和声音设计。

上海宝马bm555线路作为gfai tech公司在中国大陆地区独家的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。

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