移动力锤和移动加速度计测试有什么不同

linmue

移动力锤和移动加速度计测试有什么不同？
好，那要视情况而定。让我来解释可能的不同之处……

本质上，模态测试时移动力锤和移动加速度计，二者没有不同之处。倘若采集到相同的数据，这个结论是成立的。让我通过讨论一次表面看似简单，但实际却错综复杂的模态测试来解释它吧。


我们用两通道分析仪进行一次模态测试，用两通道分析仪进行锤击法测试相当直观。通常力锤在结构上移动，加速度计固定不动。典型的做法是在结构每个测点位置处分别锤击x，y和z方向，得到相对于参考点，即传感器固定点的频响函数。但是当我们用多通道分析仪进行相同的测试时，却需要注意一些细微的差别。考虑对如下图所示的9个测点的结构进行一次锤击法测试。假设测试设备有一个力锤、一个三向加速度计和一个4通道FFT分析仪或者数据采集系统。

一种方式是将三向传感器固定于某一个测点，力锤沿同一个方向锤击9个测点，得到结构的27个FRF。另一种方式是在力锤固定在某一个测点位置，沿同一方向锤击，三向传感器遍历9个测点，再次得到27个FRF。故两种情况下，都只是沿一个方向锤击，得到了27个FRF。



但是两次测试相同吗？初看起来，你可能会认为两次测试流程会产生相同的结果。为了验证是否相同，让我们按照前述流程进行测试，并列出每种测试流程下得到的FRF。

测试方案#1
我们按图所示方案#1进行模态测试。在本次测试中，三向传感器固定于9号测点，测量x，y和z方向的输出。力锤仅沿z方向进行激励，移动力锤遍历图示的9个测点。



列出本次将测试得到的每个FRF。当我们沿z方向锤击1号测点时，9号测点的响为9x，9y和9z，因此第一次测量得到的FRF为9x/1z，9y/1z和9z/1z。接下来沿z方向锤击2号测点，响应为9x，9y和9z，得到的FRF为9x/2z，9y/2z和9z/2z。我们可以继续进行测试，但是我想你可以停止了。思考一下我们到底测得了什么？让我们排列出FRF矩阵中测量得到的所有元素，就能看到我们测量得到了FRF矩阵中哪些元素。


仔细观察FRF矩阵，会注意到我们仅仅得到了矩阵不同三行中的部分元素。因此我们也只有系统动态特性的这三行的部分描述。并且这些元素也仅含有系统特性z方向的信息。如果结构只在z方向运动，这将是一次正确的测量。但是如果在x方向激励结构，结构在z方向运动显著，结果是什么样的呢？之前我们仅仅测量了结构在z方向受到激励下的响应！



测试方案 #2
让我们按方案#2进行模态测试。本次测试中，力锤仅沿z方向锤击9号测点，移动三向加速度传感器遍历每个测点，测量x，y和z方向的响应。



列出本次测量得到的每个FRF。当我们沿z方向锤击9号测点时，1号测点的响应为1x，1y和1z，因此第一次测量得到的FRF为1x/9z，1y/9z和1z/9z。接下来将传感器移动到2号测点，响应为2x，2y和2z，第二组FRF为2x/9z，2y/9z和2z/9z。思考一下我们测量到底得到了什么？再次，将测量得到的每个FRF元素排列在FRF矩阵中，就能看出我们测量得到了哪些FRF元素。



此时注意到我们已经测量得到了FRF矩阵中完整的一列，这样就可以更完整地描述系统的响应了。我们已经测量得到了足够的FRF，这样就可以描述系统所有测点的响应了。当然，我们假设参考点9在z方向不是某阶模态的节点。

现在我们需要做什么？
因此，尽管表面看起来两次测试是相同的，但实际上存在差异！因而，怎样改变这些测试流程以便得到相同的测量结果？有两种途径。首先，方案#1可以按以下方式进行修改。使用单向传感器代替三向传感器，在9号测点z方向测量响应。方法的不同之处在于此时x，y和z方向都需要锤击，然后就能得到以9号测点z方向为参考点的FRF矩阵中完整的一行。倘若互易性成立，那么此方法测量得到的数据与方案#2测量的数据是相同的。



确保采集到相同数据的另一种方法如下所述。方案#1中力锤需要对每个测点进行x，y和z方向的锤击，移动力锤遍历所有测点的三个方向。方案#2中，力锤仅在9号测点进行锤击，但是需要锤击9号测点三个方向。此时两次测试将得到FRF矩阵完整的3行或3列。


现在你可能对这还有一点迷惑，我知道初次听到，可能很难领会我所讲的。能使你信服的最好方法是写出你打算测量得到的FRF矩阵中的所有元素，要确保至少能获得完整的一行或一列。


我希望这些简单的解释能帮助你消除疑问，你需要认真仔细思考你打算实施的测量。记住我总是说的话：“三思而后行！”如果你还有更多模态分析方面的疑问，请咨询我。


英文原文:

linmue

顶起来！不能沉下去

zjut_cy

很好的文章，以前做模态还没考虑过这个问题

dq1983

分析的很细啊

xiaofan83

好帖子  认真学习了