模态空间系列（四）趣味解读模态空间--模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗？

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模态空间系列（四）趣味解读模态空间--模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗？

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。

模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗？

嗯… 那要看情况了

让我们解释会有什么差别

 

从根本上讲，模态试验中移动力锤和移动加速度计之间没有什么差别。假若采集到了相同的测量结果，那么这个结论是正确的。让我通过讨论，来解释这个关于模态试验的看似简单、实则非常复杂的问题。

先前用一个2通道的信号分析仪进行模态试验时，进行锤击试验是相当简单的。通常加速度计固定不动，力锤在结构上逐点移动。一般情况下，我们在每个测点位置，沿着x、y、和z向对结构进行脉冲激励，以得到频响函数，频响函数是相对于固定不动的加速度计的参考点位置的。但是，当我们开始用多通道的信号分析仪进行相同的试验时，尚有些许差别需要注明。让我们考虑一个锤击试验，9个测点示于结构之上。并假定我有一把冲击力锤，一个三轴加速度计，和一套4通道的FFT分析仪或采集系统。

一种试验的方法是，将三轴加速度计固定于一个确定的位置，然后在所有9个测点位置，沿某个方向进行锤击。那么对这个结构，我们可以得到27个频响函数。另一种试验方法是，在某一个测点位置，沿某一个方向进行锤击，然后将三轴加速度逐步移动到所有9个测点位置。我们再次得到27个频响函数。那么这两种情况下，我们仅仅是沿着某一个方向进行锤击，测得了27个频响函数。

但是这两种试验一样吗？乍看之下，你或许认为这两种试验方案应该得到相同的结果。为了证实这是对的还是错误的，让我们来一步一步深入这个测量过程，并且对每种试验方案，列出实际上得到了什么样的测试结果。

试验方案#1

假设我们想要进行方案#1所示的模态试验。这个试验中，三轴加速度计固定于测点9位置不动，然后测量x、y、和z向的输出。输入力锤激振力仅是沿着z向施加，并且逐点移动到所显示的9个测点位置。

现在，根据这个试验方案，让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点1时，在9x、9y、和9z位置测量响应。则对于第1次测量，测得的频响函数为9x/1z、9y/1z、和9z/1z。接下来，沿z向锤击测点2，并在9x、9y、和9z位置测量响应。这组频响函数为9x/2z、9y/2z、和9z/2z。这里我们可以一直继续下去，但我认为你应该能找到窍门了。可是，我们实际上测得了什么呢？让我们对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理，看看得到了什么。

仔细观察这个频响函数矩阵时，我们注意到，仅仅测得了这个矩阵的三个不同行的部分元素。因此，只能得到系统特性的三个局部描述。另一方面，在每个局部描述中，我们仅能观察到沿z向的特征信息。如果只是在z向有运动，这没有问题。但是，当沿x向激励结构时，倘若沿z向有明显的运动，又会怎样呢？我们仅仅测得了沿z向激励引起的响应！

试验方案#2

现在，假设我们也要进行方案#2所示的模态试验。这个试验中，力锤仅是沿着z向在测点9位置进行锤击。三轴加速度计逐点移动到本试验所示的9个测点位置，测量x、y、和z向。

现在，根据这个试验方案，让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点9时，在1x、1y、和1z位置测量响应。则对于第1次测量，测得的频响函数为1x/9z、1y/9z、和1z/9z。接下来，移动加速度计到测点2，并在2x、2y、和2z位置测量响应。这组频响函数为2x/9z、2y/9z、和2z/9z。那么，我们实际上测得了什么呢？让我们再次对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理，看看得到了什么。

现在我们注意到，已经测得了频响函数矩阵的完整的一列元素。那么我们可以在一个更为完备的意义上去描述系统响应。我们已经测量了足够的频响函数，这样可以描述所有测点的系统响应。当然，我假定了沿z向的测点9处的参考点位置不是某一阶模态的节点！

那我应该怎么做呢？

所以尽管在这个平面上，两次试验好像是相同的，但实际上它们有差别！！！那么我该如何改变这些试验方案，以便测得相同的数据。嗯，有两种方法。首先，方案#1按如下方式进行改变。例如，不用三轴加速度计，相反我们用一个单轴向加速度计来采集9z位置的数据。但不同的是，需要沿x、y、和z向来施加锤击激励。这样，采集到的数据将是频响函数矩阵的一行，并以9z为参考点。假设互易性成立，则这个数据与方案#2中采集的数据完全相同。

另一种保证采集到相同数据的方法如下。在方案#1中，需要用力锤来激励x、y、和z向。于是移动的力锤就需要沿着所有三个方向进行锤击。在方案#2中，锤击于测点9位置固定不动，沿着所有三个方向对结构进行激励。那么这两次试验会生成频响矩阵的3个完整的行或列元素。

这会儿你对此或许仍然有点摸不着头脑。你听到这个问题，第1次就能理解，我知道这不容易。让自己明白的好方法是写出所有你打算采集的频响函数测量结果，要保证至少可以采集到频响矩阵的完整的一行或一列元素。

我希望这个简单的解释有助于澄清你的问题。需要仔细思考你要进行的测量。记住我总说的话：“思考不是可有可无的，而是必须的！”。如果你有关于模态分析的其他任何问题，尽管问我好了。

注：在科尚仪器官网发布《振动：解析与试验模态分析》一书的中文翻译，辛辛那提大学教授Randall J. Allemang博士拥有其全部权利，而北京科尚仪器只为学习教育目的而使用它们。如您转载本书中文翻译，请保留本段的描述信息。

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，昊量光电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 - 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，请访问上海昊量光电的官方网页：

https://www.auniontech.com/details-1495.html

 

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。

上海昊量光电作为gfai tech公司在中国大陆地区的代理商，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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上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

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