模态空间是Peter Avitabile教授发表的系列模态解读文章。Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMASS Lowell机械工程系结构动力学和声学系统实验室的副主任，以及模态分析和控制实验室的主任。Peter Avitabile教授以略带口语化、生动而又幽默的语言，在每篇文章中集中介绍试验模态分析的一个主题，是非常好的试验模态分析的入门文章。它涉及到了试验模态分析的方方面面，是模态试验新手的入门材料，学习它有助于理解什么是试验模态，以及取得高质量的模态参数。
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。
模态空间系列（二十）趣味解读模态空间--锤击试验时，加指数窗会带来什么问题吗？
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锤击试验时，加指数窗会带来什么问题吗？
那我们就讨论一下这个问题吧。
如果指数窗使用不当，会带来某些问题。如果需要过大的阻尼来减少泄漏的影响，那么你要承担丢掉密集模态的风险。这里用多个例子来说明关于窗函数的使用，以及如果没有合理使用指数窗会发生什么情况。
首先，我要清晰地表明我的观点：很多冲击试验情况下，有必要使用指数窗。但是，在施加任何窗函数之前，还是要尝试其他办法来减少测量结果中的泄漏为好。在施加阻尼窗之前，增加谱线条数或者带宽减半是两件总要研究的事情。这两种情况实质上将增加采集数据的总时间。这通常有助于允许系统的响应在采样周期结束之前自然衰减到零。如果这样，就没有必要用指数窗了。
但是，如果在采样周期结束的时候，响应仍然没有衰减到零，那么指数窗是有必要的。采取前面两项措施（上面提到过的）作为可能的方法来减少泄漏问题以后才可以施加指数窗。不先观察时域响应就随意使用指数窗作为测量过程的第1个步骤是不推荐的。让我们通过简单例子来考察这个问题。
对一个非常简单的，小阻尼结构进行锤击测试。400Hz带宽选作信号处理参数，zui后得到1.0秒的时间窗。由于这个结构预计在采样时段结束的时候还有响应没有衰减到零，施加指数窗，这样加窗后的响应在采样时段结束的时候应该衰减到一个非常小的数值，这样就减少了泄漏的影响。锤击激励、加窗后的指数衰减响应以及频响函数如图1所示。这个测量结果表面上看起来可以接受。[注意输入谱（没有显示出来）在整个频率范围内相当平坦，这样可以充分激励起这个结构。另外也注意到相干（没有显示出来）也认为是非常可以接受的。
从各方面来看，这个测量结果看上去很让人接受。但我们需要从更深的层次上来观察这个测量结果。首先，我们考虑相同的测量结果但是添加更大的阻尼到响应信号中去。图2显示了相同的数据，但是指数窗的阻尼值更大。与图1中所示的频响相比，这个信号的锤击测量结果得到的频响很明显地具有更大的阻尼。频响的峰值表明了这种影响；注意因为阻尼窗的过度使用，峰更宽了。
现在，我们更深入地探究一下这个测量结果，并且尝试一些可能的信号处理参数。为了不用阻尼窗，要么减少带宽要么增加谱线条数。这二者的改变zui终都增加了采集样本数据所需的总时间。如果总时间增加了，那么就不那么需要对采集的时域数据施加大的阻尼窗了。
图3显示了谱线/时间条数增加一倍的情况。时域样本点从1.0秒增加到2.0秒。尽管仍然需要一个指数窗来减少泄漏，但是加到测量结果上的总体阻尼影响远小于前面图1和图2中所示的测量结果。
图3中zui需要注意的一点是频响函数中在第1个峰附近看上去像是一阶模态实际上是结构的两阶紧邻模态。图1和图2中加指数窗的结果是在频响函数第1个峰附近看上去像是只有一阶模态。阻尼窗的使用导致了完全不同的两阶模态在频响函数中看起来像是只有一个峰。
尽管需要阻尼窗来减少泄漏，但是窗函数使得图1和图2 中的实际频响函数发生了失真，以至于难以观察在这个频率附近存在的两个峰。尽管从信号处理的考虑来看，是需要使用指数窗的，但是当评价如本例所示的小阻尼结构以及密集模态的时候，它也带来一些很大的麻烦。
好了，我希望你能理解本例中指数窗的某些影响。尽管或许需要指数窗来减少泄漏的影响，但是窗函数的使用也可能导致测量结果中的模态丢失或者失真。进行锤击试验使用窗函数时，非常小心是很重要的。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
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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。
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
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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