模態(tài)空間系列（一百零二）趣味解讀模態(tài)空間 – 在結(jié)束模態(tài)空間系列文章之前盹沈，你能提供一些建議嗎龄章？

正文

模態(tài)空間系列（一百零二）趣味解讀模態(tài)空間 – 在結(jié)束模態(tài)空間系列文章之前睁本，你能提供一些建議嗎尿庐？

在北京科尚儀器官網(wǎng)發(fā)布模態(tài)空間系列文章及其中文翻譯，得到了Peter Avitabile教授的書面授權(quán)添履，Peter Avitabile教授擁有文章全部權(quán)利，北京科尚儀器只為學(xué)習(xí)教育目的而使用它們脑又。如您轉(zhuǎn)載此系列中文翻譯，請(qǐng)保留本段的描述信息。

在結(jié)束這個(gè)模態(tài)空間系列之前裙犹，你能提供一些建議嗎阵谚？

當(dāng)然，…這里是重要的十項(xiàng)严卖。

嗯席舍，當(dāng)你投身于模態(tài)分析項(xiàng)目時(shí)，如果你回顧所有的文章哮笆，有大量的信息會(huì)幫助你要細(xì)心謹(jǐn)慎 — 不管它是解析的還是試驗(yàn)的来颤。但可以肯定的是，當(dāng)從事這個(gè)行業(yè)時(shí)稠肘，有一些非常重要的事項(xiàng)福铅，你需要知道。盡管有很多項(xiàng)可以列出项阴，但我將要列出重要的十項(xiàng)（因?yàn)槭瓷先ハ袷悄芴舫龅囊粋€(gè)吉利數(shù)字）滑黔。所以讓我們從大到小列出這些項(xiàng)，它們是我挑出的一些值得注意的“重要”事項(xiàng)环揽。

那么用大衛(wèi).萊特曼的風(fēng)格講“讓我們開始吧”略荡。

第10項(xiàng)…

你為什么做這個(gè)試驗(yàn)？

為什么問為什么歉胶？

嗯汛兜，這是因?yàn)樗且獑柕闹匾膯栴}…

所以讓我稍加詳細(xì)地說明這個(gè)問題。很多時(shí)候通今，我們進(jìn)行試驗(yàn)序无，因?yàn)橛腥讼嘈旁囼?yàn)會(huì)解決某個(gè)問題或者它是一個(gè)試驗(yàn)验毡，有人“認(rèn)為”它會(huì)解決一個(gè)問題。

做試驗(yàn)我毫無問題帝嗡，但很多時(shí)候晶通，人們確實(shí)沒有意識(shí)到試驗(yàn)可以提供什么和不可以提供什么。這是我總是問“為什么”你要做這個(gè)試驗(yàn)的原因哟玷。有操作問題嗎狮辽？從試驗(yàn)中期望得到什么額外的內(nèi)容嗎？實(shí)際感興趣的是什么頻率范圍巢寡？實(shí)際關(guān)心多少階模態(tài)喉脖？等等。所以在你進(jìn)行試驗(yàn)之前抑月，盡你所能找出更多問題是非常重要的树叽，以保證在試驗(yàn)會(huì)提供什么這點(diǎn)上，所有人的“意見一致”谦絮。

我那么說题诵，因?yàn)槲乙姷竭^很多很多的例子，其中人們“聲稱”懂得試驗(yàn)层皱，頑固堅(jiān)持于他們想從試驗(yàn)中得到的東西性锭，并且對(duì)他們想要得到的東西也已很清楚。但是叫胖，下面一旦提供了試驗(yàn)結(jié)果草冈，就有很多問題，是關(guān)于為什么試驗(yàn)沒有解決感興趣的問題的瓮增。并且這種不搭嘎的發(fā)生是因?yàn)橛袝r(shí)候我們使用的詞語對(duì)不同的人可能意味著不同的事情怎棱。所以通常我總是非常專門地問人們想要知道什么？對(duì)他們已經(jīng)從試驗(yàn)中得到的每件事情绷跑，我專門問他們是什么意思蹄殃？

舉個(gè)例子，我記得汽車工業(yè)中的一群青年工程師想要“學(xué)習(xí)”如何做模態(tài)試驗(yàn)你踩，如何對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的剎車盤結(jié)構(gòu)的有限元模型“做相關(guān)分析”诅岩。所有的正確問題都問到了，像是花了很大氣力去試圖理解非炒ぃ基本的材料吩谦，在著手從事更為復(fù)雜的系統(tǒng)之前，學(xué)習(xí)如何一步一步地理解所需要的東西膝藕。很好 — 所以看上去像是做了所有正確的討論式廷，考慮到了每件事情。

但是在項(xiàng)目開始之前芭挽，這群年青工程師想要給他們的管理層做個(gè)報(bào)告滑废，關(guān)于他們將要干什么的報(bào)告 — 再一次蝗肪，這是一件非常好的事情，讓每個(gè)人“接受”這個(gè)項(xiàng)目蠕趁。所有事情仍然看上去進(jìn)展順利薛闪，直到他們用這種方式介紹項(xiàng)目。

“大家好俺陋。這是一個(gè)項(xiàng)目豁延，將要在剎車盤上進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)有限元模型進(jìn)行相關(guān)分析腊状。這個(gè)項(xiàng)目的結(jié)果將解決我們的制動(dòng)嘯叫問題”诱咏。并且那是他們頭一次提到制動(dòng)嘯叫。所以我只想說缴挖，嘯叫問題和原來要討論的東西毫無關(guān)聯(lián)袋狞。

所以為什么問為什么？這正是原因所在Ｓ澄荨９堆臁！

第9項(xiàng)…

選擇恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)點(diǎn)

我經(jīng)逞砭＃看到人們開始模態(tài)試驗(yàn)倔毙，他們上足發(fā)條般地選擇所有測(cè)點(diǎn)埃仪，生成詳盡的結(jié)構(gòu)文件乙濒，列出所有的坐標(biāo) — 但他們還沒有進(jìn)行一個(gè)測(cè)試。

在你沉迷于生成結(jié)構(gòu)之前卵蛉，走出去颁股，做個(gè)測(cè)試先。實(shí)際上做一些測(cè)試傻丝。檢查不同的測(cè)點(diǎn)位置以及在不同的方向進(jìn)行測(cè)試甘有。這很重要，特別是你真的不知道所有的系統(tǒng)模態(tài)可能什么樣葡缰。選擇所有的測(cè)點(diǎn)沒有意義亏掀，直到你對(duì)系統(tǒng)的全部模態(tài)什么樣有點(diǎn)想法為止。

經(jīng)常地泛释，那些你認(rèn)為需要測(cè)量的點(diǎn)滤愕，實(shí)際上根據(jù)系統(tǒng)模態(tài)可能不是z優(yōu)的位置。不知怎么地怜校，在我腦海里间影，我認(rèn)為頻響FRF會(huì)告訴你關(guān)于結(jié)構(gòu)和頻率的很多內(nèi)容，你真的需要首先關(guān)心它茄茁。

接著可能僅僅測(cè)量少許幾個(gè)結(jié)果魂贬，以保證你確實(shí)了解結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型可能什么樣巩割。一旦你肯定你知道所有的模態(tài)振型可能什么樣，那么你可以選擇更多的測(cè)點(diǎn)付燥，不過是在理解振型什么樣的條件下做的宣谈。我經(jīng)常看到人們標(biāo)識(shí)出100到150個(gè)測(cè)點(diǎn)机蔗，進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)蒲祈，擬合數(shù)據(jù)，接下來萝嘁，所有人都坐下來觀察模態(tài)振型梆掸，不料卻意識(shí)到他們將所有的測(cè)點(diǎn)都布置在結(jié)構(gòu)的一個(gè)部分區(qū)域了，實(shí)際上它們與結(jié)構(gòu)感興趣的模態(tài)關(guān)系不大牙言。

另外酸钦，也要保證頻響FRF測(cè)量的參考點(diǎn)位置處于一個(gè)位置（或多個(gè)位置），在這里你確認(rèn)你能觀察到大多數(shù)模態(tài)咱枉。無疑卑硫，如果不能觀察到所有模態(tài)，那么就必須使用額外的參考點(diǎn)蚕断。當(dāng)進(jìn)行錘擊試驗(yàn)時(shí)欢伏，總是建議使用盡可能多的參考點(diǎn)。

如果你有4通道系統(tǒng)亿乳，那么你應(yīng)該有一個(gè)通道用于力錘硝拧，有三個(gè)參考點(diǎn)置于結(jié)構(gòu)之上。它們沒有必要朝向X葛假，Y障陶，Z三個(gè)方向中的每個(gè)方向。但是你想要保證它們所處的位置都能觀察到盡可能多的系統(tǒng)模態(tài)聊训。

如果你有一個(gè)8通道系統(tǒng)抱究，如果你做漫游錘擊試驗(yàn)，那么用7個(gè)參考點(diǎn)带斑。你可能認(rèn)為這過頭了鼓寺，但是那確實(shí)沒有花很多的氣力去采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)再多也無妨勋磕。

另外你認(rèn)為在7個(gè)參考點(diǎn)的情況下妈候，你能得到所有階模態(tài) — 嗯，多數(shù)情況下朋凉，你可能會(huì)這么認(rèn)為州丹。但是我能回想起在一個(gè)大型對(duì)稱復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上的一次試驗(yàn)，那里用了9個(gè)參考加速度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。但實(shí)際上zui終結(jié)果是丟失了一個(gè)高階模態(tài)墓毒，因?yàn)樗?個(gè)加速度計(jì)zui終位于那個(gè)高階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)上了吓揪。誰能猜到你會(huì)那么不幸呢。（我勸這個(gè)家伙永遠(yuǎn)不要到拉斯維加斯賭博所计，因?yàn)樗倪\(yùn)氣顯然糟糕透了柠辞。）高階模態(tài)及9個(gè)加速度計(jì)的測(cè)點(diǎn)位置如圖1中所示。

圖1：9個(gè)測(cè)量位置很不幸地全部位于這階特定模態(tài)的節(jié)點(diǎn)上

第8項(xiàng)…

錘頭選擇

現(xiàn)在主胧，新手有時(shí)會(huì)對(duì)選擇合適的錘頭有困惑叭首。總的來講踪栋，你想要做的是保證你選了一個(gè)錘頭焙格，它激起一個(gè)頻率范圍，與結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中被激起的頻率范圍一樣夷都。當(dāng)然這意味著你必須對(duì)什么頻率范圍特別重要有所了解眷唉。我記得很多年前，當(dāng)我們開始在棒球棒上做模態(tài)試驗(yàn)時(shí)囤官，關(guān)于什么會(huì)是zui合適使用的錘頭冬阳，有一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的討論。我解釋到党饮，你需要有一個(gè)錘頭肝陪，它能激起跟實(shí)際球擊到棒球棒上所激起的頻率相同的頻率范圍疆柔。第二天存炮，當(dāng)我到實(shí)驗(yàn)室時(shí)，學(xué)生們已經(jīng)拿了一個(gè)棒球段多，在棒球上裝了一個(gè)10-32的螺栓捏检，接下來把它擰到力錘上荞驴。當(dāng)然不皆，這是一個(gè)絕妙的主意贯城，因?yàn)樗咏谖覀兡軌虻玫降陌羟驌舸蚯虬舻膶?shí)際沖擊情形。

但是你同時(shí)也必須記住霹娄，錘頭并不是支配輸入力譜的唯yi因素能犯。對(duì)模態(tài)測(cè)試，結(jié)構(gòu)的局部柔度在輸入到結(jié)構(gòu)中的實(shí)際力譜中也起著關(guān)鍵作用犬耻。所以你確實(shí)需要仔細(xì)觀察這點(diǎn)踩晶。另外順便說一句，你可以拿到這些公布的曲線枕磁，它們是你從力錘制造商那里得到的渡蜻，就將它們拋到一邊吧，因?yàn)樗鼈兌际峭ㄟ^沖擊一個(gè)非常大型的，剛硬的金屬塊產(chǎn)生的茸苇，它們跟我們進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)時(shí)實(shí)際上所得到的完全不是一回事兒排苍。

沖擊試驗(yàn)中另外一個(gè)經(jīng)常忽視的關(guān)鍵事項(xiàng)是，對(duì)每次測(cè)量学密，力錘必須一致地在同一個(gè)點(diǎn)沿同一個(gè)方向沖擊結(jié)構(gòu)淘衙。如果不這樣做，那么在每次測(cè)量之間腻暮，F(xiàn)RF將會(huì)帶有某些差異彤守，它會(huì)導(dǎo)致相干變小。在大型結(jié)構(gòu)上哭靖，這也許不難做到具垫。但是，在更小結(jié)構(gòu)上试幽，這就難了做修。高爾夫球桿頭的一次試驗(yàn)使用了一個(gè)獨(dú)特的三腳架/力錘組合，來一致地在每次測(cè)試中沿同一個(gè)方向沖擊同一個(gè)點(diǎn)抡草，如圖2所示饰及。

圖2：沖擊錘試驗(yàn)布置

第7項(xiàng)…

它需要何等程度的自由

嗯，關(guān)于這個(gè)問題康震，已經(jīng)有一些文章燎含。重要的是要認(rèn)識(shí)到，你的試驗(yàn)對(duì)象實(shí)際上是你的結(jié)構(gòu)加上所有的儀器設(shè)備和支撐條件腿短。結(jié)構(gòu)的有限元模型可以建模成自由的屏箍，但實(shí)際情況是，有些軟彈簧確實(shí)需要在模型中包含進(jìn)來橘忱，來恰當(dāng)?shù)亟忉尳Y(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)赴魁，以及加上所有的儀器設(shè)備。很多時(shí)候钝诚，這不會(huì)影響整體測(cè)試颖御，但是很多情況下，在結(jié)構(gòu)分析中包含它們實(shí)際上是非常重要的凝颇。

但是你真正想要的是潘拱，結(jié)構(gòu)的剛體模態(tài)從彈性體模態(tài)中合理完好地分離出來，剛體模態(tài)和彈性體模態(tài)之間較少模態(tài)重疊或耦合拧略。盡管說起來這很容易芦岂，但這常常沒那么容易實(shí)現(xiàn)。很多時(shí)候我建議有限元模型中包含支撐結(jié)構(gòu)的影響垫蛆，以便對(duì)試驗(yàn)設(shè)置與試驗(yàn)對(duì)象之間如何相互影響有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)禽最。盡管有限元模型可能不完美腺怯，但模型是學(xué)習(xí)支撐結(jié)構(gòu)剛度改變的影響，以及對(duì)系統(tǒng)總體彈性體模態(tài)的相應(yīng)影響的一個(gè)很好辦法川无。

但是如果沒有模型瓢喉，那么當(dāng)設(shè)置試驗(yàn)時(shí)，需要檢查這點(diǎn)舀透，來準(zhǔn)確地確定試驗(yàn)布置可能有什么相互影響栓票。這可能需要做點(diǎn)額外的努力，但它是試驗(yàn)設(shè)置的關(guān)鍵部分愕够，需要做記錄并弄清楚走贪。

那么進(jìn)行導(dǎo)彈試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)在什么地方是個(gè)問題惑芭？很難讓它們進(jìn)入到一個(gè)自由-自由的狀態(tài)坠狡。所以我們zui多能做的是，從臺(tái)架上吊起導(dǎo)彈來測(cè)試導(dǎo)彈遂跟，在導(dǎo)彈支撐在第1階彈性體模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置上的條件下逃沿，對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行試驗(yàn)；那么支撐條件并非強(qiáng)制性的幻锁，因?yàn)樗卧谀B(tài)的節(jié)點(diǎn)凯亮。圖3展示了一次典型的導(dǎo)彈布置，這里呆伯特正在做錘擊試驗(yàn)哄尔；圖3b展示了一個(gè)更小型化的導(dǎo)彈假消，在做激振器模態(tài)試驗(yàn)。

圖3a：導(dǎo)彈錘擊試驗(yàn)岭接，懸掛在接近第1階彎曲模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置

圖3b：導(dǎo)彈激振器試驗(yàn)富拗，懸掛在接近第1階彎曲模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置

第6項(xiàng)…

其他一些常見失誤

總有些非常簡(jiǎn)單的事情常被忽視。這些是簡(jiǎn)單的完整性檢查鸣戴，以保證所有事情都設(shè)置好了啃沪。

確保所有電纜都是好的，沒有打褶或彎曲窄锅。確保所有接頭都牢靠地連接著创千。虛假信號(hào)，特別是在沖擊力錘情況下酬滤，可能常常是因?yàn)樗蓜?dòng)的電纜連接造成的签餐。

當(dāng)然要確保所有的信號(hào)調(diào)理器都打開了寓涨。也確保你了解傳感器是電壓型的還是ICP型的盯串。我見過很多次試驗(yàn)，其中ICP型加速度計(jì)被設(shè)置為電壓型傳感器戒良，測(cè)量結(jié)果基本上是無用的体捏。但如果你進(jìn)行測(cè)量，假設(shè)你有一個(gè)非常復(fù)雜的、非線性的几缭、大阻尼系統(tǒng)河泳，那么你會(huì)預(yù)料測(cè)量結(jié)果看上去不會(huì)好。

當(dāng)然如果測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)年栓，測(cè)量結(jié)果看起來也不會(huì)好拆挥，于是你可能認(rèn)為這是你能做到的z好結(jié)果了 — 即使你的測(cè)量結(jié)果完全錯(cuò)誤。

同時(shí)你也必須認(rèn)識(shí)到某抓，如果你僅有一把力錘纸兔，那并不意味著它對(duì)你要進(jìn)行的所有試驗(yàn)都有用。我曾見過人們帶一把力錘在大型結(jié)構(gòu)上頓足捶胸涕淚流否副，顯然對(duì)激起結(jié)構(gòu)汉矿，它太小了，不足以進(jìn)行試驗(yàn)备禀。（另外相信我洲拇，我曾見過一些錘頭，看上去像是遭過了核爆炸曲尸，破損如此嚴(yán)重赋续，以致不能再用。）拿一把適當(dāng)大小的力錘去做你要進(jìn)行的試驗(yàn)另患，要好于你用不合適的力錘去湊合蚕捉。

另一個(gè)重要的注意事項(xiàng)與使用的加速度計(jì)大小有關(guān)。附加質(zhì)量是一個(gè)重要的考慮因素柴淘。已經(jīng)寫了很多文章來理解這些影響迫淹。這需要重點(diǎn)說明和記錄下來。就是因?yàn)槲希词鼓銚碛衵小的加速度計(jì)也并不意味著附加質(zhì)量沒有關(guān)系敛熬。它不僅僅只是加速度計(jì)質(zhì)量相對(duì)于測(cè)試結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量，而是相對(duì)于安裝位置的結(jié)構(gòu)有效質(zhì)量第股。在結(jié)構(gòu)上应民，加速度計(jì)在一個(gè)非常剛硬/結(jié)實(shí)的位置，跟同一個(gè)加速度計(jì)安裝在同一個(gè)結(jié)構(gòu)的輕薄板上夕吻，所施加的重量影響是不一樣的诲锹。

另一個(gè)更重要的事項(xiàng)是你需要確保加速度計(jì)沒有飽和，飽和情況下它們將不能提供有效的測(cè)量結(jié)果涉馅。我曾參與過這樣的試驗(yàn)归园，其中人們已經(jīng)買了非常靈敏的傳感器，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為它們“更好”稚矿，但接下來沒有想到會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的結(jié)構(gòu)反應(yīng)非常靈敏庸诱，響應(yīng)使傳感器飽和了捻浦。

第5項(xiàng)…

雙擊

現(xiàn)在如果可能的話，我們確實(shí)想要避免雙擊桥爽。但是有很多情況朱灿，其中我們剛好避免不了雙擊。所以盡你所能地在單擊條件下進(jìn)行錘擊钠四。但是如果你確有雙擊盗扒，那么要做的是觀察力錘的輸入力譜。只要力譜相當(dāng)平坦缀去，力譜上沒有明顯的降落环疼，另外頻響FRF/相干看起來不錯(cuò)，那么極有可能測(cè)量結(jié)果對(duì)試驗(yàn)識(shí)別頻率和模態(tài)振型足夠用了朵耕。

但當(dāng)然你會(huì)問力譜需要何樣的平坦炫隶，可以容忍在力譜上降落多少。這些問題問得好阎曹。對(duì)一個(gè)測(cè)量伪阶，我寧愿沒有看到力譜降落超過5到10dB，但只要相干是好的处嫌，那么FRF是可以接受的栅贴。

我知道有人可能會(huì)有異議，說那么多的降落完全不可接受熏迹。但是如果你回頭想一下檐薯，在某些文章中我們?cè)?jīng)展示過，當(dāng)沒有雙擊的試驗(yàn)跟帶有幾次甚至于很多次雙擊的試驗(yàn)比注暗，頻率和模態(tài)振型實(shí)際上是非常不錯(cuò)的坛缕。但你仍然需要非常小心，以保證數(shù)據(jù)是有效的捆昏。

僅供記錄在案赚楚，有那么幾篇文章討論了雙擊，并且有一篇文章有意地對(duì)結(jié)構(gòu)施加了多次沖擊骗卜，作為“猝發(fā)沖擊”激勵(lì)試驗(yàn)宠页。盡管那是在一個(gè)理論結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)的，但是在去年寇仓，我們實(shí)際測(cè)試了一個(gè)大型射電望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)大型（超過50米）風(fēng)電葉片举户，并且非常清楚地表明，多次錘擊技術(shù)提供的結(jié)果要好的多遍烦。圖4a/b中的測(cè)量展示了一個(gè)非常大型風(fēng)電葉片上的一次頻響測(cè)量結(jié)果及其相干俭嘁。第1個(gè)測(cè)量（4a）是用單次錘擊做的，顯然乳愉，F(xiàn)RF測(cè)量結(jié)果的方差和相干表明這個(gè)測(cè)量結(jié)果受到了噪聲污染兄淫。但下一個(gè)測(cè)量（4b）展示了多次錘擊的結(jié)果屯远，很明顯蔓姚，在使用多次錘擊試驗(yàn)技術(shù)的條件下核行，F(xiàn)RF和相干極大地改善了司顿。當(dāng)然你需要小心以確保在一次FFT時(shí)間窗的采樣時(shí)段內(nèi)，可以觀察到整個(gè)輸入和輸出，如果這么做的話几苍，測(cè)量結(jié)果可以大為改善。

圖4a：大型風(fēng)電葉片單次錘擊FRF  圖4b：大型風(fēng)電葉片多次錘擊FRF

第4項(xiàng)…

加窗

很抱歉在我看來挤安，不加窗就是好窗 — 任何窗函數(shù)都會(huì)造成數(shù)據(jù)失真 — 窗函數(shù)討厭而又不得不為之挡篓。這些是我賴以生存的鮮明立場(chǎng)。

盡一切可能保證你的輸入信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)或者在采樣時(shí)間窗內(nèi)是周期的恬砂，或者在采樣時(shí)段內(nèi)被完整地捕捉到咧纠。如果你能做到這點(diǎn)，那么無需使用任何窗函數(shù)泻骤。

當(dāng)進(jìn)行錘擊試驗(yàn)時(shí)漆羔，總要千方百計(jì)地改變采集參數(shù)，這樣在測(cè)量過程的一個(gè)采樣時(shí)段內(nèi)能完整地觀察到信號(hào)狱掂。如果可以做到這點(diǎn)演痒，那么就沒有任何泄露，并且無需加窗趋惨。圖5顯示了如何簡(jiǎn)單地改變采樣時(shí)間鸟顺，消除了加窗之需要。

圖5：藍(lán)色短時(shí)樣本需加窗函數(shù)器虾，紅色時(shí)間樣本去掉了窗函數(shù)

另外實(shí)際上對(duì)激振器試驗(yàn)讯嫂，情況也是如此。但是在這種情況下兆沙，我們想方設(shè)法生成樣本數(shù)據(jù)端姚，它在所采集數(shù)據(jù)的一段樣本中被完整地測(cè)得（跟剛才描述的錘擊試驗(yàn)中所做的一樣）〖废ぃ或者渐裸，在激振器試驗(yàn)中，另一種可選辦法是生成一個(gè)激勵(lì)信號(hào)装悲，它形成一個(gè)可重復(fù)的響應(yīng)昏鹃；如果可以做到這點(diǎn)，那么系統(tǒng)將達(dá)到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的狀態(tài)诀诊，則滿足傅里葉變換的要求洞渤，泄露不是問題，將無需加窗属瓣。

在激振器試驗(yàn)中载迄，很多信號(hào)會(huì)產(chǎn)生這種情況讯柔，在激振器試驗(yàn)中經(jīng)常用。這些信號(hào)專用于模態(tài)試驗(yàn) — 偽隨機(jī)护昧，隨機(jī)瞬態(tài)魂迄，猝發(fā)隨機(jī)和正弦調(diào)頻都是專門創(chuàng)造出來用于這類模態(tài)試驗(yàn)的信號(hào)。圖6展示了常用的猝發(fā)隨機(jī)激勵(lì)惋耙，它提供一個(gè)激勵(lì)捣炬，在求FFT的時(shí)間樣本的一個(gè)樣本時(shí)段內(nèi)開始并結(jié)束，因而不需要窗函數(shù)绽榛，因?yàn)闆]有泄漏的問題湿酸。另外如果假定響應(yīng)同樣在時(shí)間樣本內(nèi)開始并結(jié)束，那么響應(yīng)也無需施加窗函數(shù)灭美。所以這種激勵(lì)沒有泄漏推溃，于是也就無需加窗。

圖6：激振器激勵(lì)示例（猝發(fā)隨機(jī)）届腐，它提供沒有泄漏的FRF測(cè)量結(jié)果

第3項(xiàng)…

模態(tài)錘擊試驗(yàn)設(shè)置習(xí)慣做法

真的铁坎，每次我設(shè)置來進(jìn)行錘擊試驗(yàn)時(shí)，有一個(gè)習(xí)慣做法梯捕，我經(jīng)常例行去做厢呵，以保證我能得到盡可能z優(yōu)的FRF測(cè)量結(jié)果。每次做這個(gè)時(shí)傀顾，我沒有一套專門采取的步驟襟铭，但是進(jìn)行測(cè)試時(shí)，確有一些關(guān)鍵的事情我每次都做短曾。當(dāng)然了寒砖，我正在討論的是在一個(gè)我之前從未測(cè)試過的東西或者對(duì)我來講是全新的東西上進(jìn)行測(cè)試。（如果它是一個(gè)我每天都測(cè)試的結(jié)構(gòu)嫉拐，那么有可能不需要某些步驟哩都，因?yàn)槲矣邢闰?yàn)信息，對(duì)于要求是什么婉徘，它給了我很好的理解）漠嵌。

所以當(dāng)我開始一個(gè)測(cè)試時(shí)，我從未認(rèn)為什么是理所當(dāng)然的盖呼。我開始一個(gè)測(cè)試儒鹿，用一個(gè)頻率帶寬，它高于每個(gè)人“認(rèn)為”的感興趣頻率范圍几晤。接著我用一個(gè)錘頭來激勵(lì)結(jié)構(gòu)约炎，覆蓋這個(gè)感興趣的頻率范圍，并且我總是檢查施加到被測(cè)結(jié)構(gòu)的輸入力譜。當(dāng)然圾浅，盡管我是做初次測(cè)量掠手，我也可能需要調(diào)整力錘輸入以及加速度計(jì)響應(yīng)的電壓水平。這也許需要手動(dòng)來做狸捕，除非你的采集系統(tǒng)有裝置對(duì)所有的響應(yīng)大小“自動(dòng)調(diào)整量程”喷鸽。當(dāng)然到這里，我可能需要改變錘頭以激起合適的感興趣的頻率范圍府寒，接下來進(jìn)行檢查魁衙，以保證在研究不同的錘頭時(shí)报腔，所有合適的響應(yīng)量程依然是合適的株搔。

我們有了良好的輸入激勵(lì)之后，接下來我們開始觀察響應(yīng)纯蛾、頻響和相干纤房。第1件要做的事情就是觀察響應(yīng)衰減，來看一看在測(cè)量的一次時(shí)間樣本內(nèi)是否能捕捉到完整的響應(yīng)翻诉。如果滿足這點(diǎn)炮姨，那么我們無需施加窗函數(shù)。如果它不滿足碰煌，那么我們或許想要加長(zhǎng)采樣時(shí)間舒岸。如果這樣不行，那么我們可能需要施加窗函數(shù)芦圾，在這種情況下蛾派，它是一種指數(shù)衰減窗。

一旦這個(gè)完成后个少，下面我們想要做幾次平均來看一下FRF和相干洪乍。如果這是一個(gè)可以接受的測(cè)量結(jié)果，那么下一步將是改變錘頭來激起稍低些的頻率范圍 — 記住夜焦，當(dāng)我開始這個(gè)過程時(shí)壳澳，我選了一個(gè)比試驗(yàn)可能規(guī)定的更高的頻率范圍。所以這是一個(gè)良好的機(jī)會(huì)茫经，來保證錘頭實(shí)際上激起了感興趣的頻率范圍（因?yàn)轭l率范圍仍然設(shè)置為更高的頻率范圍）巷波。但是既然更少的輸入力施加給結(jié)構(gòu)，那么很重要的是卸伞，保證所有的電壓量程仍然設(shè)置的合適抹镊，阻尼窗，如果之前用過瞪慧，以及zui初試驗(yàn)設(shè)置的其他參數(shù)髓考，仍然需要。一旦這些都檢查到了弃酌，那么應(yīng)該進(jìn)行一次測(cè)量來評(píng)估FRF和相干氨菇。

接下來儡炼，應(yīng)該改變FFT分析儀的頻率范圍到一個(gè)更低的頻率范圍，它跟上次測(cè)量的實(shí)際上更軟錘頭激起的頻率范圍相關(guān)查蓉。另外乌询，需要再一次檢查所有相同的參數(shù)，以保證設(shè)置了合適的量級(jí)豌研，得到良好測(cè)量結(jié)果妹田。

所以對(duì)于我剛描述的測(cè)量過程，你可以看到我改變每一個(gè)可變項(xiàng)時(shí)鹃共，每次都需要檢查所有的參數(shù)鬼佣。記住，如果需要霜浴，我有能力改變測(cè)量帶寬晶衷、譜線條數(shù)、錘頭以及使用窗函數(shù)阴孟。進(jìn)行測(cè)量時(shí)晌纫，所有這些都需要考慮。并且我持續(xù)改變這些參數(shù)永丝，直到我對(duì)已經(jīng)測(cè)量的結(jié)果滿意為止锹漱。到此，我會(huì)開始采集試驗(yàn)?zāi)B(tài)的多組測(cè)量結(jié)果慕嚷。

第2項(xiàng)…

Ui乘以Uj

現(xiàn)在這可能是重要的考慮事項(xiàng)哥牍。那么這是什么意思呢？嗯闯冷，我們寫下一個(gè)方程來解釋這是什么意思砂心。FRF可以按照留數(shù)或者模態(tài)振型的形式寫出（并且在這個(gè)系列的很多文章中曾經(jīng)用過），如圖7所示蛇耀。

圖7：在一階接一階模態(tài)基礎(chǔ)上寫出的頻響函數(shù)辩诞，用了留數(shù)形式和模態(tài)振型形式

更下面的公式是常見方法，通常在大多數(shù)文獻(xiàn)中都是這么寫的纺涤。這很有用译暂，但是你得確實(shí)理解留數(shù)是什么。更上面的實(shí)際上是同一個(gè)公式撩炊，但是留數(shù)表示為模態(tài)振型信息的形式外永。確切地說，對(duì)感興趣的特定某階模態(tài)拧咳，留數(shù)（它與頻響函數(shù)的幅值直接相關(guān)）與輸入激勵(lì)位置的模態(tài)振型值乘以輸出響應(yīng)位置的模態(tài)振型值相關(guān)伯顶，并且會(huì)決定這階特定模態(tài)的頻響函數(shù)幅值；另外當(dāng)然，所有模態(tài)的影響是系統(tǒng)所有階模態(tài)的線性之和祭衩。

那么這告訴了我什么灶体？總的來講，它非常明確地闡述了對(duì)在輸入-輸出位置的一階特定模態(tài)掐暮，F(xiàn)RF峰值與模態(tài)振型值相關(guān)蝎抽。

經(jīng)常有人問我對(duì)一個(gè)特定的測(cè)量結(jié)果，為什么某個(gè)特定模態(tài)的幅值很低路克。嗯…這個(gè)公式告訴我樟结，對(duì)那階特定模態(tài)，或者輸入激勵(lì)或者輸出響應(yīng)（亦或二者都）是非常小的值精算，有可能接近某階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)瓢宦。如果你想要看到那階模態(tài)在頻響上具有更為明顯的峰，你確實(shí)需要改變輸入和/或輸出位置到一個(gè)位置殖妇，那兒模態(tài)振型值更大并且遠(yuǎn)離節(jié)點(diǎn)刁笙。

另外破花，實(shí)際上如果你想要做試驗(yàn)并選擇良好的測(cè)量位置谦趣，那么你確實(shí)需要看看系統(tǒng)的每階模模態(tài)振型在什么地方大。有限元模型是一個(gè)非常好的工具座每，有助于決定你的傳感器都布置在哪兒前鹅。盡管模型有可能不完美，但無疑它是你被測(cè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)合理表現(xiàn)形式峭梳。

并且我認(rèn)為舰绘，如果你看看這個(gè)系列全部文章的不少文章，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是已發(fā)表的很多文章中的主題葱椭。深刻地理解這個(gè)原理對(duì)你理解模態(tài)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題將是一個(gè)巨大的財(cái)富捂寿。

實(shí)際上，在我常說的中孵运，實(shí)驗(yàn)室學(xué)生有一個(gè)從他們角度看的重要十項(xiàng)內(nèi)容表單…

你能看到規(guī)則#2和#3以及下面的規(guī)則#4更多地說這是模態(tài)中重要規(guī)則中的一個(gè)左冬，它有可能是你很多問題的答案。

第1項(xiàng)…

思考不是可有可無分瘦，而是必須

好了，那么現(xiàn)在我們討論一下“頭號(hào)”重要事項(xiàng)琉苇。就是要認(rèn)識(shí)到嘲玫，在你進(jìn)行試驗(yàn)或分析時(shí)，你確實(shí)需要始終思考你正在干什么并扇。這些都太不尋常去团，需要思考。這不像你在漢堡王快餐廳工作穷蛹，在那里所有事情都規(guī)定的那么清晰明了土陪。漢堡、薯?xiàng)l肴熏、可樂…按下按鈕鬼雀，價(jià)格算出來了，根本不需要你思考蛙吏。

一旦你停止思考源哩，只是盲目地遵循一套規(guī)則，那么你有可能落入模態(tài)怪物的魔掌鸦做，如果你碰到了問題励烦，你的結(jié)果可能沒有用，那些問題確實(shí)需要你的注意和某種程度的思考泼诱，以認(rèn)識(shí)到你的測(cè)量結(jié)果可能會(huì)發(fā)生什么坛掠。

不要被模態(tài)怪物統(tǒng)治了你 — 理解你正在做什么 — 不斷思考 — 質(zhì)疑假設(shè) — 做測(cè)量和進(jìn)行模態(tài)測(cè)試時(shí)提高警覺】篱荩回去讀一讀所有的文章却音。有很多重要的文章能幫助解答你的疑問和關(guān)注的話題。

我希望zui后這點(diǎn)建議能幫助你們矢炼。如果你有關(guān)于模態(tài)分析的任何其他問題系瓢，盡管問我好了。

在北京科尚儀器官網(wǎng)發(fā)布模態(tài)空間系列文章及其中文翻譯句灌，得到了Peter Avitabile教授的書面授權(quán)夷陋，Peter Avitabile教授擁有文章全部權(quán)利欠拾，北京科尚儀器只為學(xué)習(xí)教育目的而使用它們。如您轉(zhuǎn)載此系列中文翻譯骗绕，請(qǐng)保留本段的描述信息藐窄。

模態(tài)激勵(lì)全新的解決方案-WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘  

實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵(lì)，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用提供了機(jī)械激勵(lì)的新途徑酬土。智能意味著設(shè)備內(nèi)部處理信號(hào)荆忍。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測(cè)試對(duì)象的全自動(dòng)、可重復(fù)和高精度激勵(lì)撤缴，而沒有雙重打擊刹枉。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時(shí)間，設(shè)置撞擊次數(shù)屈呕、沖擊力和撞擊之間的延遲時(shí)間微宝。所有的預(yù)置，如零點(diǎn)或沖擊力搜索虎眨，都是由錘子自動(dòng)完成的蟋软。用戶不再需要手動(dòng)調(diào)整。

針對(duì)全自動(dòng)沖擊錘的研制嗽桩，WaveHitMAX采用包括整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問題岳守。

圖1. 用于脈沖錘內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制的傳感器-執(zhí)行器控制回路示意圖

對(duì)新型沖脈沖錘WaveHitMAX的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，使傳感器信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)控制單元的主要輸入?yún)?shù)涤躲。這樣棺耍，脈沖錘的手臂可以向上移動(dòng)到試件的命中點(diǎn)，在那里种樱，通過力傳感器信號(hào)中的特征變化檢測(cè)到接觸事件，手臂的移動(dòng)方向可以反轉(zhuǎn)俊卤。

與半自動(dòng)沖擊錘相比嫩挤，WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘具有新的功能。內(nèi)部信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)有:

? 全自動(dòng)單擊

? 自動(dòng)搜索用戶自定義的沖擊力

? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索

? 確認(rèn)對(duì)質(zhì)量保證的影響

? 更改錘頭與測(cè)試對(duì)象之間的位置消恍，無需重新設(shè)置

WaveHitMAX自動(dòng)模態(tài)力錘可以通過以太網(wǎng)在Windows設(shè)備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速岂昭、輕松地操作。

 自動(dòng)模態(tài)脈沖錘特點(diǎn)：

? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索

? 可重復(fù)的單擊激發(fā)

? 內(nèi)部傳感器評(píng)估和過程控制

? 自動(dòng)搜索和調(diào)整沖擊力

? 位置的變化是自動(dòng)預(yù)測(cè)的

? 通過附件配置脈沖特性

? 通過遠(yuǎn)程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來觸發(fā)功能

? 在德國(guó)設(shè)計(jì)和組裝

? CE認(rèn)證

1.確保單次激發(fā)

雙重撞擊激勵(lì)可以在時(shí)域和頻域檢測(cè)到

2.豐富的配件支持

不同的傳感器-尖端-配重的組合狠怨。

綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘约啊，在全新的AI智能脈沖領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)智能脈沖錘！

如果您對(duì)WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘有興趣佣赖，請(qǐng)?jiān)L問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：

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關(guān)于Gfai tech

Gfai tech GmbH一直在生產(chǎn)和銷售"德國(guó)制造"的聲音和振動(dòng)測(cè)量和分析創(chuàng)新產(chǎn)品超過15年恰矩。作為應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（GFai）的100%子公司，它始終以行業(yè)為導(dǎo)向和以應(yīng)用為導(dǎo)向憎蛤。

Gfai tech以模塊化和靈活的聲學(xué)攝像機(jī)而聞名外傅，用于聲源的定位纪吮，可視化和分析。如今萎胰，該產(chǎn)品組合還包括實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測(cè)碾盟、分析和評(píng)估聲學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案。我們的測(cè)量解決方案應(yīng)用于汽車技竟、工業(yè)冰肴、空中交通、火車交通和研發(fā)領(lǐng)域的降噪榔组、錯(cuò)誤檢測(cè)和聲音設(shè)計(jì)嚼沿。

上海昊量光電作為gfai tech公司在中國(guó)大陸地區(qū)的代理商，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)瓷患。對(duì)于WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測(cè)試的智能脈沖錘有興趣或者任何問題骡尽，都?xì)g迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系擅编。

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