模態空間是Peter Avitabile教授發表的係列模態解讀文章。Peter Avitabile教授是美國麻省大學洛威爾校區UMASS Lowell機械工程係結構動力學和聲學係統實驗室的副主任，以及模態分析和控製實驗室的主任。Peter Avitabile教授以略帶口語化、生動而又幽默的語言，在每篇文章中集中介紹試驗模態分析的一個(ge) 主題，是非常好的試驗模態分析的入門文章。它涉及到了試驗模態分析的方方麵麵，是模態試驗新手的入門材料，學習(xi) 它有助於(yu) 理解什麽(me) 是試驗模態，以及取得高質量的模態參數。
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模態空間係列（二十五）趣味解讀模態空間--對於(yu) 所做的不同類型模態試驗，哪種窗合適？
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對於(yu) 所做的不同類型模態試驗，哪種窗合適？
那我們(men) 討論一下這個(ge) 問題。
這個(ge) 問題問得好。我們(men) 回顧一下常用的激勵技術及其相關(guan) 的窗函數。實際上，利用FFT的傅立葉變換含有一些必須首先考慮的限製條件。這些要求有助於(yu) 搞清楚為(wei) 何使用某種激勵，什麽(me) 窗是zui適合的。
首先我們(men) 記住傅立葉變換定義(yi) 為(wei) 從(cong) -∞到+∞。隻要測得了整個(ge) 瞬態信號或者捕捉到了一段重複的信號，就可以滿足FFT的要求。如果這不滿足，那麽(me) 稱為(wei) 泄漏的zui為(wei) 重要的信號處理問題會(hui) 導致嚴(yan) 重的後果。窗是加權函數，用來減少泄漏的影響 — 泄漏的影響永遠不能完全消除。這真是個(ge) 問題，必須解決(jue) 。那麽(me) 基於(yu) 這個(ge) 基本事實，我們(men) 來討論用於(yu) 試驗模態測試的不同類型的激勵信號，並解釋這些激勵的常用窗函數。
錘擊試驗是一種非常常見試驗技術，經常用於(yu) 模態試驗。錘擊試驗總是引起某種瞬態響應，它是阻尼衰減正弦波形的疊加。它屬於(yu) 這種情況，整個(ge) 瞬態事件可以捕捉得到，故而滿足了FFT的要求，泄漏不再是個(ge) 問題。但是對於(yu) 大多數結構，特殊是小阻尼結構，在捕捉數據的樣本記錄階段，指數衰減響應常常沒有充分地衰減。那麽(me) 這意味著或許不能滿足FFT的要求。這種情況下，常常對數據施加指數窗，於(yu) 是，將數據進行加權以更好地滿足FFT的要求。圖1顯示了一個(ge) 錘擊時間脈衝(chong) ，原始時域響應以及加指數窗後的時間響應。
響應進行了指數窗加權，因而這個(ge) 信號更好地滿足了FFT處理的要求。好似捕捉到了完整的信號 — 但是以窗函數為(wei) 代價(jia) 。施加指數窗的另外替代方案是或者調整測量帶寬以允許捕捉更多的時間數據或者增加總的樣本點數，其直接影響就是采集更多的時域數據。任何情況下，如果在樣本時段的尾部，信號沒有基本衰減到零，那麽(me) 就有必要采取指數窗來減少泄漏的影響。
在很多數據采集係統中，還有個(ge) 力窗，可以施加到激勵的衝(chong) 擊階段。這個(ge) 力窗用於(yu) 減少力錘激勵通道可能存在的噪聲影響。通常，這個(ge) 窗設置為(wei) 樣本窗的大約10%，使得衝(chong) 擊脈衝(chong) 位於(yu) 這個(ge) 單位增益窗內(nei) — 時間記錄的其餘(yu) 部分加權至零。力窗或許並不總是需要，但大多數數據采集係統都有。非常值得注意的是這個(ge) 窗永遠不該用在試圖去掉雙擊的影響上，雙擊在錘擊測試時可能存在。采取力窗去掉雙擊的第二次衝(chong) 擊的影響會(hui) 使得輸入力譜嚴(yan) 重失真。
至此已經解釋了衝(chong) 擊激勵。我們(men) 來討論試驗模態測試中常用的激振器激勵的窗函數注意事項。zui為(wei) 常用的是隨機激勵。隨機激勵帶來的問題是在采樣時段內(nei) 永遠不會(hui) 有重複的信號。於(yu) 是需要窗函數來減少泄漏的影響。
隨機激勵常用的窗上漢寧窗。但是必須指出，使用窗函數，為(wei) 此目的的任何窗，會(hui) 對測量的數據產(chan) 生影響 — 但是為(wei) 了減少泄漏影響，使用窗函數是必要之惡。記住通過使用窗函數隻能減少泄漏的影響 — 永遠不能完全消除它。所有的窗總是會(hui) 對測量的幅值產(chan) 生影響，跟真實幅值比變小了，而且一般情況下有這樣的影響，跟實際存在的阻尼相比較，好像具有更大的阻尼。從(cong) 隨機激勵得到的典型輸入-輸出測量結果如圖2所示，在測得的輸入和響應通道中都施加了漢寧窗。使用漢寧窗會(hui) 引起zui大16%之多的幅值失真。當然這要比不加窗泄漏導致的失真更好些。
因為(wei) 泄漏及加窗帶來的失真等相關(guan) 問題，發展了其他的激勵技術，特別意在消除泄漏及加窗需要。諸如偽(wei) 隨機，周期隨機，猝發隨機，正弦掃頻和數字步進正弦等激勵技術都發展出來了。（在將來文章中將討論所有這些技術。）今天模態試驗常用的激勵是猝發隨機，下麵進行討論。
根本問題是除非捕捉到了完整的瞬態信號或者一段重複的數據，否則會(hui) 有泄漏。所有的專(zhuan) 門激勵技術都意圖按照某種方法來滿足FFT的要求。若其滿足，則無泄漏，那麽(me) 就無需施加任何窗權重函數。在猝發隨機情況中，激勵信號按照在采樣時間段內(nei) 開始、在采樣時間段內(nei) 結束的方式施加到結構上去。這直接表明FFT處理的基本要求完全得到滿足；這個(ge) 信號沒有泄漏，無需加窗。典型情況是，采樣的50%～80%猝發是可以定製的，由操作人員來指定。現在輸入激勵信號沒有泄漏，但是響應通道有些必須的注意事項。
當激振器激勵結束的時候，結構的響應沒有立即停止。一般來講，激振器激勵停止後，在響應通道中可以看到有些指數衰減信號。（實際上激勵信號停止後，在激勵通道中也可以看到測得的一些力信號；這部分輸入是必須測量的，作為(wei) 輸入激勵函數的一部分。）一個(ge) 典型的輸入-輸出猝發隨機信號如同3所示。
隻要在樣本點測量時間段的尾部測得的響應基本上衰減到零，則捕捉到了完整的信號，就無需施加窗權重函數。但是如果情況並非如此，則需要進行某些調整。為(wei) 了捕捉到完整的瞬態信號，那麽(me) 或者可以減少激勵猝發信號的長度，調整帶寬來提供更多的時域數據或者提供更多的頻譜線數，這些在根本上增大了捕捉到的時域樣本點數。通常所有這些都會(hui) 有助於(yu) 確保在采集到的數據樣本點中捕捉到了結構的全部響應。一般情況下，這種激勵技術無需加窗。實際上這種激勵技術的目的就是消除任何權重函數的施加。這就會(hui) 得到沒有泄漏的測量結果，它滿足FFT處理的周期性要求。
好了，對於(yu) 這些zui為(wei) 常用試驗模態激勵技術，我希望你理解哪種窗是合適的。（在將來的文章中將討論其他激勵技術。）如果你有關(guan) 於(yu) 模態分析的任何其他問題，盡管問我好了。
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模態激勵全新的解決(jue) 方案-WaveHitMAX自動脈衝(chong) 錘
實驗模態分析中必不可少的一環就是模態激勵，昊量光電新推出的這款智能衝(chong) 擊錘的發明為(wei) 結構動力學国产成人在线观看免费网站提供了機械激勵的新途徑。智能意味著設備內(nei) 部處理信號。模態錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動、可重複和高精度激勵，而沒有雙重打擊。用戶可以根據不同的阻尼/延遲時間，設置撞擊次數、衝(chong) 擊力和撞擊之間的延遲時間。所有的預置，如零點或衝(chong) 擊力搜索，都是由錘子自動完成的。用戶不再需要手動調整。
針對全自動衝(chong) 擊錘的研製，WaveHitMAX采用包括整個(ge) 運動控製的閉環控製方法解決(jue) 了這一問題。
圖1. 用於(yu) 脈衝(chong) 錘內(nei) 部運動控製的傳(chuan) 感器-執行器控製回路示意圖
對新型衝(chong) 脈衝(chong) 錘WaveHitMAX的係統設計進行了改進，使傳(chuan) 感器信號作為(wei) 運動控製單元的主要輸入參數。這樣，脈衝(chong) 錘的手臂可以向上移動到試件的命中點，在那裏，通過力傳(chuan) 感器信號中的特征變化檢測到接觸事件，手臂的移動方向可以反轉。
與(yu) 半自動衝(chong) 擊錘相比，WaveHitMAX自動脈衝(chong) 錘具有新的功能。內(nei) 部信號處理的優(you) 點有:
• 全自動單擊
• 自動搜索用戶自定義(yi) 的衝(chong) 擊力
• 自動零點搜索
• 確認對質量保證的影響
• 更改錘頭與(yu) 測試對象之間的位置，無需重新設置
WaveHitMAX自動模態力錘可以通過以太網在Windows設備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速、輕鬆地操作。
自動模態脈衝(chong) 錘特點：
• 自動零點搜索
• 可重複的單擊激發
• 內(nei) 部傳(chuan) 感器評估和過程控製
• 自動搜索和調整衝(chong) 擊力
• 位置的變化是自動預測的
• 通過附件配置脈衝(chong) 特性
• 通過遠程控製或集成到客戶係統中來觸發功能
• 在德國設計和組裝
• CE認證
1.確保單次激發
雙重撞擊激勵可以在時域和頻域檢測到
2.豐(feng) 富的配件支持
不同的傳(chuan) 感器-尖端-配重的組合。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用於(yu) 全自動衝(chong) 擊測試的智能脈衝(chong) 錘，在全新的AI智能脈衝(chong) 領域實現真正意義(yi) 上的全自動智能脈衝(chong) 錘！
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