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（二十七）趣味解讀模態空間--你能講一講模態試驗采集數據的基本步驟嗎？
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你能講講模態試驗采集數據的基本步驟嗎？
要講的內(nei) 容很多，但我們(men) 總結一下基本步驟吧。
基本的數據采集過程有好幾個(ge) 步驟。對於(yu) 錘擊試驗和激振器試驗這些步驟稍有不同，下麵將分別討論。
對於(yu) 錘擊試驗，利用力錘或者某種衝(chong) 擊裝置將激勵施加到結構之上，其中傳(chuan) 遞到結構上的激振力需要測量。常用加速度計測量結構響應，但有時用激光或其他測量傳(chuan) 感器。通常，在數據采集係統的zui低通道上測量用於(yu) 激勵結構的力。盡管今天在很多係統上不做這樣要求，但很多測量工程師依然遵從(cong) 這個(ge) 做法。在剩餘(yu) 通道上測量一個(ge) 或多個(ge) 響應信號（取決(jue) 於(yu) 在使用兩(liang) 通道抑或是多通道係統）。通常根據衝(chong) 擊裝置的觸發來啟動測量。為(wei) 了讓數據采集係統啟動測量過程，必須定義(yi) 某個(ge) zui小電平。所測力zui大電壓的10%～20%做觸發電平是一個(ge) 很好的數值，可用於(yu) 大多數測試。很多數據采集係統中，定義(yi) 一個(ge) 預觸發延遲來捕捉完整的衝(chong) 擊裝置的瞬態信號。利用預觸發延遲功能，不會(hui) 丟(diu) 失任何衝(chong) 擊力脈衝(chong) 。
采集傳(chuan) 感器數據，進行數字化之前這個(ge) 數據總要通過一個(ge) 低通、模擬濾波器。這麽(me) 做主要是為(wei) 了濾除不感興(xing) 趣的高頻，以防止混疊發生。這些模擬濾波器，常稱為(wei) 抗混濾波器，可以去掉高頻成分，否則可能對所測頻率分量造成汙染。
接下來這個(ge) 數據進入模數轉換器（ADC）進行采樣，轉換為(wei) 數字的形式。這時有兩(liang) 個(ge) 注意事項。必須按照一定的頻率采樣來充分保留時域數據的特征以轉換到頻域。一般情況下，數據必須按照感興(xing) 趣的zui高頻率的至少2倍以上進行采樣，以將其轉換到頻域表示。如果需要時域數據處理來評價(jia) 結構的時域特征，那麽(me) 應按照感興(xing) 趣的zui高頻率的至少10～20倍進行采樣以充分描述係統特征。為(wei) 了正確地描述信號的幅值特征，必須設定ADC至一個(ge) 合適的電壓量程。如果設置不正確，測量信號中的量化誤差可能會(hui) 帶來問題。在很多數據采集係統中，一個(ge) 稱為(wei) 自動量程的功能來幫助將所有數據采集通道設置到合適的電壓量程。也可以手動設置ADC量程，但必須小心仔細以保證采集通道設置正確。另外，如果量程設置過高信號可能會(hui) 產(chan) 生量化誤差，如果量程設置過低信號可能會(hui) 削波和過載。
至此，描述衝(chong) 擊和響應的數據已經以原始的數字化的形式存在了。根據實際時域信號的特征，可能需要施加窗函數來減少泄漏。在衝(chong) 擊測試中，如果在采集樣本數據的過程中沒有捕捉到完整的瞬時信號，可能發生泄漏。如果在衝(chong) 擊通道中有明顯的噪聲存在，如有必要，則可以利用力窗來減少噪聲。如果在采樣時間段的尾端響應信號沒有充分衰減到零，那麽(me) 可能需要指數窗來避免因傅立葉變換過程帶來的信號失真。
在加指數窗之前，應該用到另外兩(liang) 個(ge) 信號處理功能。為(wei) 了有更多的時間讓響應信號自然衰減到零，可以減少測量帶寬或者增加譜線條數；這兩(liang) 個(ge) 參數zui終都是增加測量要求的總時間。這將會(hui) 允許有更多的時間讓響應信號自然衰減，於(yu) 是減少了施加大的阻尼窗函數的必要性。
對激振器測試，通常在采集係統的zui低通道測量激振器激勵信號（盡管也不要求這樣，但很多人遵從(cong) 這個(ge) 做法）。數據采集係統的剩餘(yu) 通道測量響應傳(chuan) 感器。觸發根據所用的激勵不同而發生變化。對於(yu) 隨機激勵，常用“自由運行”模式。但其他激勵（如猝發隨機，正弦掃頻，等）將根據信號源或者力觸發來啟動。另外，對於(yu) 猝發隨機激勵有時要定義(yi) 一個(ge) 預觸發延遲。
對於(yu) 多種所用的激振器激勵，不加窗函數，因為(wei) 這些信號通常具有“專(zhuan) 門”的特征，利用它是為(wei) 了得到沒有泄漏的測量結果，滿足了FFT的要求。但是，如果用其他隨機信號，如隨機激勵，那麽(me) 可以用諸如漢寧窗的窗函數來減少泄漏影響。
對於(yu) 錘擊或激振器激勵來說，采集的時域數據必須利用FFT轉換到頻域。變換算法FFT得到了輸入和輸出信號的線性譜。（注意這些函數是複數值。）下麵得到輸入譜 ( Gxx）,輸出譜( Gyy）和互譜 ( Gyx）接下來利用所有單獨的數據采集記錄來對這三個(ge) 譜進行平均。一旦得到Gxx ,Gyy和Gyx ，就可以計算頻響函數和相幹。盡管有不同形式的頻響函數，但H1是zui常用的頻響形式，用在了今天所進行的大多數的單輸入模態試驗中。圖1和圖2分別描述了錘擊測試和激振器測試的H1測量流程。
盡管頻響函數是試驗模態模型推導所要求的唯yi測量結果，但很多時候自譜和互譜以及相幹也一並保存作為(wei) 數據集合的一部分。（因為(wei) 磁盤驅動存儲(chu) 的大量冗餘(yu) ，沒有理由不保存所有的測量結果！）
顯然可以探討的還有很多，但我希望這有助於(yu) 解釋在試驗模態試驗的整體(ti) 測量過程中的幾個(ge) 基本步驟。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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