CN103913286A - 一种用于对物体进行模态测试的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对物体进行模态测试的装置，包括气锤、气压传感器、加速度传感器和模态信号采集测试仪器；所述气锤与气压传感器相连，所述气压传感器与模态信号采集测试仪器相连，所述的加速度传感器与模态信号采集测试仪器相连。本发明的用于对物体进行模态测试的装置，具有的优点包括：降低操作难度，即使是初学者也可以很快实现模态测试；提高测试的准确性，有效避免了采用力锤可能导致的力信号畸形带来的误差；根据现场情况，可以远程敲击，高抛敲击，非垂直敲击等，大大降低劳动强度，提升操作的便利性，有效的提高了工作效率，并能提高实验精度。具有很好的实用性，能够产生很好的科研价值、经济效益和社会效应。

Description

一种用于对物体进行模态测试的装置

技术领域

本发明涉及模态测试技术领域，具体涉及一种用于对物体进行模态测试的装置。

背景技术

模态又叫振型，是结构物重要的动力学参数之一。在机械、汽车、航天、土木等等工程领域中，工程师常常需要掌握工程对象的模态情况。模态的测试可分为测力法与不测力法两种，以测力法为更精准。传统的测力法是采用力锤作为激励工具（对结构物输入的信号），力传感器作为力信号采集装置，加速度传感器作为响应信号采集装置（结构物振动输出的信号），由模态信号采集测试仪器分别采集输入（力）信号和输出（加速度）信号，根据输入、输出信号得到可以反映结构物自身特性的频响函数表达式，即可得到各模态参数。

目前力锤法进行模态测试的装置，主要部件为力锤、力传感器和模态信号采集测试仪器，使用时必须将力锤“垂直的”敲击在结构物的表面，在敲击接触到结构物表面的一瞬间，必须“迅速的”让锤头离开结构物表面，否则就会导致输入的力信号的畸形。力信号的畸形必定导致响应（加速度）信号的畸形，也就得不到准确的传递函数表达式，如图1所示，为理想的完美力信号曲线，图2为由畸形的力信号图。产生这样的原因有：（1）锤头与力传感器的刚性连接，加之力传感器本身的构造特点决定，力必须作用在传感器的中心，否则传感器会受力不均匀导致信号畸形；（2）结构物表面刚性大，导致被敲击后的迅速反弹，对锤头形成二次敲击。

为得到理想的力信号，初学者常常需要多次敲击，虽经过长期的练习可提高测试技能，但在对大型结构的敲击过程中，测试人员对重锤的牢握，和垂直度的控制着实是一种挑战。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种用于对物体进行模态测试的装置，可显著降低对测试人员操作技能的要求，毋须长期训练即可得到完美的敲击信号。同时可显著减少劳动强度，及对不方便的触及的测试点提供远程精确敲击。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于对物体进行模态测试的装置，包括气锤、气压传感器、加速度传感器和模态信号采集测试仪器；所述气锤与气压传感器相连，所述气压传感器与模态信号采集测试仪器相连，所述的加速度传感器与模态信号采集测试仪器相连。

所述的气锤包括相互连接的气囊和锤身，所述的气囊与气压传感器相连。

本发明的用于对物体进行模态测试的装置，用气锤进行敲击（激励），气囊中产生气压变化，气压传感器将气压变化变成电信号，并由模态信号采集测试仪器将该敲击（激励）信号采集处理。加速度传感器与模态信号采集测试仪器相连接，结构物受到激励后的振动（响应）由加速度传感器进行采集并变成电信号，并由模态信号采集测试仪器对该振动（响应）信号进行采集处理。由电脑对激励和响应信号进行数学运算，根据运算得到的频响函数，可以计算出结构物的模态振型。

针对不同的结构物，需要调整气囊及其气压传感器的参数，比如大型结构必须采用较大型的气囊和配套气压传感器以产生较大的激励，刚度较大频率较高的结构物需采用硬质气囊以激发更宽的频谱响应。

有益效果：与现有技术中相比，本发明的用于对物体进行模态测试的装置，具有的优点包括：降低操作难度，即使是初学者也可以很快实现模态测试；提高测试的准确性，有效避免了采用力锤可能导致的力信号畸形带来的误差；根据现场情况，可以远程敲击，高抛敲击，非垂直敲击等，大大降低劳动强度，提升操作的便利性，有效的提高了工作效率，并能提高实验精度。具有很好的实用性，能够产生很好的科研价值、经济效益和社会效应。

附图说明

图1是理想的完美力信号曲线图；

图2是畸形的力信号曲线图；

图3是用于对物体进行模态测试的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步的说明。

如图3所示，用于对物体进行模态测试的装置，主要部件包括气锤1、气压传感器2、加速度传感器3和模态信号采集测试仪器4；气锤1包括气囊11和锤身12，气囊11与锤身12活动连接（可拆卸），在锤身12上还设有手柄，气囊11通过软管与气压传感器2相连，气压传感器2、加速度传感器3均与模态信号采集测试仪器4相连。

该用于对物体进行模态测试的装置，工作时，用气锤进行敲击（激励），气囊11中产生气压变化，气压传感器2将气压变化变成电信号，并由模态信号采集测试仪器4将该敲击（激励）信号采集处理。加速度传感器3与模态信号采集测试仪器4相连接，结构物受到激励后的振动（响应）由加速度传感器3进行采集并变成电信号，并由模态信号采集测试仪器4对该振动（响应）信号进行采集处理。由电脑对激励和响应信号进行数学运算，根据运算得到的频响函数，可以计算出结构物的模态振型。

针对不同的结构物，需要调整气囊及其气压传感器的参数，比如大型结构必须采用较大型的气囊和配套气压传感器以产生较大的激励，刚度较大频率较高的结构物需采用硬质气囊以激发更宽的频谱响应。

该用于对物体进行模态测试的装置，为气锤法模态测试技术，由于敲击之后，力锤受到的冲击即结构对于力锤的反作用力，与气锤敲击受到的冲击是一样的，使用气压传感器采集的是压强的变化，可用于记录力的变化情况得到力的时程曲线，由此带来的好处是不论气锤从什么方向去敲击结构物表面，变化的气体压力（强）始终是垂直作用在气压传感器上，避免了力必须作用在传感器的中心，不会使传感器受力不均匀从而导致信号畸形。又由于气锤质轻，在结构表面的自由弹跳比人手提离力锤要迅速的多，且敲击越大，弹跳越快，避免了敲击后的迅速反弹，不会对锤头形成二次敲击。除了上述优点，对于位于高处，或人手不便企及的地方可将气压传感器可就地放置，而采用人工或机械投射的方式，将气锤砸向目标点，气压强变化由皮管引入压强传感器进行测量。

Claims (2)

1.一种用于对物体进行模态测试的装置，其特征在于：包括气锤（1）、气压传感器（2）、加速度传感器（3）和模态信号采集测试仪器（4）；所述气锤（1）与气压传感器（2）相连，所述气压传感器（2）与模态信号采集测试仪器（4）相连，所述的加速度传感器与模态信号采集测试仪器相连。

2.根据权利要求1用于对物体进行模态测试的装置，其特征在于：所述的气锤（1）包括相互连接的气囊（11）和锤身（12），所述的气囊（11）与气压传感器（2）相连。