CN104390754A - 一种模态测试设备校准装置及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模态测试设备校准装置，包括标准加速度传感器组、激振器组、功率放大器、动态信号分析仪、任意波形发生器以及计算机。本发明复现了包含模态参数的物理信号，并且能实现多组包含模态参数的信号，打破了传统校准模态测试设备的方法，避免了模态测试设备校准的不完整性和校准参数单一性问题，为模态测试设备提供了可靠的校准方法。
Description
技术领域
本发明属于模态测试与校准技术领域，特别涉及一种模态测试设备校准装置及校准方法。
背景技术
结构的动态特性直接关系到产品研制的质量，如性能、寿命、可靠性、安全性和经济性，成为各个行业共同关注的问题。而结构的动态特性参数的测试是通过模态分析和模态测试的方法来确定的，模态测试设备的准确性直接关系到结构动态性能参数的最终确定。但在实际的测试中，模态测试系统的校准却存在种种问题。
目前，国内外对模态测试系统进行校准主要采取以下办法：
一、仪器单元分立校准：测量通道上各仪器单元分别按各自的计量规程校准，而后再量值传递，综合得到测量通道上的系统性能参数的准确度。此种校准方法无法计入由于各仪器单元之间性能匹配不一致所造成的系统误差，同时没有考虑到作为系统重要组成部分的软件的影响。
二、测量通道系统标定：测定从传感器前端到数据采集器整个测量通道系统（即硬件部分）的性能参数。但此种校准方法只对测量通道性能指标进行了系统校准，但也无法反映后期数据处理软件分析结果以及硬软件性能匹配方面带来的误差。
三、采用标准结构件的全系统校准，如双U型梁：此设计制造标准结构件，该结构件的模态参数通过有限元、模态分析等方法进行预示。而该方法一个标准件只能包含一组模态参数，会造成标准构件制造成本较高，同时灵活性、可实现性较差不利于现场校准测试；另外校准测试的准确度无法定量描述，量值的溯源性得不到满足。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种模态测试设备校准装置及校准方法，其根据模态分析和模态叠加理论，构建基于结构模态参数及其激励与响应关系的原理，从而产生标准激励和响应波形的系统，实现对模态测试系统多阶模态参数测量的综合校准，以确保模态测试设备及其测试结果的准确可靠。
本发明的技术方案是这样实现的：一种模态测试设备校准装置，其特征在于：包括标准加速度传感器组成、激振器组、功率放大器、动态信号分析仪、任意波形发生器以及计算机，所述标准加速度传感器组成由多个标准加速度传感器组成，所述激振器组由多个激振器组成，在每个激振器上分别设置有标准加速度传感器，所述多个标准加速度传感器分别与动态信号分析仪连接，所述动态信号分析仪与计算机连接，所述计算机与任意波形发生器连接，所述任意波形发生器分别与功率放大器、动态信号分析仪和被校准模态测试系统连接，所述功率放大器分别与多个激振器连接，所述计算机、任意波形发生器、功率放大器、激振器组、动态信号分析仪以及标准加速度传感器组成共同构成一个闭循环控制系统，按理论计算值复现准确的信号。
本发明所述的模态测试设备校准装置，其所述标准加速度传感器与激振器一一对应。
本发明所述的模态测试设备校准装置，其所述被校准模态测试系统分别与设置在多个激振器上的被校加速度传感器连接。
本发明所述的模态测试设备校准装置，其所述被校加速度传感器与激振器一一对应。
一种如上述任一权利要求所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准装置产生一组设定的包含模态参数的信号，并由被校准模态测试系统采集并分析，最后将采集并分析的结果与设定值进行对比，完成校准。
本发明所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其具体校准方法包括以下步骤：
a）、通过计算机构建多自由度结构物理参数模型，计算并显示多阶标准模态参数，形成激励和多通道响应波形数据并下传数据到任意波形发生器；
b）、任意波形发生器接收计算机下传的波形数据并存入波形数据存储器，在接受数据处理计算机的启动信号后，将波形数据转换为激励和响应电信号波形，并经功率放大器将信号放大后传至各激振器；
c）、激振器产生表征标准模态参数的响应信号，该组信号由标准加速度传感器组拾取并由动态信号分析仪采集并发送回计算机，计算机再通过补偿算法修正信号，从而形成闭循环控制，同时，由任意波形发生器产生模拟激励力电信号；
d）、激振器产生的响应信号与任意波形发生器产生的模拟激励力电信号作为标准校准信号提供给被校模态测试系统，从而实现对模态测试系统的综合校准。
本发明所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其所述校准装置设定包含不同模态参数的数据，并按需要产生实际的信号，提供给被校准模态测试系统测试分析。
本发明信号的产生是根据用户设定的模态参数，通过模态参数及其激励与响应关系的理论，计算需要产生的波形数据，由任意波形发生器产生激励信号，并由激振器最后复现多阶的响应信号，同时由标准加速度传感器感应，动态信号分析仪采集返回到计算机，通过补偿算法修正信号，修正后的信号由被校准的模态测试系统采集并分析结果，与最初设定的模态参数比对，实现模态测试设备的校准。
本发明从模态测试的角度，校准了硬件的测试和软件的分析结果的准确度；本发明模拟产生了本该在受激励的实际结构件表面产生的响应信号，该组信号包含了结构的模态参数。从而不受原结构件或受激物体实际几何形状的影响。可任意模拟结构件的几何形状在不同位置的激励和响应信号。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图中标记：1为标准加速度传感器，2为激振器，3为功率放大器，4为动态信号分析仪，5为任意波形发生器，6为计算机，7为被校准模态测试系统，8为被校加速度传感器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种模态测试设备校准装置，包括标准加速度传感器组成、激振器组、功率放大器3、动态信号分析仪4、任意波形发生器5以及计算机6，所述标准加速度传感器组成由五个标准加速度传感器1组成，所述激振器组由五个激振器2组成，在每个激振器2上分别设置有一个标准加速度传感器1与之一一对应，所述五个标准加速度传感器1分别与动态信号分析仪4连接，所述动态信号分析仪4与计算机6连接，所述计算机6与任意波形发生器5连接，所述任意波形发生器5分别与功率放大器3、动态信号分析仪4和被校准模态测试系统7，所述被校准模态测试系统7分别与设置在五个激振器2上且与之一一对应的被校加速度传感器8连接，所述功率放大器3分别与五个激振器2连接；其中，所述计算机6、任意波形发生器5、功率放大器3、激振器组、动态信号分析仪4以及标准加速度传感器组成共同构成一个闭循环控制系统，按理论计算值复现准确的信号。
一种采用上述模态测试设备校准装置的校准方法，所述校准装置产生一组设定的包含模态参数的信号，并由被校准模态测试系统采集并分析，最后将采集并分析的结果与设定值进行对比，完成校准。
其具体校准方法包括以下步骤：
a）、通过计算机构建多自由度结构物理参数模型，计算并显示多阶标准模态参数，形成激励和多通道响应波形数据并下传数据到任意波形发生器；
b）、任意波形发生器接收计算机下传的波形数据并存入波形数据存储器，在接受数据处理计算机的启动信号后，将波形数据转换为激励和响应电信号波形，并经功率放大器将信号放大后传至各激振器；
c）、激振器产生表征标准模态参数的响应信号，该组信号由标准加速度传感器组拾取并由动态信号分析仪采集并发送回计算机，计算机再通过补偿算法修正信号，从而形成闭循环控制，同时，由任意波形发生器产生模拟激励力电信号；
d）、激振器产生的响应信号与任意波形发生器产生的模拟激励力电信号作为标准校准信号提供给被校模态测试系统，从而实现对模态测试系统的综合校准。
其中，所述校准装置设定包含不同模态参数的数据，并按需要产生实际的信号，提供给被校准模态测试系统测试分析。
本发明根据模态分析和模态叠加理论，构建基于结构模态参数及其激励与响应关系的原理，从而产生标准激励和响应波形的系统，实现对模态测试系统五阶模态参数测量的综合校准，以确保模态测试设备及其测试结果的准确可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种模态测试设备校准装置，其特征在于：包括标准加速度传感器组、激振器组、功率放大器（3）、动态信号分析仪（4）、任意波形发生器（5）以及计算机（6），所述标准加速度传感器组由多个标准加速度传感器（1）组成，所述激振器组由多个激振器（2）组成，在每个激振器（2）上分别设置有标准加速度传感器（1），所述多个标准加速度传感器（1）分别与动态信号分析仪（4）连接，所述动态信号分析仪（4）与计算机（6）连接，所述计算机（6）与任意波形发生器（5）连接，所述任意波形发生器（5）分别与功率放大器（3）、动态信号分析仪（4）和被校准模态测试系统（7）连接，所述功率放大器（3）分别与多个激振器（2）连接，所述计算机（6）、任意波形发生器（5）、功率放大器（3）、激振器组、动态信号分析仪（4）以及标准加速度传感器组成共同构成一个闭循环控制系统，按理论计算值复现准确的信号。
2. 根据权利要求1所述的模态测试设备校准装置，其特征在于：所述标准加速度传感器（1）与激振器（2）一一对应。
3. 根据权利要求1或2所述的模态测试设备校准装置，其特征在于：所述被校准模态测试系统（7）分别与设置在多个激振器（2）上的被校加速度传感器（8）连接。
4. 根据权利要求3所述的模态测试设备校准装置，其特征在于：所述被校加速度传感器（8）与激振器（2）一一对应。
5. 一种如上述任一权利要求所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准装置产生一组设定的包含模态参数的信号，并由被校准模态测试系统采集并分析，最后将采集并分析的结果与设定值进行对比，完成校准。
6. 根据权利要求5所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其特征在于：具体校准方法包括以下步骤：
a）、通过计算机构建多自由度结构物理参数模型，计算并显示多阶标准模态参数，形成激励和多通道响应波形数据并下传数据到任意波形发生器；
b）、任意波形发生器接收计算机下传的波形数据并存入波形数据存储器，在接受数据处理计算机的启动信号后，将波形数据转换为激励和响应电信号波形，并经功率放大器将信号放大后传至各激振器；
c）、激振器产生表征标准模态参数的响应信号，该组信号由标准加速度传感器组拾取并由动态信号分析仪采集并发送回计算机，计算机再通过补偿算法修正信号，从而形成闭循环控制，同时，由任意波形发生器产生模拟激励力电信号；
d）、激振器产生的响应信号与任意波形发生器产生的模拟激励力电信号作为标准校准信号提供给被校模态测试系统，从而实现对模态测试系统的综合校准。
7. 根据权利要求5或6所述的模态测试设备校准装置的校准方法，其特征在于：所述校准装置设定包含不同模态参数的数据，并按需要产生实际的信号，提供给被校准模态测试系统测试分析。
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