CN108132095A - 一种结构件自谐振频率的测量方法及装置 - Google Patents

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水建忠
闾灿
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Abstract

本申请公开了一种结构件自谐振频率的测量方法和装置，解决了结构件自谐振频率和品质因数的检测问题，所述方法包括将频率连续变化的扫频信号转换为第一声波；用所述第一声波扫描所述结构件顶部；所述第一声波透过所述结构件，在所述密闭空间内形成第二声波；将所述第二声波转换为频率信号；对所述频率信号进行数据处理，得到所述自谐振频率。所述装置包括扫描信号发生器、扬声器、吸音棉、拾音器、上位机。本发明解决了结构件批量来料的快速检验问题，重复性较好，精度高，且对表面镀层无损伤。

Description

一种结构件自谐振频率的测量方法及装置
技术领域
本发明设计机械领域，尤其涉及一种结构件自谐振频率的测量方法及装置。
背景技术
在工业化产品中，结构件被大量使用，且在某些特殊领域，对结构件的来料一致性有着十分严格的要求。由于结构件的采购渠道不止一家且采购的批次不同，有可能造成结构件的来料的状态，如材质、厚薄、质量等存在差异。
以感应式雨量测试设备为例，该设备内含有一个半球形不锈钢钢壳，钢壳的材质、厚薄、质量等因素决定了钢壳在雨滴敲打时是否能发出一致的声音，从技术上说就是钢壳的自谐振频率和品质因数要一致，按照自谐振频率定义和品质因数与储能的关系，常用的方法是采用敲击，录音，数据分析来计算自谐振频率和品质因数，但是这种方法的缺点是效率低，且因为敲击的大小不好掌握，容易破坏表面防雨涂层，无法满足生产需要，不适合大批量来料的检测。
发明内容
有鉴于此，为解决结构件自谐振频率和品质因数的检验问题，本申请实施例提供了一种结构件自谐振频率的测量方法及装置。
本申请实施例提供了一种结构件自谐振频率的测量方法，所述结构件包括顶部和底部，所述底部内凹，底面水平，所述底面与水平面接触时，可在内凹处形成密闭空间，包含以下步骤：将所述结构件放置于所述吸音棉上，结构件底部与吸音棉接触，所述吸音棉与所述底部内凹处形成密闭空间；将频率连续变化的扫频信号转换为第一声波；用所述第一声波扫描所述结构件顶部；所述第一声波透过所述结构件，在所述密闭空间内形成第二声波；将所述第二声波转换为频率信号；对所述频率信号进行数据处理，得到所述自谐振频率。
进一步地，所述结构件自谐振频率的测量方法还包括用所述自谐振频率和所述自谐振频率的3dB带宽得到品质因数的步骤。
进一步地，所述自谐振频率为所述第一声波透过所述结构件时衰减最小的频点。
本申请实施例还提供了一种结构件自谐振频率的测量装置，包括扫描信号发生器、扬声器、吸音棉、拾音器、上位机，所述结构件放置于所述吸音棉上，结构件底部与所述吸音棉接触，所述结构件与所述吸音棉围成密闭空间；所述扬声器位于所述密闭空间外部，所述扫描信号发生器用于产生频率连续变化的扫频信号，输出到所述扬声器，产生声波；所述拾音器放置在所述密闭空间内，用于接收声波、得到频率信号，输出到所述上位机；所述上位机用于对所述频率信号进行数据处理。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
解决了结构件批量来料的快速检验问题，重复性较好，精度高，且对表面镀层无损伤。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1是不锈钢钢壳实施例示意图
(a)截面图；
(b)俯视图；
(c)仰视图。
图2是结构件自谐振频率的测量方法实施例流程图；
图3是结构件自谐振频率的测量装置实施例示意图；
图4是本发明上位机数据处理得到图形
(a)时域波形图；
(b)频域波形图。
图5利用敲击方式数据处理得到图形
(a)时域波形图；
(b)频域波形图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例的结构件以不锈钢钢壳为例。
图1是不锈钢钢壳实施例示意图，所述不锈钢钢壳(结构件)包括顶部11和底部12，所述底部内凹，底面13水平，所述底面与水平面接触时，可在内凹处形成密闭空间14。
图2是结构件自谐振频率的测量方法实施例流程图。所述不锈钢钢壳(结构件)包括顶部11和底部12，所述底部内凹，底面13水平，所述底面与水平面接触时，可在内凹处形成密闭空间14，包括以下步骤：
步骤21：将频率连续变化的扫频信号转换为第一声波。
所述扫频信号为电信号，其频率范围需包括不锈钢钢壳的自谐振频率，所述扫描信号的频率变化速度不能太快，如不锈钢3dB带宽是500Hz，则扫频源扫过500Hz的时间优选6ms或以上，若总的扫描频率是5KHz，则总的耗时优选60ms或以上。
步骤22：用所述第一声波扫描所述结构件顶部。
步骤23：所述第一声波透过所述结构件，在所述密闭空间内形成第二声波。
步骤24：将所述第二声波转换为频率信号。
所述频率信号为电信号。
步骤25：对所述频率信号进行数据处理，得到所述自谐振频率。
进一步地，所述方法还包括用所述自谐振频率和所述自谐振频率的3dB带宽得到品质因数的步骤，即用所述自谐振频率除以所述自谐振频率的3dB带宽。
进一步地，所述自谐振频率为所述第一声波透过所述结构件时衰减最小的频点。从频率空间讲，第一声波从钢壳顶部透过钢壳传输到密闭空间的过程中，有些频点衰减较小，本发明将衰减最小的频点作为不锈钢钢壳的自谐振频率。
进一步地，所述扫频信号的频率包含所述自谐振频率。
图3是结构件自谐振频率的测量装置，包括扫描信号发生器31、扬声器32、吸音棉33、拾音器34、上位机35，所述扫描信号发生器用于产生频率连续变化的扫频信号A1，输出到所述扬声器，所述扬声器用于将电信号转换为声波，得到第一声波A2；所述结构件(不锈钢钢壳36)放置于所述吸音棉33上，结构件(不锈钢钢壳)底部与吸音棉接触，所述吸音棉与所述结构件底部内凹处形成密闭空间，吸音棉用于吸收所述第二声波A3；所述扬声器位于所述密闭空间外部；所述拾音器放置在所述密闭空间内，用于将声波转换为电信号，接收所述第二声波，得到频率信号A4，输出到所述上位机；所述上位机用于对所述频率信号进行数据处理。
所述传音器优选麦克风，所述上位机包含声音采集功能和数据处理功能，声音采集优选系统自带的多媒体播放器软件，数据处理优选MATLAB软件，经过数据处理可以计算出不锈钢钢壳的自谐振频率和品质因数。
图4是本发明上位机数据处理得到图形，可以得到时域波形图和频域波形图，从图中可以得出，所述自谐振频率为6.8KHz。
图5利用敲击方式数据处理得到图形，从图中可以得出，所述自谐振频率也为6.8KHz。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种结构件自谐振频率的测量方法，所述结构件包括顶部和底部，所述底部内凹，底面水平，所述底面与水平面接触时，可在内凹处形成密闭空间，其特征在于，包含以下步骤：
将所述结构件放置于所述吸音棉上，结构件底部与吸音棉接触，所述吸音棉与所述底部内凹处形成密闭空间；
将频率连续变化的扫频信号转换为第一声波；
用所述第一声波扫描所述结构件顶部；
所述第一声波透过所述结构件，在所述密闭空间内形成第二声波；
将所述第二声波转换为频率信号；
对所述频率信号进行数据处理，得到所述自谐振频率。
2.根据权利要求1所述的结构件自谐振频率的测量方法，其特征在于，还包括用所述自谐振频率和所述自谐振频率的3dB带宽得到品质因数的步骤。
3.根据权利要求1～2所述的结构件自谐振频率的测量方法，其特征在于，所述自谐振频率为所述第一声波透过所述结构件时衰减最小的频点。
4.根据权利要求1～2所述的结构件自谐振频率的测量方法，其特征在于，所述扫频信号的频率包含所述自谐振频率。
5.一种结构件自谐振频率的测量装置，其特征在于，包括扫描信号发生器、扬声器、吸音棉、拾音器、上位机，
所述结构件放置于所述吸音棉上，结构件底部与所述吸音棉接触，所述结构件与所述吸音棉围成密闭空间；
所述扬声器位于所述密闭空间外部，所述扫描信号发生器用于产生频率连续变化的扫频信号，输出到所述扬声器，产生声波；
所述拾音器放置在所述密闭空间内，用于接收声波、得到频率信号，输出到所述上位机；
所述上位机用于对所述频率信号进行数据处理。
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