CN201569554U - 一体化模态分析仪 - Google Patents

Abstract

一体化模态分析仪，包括分析仪壳体，在壳体内设有依次电连接的嵌入式计算机、采集卡、测振处理模块和电荷放大器；在壳体上设有用于连接脉冲力锤的第一传感器输入接口，以及用于连接压电加速度传感器的第二传感器输入接口，所述两个传感器输入接口均与电荷放大器的输入端连接；所述脉冲力锤和压电加速度传感器获取检测对象的激励和响应信号，经电荷放大器放大后，输入到测振处理模块处理，再通过采集卡采集到嵌入式计算机，该嵌入式计算机通过其内置的模态分析程序对输入的信号进行处理，并将分析结果通过与其连接的外部设备输出。本实用新型是将商业计算机过渡到嵌入式系统，并集成采集设备、调理设备和人机交互装置，有利于现场和工厂等使用。

Description

一体化模态分析仪

技术领域

本实用新型涉及一种实验分析仪器，具体为一种虚拟式的一体化实验模态分析仪，属于振动测试技术领域。

背景技术

模态分析用于研究各种机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际结构振动。近年来，随着计算机技术、FFT(傅里叶)分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器等技术的发展，实验模态分析得到了快速的发展，已有多种模态分析测试系统投入使用。

目前的模态分析仪器，通常是将多种仪器联合起来使用，即在测试时将实验检测、信号采集、信号调理以及数据分析等步骤分别用不同的仪器单独操作，再将其结果汇总，这样就造成需要庞大而繁琐的系统，由于各种仪器之间存在兼容性以及精度的差异，检测所得到的数据精度也较低，仪器的抗干扰能力较弱，与实际设备的振动形态差异较大，失真率过高而可靠性很低，影响了测试的结果，而且由于需要多种仪器共同工作，也不便于携带。

同时，目前很多高端仪器都采用了一体化的设计，其特点是将前端调理、数据采集器、控制器、存储器、CPU、显示器、电源、面板调控件等装置作为整台仪器的支撑，而仪器的功能采用软件来计算分析。这种一体化仪器具有原有仪器的形态、同样的操作方法和习惯，同时还具有功能取舍的灵活性。因此，在振动测试技术领域引入一体化的设计理念，并运用这种思想对现有设备进行改进，是一个新的研究方向。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种精度高、抗干扰能力强、便携性好的虚拟式一体化模态分析仪，它是基于一体化虚拟仪器技术、振动测试技术和模态分析方法的综合应用。

本实用新型的目的是这样实现的：一体化模态分析仪，包括分析仪壳体；其特征在于，在壳体内设有依次电连接的嵌入式计算机、采集卡、测振处理模块和电荷放大器；在壳体上设有用于连接脉冲力锤的第一传感器输入接口，以及用于连接压电加速度传感器的第二传感器输入接口，所述两个传感器输入接口均与电荷放大器的输入端连接；所述脉冲力锤和压电加速度传感器获取检测对象的激励和响应信号，经电荷放大器放大后，输入到测振处理模块处理，再通过采集卡采集到嵌入式计算机，该嵌入式计算机通过其内置的模态分析程序对输入的信号进行处理，并将分析结果通过与其连接的外部设备输出。

进一步，所述嵌入式计算机上连接的外部设备包括液晶显示屏、鼠标、键盘以及打印机，所述液晶显示屏设置在壳体的面板上，在嵌入式计算机上接有若干个用于连接外部设备的串、并行接口，所述串、并行接口均设置在壳体上，所述嵌入式计算机由外部交流电源供电。

本实用新型的一体化模态分析仪是将通用商业计算机过渡到嵌入式系统，并集成采集设备、调理设备和人机交互装置，简化一般虚拟仪器测试系统中计算机及外设、电源系统、采集设备和调理设备构成的繁琐系统，这样有利于现场和工厂等使用。

进一步，在壳体上还设有一组用于调节脉冲力锤激励信号的调节旋钮和一组用于调节压电加速度传感器响应信号的调节旋钮；所述两组调节旋钮均连接到嵌入式计算机的控制端。所述两组调节旋钮均可用于调节信号的量程和选择不同的功能，并根据不同的测试对象调节输出值的大小。

在壳体上还设有信号选择开关，所述信号选择开关与电荷放大器联通，电荷放大器通过信号选择开关的档位选择检测信号的输入模式。在使用分析仪时，需要先选择好信号选择开关的档位，以便采集不同的数据。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、采用一体化的设计，将计算机、采集卡、测振处理模块和电荷放大器等集成为一体，具备特定的硬件设备和传输导线，可以完成系统的整体校正，达到很高的精度，而且可靠性较好；

2、由于将电荷放大器置于仪器的输入端口，具有明确的阻抗匹配特征，方便用户连接合适传感器和调理设备等，加强了防止电磁干扰措施；

3、仪器外形更加美观和精致，便于携带，还可以集成其他的测试仪器，重复性程度高，使硬件仪器真正做到“一机多类”；

4、结构简单、成本较低，而且软件与硬件分离，方便程序更新、升级，还可配置丰富的软件包，实现时域和频域上的不同的模态分析方法，可以同时配合其他的振动测试软件(记忆示波器、动态信号分析仪、小波分析仪等)使用。

附图说明

图1为本实用新型一体化模态分析仪的主视图；

图2为图1的后视图；

图3为本实用新型的结构框图；

图4为本实用新型的一种使用状态图。

图中，1-壳体，2-嵌入式计算机，3-采集卡，4-测振处理模块，5-电荷放大器，6-脉冲力锤，7-压电加速度传感器，8-振动实验台，9-鼠标，10-键盘，11-打印机，12-第一传感器输入接口，13-第二传感器输入接口，14-液晶显示屏，15-信号选择开关，16-功率波形输出接口，17-信号幅度调节旋钮，18-频率粗调旋钮，19-量程选择旋钮，20-功能选择旋钮，21-功率幅度调节旋钮，22-频率微调旋钮，23-量程选择旋钮，24-功能选择旋钮，25-A/B功率输出选择旋钮，26-外部信号输入接口，27-内/外信号源选择开关，28-恒压/恒流源选择开关，29-功率输出A接口，30-功率输出B接口，31-保险管，32-电源开关，33-电源插座，34-键盘接口，35-鼠标接口，36-USB接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1、图3和图4所示，一体化模态分析仪，包括分析仪壳体1，在壳体1内设有嵌入式计算机2、采集卡3、测振处理模块4和电荷放大器5，所述嵌入式计算机2具有常用计算机的所有功能，电荷放大器5内设有信号放大电路，采集卡3用于采集经测振处理模块4处理后的信号。在壳体1上设有两个传感器输入接口，其中，第一传感器输入接口12通过连接线插接有脉冲力锤6，第二传感器输入接口13通过连接线插接有压电加速度传感器7；连接时，使用的连接线为常用的材质较软的电线，其长度根据所需测量的检测对象距离而定，所述两个传感器输入接口均与电荷放大器5的输入端相连；所述脉冲力锤6和压电加速度传感器7获取检测对象的激励和响应信号，所述信号经电荷放大器5放大后，输入到测振处理模块4处理，再通过采集卡3采集到嵌入式计算机2，嵌入式计算机2通过其内置的模态分析程序对输入的信号进行处理，并将分析结果通过与其连接的外部设备输出。

参见图2，在壳体1上设有功率波形输出接口16，脉冲力锤6同时也连接到功率波形输出接口16，嵌入式计算机2通过功率波形输出接口16将脉冲信号发送至脉冲力锤6，所述脉冲力锤6收到脉冲信号后向检测对象施加脉冲激励的同时又将脉冲信号反馈至电荷放大器5；同时，压电加速度传感器7将测得的固定点的响应数据也反馈至电荷放大器5；在电荷放大器5上连接有信号选择开关15，信号选择开关15设置在壳体1上，信号选择开关15上设置有不同的档位，通过选择档位可选择只接收脉冲力锤6的激励信号，只接收压电加速度传感器7的响应信号或两种信号同时接收等几种模式，从而控制电荷放大器5的输出信号。

参见图1和图3，本实用新型中嵌入式计算机2上连接的外部设备包括液晶显示屏14、鼠标9、键盘10以及打印机11，所述液晶显示屏14设置在壳体1的面板上，在嵌入式计算机2上接有若干个用于连接外部设备的串、并行接口，所述串、并行接口均设置在壳体1上，所述嵌入式计算机2由外部交流电源供电。

在壳体1上还设有一组用于调节脉冲力锤激励信号的调节旋钮和一组用于调节压电加速度传感器响应信号的调节旋钮；其中用于控制激励信号的调节旋钮包括信号幅度调节旋钮17、频率粗调旋钮18、量程选择旋钮19和功能选择旋钮20，用于控制响应信号的调节旋钮包括功率幅度调节旋钮21、频率微调旋钮22、量程选择旋钮23和功能选择旋钮24；所述两组调节旋钮均连接到嵌入式计算机2的控制端。在选择和调节激励信号和响应信号时，可同时对各组中的旋钮进行调节，以达到最佳的输出效果，根据不同的测试对象，其调节幅度、量程以及功能选择等都有区别，操作人员可根据实际情况而定。

本实用新型的工作原理是：

进行模态分析实验时，接通电源后，先分别通过两组调节旋钮，对激励信号和响应信号的量程等进行选择和调节，然后用脉冲力锤6依次锤击振动实验台8上的点，产生激励信号，同时通过压电加速度传感器7测量固定点的响应数据，两个通道的激励和响应电信号通过电荷放大器5放大，再通过测振处理模块4进行处理，最后两通道的激励和响应数据通过采集卡3采集到嵌入式计算机2中。

进行模态分析时，嵌入式计算机2通过其内部安装的模态分析程序，将已测得的激励和响应两通道的信号关系，分别进行快速Fourier(傅里叶，FFT)变换分析，得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。再通过对实验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物体的模态参数，从而建立起结构物体的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物体的实际振动的响应历程或响应谱，从而得出所求结构的模态参数和物理参数，并通过动画方式在模态分析仪上显示所求结构的各阶振形。

在实验测试过程中，本实用新型的一体化模态分析仪通过连接的鼠标9和键盘10进行交互，最后的模态分析结果通过液晶显示屏14进行显示，模态实验结果报表可通过外置的打印机11打印。

嵌入式计算机中安装的模态分析程序部分工作于微软公司的Windows操作系统平台，采用Visual C++6.0编程语言编程，可在Windows 2000/XP/NT，Windows Vista及后续版本的操作系统平台下工作。作为本实用新型的软件部分，允许其脱离本实用新型的硬件部分独立运行。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一体化模态分析仪，包括分析仪壳体(1)；其特征在于，在壳体(1)内设有依次电连接的嵌入式计算机(2)、采集卡(3)、测振处理模块(4)和电荷放大器(5)；在壳体(1)上设有用于连接脉冲力锤(6)的第一传感器输入接口(12)，以及用于连接压电加速度传感器(7)的第二传感器输入接口(13)，所述两个传感器输入接口均与电荷放大器(5)的输入端连接；所述脉冲力锤(6)和压电加速度传感器(7)获取检测对象的激励和响应信号，经电荷放大器(5)放大后，输入到测振处理模块(4)处理，再通过采集卡(3)采集到嵌入式计算机(2)；嵌入式计算机(2)通过其内置的模态分析程序对输入的信号进行处理，并将分析结果通过与其连接的外部设备输出。

2.根据权利要求1所述的一体化模态分析仪，其特征在于，所述嵌入式计算机(2)上连接的外部设备包括液晶显示屏(14)、鼠标(9)、键盘(10)以及打印机(11)；所述液晶显示屏(14)设置在壳体(1)的面板上，在嵌入式计算机(2)上接有若干个用于连接外部设备的串、并行接口，所述串、并行接口均设置在壳体(1)上，所述嵌入式计算机(2)由外部交流电源供电。

3.根据权利要求1所述的一体化模态分析仪，其特征在于，在壳体(1)上还设有一组用于调节脉冲力锤激励信号的调节旋钮和一组用于调节压电加速度传感器响应信号的调节旋钮；所述两组调节旋钮均连接到嵌入式计算机(2)的控制端。

4.根据权利要求1所述的一体化模态分析仪，其特征在于，在壳体(1)上还设有信号选择开关(15)，所述信号选择开关(15)与电荷放大器(5)连接，电荷放大器(5)通过信号选择开关(15)的档位选择检测信号的输入模式。

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