CN204594644U - 一种声激励非接触式模态试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于力学测量领域，提供了一种声激励非接触式模态试验系统，采用非接触式模态试验方式解决了针对薄板结构现有模态试验中存在附加质量和附加刚度，结果不准确的问题。技术方案：使用扬声器发出声音，非接触式激励薄板试验件使其产生振动，使用声传感器测量声信号，使用扫描式激光测振系统通过激光非接触式测量薄板试验件的振动响应，使用扫描式激光测振系统内的常规模态分析软件；以声传感器测量的声信号为输入信号，以扫描式激光测振系统测量的振动响应为输出信号，分析得到薄板试验件的模态参数。有益效果：采用本系统进行的模态试验中不存在附加质量和附加刚度影响，能获得准确的模态参数；同时避免了试验件结构损坏，试验效果良好。

Description

一种声激励非接触式模态试验系统

技术领域

本实用新型属于力学测量领域，具体涉及一种声激励非接触式模态试验系统。

背景技术

对于电路板这类的薄板结构在动力学分析时，需要获得结构的模态参数，模态参数的获取有两种方法，第一种为理论计算，通常为有限元计算；另一种为通过模态试验获取。对于复杂结构，理论计算往往偏差较大，需要通过模态试验来修正，因而模态试验是薄板结构动力学分析的基础。

开展模态试验通常需要使用激振器或力锤，对待分析的结构件施加激励并测量激励力，在结构件上粘贴振动传感器测量振动响应，通过激励信号和响应信号获得结构的模态参数。当在结构件上粘贴传感器时，对结构件形成附加质量；而使用激振器时，激振块安装在结构件上，对结构件造成附加质量和附加刚度的影响。当存在附加质量和附加刚度，试验结果必然出现偏差，特别是对于电路板这类薄板结构，造成测试的频率、阻尼和振型与结构本身模态参数有较大差异。当使用力锤激励时，力锤激励在薄板结构上可能对结构造成损坏。因而对于薄板结构模态试验，需要尽量减小附加质量和附加刚度的影响，并且避免敲击引起损坏，最理想的状态为采取非接触式模态试验方法。而采取非接触式模态试验方法需要设计如何激励结构，使结构产生运动，如何去测量激励力和响应，只有实现这两项设计才能获得准确的模态参数，在此之前还没有报道有人较好的解决这两问题，实现完全非接触模态试验。对于非接触式激励，有人采取电磁激励，这对金属结构是合适的，但非金属结构，需要在结构上粘贴金属片，这必能产生附加质量和附加刚度的影响。因此，需要提出一种声激励非接触式模态试验系统，以解决动力学分析模态试验中附加质量和附加刚度的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对薄板结构动力学分析的模态试验中存在附加质量和附加刚度，影响试验结果准确度且易造成结构件损伤的技术问题，提供了一种尤其适用于薄板结构的声激励非接触式模态试验系统，使用扬声器发出声音对薄板结构进行非接触式激励，使用声传感器测量声信号，使用激光非接触式测量结构振动响应。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种声激励非接触式模态试验系统，包括一套扬声器、一台信号源、一套信号电缆、一套声传感器和声电源、一套扫描式激光测振系统和一套测试电缆；待测试的试验件为垂直状态，在试验件一侧放置扬声器，扬声器正对试验件板面，信号源2通过信号电缆3与扬声器连接，用于发出激励信号，使试验件产生振动；在试验件另一侧放置扫描式激光测振系统，扫描式激光测振系统的激光头正对试验件板面；扫描式激光测振系统用于发出激光逐点扫描测量试验件上各点的振动信号，并能够记录声信号，得到试验件的模态参数；声传感器悬挂于试验件与扬声器之间，贴近试验件但不接触；声传感器通道测试电缆依次连接声电源和扫描式激光测振系统。

所述扬声器与试验件的距离不大于0.5米。

所述扫描式激光测振系统与试验件的距离不小于3米或使得激光束扫描角度θ小于10度。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的声激励非接触式模态试验系统采用非接触式模态试验方式解决了现有模态试验中存在附加质量和附加刚度，结果不准确的问题。采用本实用新型的声激励非接触式模态试验系统，解决了非接触式激励和非接触式测量两大问题，避免常规模态中的附加质量和附加刚度的影响，对结构不造成损坏，适用于如电路板这类的薄板结构的模态试验。采用本实用新型的技术方案，在模态试验中不存在附加质量和附加刚度的影响，避免了结构损坏，试验效果良好，能获得准确的模态参数。

附图说明

图1为本实用新型的声激励非接触式模态试验系统组成图；

图中：

1-扬声器、2-信号源、3-信号电缆、4-声传感器、5-声电源、6-扫描式激光测振系统、7-测试电缆、8-试验件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

本实施例提供了一种声激励非接触式模态试验系统，其组成如图1所示，包括：一套扬声器1、一台信号源2、一套信号电缆3、一套声传感器4和声电源5、一套扫描式激光测振系统6和一套测试电缆7；信号源2通过信号电缆3给扬声器1发出激励信号，一般为随机信号。扬声器1正对薄板试验件8板面发出声激励，使薄板试验件8产生振动。声传感器4用于测量扬声器1发出的声信号，通过测试电缆7和声电源5输出到扫描式激光测振系统6。扫描式激光测振系统6用于发出激光逐点扫描测量薄板试验件8上各点的振动信号，并可以记录声信号，使用扫描式激光测振系统6内安装的模态分析软件对声信号和振动信号作分析，得到薄板试验件8的模态参数。

上述声激励非接触式模态试验系统搭建方法，依次包括如下步骤：

1)把薄板试验件8按照要求状态(自由悬挂状态或固支状态)安装在声试验室内，板面为垂直状态；

2)在薄板试验件8一侧放置扬声器1，扬声器1正对薄板试验件8板面，距离薄板试验件8在0.5米内；

3)在薄板试验件8另一侧放置扫描式激光测振系统6，扫描式激光测振系统6的激光头正对薄板试验件8板面，距离薄板试验件8在3米以外，使得激光束扫描角度θ小于10度；

4)声传感器4使用细铁丝悬挂于薄板试验件8前面，并指向扬声器1，声传感器4通道测试电缆连到声电源5和扫描式激光测振系统6；

5)信号源2通过信号电缆3与扬声器1相连，用于对扬声器1发激励信号。

使用上述声激励非接触式模态试验系统时，

1)所有设备开电处于通电状态；

2)使用扫描式激光测振仪对薄板板面确定扫描点；

3)调整信号源给扬声器发随机信号，调整扬声器增益让声量级增加，使得激光测振仪能检测得振动明显信号；

4)检查声通道，调整通道增益，使得能检测得明显声信号。

5)扫描式激光测振仪设置扫描文件，进行扫描测试，得到声信号和扫描点的振动信号；

6)使用常规模态分析软件开展模态分析，以声信号作输入信号，振动信号作输出信号，处理出频响函数，对频响函数分析得到模态参数。

本实施例的声激励非接触式模态试验系统，使用扬声器1发出声音，非接触式激励薄板试验件8使其产生振动，使用声传感器4测量声信号，使用扫描式激光测振系统6通过激光非接触式测量薄板试验件8的振动响应，使用扫描式激光测振系统6内的常规模态分析软件；以声传感器测量的声信号为输入信号，以扫描式激光测振系统6测量的振动响应为输出信号，分析得到薄板试验件8的模态参数。由于试验中不存在附加质量和附加刚度的影响，也避免了薄板试验件8结构损坏，试验效果良好，能获得准确的模态参数。

本实施例的试验件以薄板试验件为例，但本实用新型声激励非接触式模态试验系统尤其适用于电路板等此类薄板型试验件，但其适用范围不限于此，同样可以适用于其他形状的试验件动力学分析的模态试验。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：包括一套扬声器(1)、一台信号源(2)、一套信号电缆(3)、一套声传感器(4)和声电源(5)、一套扫描式激光测振系统(6)和一套测试电缆(7)；待测试的试验件(8)为垂直状态，在试验件(8)一侧放置扬声器(1)，扬声器(1)正对试验件(8)板面，信号源2通过信号电缆(3)3与扬声器(1)连接，用于发出激励信号；在试验件(8)另一侧放置扫描式激光测振系统(6)，扫描式激光测振系统(6)的激光头正对试验件(8)板面；声传感器(4)悬挂于试验件(8)与扬声器(1)之间，贴近试验件(8)但不接触；声传感器(4)通道测试电缆(7)依次连接声电源(5)和扫描式激光测振系统(6)。

2.如权利要求1所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：所述扬声器(1)与试验件(8)的距离不大于0.5米。

3.如权利要求2所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：所述扬声器(1)与薄板试验件(8)的距离为0.3米。

4.如权利要求1所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：所述扫描式激光测振系统(6)与薄板试验件(8)的距离不小于3米或使得激光束扫描角度θ小于10度。

5.如权利要求1所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：所述扫描式激光测振系统(6)与薄板试验件(8)的距离为4米或使得激光束扫描角度θ为5度。