[發(fā)明專利]薄平板結構共振模態(tài)分析系統(tǒng)及其使用方法

有效

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• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102679902A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 賈大功;季業(yè);張紅霞;劉鐵根;張以謨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01H9/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發(fā)明涉及一種共振模態(tài)分析。特別是涉及一種薄平板結構共振模態(tài)分析系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術

電子散斑干涉測量技術是一種高精度，高靈敏度，實時檢測的光學測量技術。由于電子散斑干涉測量技術是基于三維物體表面的微小形變而產(chǎn)生干涉條紋的光學測量技術，因此它廣泛的用于檢測工業(yè)中材料的變形分析，機械工程中振動引起的變形、振動沖擊、粗糙度等測量。

平板結構的共振模態(tài)分析在機械工程中的應用非常重要，它廣泛的應用于航空航天工業(yè)和電子工業(yè)中。為了測量各種材料，各種形狀，各種邊界條件的經(jīng)典平板國內(nèi)外做了多種方法的研究。目前，針對共振頻率和共振模態(tài)變形的測量方法主要集中在加速度傳感器和激光多普勒測振的方法，這兩種方法的缺點在于它們都是逐點測量振幅然后擬合出振形，數(shù)據(jù)量較大，測量速度較慢，對于實時性要求較高的測量環(huán)境下也不便于應用。因此，針對傳統(tǒng)方法對于全場測量速度較慢的缺點，薄平板的共振模態(tài)的測量需要一種高精度，快速實時的全場測量的方法。對于電子散斑干涉測量方法，條紋圖對于薄平板在共振條件下的微小位移的變形非常敏感，且電子散斑干涉測量的實時性也非常適合于高速振動物體的共振測量之中。

目前國內(nèi)關于電子散斑干涉測量技術應用的專利主要集中基于物體微小形變的三維位移和形貌的測量領域。如中科院上海光機所的大視場數(shù)字全息成像裝置(專利號：200240082611.7)；中國船舶重工集團公司第七一一研究所的一種三維電子散斑干涉儀(專利號：200610024276.0)；山東師范大學的利用電子散斑干涉載頻調(diào)制技術測量物體形貌的方法(專利號：200710112994.6)；清華大學的多功能三維位移和形貌激光干涉測量系統(tǒng)(專利號：200910088896.2)等等。這些專利都是基于被測物體微小且穩(wěn)態(tài)變形的基礎上測量物體表面形變的方法，即對物體受到應力的穩(wěn)態(tài)檢測，不能實現(xiàn)對于物體在共振下動態(tài)形變的測量。

國內(nèi)方面將電子散斑干涉測量技術用于振動分析和振幅測量方面的專利還很少，現(xiàn)階段，國內(nèi)外利用電子散斑干涉技術進行振動分析主要集中在以下方面。國立臺灣大學機械工程學院的團隊利用ESPI系統(tǒng)研究了關于方形壓電材料平板在振動下的變形。臺灣國立清華大學機械工程學院利用ESPI系統(tǒng)研究了不同材料物體粘合后的振動特性和共振頻率的變化，用于測量粘合物體的粘合位置。以上的這些研究方法只是研究了薄板在各個頻率下的振動形變，沒有提到如何通過改變外界激振源的頻率，實現(xiàn)薄板在各階相應的共振頻率下的振動。

國內(nèi)方面西安交通大學先后開發(fā)出三代電子散斑測振儀。第一代是采用人工判讀貝塞爾條紋級數(shù)的方法來估算物體振動的。第二代采用相移解調(diào)的方法,可定量分析物體振幅，第三代產(chǎn)品還能進行納米振動測量。三代測振儀可以用于測量被測物在外界振動的振幅。東南大學的工程力學系利用單幅數(shù)字散斑投影和圖像相關法結合的方法測量了懸臂梁的離面振動，獲得了振形分布和各點振幅值。沈陽發(fā)動機設計研究所利用ESPI技術對發(fā)動機葉片進行振動變形的測量，這些研究雖然得到了在某一固定頻率的振動條紋分布，但并沒有說明如何快速測量被測物的各階共振頻率，以及各階共振頻率下對應的振形分布。

綜上所述，目前利用散斑的測振方法都是測量物體某一的振動頻率下的變形，并沒有說明如何利用電子散斑干涉測量技術對薄板結構的物體進行模態(tài)分析，也沒有形成一種專門用于模態(tài)分析的散斑干涉測量系統(tǒng)。因此，利用電子散斑干涉測量技術對不同薄平板的共振頻率和共振模態(tài)進行全場快速的測量，特別是通過識別不同條紋圖像確定被測板的共振階數(shù)和共振頻率，目前國內(nèi)還沒有一套完整的理論和系統(tǒng)，也沒有利用電子散斑干涉法對薄板進行模態(tài)分析的專利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種在用于對薄板結構的物體進行快速全場的模態(tài)分析的薄平板結構共振模態(tài)分析系統(tǒng)及其使用方法。