[發(fā)明專(zhuān)利]基于單點(diǎn)激光連續(xù)平面掃描測(cè)振的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310051710.2
• 申請(qǐng)日: 2013-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103175602A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李學(xué)軍;伍濟(jì)鋼;覃斌;王廣斌;韓清凱;楊曾增;李曜洲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01H9/00
• 分類(lèi)號(hào): G01H9/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于單點(diǎn)激光連續(xù)恒速平面掃描測(cè)振的振動(dòng)物體純模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)物體純模態(tài)全視野、高精度、快速測(cè)試。

背景技術(shù)

作為振動(dòng)工程理論的一個(gè)重要分支，模態(tài)分析是研究物理參數(shù)模型、模態(tài)參數(shù)模型和非參數(shù)模型的關(guān)系，并通過(guò)一定手段確定這些系統(tǒng)模型的理論及其應(yīng)用的一門(mén)學(xué)科。模態(tài)分析為各種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具，其可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往作為產(chǎn)品性能評(píng)估的有效標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理來(lái)識(shí)別實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，是近三十多年來(lái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性研究方面的一個(gè)重要發(fā)展。

振動(dòng)響應(yīng)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的前提，對(duì)于振動(dòng)的測(cè)試按測(cè)試方式可分為兩種：接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)試方法需要把振動(dòng)傳感器附著于待測(cè)物體表面，這樣往往會(huì)破壞被測(cè)物體原有的振動(dòng)狀態(tài)，影響測(cè)試精度，并且在許多場(chǎng)合無(wú)法使用，如揚(yáng)聲器膜片的振動(dòng)、生物細(xì)胞的抖動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)光盤(pán)的跳動(dòng)等測(cè)試，因此應(yīng)用范圍受到了極大的限制。而非接觸測(cè)試方法無(wú)需擔(dān)心此問(wèn)題，同時(shí)現(xiàn)代測(cè)試計(jì)量技術(shù)的高精度、高效率、無(wú)損傷等要求，也決定了測(cè)試計(jì)量技術(shù)向著非接觸測(cè)量方向發(fā)展。多普勒激光測(cè)振技術(shù)具有非接觸、精度高等特點(diǎn)，現(xiàn)越來(lái)越多地被用于各種振動(dòng)測(cè)試中。

使用多普勒激光測(cè)振技術(shù)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試常用的方法是在待測(cè)物體上標(biāo)記一系列的測(cè)點(diǎn)，然后逐步測(cè)量這些點(diǎn)的振動(dòng)情況，再經(jīng)過(guò)大量的信號(hào)分析處理來(lái)得到待測(cè)物體的固有頻率和振動(dòng)形狀。但由于待測(cè)物體上每個(gè)點(diǎn)都有各自精確的位置和不同的振動(dòng)情況，這樣就必須迫使用戶必須仔細(xì)選擇和布置測(cè)點(diǎn)，并投入大量的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)的測(cè)量中和最終數(shù)據(jù)處理上，這樣勢(shì)必給實(shí)驗(yàn)工作帶來(lái)諸多的不便。而實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展方向是在更短的時(shí)間從實(shí)驗(yàn)中提供一組更完整的數(shù)據(jù)，以提高在模型更新過(guò)程中的整體效率和可靠性。提出的基于單點(diǎn)激光連續(xù)平面掃描測(cè)振的模態(tài)測(cè)試方法是利用單點(diǎn)激光測(cè)振儀的激光在振動(dòng)物體上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行連續(xù)恒速平面掃描測(cè)振，可以在極短的時(shí)間里對(duì)振動(dòng)體進(jìn)行全視野振動(dòng)的測(cè)量，從而得到振動(dòng)體的模態(tài)振型，測(cè)量精度高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種基于單點(diǎn)激光連續(xù)平面掃描測(cè)振的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于單點(diǎn)激光連續(xù)平面掃描測(cè)振的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，包括被測(cè)量的工件、三軸精密滑動(dòng)平臺(tái)、激光測(cè)振儀、激振器和分析處理模塊；激光測(cè)振儀的激光頭用夾具固定在三軸精密滑動(dòng)平臺(tái)上面，當(dāng)三軸精密滑動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)即帶動(dòng)激光頭做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)實(shí)際的需要在不同的固有頻率下設(shè)定不同的移動(dòng)速度；將被測(cè)量的工件固定在激振器的激振頭上，由激振器的內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦激勵(lì)信號(hào)，傳遞給功率放大器，再由功率放大器傳遞給激振頭，帶動(dòng)被測(cè)量的工件的振動(dòng)；先用激振器對(duì)被測(cè)量的工件做掃頻分析，找出它的固有頻率，在相應(yīng)的固有頻率下使用激光連續(xù)恒速平面掃描測(cè)振的方法測(cè)得工件的振動(dòng)情況，再使用分析處理模塊對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而求出相應(yīng)固有頻率下的模態(tài)振型；分析處理模塊的具體處理方法為：由DAQ采集卡輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)靈敏度的校核處理變?yōu)樗俣刃盘?hào)；采用數(shù)字濾波的頻域方法進(jìn)行濾波；將速度信號(hào)轉(zhuǎn)化成位移信號(hào)；再經(jīng)位移信號(hào)幅值點(diǎn)的滑動(dòng)平均求取信號(hào)的上下交替包絡(luò)線，最后進(jìn)行曲線擬合得到固有頻率下的模態(tài)振型。

基于所述的基于單點(diǎn)激光連續(xù)平面掃描測(cè)振的模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試的方法，將被測(cè)量的工件固定在激振器的激振頭上，由激振器的內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器發(fā)出正弦激勵(lì)信號(hào)，傳遞給功率放大器，再由功率放大器傳遞給激振頭，帶動(dòng)被測(cè)量的工件的振動(dòng)；先用激振器對(duì)被測(cè)量的工件做掃頻分析，找出它的固有頻率，在相應(yīng)的固有頻率下使用激光連續(xù)恒速平面掃描測(cè)振的方法測(cè)得工件的振動(dòng)情況，再使用分析處理模塊對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而求出相應(yīng)固有頻率下的模態(tài)振型；分析處理模塊的具體處理方法為：由DAQ采集卡輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)靈敏度的校核處理變?yōu)樗俣刃盘?hào)；采用數(shù)字濾波的頻域方法進(jìn)行濾波；將速度信號(hào)轉(zhuǎn)化成位移信號(hào)；再經(jīng)位移信號(hào)幅值點(diǎn)的滑動(dòng)平均求取信號(hào)的上下交替包絡(luò)線，最后進(jìn)行曲線擬合得到固有頻率下的模態(tài)振型。

經(jīng)過(guò)本發(fā)明對(duì)薄壁梁的有限元分析及實(shí)驗(yàn)，可以看出有限元模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪腔疽恢拢捎谟邢拊Ｐ秃蛯?shí)例的模型在材料的物理力學(xué)特征、阻尼特征、結(jié)構(gòu)尺寸形狀、約束條件等方面存在一些客觀的差別，仿真模型的結(jié)果和實(shí)測(cè)的結(jié)果存在細(xì)微的偏差，從另一方面，正是由于這些細(xì)微的偏差證明了實(shí)際測(cè)試的重要性。圖8為有限元分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的前四階模態(tài)波動(dòng)振型對(duì)照，由圖8中可以得到，前四階模態(tài)的振型是基本一致。因此，通過(guò)本方法得到的模態(tài)測(cè)試結(jié)果是正確的。

附圖說(shuō)明