61.模态空间08.02-所有模态软件系统都需要一个参考自由度,为什么FFT分析仪不一样?

MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD

模态空间 – 在我们自己的小世界中     Peter Avitabile() KSI科尚仪器 董书伟(译)

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所有模态软件系统都需要一个参考自由度,为什么FFT分析仪不一样?

这是另一个令人困惑的地方。

2014年08月19日 发布 ver1.0

好了 – 那么这是另一个让人困惑、经常会犯错误的地方。当试图进行模态测量、得到结果时,它使人犯愁。通常与模态分析软件系统分开,利用单独的FFT分析仪进行数据采集时,经常遇到这个问题。但在任何模态分析系统中也会出现这个问题。

在探究具体问题之前,让我们仅回顾一些基本内容以尽量正确地看待这个问题。问题实际上起源于以下事实,即FFT分析仪不仅仅用于模态测试,并且利用模态分析软件系统生成模态振型。FFT分析仪是一种通用仪器,用来生成任何东西的频响函数。测量结果可以是通用的信号,如电路分析,声学测量结果,传递比测量结果,等等。

分析仪的概念是在两个或更多通道上进行测量。通常人们试图要得到的是输出跟输入的测量结果比值。也就是说,感兴趣的通常是两信号的比值。

现在假设正在进行一个测量,其中,相对于施加到电路上的电压,需要得到一个电路(滤波器)的输出电压,如图1所示。(注意这些测量结果是一般意义的,不见得是模态测试经常要得到的典型的力和加速度。)所以我可以将输入电压接入FFT分析仪的1通道,将电路的输出电压接入FFT分析仪的2通道。或者我可以交换这两个通道,因为这确实无关紧要。

但是重要的是,想得到的频响函数是电路的输出电压“相对于”施加的输入电压。所以就FFT分析仪而言,输出电压的频谱是相对于一个“参考信号”,输入电压,测得的。

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图1 – 典型的输入/输出测量布置

对FFT分析仪,参考通道将取决于用哪个通道测量输入参考电压 – 无论它是1通道,2通道,或者是其他什么通道。所以测得的频响可能看起来像如图2所示的样子,这里滤波器的输出电压是相对输入信号测量的。

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图2 – 典型的输入/输出频响测量结果

所以FFT分析仪的参考跟输出比输入的测量结果有关。现在实验模态测试的参考点是什么意思?通常参考点是测量结果中不变的项。模态测试的典型测量结果取决于进行锤击测试还是激振器测试。每种情况得到的频响矩阵的各项如图3所示。

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图3 – 激振器和锤击激励的FRF矩阵

对于激振器试验,激振力施加在相同的位置,测量所有想得到的测点响应。这与FFT参考的术语一致。

但是对逐点移动锤击测试,力锤从一个点移动到另一个点,但是加速度计保持在固定的位置 – 所以称加速度计为模态试验的“参考”,但是测得的频响建立了输出加速度相对于输入力的关系。所以就是这儿出了问题。“参考”这个词对不同的应用意味着不同的事情。

所以,取决于用什么FFT分析仪,为了不让模态软件“搞混淆”这个“参考”标识符,可能需要使用一种方法或者建议的命名规则。

现在,当然每个人都认识到频响矩阵中的测量结果是互易的,当数据从一个FFT分析仪传递到你的特定模态分析软件包时,这个参考标识符只是一种管理方法,需要解决。但是在模态软件包中,为了能够使用从FFT分析仪得到的测量结果,它是一种必需解决的令人沮丧的管理方法。

一旦确定了正确的方法,那么记录它就轻而易举了,这样每个人都认识到需要做什么。我知道很多年来,对那天我正在使用的特定的FFT分析仪,我搞出很多不同的方案来提醒我自己,我需要遵循什么方法。典型(老)方案如图4所示,其中用一种文件命名规则来搞清楚哪个测量结果是哪个。

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图4 – 文件名称规则示意图

现在取决于你正在使用的软件包,为了正确地确定测量结果的“模态参考点”,有很多种数据可能需要处理的方法。现在这点可以通过“切换”或“开关”命令来得到正确的“模态参考点”的办法来解决。

或者它可能要求将这些测量结果写成一种通用文件格式(UFF),对结果进行特定的编排 – 或者要求按照某种方式将测量结果导入到软件中去,这些办法可能解决这个问题。这或许可以通过识别测量结果是来自于“逐点移动的”力锤或者来自于“固定的”力锤参考位置的部分解决。

但是你需要如何解决这个问题将依赖于所用的特定FFT分析仪以及模态软件系统。但是我可以向你保证,每个模态软件供应商都面临相同的问题,为了解决这个常见的问题,会有专门的处理方法。我猜这个问题的神奇之处在于,问题是什么再明显不过了,软件为了解决这个问题,应该有一个简单有效的办法,但所有不同的软件包都要求进行完成这个明显的步骤。

我希望这篇文章澄清了关于参考点的疑惑之处 – 不管它是在FFT分析仪上还是在模态软件包中。如果你有关于模态分析的任何其他问题,尽管问我好了。

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