MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD
模态空间 – 在我们自己的小世界中 Pete Avitabile(著) 董书伟（译）
模态测试移动力锤还是移动加速度计有差别吗？
嗯… 那要看情况了
让我们解释会有什么差别？
从根本上讲，模态试验中移动力锤和移动加速度计之间没有什么差别。假若采集到了相同的测量结果，那么这个结论是正确的。让我通过讨论，来解释这个关于模态试验的看似简单、实则非常复杂的问题。
先前用一个2通道的信号分析仪进行模态试验时，进行锤击试验是相当简单的。通常加速度计固定不动，力锤在结构上逐点移动。一般情况下，我们在每个测点位置，沿着x、y、和z向对结构进行脉冲激励，以得到频响函数，频响函数是相对于固定不动的加速度计的参考点位置的。但是，当我们开始用多通道的信号分析仪进行相同的试验时，尚有些许差别需要注明。让我们考虑一个锤击试验，9个测点示于结构之上。并假定我有一把冲击力锤，一个三轴加速度计，和一套4通道的FFT分析仪或采集系统。
一种试验的方法是，将三轴加速度计固定于一个确定的位置，然后在所有9个测点位置，沿某个方向进行锤击。那么对这个结构，我们可以得到27个频响函数。另一种试验方法是，在某一个测点位置，沿某一个方向进行锤击，然后将三轴加速度逐步移动到所有9个测点位置。我们再次得到27个频响函数。那么这两种情况下，我们仅仅是沿着某一个方向进行锤击，测得了27个频响函数。
但是这两种试验一样吗？乍看之下，你或许认为这两种试验方案应该得到相同的结果。为了证实这是对的还是错误的，让我们来一步一步深入这个测量过程，并且对每种试验方案，列出实际上得到了什么样的测试结果。
试验方案#1
假设我们想要进行方案#1所示的模态试验。这个试验中，三轴加速度计固定于测点9位置不动，然后测量x、y、和z向的输出。输入力锤激振力仅是沿着z向施加，并且逐点移动到所显示的9个测点位置。
现在，根据这个试验方案，让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点1时，在9x、9y、和9z位置测量响应。则对于第一次测量，测得的频响函数为9x/1z、9y/1z、和9z/1z。接下来，沿z向锤击测点2，并在9x、9y、和9z位置测量响应。这组频响函数为9x/2z、9y/2z、和9z/2z。这里我们可以一直继续下去，但我认为你应该能找到窍门了。可是，我们实际上测得了什么呢？让我们对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理，看看得到了什么。
仔细观察这个频响函数矩阵时，我们注意到，仅仅测得了这个矩阵的三个不同行的部分元素。因此，只能得到系统特性的三个局部描述。另一方面，在每个局部描述中，我们仅能观察到沿z向的特征信息。如果只是在z向有运动，这没有问题。但是，当沿x向激励结构时，倘若沿z向有明显的运动，又会怎样呢？我们仅仅测得了沿z向激励引起的响应！
试验方案#2
现在，假设我们也要进行方案#2所示的模态试验。这个试验中，力锤仅是沿着z向在测点9位置进行锤击。三轴加速度计逐点移动到本试验所示的9个测点位置，测量x、y、和z向。
现在，根据这个试验方案，让我们列出将要采集的每个频响函数。沿z向锤击测点9时，在1x、1y、和1z位置测量响应。则对于第一次测量，测得的频响函数为1x/9z、1y/9z、和1z/9z。接下来，移动加速度计到测点2，并在2x、2y、和2z位置测量响应。这组频响函数为2x/9z、2y/9z、和2z/9z。那么，我们实际上测得了什么呢？让我们再次对频响函数矩阵中的所有这些测量结果进行整理，看看得到了什么。
现在我们注意到，已经测得了频响函数矩阵的完整的一列元素。那么我们可以在一个更为完备的意义上去描述系统响应。我们已经测量了足够的频响函数，这样可以描述所有测点的系统响应。当然，我假定了沿z向的测点9处的参考点位置不是某一阶模态的节点！
那我应该怎么做呢？
所以尽管在这个平面上，两次试验好像是相同的，但实际上它们有差别！！！那么我该如何改变这些试验方案，以便测得相同的数据。嗯，有两种方法。首先，方案#1按如下方式进行改变。例如，不用三轴加速度计，相反我们用一个单轴向加速度计来采集9z位置的数据。但不同的是，需要沿x、y、和z向来施加锤击激励。这样，采集到的数据将是频响函数矩阵的一行，并以9z为参考点。假设互易性成立，则这个数据与方案#2中采集的数据完全相同。
另一种保证采集到相同数据的方法如下。在方案#1中，需要用力锤来激励x、y、和z向。于是移动的力锤就需要沿着所有三个方向进行锤击。在方案#2中，锤击于测点9位置固定不动，沿着所有三个方向对结构进行激励。那么这两次试验会生成频响矩阵的3个完整的行或列元素。
这会儿你对此或许仍然有点摸不着头脑。你听到这个问题，第一次就能理解，我知道这不容易。让自己明白的最好方法是写出所有你打算采集的频响函数测量结果，要保证至少可以采集到频响矩阵的完整的一行或一列元素。
我希望这个简单的解释有助于澄清你的问题。需要仔细思考你要进行的测量。记住我总说的话：“思考不是可有可无的，而是必须的！”。如果你有关于模态分析的其他任何问题，尽管问我好了。
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扩展阅读[new]：
《振动：解析与试验模态分析》辛辛那提大学 Randall J. Allemang教授(著) KSI科尚仪器 董书伟(译)…