MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD
模态空间 – 在我们自己的小世界中 Pete Avitabile(著) KSI科尚仪器 董书伟（译）
对锤击试验，测量带宽应该与感兴趣的频率带宽相一致吗？
我们讨论一下这个问题，来看一看为何它们或许不需要一致。
2014年05月19日 发布 ver1.0
现在，这个问题可能表面上看起来很简单。但是当我们讨论它时，你可能意识到，有一些其他事情使得你不这样思考这个问题。表面上，要进行的测量结果好像应该覆盖感兴趣的频响范围。
显然，如果带宽窄，则可能观察不到感兴趣的更高阶模态。另外，当然如果带宽太宽，则可能有不感兴趣的高阶模态响应。但真正的问题在于 – 后面这种情况不受欢迎吗？或者能选择更宽的频率范围并得到同等或更好的测量结果吗？嗯…这里在最终下结论之前，也许这个问题需要更多一些的讨论和评估。
我们考虑一个典型结构上的简单测量结果，其中对前2阶或前3阶模态感兴趣。预期在800Hz带宽范围内存在前3阶模态。在800Hz带宽范围内的典型测量结果如图1所示，带800条谱线。
总体上，测量结果看起来相当的好。频响很好地展示出期望的峰，测量结果看上去可以接受。在所有频率上，输入谱表现得相当平坦，在整个频率范围内大约有20dB的滚降。感兴趣的范围内的大部分频率上，相干相当的好。（尽管在图上很难看出，在频率范围内，即使是在共振频率上，相干有少许点儿降落，但对多数工程师的用途而言，兴许是可以接受的。）
那么这个测量结果可能有什么毛病吗？我们观察跟系统响应相关的时域信号。
图1 – 800Hz带宽范围内的输入谱，相干和频响函数
现在，注意到时域响应在时域记录的1/4时间内很快衰减完了。那这是问题吗？表面上看 – 不是。但我真正想问的是，我能测得更好的结果吗？另外怎么测到？
图2 – 800Hz带宽的时域响应输出
观察图2中的时域响应。响应通道上的任何噪声在测得的频响函数中极有可能很大。（对这个例子所示的情况，没有任何明显的噪声。但如果有，频响函数以及相干将会变糟。）
我们考虑测量结果的一个不同频率带宽。下一次测量，我们尽量使时域响应最优，对时域记录或采集的数据块来讲，在大部分的时间内使其是相当大的信号。信号如图3所示。注意现在时域响应占据了时域记录的大部分时间。
图 3 – 3200Hz带宽的时域响应输出
现在也看一看得到的输入谱、相干和频响函数，如图4所示。
图 4 – 3200Hz带宽范围内的输入谱、相干和频响函数
乍看之下，在整个频率范围内这个测量结果看上去很不好。但是在感兴趣的前几阶模态频率范围内，测量结果实际上非常好。（同样，尽管在图上很难看出，如果总体上不是更好的话，但相干实际上至少跟图2中的一样好。）
所以这里最主要的是，根据测得的响应的相干，实际上第2次测量结果是首选。测量的窍门是，应该选择力锤锤头以仅仅激起感兴趣的频率范围 – 不是FFT分析仪的整个带宽。这样，可以得到感兴趣模态的良好测量结果。
在很多不同测量情况下，我曾多次遇到过这种问题。通常，人们被弄糊涂了，为什么这个测量结果或许能接受，但如同我讨论的这个测量问题，毫无疑问，实际上总体测量结果可以比窄带的更好。
一个特例，跟几年前在一个航空结构监视舱上测得的一些结果有关。在窄的特定频率范围内，初始测量结果噪声严重，因为在测量时域记录时间内响应很快消失了。选择更宽的频率范围，这里，在整个时域记录时间内响应信号相当大，实际上生成了感兴趣模态的更好的测量结果。另外，同样选择力锤锤头以仅仅激起感兴趣的模态，而不是FFT分析过程的整个频率范围。这个结构上的一个典型测量结果如图5所示。（遗憾的是，没有窄带的FRF测量结果可供比较，但总体上窄带的是更糟的结果。）
图 5 – POD测量结果的FRF/相干
我希望这个小小的讨论已经把改善测量结果的替代方法解释清了。不论哪种情况，在继续采取一个特定行动之前，需要做出判断来确定哪个测量结果总体上最优。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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延伸阅读[new]： 《振动：解析与试验模态分析》辛辛那提大学教授Randall J. Allemang博士 编著 KSI科尚仪器 董书伟 翻译…