模態(tài)空間是Peter Avitabile教授發(fā)表的系列模態(tài)解讀文章棚壁。Peter Avitabile教授是美國麻省大學洛威爾校區(qū)UMASS Lowell機械工程系結構動力學和聲學系統(tǒng)實驗室的副主任杯矩，以及模態(tài)分析和控制實驗室的主任。Peter Avitabile教授以略帶口語化袖外、生動而又幽默的語言史隆，在每篇文章中集中介紹試驗模態(tài)分析的一個主題，是非常好的試驗模態(tài)分析的入門文章曼验。它涉及到了試驗模態(tài)分析的方方面面泌射，是模態(tài)試驗新手的入門材料，學習它有助于理解什么是試驗模態(tài)鬓照，以及取得高質量的模態(tài)參數(shù)熔酷。
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模態(tài)空間系列（十一）趣味解讀模態(tài)空間--我聽說皮特現(xiàn)在不加窗函數(shù)了色乾！怎么回事靶擦？
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我聽說皮特現(xiàn)在不加窗函數(shù)了煞烫！怎么回事？
嗯…情況就是那樣子累颂。但是你得讓我說明那個說法是對的滞详。當然，有很多數(shù)據(jù)采集的情況必須要施加窗函數(shù)紊馏。但是料饥，進行模態(tài)試驗時，在幾乎所有的時候朱监，都能夠選擇輸入激勵岸啡，這樣就不用施加窗函數(shù)。我們首先了解為什么量化和采樣過程會造成某些類型的數(shù)據(jù)采集發(fā)生失真赫编？需要做些什么以減少失真巡蘸？另外如何通過選擇專門的試驗激勵技術來解決這個采集問題？
首先擂送，我們記住悦荒，傅里葉變換是在-∞到+∞上定義的，但是嘹吨，我們只能采集很短的一段時間范圍內的數(shù)據(jù)搬味。從測量的這個非常短的樣本中，只要我們都能夠重構所有時間的數(shù)據(jù)蟀拷，那就沒有問題碰纬。
圖1顯示了一個簡單的正弦波、采樣到的一段時間記錄问芬、從樣本點中重建的時域信號嘀趟。圖1同時顯示了采樣到的信號的FFT結果。如同我們所期待的那樣愈诚，時域信號在頻域內表現(xiàn)為一根離散的譜線。出現(xiàn)這種情況是因為在一次數(shù)據(jù)記錄或樣本中，采集到了整數(shù)周期的正弦波形 — 在這種情況下炕柔，我們說酌泰，信號相對于采樣時間段是周期的。
但如果情況并非如此匕累，又會怎樣呢陵刹？圖2說明了這種情況。跟以前一樣欢嘿，我們觀察這個信號衰琐、樣本數(shù)據(jù)、重建的信號炼蹦、和信號的FFT結果羡宙。注意到，重建信號包含不連續(xù)點掐隐，顯然狗热，它們在原始信號中并不存在。這個信號的FFT結果遠不是我們所期望的那樣為一根譜線虑省。因為采樣失真匿刮，頻域表現(xiàn)形式在整個頻帶范圍內發(fā)生了模糊。這個非常嚴重的誤差稱為泄漏探颈，并且是目前為止熟丸，我們遇到的z為嚴重的數(shù)字信號處理誤差。
但為什么會發(fā)生這種情況呢伪节？原始信號原先是一個簡單的正弦波光羞。為什么頻域表現(xiàn)形式變得如此失真？對此有一個簡單的解釋架馋。采樣到的數(shù)據(jù)沒有包含整數(shù)周期的狞山，或反復發(fā)生的信號。
停下來叉寂，回憶一下我們學過的關于傅里葉級數(shù)的某些簡單內容萍启。如果從簡單的正弦波開始，我們知道屏鳍，用傅里葉級數(shù)來描述這個信號是一個很簡單的任務勘纯。從根本上講，它只是傅里葉級數(shù)中的一項钓瞭，它是一個頻率為ω驳遵、幅值為A0的正弦波。但是山涡，你還記得一個信號堤结，如矩形脈沖序列唆迁，的級數(shù)展開式是什么嗎？好了竞穷，此刻唐责，我不想對這些內容進行全面展開，但是瘾带，我認為你應該記得鼠哥，它是一系列不同的頻率上、具有不同幅值的正弦波看政。實際上朴恳，對于矩形脈沖，為了逼近這個信號允蚣，在級數(shù)中于颖，需要有很多項。這種情況的發(fā)生是因為不連續(xù)的矩形脈沖的形狀看起來不像一個很好的光滑的正弦波厉萝。
現(xiàn)在恍飘，如果我回過頭來觀察圖2中采樣到的正弦波，可以發(fā)現(xiàn)谴垫，由于沒有采集到整數(shù)周期的信號章母，使得信號發(fā)生了失真，這樣在信號采樣時間段的末端翩剪，信號看起來具有不連續(xù)點乳怎。這解釋了為什么FFT在整個頻帶范圍內發(fā)生了模糊。從根本上講前弯，需要有很多項來逼近這個明顯不連續(xù)的信號蚪缀。
為了將這個誤差減至z小（并且注意我的說是減至z小恕出，而不是消除）询枚，我們使用稱為窗的加權函數(shù)。從根本上講浙巫，我們施加一個加權函數(shù)來使得信號看起來更好地滿足FFT處理的周期性要求金蜀。圖3顯示了一個加窗后的時域波形。
今天的畴，對于模態(tài)試驗來講渊抄，常見的窗函數(shù)，對激振器試驗丧裁，是矩形窗护桦、漢寧窗、和平頂窗煎娇，而對錘擊試驗二庵，是力窗/指數(shù)窗贪染。在剛開始時，需要了解的主要一點是催享，所有的窗函數(shù)都會造成數(shù)據(jù)失真抑进！不去深究所有細節(jié)，在測得的FRF中睡陪，窗函數(shù)總是使測得的峰的幅度發(fā)生失真，總是給出好像更大的阻尼匿情，比實際存在的阻尼要大 — 這兩個是我們試圖從所測的函數(shù)中估計出來的非常重要的特性兰迫。對矩形窗，z大失真可至36%炬称，對漢寧窗汁果，z大失真可至16%。這些窗函數(shù)的影響z好在加權函數(shù)的頻域表現(xiàn)形式中觀察玲躯。所有的窗函數(shù)都具有一個特征形狀据德，可以識別出可能的幅值失真的程度、帶來的阻尼影響跷车、和可能的信息模糊的程度棘利。圖4顯示出了矩形窗、漢寧窗朽缴、和平頂窗的頻域表現(xiàn)形式善玫。很快在某個時候我們會更深入地討論這些曲線是什么意思，但是密强，目前你只要知道窗函數(shù)會造成數(shù)據(jù)畸變茅郎，我就很高興了，在某些測量情況下或渤，窗是我們不愿做系冗，卻又不得不做的事。
那么對模態(tài)試驗薪鹦，我該怎么避免對測量的FRF施加窗函數(shù)呢掌敬？從根本上講，我要盡量滿足傅里葉的要求 — “或者采樣一段重復的信號距芬，或者在一個數(shù)據(jù)樣本中可以完整地觀察到信號”涝开。思考一下這點，在大多數(shù)條件下框仔，諸如偽隨機舀武、猝發(fā)隨機、正弦掃頻离斩、和數(shù)字步進正弦的信號都滿足這個要求银舱，因而沒有泄露瘪匿，不需要加窗。下一次寻馏，我們或許可以討論每個窗函數(shù)的特點棋弥。但是目前來講，這個非常簡短的解釋應該足夠了诚欠。
現(xiàn)在顽染，我希望你理解了為什么我不喜歡使用窗了，而且我將不惜一切代價地避免使用窗 — 但我時常又沒有其他選擇轰绵。（特別是在家里粉寞，我從來都逃不掉“擦窗”！）如果你有關于模態(tài)分析的任何其他問題左腔，盡管問我好了唧垦。
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模態(tài)激勵全新的解決方案-WaveHitMAX自動脈沖錘
實驗模態(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結構動力學應用提供了機械激勵的新途徑撮抓。智能意味著設備內部處理信號妇斤。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動、可重復和高精度激勵丹拯，而沒有雙重打擊站超。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時間，設置撞擊次數(shù)乖酬、沖擊力和撞擊之間的延遲時間死相。所有的預置，如零點或沖擊力搜索咬像，都是由錘子自動完成的算撮。用戶不再需要手動調整。
針對全自動沖擊錘的研制县昂，WaveHitMAX采用包括整個運動控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問題肮柜。
圖1. 用于脈沖錘內部運動控制的傳感器-執(zhí)行器控制回路示意圖
對新型沖脈沖錘WaveHitMAX的系統(tǒng)設計進行了改進，使傳感器信號作為運動控制單元的主要輸入?yún)?shù)倒彰。這樣审洞，脈沖錘的手臂可以向上移動到試件的命中點，在那里待讳，通過力傳感器信號中的特征變化檢測到接觸事件芒澜，手臂的移動方向可以反轉仰剿。
與半自動沖擊錘相比，WaveHitMAX自動脈沖錘具有新的功能痴晦。內部信號處理的優(yōu)點有:
? 全自動單擊
? 自動搜索用戶自定義的沖擊力
? 自動零點搜索
? 確認對質量保證的影響
? 更改錘頭與測試對象之間的位置南吮，無需重新設置
WaveHitMAX自動模態(tài)力錘可以通過以太網(wǎng)在Windows設備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速、輕松地操作誊酌。
自動模態(tài)脈沖錘特點：
? 自動零點搜索
? 可重復的單擊激發(fā)
? 內部傳感器評估和過程控制
? 自動搜索和調整沖擊力
? 位置的變化是自動預測的
? 通過附件配置脈沖特性
? 通過遠程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來觸發(fā)功能
? 在德國設計和組裝
? CE認證
1.確保單次激發(fā)
雙重撞擊激勵可以在時域和頻域檢測到
2.豐富的配件支持
不同的傳感器-尖端-配重的組合部凑。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動沖擊測試的智能脈沖錘，在全新的AI智能脈沖領域實現(xiàn)真正意義上的全自動智能脈沖錘碧浊！
如果您對WaveHitMAX-全自動沖擊測試的智能脈沖錘有興趣砚尽，請訪問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：
http://www.wjjzl.com/details-1495.html
關于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生產和銷售"德國制造"的聲音和振動測量和分析創(chuàng)新產品超過15年。作為應用計算機科學促進會（GFai）的100%子公司辉词，它始終以行業(yè)為導向和以應用為導向。
Gfai tech以模塊化和靈活的聲學攝像機而聞名猾骡，用于聲源的定位瑞躺，可視化和分析。如今兴想，該產品組合還包括實驗模態(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測幢哨、分析和評估聲學測量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案。我們的測量解決方案應用于汽車嫂便、工業(yè)捞镰、空中交通、火車交通和研發(fā)領域的降噪毙替、錯誤檢測和聲音設計岸售。
上海昊量光電作為gfai tech公司在中國大陸地區(qū)的代理商，為您提供專業(yè)的選型以及技術服務厂画。對于WaveHitMAX-全自動沖擊測試的智能脈沖錘有興趣或者任何問題凸丸，都歡迎通過電話、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系袱院。
更多詳情請聯(lián)系昊量光電/歡迎直接聯(lián)系昊量光電
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上海昊量光電設備有限公司是光電產品專業(yè)代理商屎慢，產品包括各類激光器、光電調制器忽洛、光學測量設備腻惠、光學元件等，涉及應用涵蓋了材料加工欲虚、光通訊集灌、生物醫(yī)療、科學研究苍在、國防绝页、量子光學荠商、生物顯微、物聯(lián)傳感续誉、激光制造等莱没；可為客戶提供完整的設備安裝，培訓酷鸦，硬件開發(fā)饰躲，軟件開發(fā)，系統(tǒng)集成等服務臼隔。
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