模態(tài)空間是Peter Avitabile教授發(fā)表的系列模態(tài)解讀文章。Peter Avitabile教授是美國麻省大學(xué)洛威爾校區(qū)UMASS Lowell機(jī)械工程系結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的副主任蹭沛，以及模態(tài)分析和控制實(shí)驗(yàn)室的主任臂寝。Peter Avitabile教授以略帶口語化、生動(dòng)而又幽默的語言摊灭，在每篇文章中集中介紹試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的一個(gè)主題咆贬，是非常好的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的入門文章。它涉及到了試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方方面面帚呼，是模態(tài)試驗(yàn)新手的入門材料掏缎，學(xué)習(xí)它有助于理解什么是試驗(yàn)?zāi)B(tài)，以及取得高質(zhì)量的模態(tài)參數(shù)萝挤。
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模態(tài)空間系列（三十一）趣味解讀模態(tài)空間--校準(zhǔn)和模態(tài)振型歸一何以重要今豆？有差別嗎嫌拣？
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校準(zhǔn)和模態(tài)振型歸一何以重要？有差別嗎辅甥？
我們來討論一下這個(gè)問題酝润。
對于準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型的推導(dǎo)，校準(zhǔn)和模態(tài)振型歸一是兩個(gè)重要方面璃弄，準(zhǔn)確的模型可以用于其他結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究要销。包括仿真和預(yù)測，動(dòng)力學(xué)修改夏块，有限元修正疏咐，還有很多。盡管有些情形下脐供，校準(zhǔn)和歸一或許不那么重要浑塞，但我總是建議這些應(yīng)該做，因?yàn)檫@或許是僅有的當(dāng)前能采集的數(shù)據(jù)患民。我們首先討論校準(zhǔn)缩举，再討論歸一。
整個(gè)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)很重要匹颤。回到2通道FFT分析儀的早期托猩，很多時(shí)候印蓖，當(dāng)進(jìn)行故障診斷或者快速偵查試驗(yàn)的時(shí)候，我們或許會(huì)繞過校準(zhǔn)京腥，因?yàn)槲覀冎粚敵鲚斎氲谋戎蹈信d趣 — 那么準(zhǔn)確的單位或許不那么重要赦肃。這也許可以接受，因?yàn)槲覀兛赡苤粚Y(jié)構(gòu)的一般振型感興趣公浪。但是一旦需要利用模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真他宛，預(yù)測等，就需要一個(gè)完全校準(zhǔn)過的模型欠气。當(dāng)動(dòng)力學(xué)模型用于其他結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究說厅各，需要準(zhǔn)確校準(zhǔn)。
當(dāng)更多通道的FFT分析儀出現(xiàn)后预柒，多個(gè)加速度計(jì)（可能具有不同的靈敏度）的使用就需要至少使用某個(gè)歸一的校準(zhǔn)值队塘。如果不這樣袁梗，那么結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域在振型上可能會(huì)展示出相對差異，這將對理解模態(tài)振型造成混亂憔古。
那么要進(jìn)行什么校準(zhǔn)遮怜？嗯，完整的校準(zhǔn)總是非常好的鸿市。這包括整個(gè)采集通道作為一個(gè)單元 —加速度計(jì)锯梁、信號(hào)調(diào)理儀、ADC通道在一起焰情，進(jìn)行完整的校準(zhǔn)陌凳。
盡管對每個(gè)單獨(dú)的部分進(jìn)行校準(zhǔn)也常可接受烙样，但更傾向于整個(gè)系統(tǒng)一起校準(zhǔn)冯遂。有很多不同類型的校準(zhǔn)。加速度計(jì)可以相對一個(gè)維護(hù)良好的參考加速度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)谒获，參考加速度計(jì)跟蹤一個(gè)振源蛤肌。這可以利用試驗(yàn)加速度計(jì)相對參考加速度計(jì)背對背安裝方式在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行∨或者可以利用某個(gè)已知質(zhì)量通過跌落測試進(jìn)行加速度計(jì)校準(zhǔn)裸准。另一種常見的校準(zhǔn)方式是利用力傳感器進(jìn)行激勵(lì)，力傳感器安裝到一個(gè)帶有加速度計(jì)的已知質(zhì)量上赔硫。這可以利用已知質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方程得到力與加速度之比炒俱。（如果加速度傳感器中的其中一個(gè)已知，則可以校準(zhǔn)其他傳感器爪膊。）這類校準(zhǔn)的非常準(zhǔn)確的方法是將測試要用的采集通道進(jìn)行校準(zhǔn)权悟。
并且盡管很多校準(zhǔn)服務(wù)公司提供固定增量（如，50推盛，100峦阁，200，500耘成，1000榔昔，…）校準(zhǔn)，這只能得到那些離散頻率上的信息瘪菌。更好的校準(zhǔn)辦法是在關(guān)心的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行寬帶輸入激勵(lì)撒会。
既然校準(zhǔn)后的模態(tài)數(shù)據(jù)處理好了，我們需要討論模態(tài)振型歸一了师妙。是的 — 我明白振型是點(diǎn)之間的相對運(yùn)動(dòng)诵肛。但是需要采用一種歸一辦法，也就是說疆栏，模態(tài)質(zhì)量曾掂、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度之間的關(guān)系惫谤。振型可以任意，但是振型和物理量之間的關(guān)系至為重要珠洗。振型可以按你所愿任意歸一 — 但是非常常用的是單位質(zhì)量歸一（但其他諸如單位長度溜歪、zui大值等于1也很常見）施籍。重要的事情是振型歸一到某個(gè)確定的量尸变，作以后參考用遏片。對于以后利用動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真练慕、預(yù)測、修正等懊蒸，歸一是關(guān)鍵因素瘩缆。
利用一個(gè)簡單的3自由度系統(tǒng)來講解歸一腿椎。
運(yùn)動(dòng)方程以及設(shè)定的系統(tǒng)值為：
對應(yīng)的特征解得出：
現(xiàn)在只講系統(tǒng)第1階模態(tài)。
1階模態(tài)的頻率赃额、阻尼和復(fù)數(shù)ji點(diǎn)為：
回想下加派，ji點(diǎn)和留數(shù)是描述所測頻響的數(shù)值。對1階模態(tài)跳芳，它是
現(xiàn)在再回想下芍锦，根據(jù)下面的方程，留數(shù)與系統(tǒng)模態(tài)振型直接相關(guān)飞盆，
它可以展開為
這個(gè)式子里娄琉，比例常數(shù)‘q’是很重要的項(xiàng)。盡管有很多可用的不同類型的歸一辦法吓歇，但非常常用的一種辦法是單位模態(tài)質(zhì)量歸一孽水。（這也是有限元建模軟件包中很常見的歸一辦法）。照此辦法城看，模態(tài)質(zhì)量匈棘、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度等系統(tǒng)參數(shù)定義為：
現(xiàn)在如果考慮方程的第1列，則利用下式可以建立留數(shù)和模態(tài)振型之間的關(guān)系
我們注意到析命，這個(gè)式子里有個(gè)非常重要的比例因子‘q’。這個(gè)比例常數(shù)幫助保留模態(tài)振型和系統(tǒng)模態(tài)質(zhì)量逃默、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度之間的正確比例關(guān)系鹃愤。注意如果我們得到一個(gè)測量結(jié)果
對于每個(gè)方程，有一個(gè)提取出來的留數(shù)值（從曲線擬合過程得到）完域，但有兩個(gè)模態(tài)振型值软吐。所以關(guān)于模態(tài)振型zui好這樣講，不同點(diǎn)之間有“相對”運(yùn)動(dòng)吟税。利用留數(shù)這種相對運(yùn)動(dòng)可以動(dòng)畫凹耙，并提供豐富的信息姿现。但是如果考慮驅(qū)動(dòng)點(diǎn)測量結(jié)果，則那么可以看出肖抱，h11得到a11=qu1u1并且這個(gè)方程可以用來求出u1备典，接著再用它來將所測的所有其他項(xiàng)進(jìn)行歸一。
我經(jīng)常聽見有人說沒有必要對模態(tài)振型進(jìn)行歸一意述，也沒有必要測量驅(qū)動(dòng)點(diǎn)結(jié)果提佣。盡管為了目測觀察模態(tài)振型這是對的，如果沒有歸一因子荤崇，這個(gè)模態(tài)信息就不能用于任何進(jìn)一步的分析處理拌屏。需要?dú)w一化的模態(tài)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析，例如結(jié)構(gòu)修改术荤、強(qiáng)迫響應(yīng)計(jì)算倚喂、響應(yīng)預(yù)測、仿真瓣戚、有限元修正等等端圈。
因?yàn)檫@個(gè)例子里的模態(tài)是實(shí)模態(tài)，留數(shù)是復(fù)數(shù)但只有虛部带兜。為了簡化數(shù)值枫笛，利用r=2ja – 留數(shù)可以轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)表示（注意，在很多已有的商業(yè)模態(tài)軟件包中刚照，這是留數(shù)的一種常用的表達(dá)形式）刑巧。
對這個(gè)例子的1階模態(tài)，留數(shù)‘r’的數(shù)值是
那么帶比例因子的留數(shù)與模態(tài)振型之間的關(guān)系如下：
所以可以看出確定的比例關(guān)系確確實(shí)實(shí)存在无畔，為了求得這種關(guān)系啊楚，必須利用驅(qū)動(dòng)點(diǎn)測量結(jié)果進(jìn)行模態(tài)振型歸一。
如果你有關(guān)于模態(tài)分析的任何其他問題浑彰，盡管問我好了恭理。
在北京科尚儀器官網(wǎng)發(fā)布模態(tài)空間系列文章及其中文翻譯，得到了Peter Avitabile教授的書面授權(quán)郭变，Peter Avitabile教授擁有文章全部權(quán)利颜价，北京科尚儀器只為學(xué)習(xí)教育目的而使用它們。如您轉(zhuǎn)載此系列中文翻譯诉濒，請保留本段的描述信息周伦。
模態(tài)激勵(lì)全新的解決方案-WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘
實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析中必不可少的一環(huán)就是模態(tài)激勵(lì)，昊量光電新推出的這款智能沖擊錘的發(fā)明為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用提供了機(jī)械激勵(lì)的新途徑未荒。智能意味著設(shè)備內(nèi)部處理信號(hào)专挪。模態(tài)錘WaveHitMAX保證了測試對象的全自動(dòng)、可重復(fù)和高精度激勵(lì)，而沒有雙重打擊寨腔。用戶可以根據(jù)不同的阻尼/延遲時(shí)間速侈，設(shè)置撞擊次數(shù)、沖擊力和撞擊之間的延遲時(shí)間迫卢。所有的預(yù)置倚搬，如零點(diǎn)或沖擊力搜索，都是由錘子自動(dòng)完成的靖避。用戶不再需要手動(dòng)調(diào)整潭枣。
針對全自動(dòng)沖擊錘的研制，WaveHitMAX采用包括整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制的閉環(huán)控制方法解決了這一問題幻捏。
圖1. 用于脈沖錘內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)盆犁，使傳感器信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)控制單元的主要輸入?yún)?shù)。這樣篡九，脈沖錘的手臂可以向上移動(dòng)到試件的命中點(diǎn)谐岁，在那里，通過力傳感器信號(hào)中的特征變化檢測到接觸事件榛臼，手臂的移動(dòng)方向可以反轉(zhuǎn)伊佃。
與半自動(dòng)沖擊錘相比，WaveHitMAX自動(dòng)脈沖錘具有新的功能沛善。內(nèi)部信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)有:
? 全自動(dòng)單擊
? 自動(dòng)搜索用戶自定義的沖擊力
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 確認(rèn)對質(zhì)量保證的影響
? 更改錘頭與測試對象之間的位置航揉，無需重新設(shè)置
WaveHitMAX自動(dòng)模態(tài)力錘可以通過以太網(wǎng)在Windows設(shè)備(PC或平板電腦)上通過包含的軟件快速、輕松地操作金刁。
自動(dòng)模態(tài)脈沖錘特點(diǎn)：
? 自動(dòng)零點(diǎn)搜索
? 可重復(fù)的單擊激發(fā)
? 內(nèi)部傳感器評估和過程控制
? 自動(dòng)搜索和調(diào)整沖擊力
? 位置的變化是自動(dòng)預(yù)測的
? 通過附件配置脈沖特性
? 通過遠(yuǎn)程控制或集成到客戶系統(tǒng)中來觸發(fā)功能
? 在德國設(shè)計(jì)和組裝
? CE認(rèn)證
1.確保單次激發(fā)
雙重撞擊激勵(lì)可以在時(shí)域和頻域檢測到
2.豐富的配件支持
不同的傳感器-尖端-配重的組合帅涂。
綜述上文介紹WaveHitMAX - 一款用于全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘，在全新的AI智能脈沖領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正意義上的全自動(dòng)智能脈沖錘尤蛮！
如果您對WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘有興趣媳友，請?jiān)L問上海昊量光電的官方網(wǎng)頁：
http://www.wjjzl.com/details-1495.html
關(guān)于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生產(chǎn)和銷售"德國制造"的聲音和振動(dòng)測量和分析創(chuàng)新產(chǎn)品超過15年。作為應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（GFai）的100%子公司产捞，它始終以行業(yè)為導(dǎo)向和以應(yīng)用為導(dǎo)向醇锚。
Gfai tech以模塊化和靈活的聲學(xué)攝像機(jī)而聞名，用于聲源的定位坯临，可視化和分析焊唬。如今，該產(chǎn)品組合還包括實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的創(chuàng)新以及用于監(jiān)測看靠、分析和評估聲學(xué)測量數(shù)據(jù)的完整軟件解決方案求晶。我們的測量解決方案應(yīng)用于汽車、工業(yè)衷笋、空中交通、火車交通和研發(fā)領(lǐng)域的降噪、錯(cuò)誤檢測和聲音設(shè)計(jì)辟宗。
上海昊量光電作為gfai tech公司在中國大陸地區(qū)的代理商爵赵，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。對于WaveHitMAX-全自動(dòng)沖擊測試的智能脈沖錘有興趣或者任何問題泊脐，都?xì)g迎通過電話空幻、電子郵件或者微信與我們聯(lián)系。
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