一种声激励非接触式模态试验系统及方法技术方案

本发明专利技术属于力学测量领域，提供了一种声激励非接触式模态试验系统及方法，采用非接触式模态试验方式解决了针对薄板结构现有模态试验结果不准确的问题。技术方案：使用扬声器发出声音，非接触式激励薄板试验件使其产生振动，使用声传感器测量声信号，使用扫描式激光测振系统通过激光非接触式测量薄板试验件的振动响应，使用扫描式激光测振系统内的常规模态分析软件；以声传感器测量的声信号为输入信号，以扫描式激光测振系统测量的振动响应为输出信号，分析得到薄板试验件的模态参数。有益效果：采用本试验系统和方法进行的模态试验中不存在附加质量和附加刚度的影响，能获得准确的模态参数；同时避免了试验件结构损坏，试验效果良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于力学测量领域，具体涉及一种声激励非接触式模态试验系统及方法。
技术介绍
对于电路板这类的薄板结构在动力学分析时，需要获得结构的模态参数，模态参数的获取有两种方法，第一种为理论计算，通常为有限元计算；另一种为通过模态试验获取。对于复杂结构，理论计算往往偏差较大，需要通过模态试验来修正，因而模态试验是薄板结构动力学分析的基础。开展模态试验通常需要使用激振器或力锤，对待分析的结构件施加激励并测量激励力，在结构件上粘贴振动传感器测量振动响应，通过激励信号和响应信号获得结构的模态参数。当在结构件上粘贴传感器时，对结构件形成附加质量；而使用激振器时，激振块安装在结构件上，对结构件造成附加质量和附加刚度的影响。当存在附加质量和附加刚度，试验结果必然出现偏差，特别是对于电路板这类薄板结构，造成测试的频率、阻尼和振型与结构本身模态参数有较大差异。当使用力锤激励时，力锤激励在薄板结构上可能对结构造成损坏。因而对于薄板结构模态试验，需要尽量减小附加质量和附加刚度的影响，并且避免敲击引起损坏，最理想的状态为采取非接触式模态试验方法。而采取非接触式模态试验方法需要设计如何激励结构，使结构产生运动，如何去测量激励力和响应，只有实现这两项设计才能获得准确的模态参数，在此之前还没有报道有人较好的解决这两问题，实现完全非接触模态试验。对于非接触式激励，有人采取电磁激励，这对金属结构是合适的，但非金属结构，需要在结构上粘贴金属片，这必能产生附加质量和附加刚度的影响。因此，需要提出一种声激励非接触式模态试验系统及方法，以解决动力学分析模态试验中附加质量和附加刚度的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对薄板结构动力学分析的模态试验中存在附加质量和附加刚度，影响试验结果准确度且易造成结构件损伤的技术问题，提供了一种尤其适用于薄板结构的声激励非接触式模态试验系统及方法，使用扬声器发出声音对薄板结构进行非接触式激励，使用声传感器测量声信号，使用激光非接触式测量结构振动响应。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种声激励非接触式模态试验系统，包括一套扬声器、一台信号源、一套信号电缆、一套声传感器和声电源、一套扫描式激光测振系统和一套测试电缆；待测试的试验件为垂直状态，在试验件一侧放置扬声器，扬声器正对试验件板面，信号源通过信号电缆与扬声器连接，用于发出激励信号，使试验件产生振动；在试验件另一侧放置扫描式激光测振系统，扫描式激光测振系统的激光头正对试验件板面；扫描式激光测振系统用于发出激光逐点扫描测量试验件上各点的振动信号，并能够记录声信号，得到试验件的模态参数；声传感器悬挂于试验件与扬声器之间，贴近试验件但不接触；声传感器通道测试电缆依次连接声电源和扫描式激光测振系统。所述扬声器与试验件的距离不大于0.5米。所述扫描式激光测振系统与试验件的距离不小于3米或使得激光束扫描角度θ小于10度。一种上述声激励非接触式模态试验系统的试验方法，依次包括如下步骤：第一步：使试验系统的所有设备处于通电状态；第二步：使用扫描式激光测振系统，确定试验件板面上的扫描点；第三步：调整信号源的信号参数，给扬声器发随机信号，调整扬声器的增益以增加声量级，使得扫描式激光测振系统能检测得明显的振动信号，信噪比达到20dB以上；第四步：检查声传感器和声电源形成的声通道，调整声传感器增益，使得扫描式激光测振系统能检测得明显声信号，信噪比达到20dB以上；第五步：在扫描式激光测振系统上设置扫描文件，进行扫描测试，得到声信号和扫描点的振动信号；第六步：模态分析使用扫描式激光测振系统中安装的或外置的模态识别软件，以声传感器测量得到的声信号作为输入信号，以扫描式激光测振系统测量得到的振动信号作为输出信号，作频响函数分析，并对频响函数处理得到模态参数。本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术的声激励非接触式模态试验系统及方法，解决了非接触式激励和非接触式测量两大问题，避免常规模态中的附加质量和附加刚度的影响，对结构不造成损坏，适用于如电路板这类的薄板结构的模态试验。采用本专利技术的技术方案，在模态试验中不存在附加质量和附加刚度的影响，避免了结构损坏，试验效果良好，能获得准确的模态参数。附图说明图1为本专利技术的声激励非接触式模态试验系统组成图；图2为频响函数幅频图；图3为第一阶模态振型图(频率为229Hz)。图中：1-扬声器、2-信号源、3-信号电缆、4-声传感器、5-声电源、6-扫描式激光测振系统、7-测试电缆、8-试验件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的描述。本实施例提供了一种声激励非接触式模态试验系统，其组成如图1所示，包括：一套扬声器1、一台信号源2、一套信号电缆3、一套声传感器4和声电源5、一套扫描式激光测振系统6和一套测试电缆7；信号源2通过信号电缆3给扬声器1发出激励信号，一般为随机信号。扬声器1正对薄板试验件8板面发出声激励，使薄板试验件8产生振动。声传感器4用于测量扬声器1发出的声信号，通过测试电缆7和声电源5输出到扫描式激光测振系统6。扫描式激光测振系统6用于发出激光逐点扫描测量薄板试验件8上各点的振动信号，并可以记录声信号，使用扫描式激光测振系统6内安装的或外置的模态分析软件对声信号和振动信号作分析，得到薄板试验件8的模态参数。上述声激励非接触式模态试验系统搭建方法，依次包括如下步骤：第一步：薄板试验件8安装把薄板试验件8按照要求状态(自由悬挂状态或固支状态)板面垂直安装在声试验室内。第二步：扬声器1放置在薄板试验件8一侧，扬声器1正对薄板试验件8板面放置，距离薄板试验件8在0.5米内。第三步：扫描式激光测振系统6放置在薄板试验件8的另一侧放置扫描式激光测振系统6，扫描式激光测振系统6的激光头正对薄板试验件8板面，距离薄板试验件8在3米以外，使得激光束扫描角度θ小于10度。第四步：声传感器4安装和连接声传感器4使用细铁丝悬挂于薄板试验件8前面，并指向扬声器1，声传感器4通过测试电缆7连到声电源5和扫描式激光测振系统6。第五步：信号源2连接信号源2通过信号电缆3与扬声器1相连，用于对扬声器1发激励信号。下面结合一具体实施例对本专利技术“声激励非接触式模态试验”进行介绍。以某安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：包括一套扬声器(1)、一台信号源(2)、一套信号电缆(3)、一套声传感器(4)和声电源(5)、一套扫描式激光测振系统(6)和一套测试电缆(7)；待测试的薄板试验件(8)为垂直状态，在薄板试验件(8)一侧放置扬声器(1)，扬声器(1)正对薄板试验件(8)板面，信号源(2)通过信号电缆(3)与扬声器(1)连接，用于发出激励信号；在薄板试验件(8)另一侧放置扫描式激光测振系统(6)，扫描式激光测振系统(6)的激光头正对薄板试验件(8)板面；声传感器(4)悬挂于薄板试验件(8)与扬声器(1)之间，贴近薄板试验件(8)但不接触；声传感器(4)通道测试电缆(7)依次连接声电源(5)和扫描式激光测振系统(6)。

【技术特征摘要】
1.一种声激励非接触式模态试验系统，其特征在于：包括一套
扬声器(1)、一台信号源(2)、一套信号电缆(3)、一套声传感器(4)
和声电源(5)、一套扫描式激光测振系统(6)和一套测试电缆(7)；
待测试的薄板试验件(8)为垂直状态，在薄板试验件(8)一侧放置
扬声器(1)，扬声器(1)正对薄板试验件(8)板面，信号源(2)
通过信号电缆(3)与扬声器(1)连接，用于发出激励信号；在薄板
试验件(8)另一侧放置扫描式激光测振系统(6)，扫描式激光测振
系统(6)的激光头正对薄板试验件(8)板面；声传感器(4)悬挂
于薄板试验件(8)与扬声器(1)之间，贴近薄板试验件(8)但不
接触；声传感器(4)通道测试电缆(7)依次连接声电源(5)和扫
描式激光测振系统(6)。
2.如权利要求1所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其
特征在于：所述扬声器(1)与薄板试验件(8)的距离不大于0.5米。
3.如权利要求2所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其
特征在于：所述扬声器(1)与薄板试验件(8)的距离为0.3米。
4.如权利要求1所述的一种声激励非接触式模态试验系统，其
特征在于：所述扫描式激光测振系统(6)与薄板试验件(8)的距离
不小于3米或使得激光束扫描角度θ小于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖健，荣克林，王求生，侯传涛，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11