模态测量方法及其系统和电子设备技术方案

一种模态测量方法及其系统和电子设备，其能够实现非接触式、高精度、操作方便的模态测量。该模态测量方法包括以下步骤：通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描；利用多普勒激光测振技术采集该被测工件上各个采样点处的振动信息；采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息；以及对所采集的该图像信息以及各个采样点的该位置信息和该振动信息进行数据分析处理，以输出带有数字图像的模态模型。的模态模型。的模态模型。

【技术实现步骤摘要】
模态测量方法及其系统和电子设备


[0001]本专利技术涉及模态分析
，特别是涉及模态测量方法及其系统和电子设备。

技术介绍

[0002]模态分析是研究结构动态特性的重要方法，通常可以根据硅油频率、阻尼、振形这些模态参数来描述结构。随着模态分析技术在故障诊断、响应预测、结构优化设计等工程领域的普及和深入，机械、汽车、航空航天、精密制造、土木等行业对模态分析技术的需求也日益迫切。而由于模态分析所需的模态参数往往是通过经由试验模态分析获得的数据来确定的，因此一种操作简单、精度高的试验模态测量技术就成为了模态分析的关键。
[0003]传统的试验模态测量系统主要由激励系统、检测系统以及数据分析系统构成的。首先，通过激励系统产生制定的激励信号以使被测工件发生机械振动；接着，通过检测系统采集该被测工件上均布的若干采样点所反馈的振动信号；最后，该激励信号与该振动信号被同步实时地传输至数据分析系统内，以经过运算处理成固有频率、阻尼、振形等可供工程技术人员进行模态分析的数据。
[0004]然而，由于传统的试验模态测量系统在采集振动信号的过程中不得不将进行数据采集的传感器(即检测系统)粘贴到被测工件上，也就是说，传感器与被测工件相互接触才能够完成对应的检测任务，因此如果被测工件是大型跨空间结构，则会存在加速度传感器安装不变的问题；如果被测工件的质量较轻，则所检测的数据又极易受到传感器质量的影响而产生较大的误差；更麻烦的是，如果被测工件的尺度在微纳尺度，那么传统的接触式传感器则根本无法被安装至被测工件上，更无法采集相应的振动信号，这极大地限制了传统的试验模态测量系统的应用领域和范围。
[0005]此外，即便能够采集到被测工件的振动信号，但传统的试验模态测量技术也存在一些不方便的问题，例如：1)分布在被测工件上的传感器所采集的数据需要逐个导入到数据分析系统中，非常费时费力；2)由于无法提取传感器在被测工件上分布的位置数据，只能人为粗略地将传感器的位置输入到数据分析系统中，因此一旦传感器的分布不均匀或位置信息输入不准确，就有可能会使得数据分析系统最终输出的模态模型产生较大的偏差；3)传统的试验模态测量技术在复杂工件动态特性的分析上存在空白，即传统的试验模态测量技术完全无法分析复杂工件的动态特性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其能够实现非接触式、高精度、操作方便的模态测量。
[0007]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中，在本申请的一实施例中，所述模态测量方法能够无需采用接触式传感器，而是利用激光多普勒测振技术来精准地采集诸如质量较轻或微纳尺度的被测工件的振动信号，有助于提高测量精度、拓展应用范围。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中，在本申请的一实施例中，所述模态测量方法能够将激光光斑依次分布在该被测工件上各个采样点上，以便实现非接触的模态测量。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中，在本申请的一实施例中，所述模态测量方法能够在采集被测工件的振动信息的同时，采集被测工件的图像信息和采样点的位置信息，以便对复杂工件的动态特性进行模态分析，这解决了传统的试验模态测量技术在这一点上的空白。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中，在本申请的一实施例中，所述模态测量方法能够通过激光扫描测振与数字图像融合来实现所需的模态测量，有助于提高测量精度、简化操作复杂度、拓展模态测量技术的应用范围。
[0011]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中，在本申请的一实施例中，所述模态测量方法能够将图像采集单元、测振单元以及扫描单元集成在同一设备中，以提高对应系统的紧凑性，减小系统的整体体积，简化测量操作。
[0012]本专利技术的另一优势在于提供一模态测量方法及其系统和电子设备，其中为了达到上述目的，在本专利技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本专利技术成功和有效地提供一解决方案，不只提供一简单的模态测量方法及其系统和电子设备，同时还增加了所述模态测量方法及其系统和电子设备的实用性和可靠性。
[0013]为了实现上述至少一优势或其他优势或目的，本专利技术提供了一模态测量方法，包括以下步骤：
[0014]通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描；
[0015]利用多普勒激光测振技术采集该被测工件上各个采样点处的振动信息；
[0016]采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息；以及
[0017]对所采集的该图像信息以及各个采样点的该位置信息和该振动信息进行数据分析处理，以输出带有数字图像的模态模型。
[0018]根据本申请的一实施例，所述通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描的步骤，包括步骤：
[0019]根据测量需求，布设多个采样点于该被测工件；和
[0020]可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点。
[0021]根据本申请的一实施例，所述可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点的步骤，包括步骤：
[0022]通过一反射式振镜，反射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的当前采样点；和
[0023]通过调整该反射式振镜的反射角度，再次反射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的下一采样点。
[0024]根据本申请的一实施例，所述可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点的步
骤，包括步骤：
[0025]通过一折射式棱镜，折射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的当前采样点；和
[0026]通过旋转该折射式棱镜，再次折射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件的下一采样点。
[0027]根据本申请的一实施例，所述采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息的步骤，包括步骤：
[0028]拍摄该被测工件的画面，以获得与该被测工件对应的数字图像；
[0029]标定该被测工件在该数字图像中的位置；以及
[0030]定位该被测工件上的当前采样点在该数字图像中的位置。
[0031]根据本申请的一实施例，所述通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描的步骤，包括步骤：
[0032]根据测量需求，布设多个采样点于该被测工件；和
[0033]逐次移动该被测工件的位置，使得该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点。
[0034]根据本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模态测量方法，其特征在于，包括步骤：通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描；利用多普勒激光测振技术采集该被测工件上各个采样点处的振动信息；采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息；以及对所采集的该图像信息以及各个采样点的该位置信息和该振动信息进行数据分析处理，以输出带有数字图像的模态模型。2.如权利要求1所述的模态测量方法，其中，所述通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描的步骤，包括步骤：根据测量需求，布设多个采样点于该被测工件；和可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点。3.如权利要求2所述的模态测量方法，其中，所述可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点的步骤，包括步骤：通过一反射式振镜，反射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的当前采样点；和通过调整该反射式振镜的反射角度，再次反射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的下一采样点。4.如权利要求2所述的模态测量方法，其中，所述可调角度地偏转该激光光束，以逐次改变该激光光束的传播角度，使得被偏转后的该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点的步骤，包括步骤：通过一折射式棱镜，折射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件上的当前采样点；和通过旋转该折射式棱镜，再次折射该激光光束，以使该激光光束传播至该被测工件的下一采样点。5.如权利要求3或4所述的模态测量方法，其中，所述采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息的步骤，包括步骤：拍摄该被测工件的画面，以获得与该被测工件对应的数字图像；标定该被测工件在该数字图像中的位置；以及定位该被测工件上的当前采样点在该数字图像中的位置。6.如权利要求1所述的模态测量方法，其中，所述通过调整激光光束与被测工件之间的相对位置，对该被测工件上多个采样点进行逐点扫描的步骤，包括步骤：根据测量需求，布设多个采样点于该被测工件；和逐次移动该被测工件的位置，使得该激光光束逐点地传播至该被测工件上的多个采样点。7.如权利要求6所述的模态测量方法，其中，所述采集该被测工件的图像信息和该被测工件上各个采样点的位置信息的步骤，包括步骤：设置一部分反透元件于该激光光束传播至该被测工件上当前采样点的光路中；
通过该部分反透元件拍摄该被测工件在移动前后的画面，以获得与被移动前后的该被测工件对应的数字图像；以及确定该被测工件上的当前采样点在该被测工件上的位置。8.如权利要求1至4、6以及7中任一所述的模态测量方法，其中，所述利用多普勒激光测振技术采集该被测工件上各个采样点处的振动信息的步骤，包括步骤：发射该激光光束以被该被测工件上的当前采样点反射而形成激光回波；和接收该激光回波以采集该被测工件上的当前采样点处的位移数据。9.如权利要求8所述的模态测量方法，其中，所述对所采集的该图像信息以及各个采样点的该位置信息和该振动信息进行数据分析处理，以输出带有数字图像的模态模型的步骤，包括步骤：多所采集的各个采样点处的该位移数据进行傅里叶变换处理，以获得对应的响应函数；对该响应函数进行归一化处理，以得到对应的幅频曲线；对该幅频曲线上极值点对应的振动幅值进行三维可视化转化，以获得与极值点对应的模态模型；以及根据各个采样点的该位置信息，融合该模态模型于该数字图像，以获得该带有数字图像的模态模型。10.如权利要求1至4、6以及7中任一所述的模态测量方法，进一步包括步骤：获取该被测工件的激励信号，以将该激励信号与该被测工件上每个采样点的振动信号进行相位同步，以输出可供模态分析的数据。11.如权利要求10所述的模态测量方法，其中，所述获取该被测工件的激励信号，以将该激励信号与该被测工件上每个采样点的振动信号进行相位同步，以输出该被测工件上每个采样点的伯德图的步骤，包括步骤：施加该激励信号于该被测工件，以激励该被测工件而发生机械振动；和采集被施加于该被测工件的该激励信号，以与该振动信号被处理成该被测工件上每个采样点的伯德图。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁明昊，陈汝霞，宋云峰，刘红魏，刘爽，陈雪林，张萌达，尤凯，鲁焕，
申请(专利权)人：余姚舜宇智能光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：