【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物体固有频率测量，具体涉及一种物体固有频率测量系统及测量方法。
技术介绍
1、固有频率是指一个力学系统在没有外部干扰的情况下自由振动的频率。固有频率测定的目的是确定一个系统的固有频率，测得的固有频率不仅有助于修正有限元模型，进一步优化物体结构，还是检验物体结构是否达到设计预期的重要手段。
2、常见的测量物体固有频率的方法有锤击法和振动台试验法。锤击法是指利用重锤敲击试件，相当于给物体一个脉冲激励，通过测量物体的响应，得到固有频率。该方法在敲击过程中可能会损伤待测物体。振动台试验法需要设计一个振动夹具，将物体固定在夹具上，再将夹具固定于振动台，在试件上安装振动传感器，利用振动台进行扫频测量。该方法的缺陷包括：操作复杂、场地占用大、夹具设计投产周期长、夹具本身的振动特性会影响测量准确性等。此外，振动台在试验前虽可以小幅试振，但物体本身如果阻尼非常小，达到共振点时仍有被振坏的风险。
3、因此，上述测量方法均有损伤待测物体的风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种物体固有频率测量系统及测量方法，利用调制得到的发射波，在不损伤待测物体的情况下实现固频率较低物体的固有频率的精确测量。
2、本专利技术提供了如下的技术方案：
3、第一方面，提供一种物体固有频率测量系统，包括超声波发射模块、超声波接收模块、控制模块；所述超声波发射模块用于产生并发出发射波；所述超声波接收模块用于接收并处理回波信号；所述控
4、作为本专利技术一种优选技术方案，所述超声波发射模块包括超声波发生电路和超声波换能器；所述超声波发生电路用于将交流输入的220v、50hz的交流电转换为高频电信号，并将高频电信号传递给所述超声波换能器；所述超声波换能器用于将所述高频电信号转换为机械振动，进而产生载波信号；所述超声波发射模块利用所述载波信号和调制信号获取发射波。
5、作为本专利技术一种优选技术方案，所述超声波接收模块包括超声波接收器和信号调理电路；所述超声波接收器用于接收所述待测物体返回的回波信号，将回波信号转换成电信号并发送给所述信号调理电路；所述信号调理电路包括信号解调电路和信号处理电路；所述信号解调电路用于解调电信号，并发送给信号处理电路；所述信号处理电路用于获取电信号中调制信号的幅值和频率，并通过所述ad转换模块发送至所述微控制器；所述信号处理电路包括双运算放大器和电压比较芯片。
6、作为本专利技术一种优选技术方案，还包括显示模块，连接所述微控制器；所述显示模块包括显示屏，用于显示待测物体固有频率以及设定所述调制信号的起始频率和终止频率。
7、作为本专利技术一种优选技术方案，还包括电源模块；所述电源模块包括交流输入电源和辅助电源；所述交流输入电源连接所述超声波发射模块和辅助电源；所述辅助电源连接所述显示模块、微控制器、隔离驱动电路和超声波接收模块。
8、第二方面，提供一种第一方面所述的物体固有频率测量系统的测量方法，包括：
9、控制所述超声波发射模块发送发射波给待测物体；
10、接收由所述超声波接收模块解调、处理过的待测物体的回波信号；
11、根据接收到的所述回波信号找到调制信号的共振峰值及其对应频率，确定待测物体的固有频率。
12、作为本专利技术一种优选技术方案，7.所述控制所述超声波发射模块发送发射波给待测物体，具体包括：所述微控制器发送调制信号s(t)至所述超声波发射模块；所述调制信号s(t)调制所述超声波发射模块产生的载波信号c(t)，进而产生发射波sd(t)，表示为：
13、sd(t)＝s(t)c(t) (1)；
14、所述发射波sd(t)激励待测物体，待测物体返回回波信号。
15、作为本专利技术一种优选技术方案，8.所述接收由所述超声波接收模块解调、处理过的待测物体的回波信号，具体包括：所述回波信号由超声波接收器转换为电信号，并经所述信号解调电路解调得到调制信号的幅值；所述电信号由双运算放大器放大至设定倍数，以便所述ad转换模块获取调制信号幅值的变化并发送至微控制器；经过放大的所述电信号由电压比较芯片转换为同频同相方波信号，以便所述ad转换模块获取调制信号的频率并发送至微控制器。
16、作为本专利技术一种优选技术方案，所述根据接收到的所述回波信号找到调制信号的共振峰值及其对应频率，确定待测物体的固有频率，具体包括：根据接收的调制信号的幅值变化和频率，所述微控制器分析得到最大幅值及其对应频率f1，f1即为待测物体的固有频率。
17、作为本专利技术一种优选技术方案，所述确定待测物体的固有频率之后，还包括：重复测量多次，判断多次测量的固有频率误差是否在设定值内，若在设定值内，则对多次测量的固有频率求平均值并输出结果；若不在设定值内，所述显示屏发出警告信息。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、1、本专利技术提供的物体固有频率测量系统包括控制模块、超声波发射模块和超声波接收模块，超声波发射模块利用载波信号和调制信号获取发射波激励待测物体，当发射波的调制信号频率和待测物体的固有频率相同时产生共振，这样得到更加准确的固有频率信息，提升测量精确度；且不会造成物体损伤，适用于敏感或不可损坏的物体，通用性更高。
20、2、本专利技术提供的物体固有频率测量系统的测量方法，由微控制器产生频率可调的调制信号，超声波发射模块利用载波信号和调制信号获取发射波，激励待测物体，通过超声波接收模块解调、处理待测物体返回的回波信号，微控制器分析回波信号中调制信号幅值变化情况，判断调制信号的共振峰值并找到其对应频率，从而确定待测物体的固有频率，操作简便、测量迅速，具有较低的成本和能耗；能够测量多次，通过对多次测量的固有频率求平均值，可减小测量误差，使得测量结果更加准确。
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1.一种物体固有频率测量系统，其特征在于：包括超声波发射模块、超声波接收模块和控制模块；
2.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：所述超声波发射模块包括超声波发生电路和超声波换能器；
3.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：所述超声波接收模块包括超声波接收器和信号调理电路；
4.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：还包括显示模块，连接所述微控制器；
5.根据权利要求4所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：还包括电源模块；
6.一种权利要求1～5任一项所述的物体固有频率测量系统的测量方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的物体固有频率测量方法，其特征在于，所述控制所述超声波发射模块发送发射波给待测物体，具体包括：
8.根据权利要求6所述的物体固有频率测量方法，其特征在于，所述接收由所述超声波接收模块解调、处理过的待测物体的回波信号，具体包括：
9.根据权利要求6所述的物体固有频率测量方法，其特征在于，所述根据接收到的所述回
10.根据权利要求6所述的物体固有频率测量方法，其特征在于，所述确定待测物体的固有频率之后，还包括：重复测量多次，判断多次测量的固有频率误差是否在设定值内，若在设定值内，则对多次测量的固有频率求平均值并输出结果；若不在设定值内，所述显示屏发出警告信息。
...【技术特征摘要】
1.一种物体固有频率测量系统，其特征在于：包括超声波发射模块、超声波接收模块和控制模块；
2.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：所述超声波发射模块包括超声波发生电路和超声波换能器；
3.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：所述超声波接收模块包括超声波接收器和信号调理电路；
4.根据权利要求1所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：还包括显示模块，连接所述微控制器；
5.根据权利要求4所述的物体固有频率测量系统，其特征在于：还包括电源模块；
6.一种权利要求1～5任一项所述的物体固有频率测量系统的测量方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的物体...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕富勇，杜彤，王杰，陈锦河，刘泽宇，王亚洲，徐佳瑞，吴泽宇，耿超，柳加旺，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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