[发明专利]分时快速稳态正弦扫频激振频响函数测量系统及方法

权利要求书

1.一种分时稳态正弦扫频激振测试方法，其特征在于，该方法是按以下步骤进行的：

1)打开功率放大器、电荷放大器预热；启动计算机程序，初始化数据采集卡；

2)计算机程序发出正弦扫频信号，同时采集振动响应信号，并完成数据处理显示存储，具体实现如下所述：

i)设定扫频上限f_min和扫描下限f_max，计算机程序产生单一频率为f的正弦扫频信号，初始f＝f_min，具体为如下X序列所示：

(i＝0，1，2，...，n-1)    (2)

上式中：F为幅值，Fs为采样频率，n为采样数，由每一次单一频率激振时间Δt决定，n＝Δt×Fs；

通过数据采集卡的输出端口以某个固定采样频率Fs输出给功率放大器，信号经功率放大器调理后驱动激振器以当前频率正弦信号激振被测件；

ii)激振开始的同时，启动数据采集卡输入通道以同样的采样频率Fs采集激振力信号f(t)和响应信号y(t)；

持续激振、同时采集信号Δt秒，保证Δt为当前正弦扫描信号的10倍以上整周期，做到激振力、响应信号相同频率整周期采样；

Δt反映了扫频速率的大小，包括瞬态响应衰减时间t₁和稳态响应时间t₂；

瞬态响应衰减时间t₁为：

且t₁＝m(1/f)    (3)

上式中：f_n为被测结构件的固有频率，ξ为对应于f_n的阻尼比，m取满足(3)式的最小自然数；

t₁为当前正弦扫频信号周期的整倍数；

t₂也为当前正弦扫频信号周期的整倍数，则有：

Δt＝t₁+t₂    (4)

iii)对激振力信号f(t)和响应信号y(t)的稳态响应部分，即t₂时间段数据做数据处理，得到当前激振频率的频率响应函数；

首先对激振力信号f(t)和响应信号y(t)的稳态响应部分做FFT，分别得到频域内F(f)、Y(f)，并计算F(f)、Y(f)的共轭复函数F^*(f)、Y^*(f)，

分别计算力信号f(t)和响应信号y(t)在Δt时间内的自功率谱：

计算力信号f(t)和响应信号y(t)在Δt时间内的互功率谱：

得激振力信号f(t)和响应信号y(t)的频率响应函数

得力信号f(t)和响应信号y(t)的相干函数：

记录并存储显示当前频率频响函数的H(s)的幅值、相位及其相关性；

iv)用计算机程序改变激振频率，使f＝f+Δ f，使激振频率从一个离散值跳到另一个离散值；Δ f决定了激振扫频正弦信号的频率分辨率，由于计算机的精度远远高于通用数据采集卡，则Δ f最小值由数据采集卡精度决定；在数据采集卡精度范围内激振频率分辨率可以任意选取；根据不同被测件选用线性扫频方式或对数扫频方式；

v)重复步骤i)～步骤iv)，直到扫频到频率上限f_max；然后逐渐将每一个激振频率下的频响函数幅值、相位一个个依次连接起来，至此得到了被测件的频率响应函数数据。