[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种分时快速稳态正弦扫频激振频响函数测量系统及方法，属于振动测试技术领域。

背景技术

一个振动系统的动态特性，可以用频响函数来描述。设作用于振动系统的激励信号为输入函数x(t)，输出函数y(t)是振动系统对激励的响应信号，则频响函数是：

H(f)=Y(f)X(f)---(1)]]>

式中：X(f)——输入函数x(t)的傅立叶变换；

Y(f)——输出函数y(t)的傅立叶变换；

振动系统的频响函数H(f)由该系统的本身特性所决定。因此只要测量得到系统的激励和响应，就可以得到系统的频响函数，通过频响函数H(f)得到振动系统的特性。所以关键问题之一就是获得准确的频率响应函数数据，只有在此基础上，才能准确的研究系统的动态特性，因此可靠高效的频域振动测试技术成为重中之重。

一个振动系统具有三要素：系统特性(包括描述其特性的各种参数)、激励与响应。如果已知激励与响应，而欲求系统的特性与参数，这类问题称为振动系统的测试、辨识与建模。振动测试一般有三个基本环节：激励、测量和分析。即以某种激振力作用在被测振动系统上，使其产生响应；测量激振力和响应，得到频响函数H(f)进而确定系统的动态特性，如自然频率、模态向量、阻尼、刚度和质量等参数。激振方式有多种如正弦激励、随机激励、瞬态激励等，相应的有不同的测试系统及分析方法。

目前频响函数测试技术正沿着两种技术路线发展，一是单点激励多点测量或一点测量技术，另一条路线是多点激励多点测量技术。后者要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长，目前尚未得到广泛应用。而单点激励频响函数测试技术几乎适用于一切振动领域，成为目前世界上广泛应用的技术。按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类。

稳态正弦激振测试技术是最基本的也是传统的测试方法，它是在选定的振动坐标和所需要的频段范围内，首先对测试的结构施加一定量的简谐激振力测出激振力和响应信号以及两者的相位差，然后缓慢的改变激振频率，将力信号和响应信号做数据处理后，求得对应于各激振频率下的频响函数的数据。

稳态正弦激振有多个优点，例如能在特定频率上输入比较大的振动能量。由于正弦激振时，在某一瞬间仅以单一频率的力激励试件，所以激励能量比较集中。此外激励力容易控制，根据选择的激振器不同，可得到小于10N以下，大至数万N的激振力，并且便于控制，信噪比比较高。

但是，稳态正弦扫描激振一个比较大的缺点是试验需要很长的时间，这对于不稳定系统，更会给试验带来困难并使精度降低。

随机激振测试技术是广泛采用的一种宽带激振方法，其效果相当于将频带内具有各种频率成分的激振力同时作用在结构上，结构的响应是各频率分量同时作用的结果。随机信号有纯随机、伪随机及周期随机信号三种。

纯随机信号无周期性，每个样本彼此不同，故用纯随机信号激励试件进行振动测试时，可通过总体平均消除实验中的非线性畸变和噪声随机误差影响，提高测试精度。缺点是由于信号的非周期性，在处理时会产生大的泄漏误差。

伪随机激励信号是周期性的随机信号，由计算机或伪随机信号发生器产生，通过模数转换器，每经过一个周期输出同样的信号。由于伪随机信号的周期性，当截断长度正好等于伪随机信号的周期时，在测量窗中所取得的信号正好是一个完整周期，因而在随后的傅立叶变换中则可避免功率泄漏。但是这种信号与正弦扫描法一样，由于信号是周期性的，因此不能用总体平均来消除非线性及畸变的影响。