Sentek（美國(guó)申泰公司）的THV系列由13個(gè)測(cè)試室組成，容積范圍為600~24000L，標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展溫度范圍（-45至+ 150°C和-70至+ 150°C）和溫度變化（遞增）速率為2,5,10和15°C/min。僅提供溫度和溫濕度配置。THV系列提供了一個(gè)高質(zhì)量、完整和集成的環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)，以滿足民用飛行器、汽車、電子、醫(yī)療等廣泛行業(yè)不斷變化的可靠性、認(rèn)證和ESS（環(huán)境應(yīng)力篩選）測(cè)試要求。

將Spider-101溫濕度控制器與EDM振動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合，可以提供所有的振動(dòng)控制功能:

• • 隨機(jī)
    • 多分辨率控制
    • 峭度控制
    • 隨機(jī)加隨機(jī)
    • 隨機(jī)加正弦
  • MSC 多振動(dòng)集中控制
  • 正弦 (掃頻/駐留)
    • 正弦 (掃頻/駐留)
    • 總諧波失真(THD)
    • 相位跟蹤駐留
    • 共振搜索與駐留(RSTD)
    • 多正弦
    • 步進(jìn)正弦, 正弦發(fā)生器
  • 經(jīng)典沖擊
  • 瞬態(tài)沖擊 (TTH)
  • 沖擊響應(yīng)譜 (SRS)
  • 地震波
  • 路譜仿真 (TWR)

相關(guān)解決方案

• 電動(dòng)汽車電池性能測(cè)試方案

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力錘激勵(lì)測(cè)量技術(shù)分為單參考點(diǎn)錘擊技術(shù)（SMRT）和多參考點(diǎn)錘擊技術(shù)（MRIT）。單參考點(diǎn)錘擊技術(shù)又分為力錘固定和力錘移動(dòng)兩種方式，力錘固定時(shí)是指力錘固定在一個(gè)位置進(jìn)行錘擊，多個(gè)響應(yīng)傳感器一次或分批次測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。該方法同時(shí)也屬于單輸入多輸出測(cè)量技術(shù)（SIMO），EMA稱為響應(yīng)模式。當(dāng)力錘移動(dòng)時(shí)，EMA稱為激勵(lì)模式，根據(jù)傳感器的數(shù)目，又分為單輸入單輸出和單輸入多輸出。固定的響應(yīng)傳感器為1個(gè)時(shí)，此時(shí)力錘移動(dòng)遍歷所有測(cè)點(diǎn)，那么時(shí)此，對(duì)應(yīng)的是單輸入單輸出方式（SISO）。當(dāng)固定的傳感器數(shù)大于1時(shí)，力錘移動(dòng)遍歷錘擊所有測(cè)點(diǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的是單輸入多輸出方式（SIMO），，該方式可用多輸入多輸出模態(tài)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別，能分離出密集模態(tài)和重根模態(tài)。

?EDM-Modal 錘擊法模態(tài)實(shí)驗(yàn) — 晶鉆儀器模態(tài)測(cè)試軟件截圖

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簡(jiǎn)單地說(shuō)，模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析，這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱為計(jì)算模具分析；如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。通常，模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。

什么是試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析（Experimental　Modal　Analysis，EMA）？

也稱為傳統(tǒng)模態(tài)分析或經(jīng)典模態(tài)分析，是指通過(guò)輸入裝置對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，在激勵(lì)的同時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)的一種測(cè)試分析方法。輸入裝置主要有力錘和激振器，因此，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析又分為力錘激勵(lì)EMA技術(shù)和激振器激勵(lì)EMA技術(shù)。

試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析圖解 （力錘激勵(lì)、 Spider-80X 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、EDM-Modal 模態(tài)分析軟件）

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下圖為美國(guó)晶鉆儀器手持一體式頻譜分析儀CoCo-80X的做頻譜分析的用戶界面。

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沖擊測(cè)試是指輸出一系列的脈沖來(lái)激勵(lì)結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)的一個(gè)或者多個(gè)位置測(cè)量其響應(yīng)，通過(guò)頻譜分析識(shí)別出結(jié)構(gòu)的共振特性；

沖擊控制過(guò)程本質(zhì)上是時(shí)域波形復(fù)制過(guò)程，它使用基于FFT的算法來(lái)為測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)做更正；

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時(shí)域信號(hào)是描述數(shù)學(xué)函數(shù)或物理信號(hào)對(duì)時(shí)間的關(guān)系。例如一個(gè)信號(hào)的時(shí)域波形可以表達(dá)信號(hào)隨著時(shí)間的變化。 若考慮離散時(shí)間，時(shí)域中的函數(shù)或信號(hào)，在各個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值均為已知。若考慮連續(xù)時(shí)間，則函數(shù)或信號(hào)在任意時(shí)間的數(shù)值均為已知。 在研究時(shí)域的信號(hào)時(shí)，常會(huì)用示波器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為其時(shí)域的波形。

頻域信號(hào)是描述信號(hào)在頻率方面特性時(shí)用到的一種坐標(biāo)系。對(duì)任何一個(gè)事物的描述都需要從多個(gè)方面進(jìn)行，每一方面的描述僅為我們認(rèn)識(shí)這個(gè)事物提供部分的信息。例如，眼前有一輛汽車，我可以這樣描述它方面1：顏色，長(zhǎng)度，高度。方面2：排量，品牌，價(jià)格。而對(duì)于一個(gè)信號(hào)來(lái)說(shuō)，它也有很多方面的特性。如信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律（時(shí)域特性），信號(hào)是由哪些單一頻率的信號(hào)合成的（頻域特性）

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示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它顯示電壓隨時(shí)間變化的測(cè)試儀器，也就是電壓波形。能夠讀書輸出波形的電壓，周期等等。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。

任意波形發(fā)生器是仿真實(shí)驗(yàn)的最佳儀器，任意波形發(fā)生器是信號(hào)源的一種，它能夠產(chǎn)生個(gè)種波形的儀器，如正弦波，三角波，方波等等，一般可以設(shè)置其幅值，頻率等。它具有信號(hào)源所有的特點(diǎn)。

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振動(dòng)控制器簡(jiǎn)介

振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)被廣泛用于航空、航天、電子、汽車等領(lǐng)域的可靠性試驗(yàn)。數(shù)字式振動(dòng)控制器(振動(dòng)臺(tái)控制儀)是一個(gè)可以為振動(dòng)臺(tái)提供閉環(huán)控制能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是整個(gè)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中的組成部分，本文主要從硬件架構(gòu)角度描述70年代以來(lái)美國(guó)振動(dòng)控制儀的演化過(guò)程。

值得附帶提出的是，早在80年代初，浙江大學(xué)的動(dòng)態(tài)測(cè)試國(guó)家研究室和蘇州實(shí)驗(yàn)儀器廠（蘇試）就開始研發(fā)中國(guó)自己的振動(dòng)控制器(振動(dòng)臺(tái)控制儀)，浙大的楊世超教授是這個(gè)領(lǐng)域的先驅(qū)。而現(xiàn)在，蘇試是中國(guó)該領(lǐng)域一家上市公司。

數(shù)字振動(dòng)控制器產(chǎn)生電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)功率放大器，功率放大器再輸出電流信號(hào)以驅(qū)動(dòng)液壓或電磁振動(dòng)臺(tái)，而作用于被測(cè)設(shè)備(UUT)上的振動(dòng)響應(yīng)反饋到振動(dòng)控制器系統(tǒng)作為反饋控制信號(hào)。在閉環(huán)控制環(huán)境下，控制信號(hào)必須在時(shí)域和頻域都遵循某種預(yù)先設(shè)定的特性，這些特性可以按照不同的工業(yè)或者軍事標(biāo)準(zhǔn)定義為：正弦Sine、隨機(jī)Random、正弦+隨機(jī)SoR、隨機(jī)+隨機(jī)RoR、經(jīng)典沖擊、沖擊響應(yīng)譜SRS、路譜仿真等。

大多數(shù)情況下，單軸的振動(dòng)臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，在一些高端測(cè)試中需要使用多個(gè)振動(dòng)臺(tái)形成多軸多自由度的激勵(lì)，在多個(gè)振動(dòng)臺(tái)同時(shí)使用的情況下，控制系統(tǒng)需要具有多輸入/多輸出(MIMO)的互通道信號(hào)計(jì)算能力。用于多軸振動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)比單軸系統(tǒng)要復(fù)雜的多，在本文中主要討論單軸振動(dòng)控制系統(tǒng)的情況。

控制信號(hào)要參考一個(gè)或多個(gè)從試件獲得的測(cè)量信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制信號(hào)與測(cè)試目標(biāo)模型有偏差時(shí)，將調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)使控制信號(hào)趨近目標(biāo)模型，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)、連續(xù)地對(duì)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力修正以達(dá)到精確的控制，安全性檢測(cè)通過(guò)一個(gè)分布式的不依賴于PC計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。

下圖說(shuō)明了閉環(huán)控制的過(guò)程，傳感器(如加速度計(jì))用于測(cè)量試件的振動(dòng)響應(yīng)形成被控制信號(hào)。

隨機(jī)控制器將連續(xù)輸出一個(gè)隨機(jī)信號(hào)(驅(qū)動(dòng)信號(hào))，其功率譜密度為預(yù)定義的頻譜形狀，這個(gè)預(yù)定義了形狀的功率譜稱為目標(biāo)譜。正弦控制器將連續(xù)以某個(gè)確定的電壓值輸出一個(gè)掃頻正弦信號(hào)，所以控制信號(hào)是類正弦信號(hào)，并且遵循預(yù)定義的幅值譜。經(jīng)典沖擊控制器在時(shí)間域中定義需要的控制目標(biāo)模型。SRS控制在沖擊響應(yīng)譜中定義目標(biāo)模型。路譜仿真控制器將一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)域信號(hào)定義為目標(biāo)模型。正弦加隨機(jī)或隨機(jī)加隨機(jī)也稱為混合模式控制，把隨機(jī)和其它控制模式結(jié)合在一起，其測(cè)試設(shè)置也更為復(fù)雜。

據(jù)估計(jì)市場(chǎng)上近乎100%的控制器都要求具有隨機(jī)和正弦控制功能，大約50%要求有經(jīng)典沖擊功能?；旌瞎δ芎蚐RS、瞬態(tài)歷程及路譜仿真需求相對(duì)較少，只在一些特殊測(cè)試中需要。即使只有一個(gè)激勵(lì)源，從試件上進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量也是需要的，多點(diǎn)測(cè)量可用于如下一些需要：

當(dāng)使用多點(diǎn)輸入作為控制通道時(shí)，用戶可以選擇不同的控制策略參數(shù)，如平均、最大或最小。如平均控制策略以全部測(cè)量通道的和為控制通道，并且平均結(jié)果在頻域可以以不同的權(quán)重比進(jìn)行。

第一代控制器-獨(dú)立式

美國(guó)最早的數(shù)字振動(dòng)控制器是在20世紀(jì)70年代由一些HP的工程師研發(fā)的。他們?cè)谠缙谧畛晒Φ男盘?hào)分析儀HP5451上測(cè)試了多種控制算法。HP5451是基于小型機(jī)HP2100的一臺(tái)設(shè)備，其內(nèi)存和計(jì)算能力都很有限，工程師們使用了多種巧秒的辦法取得了達(dá)到幾千赫茲的實(shí)時(shí)帶寬。Ron Potter和?Peter Moseley兩位為這一早期的控制器作出了重大的貢獻(xiàn)。

HP5451動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)

在HP公司以HP5451成功地測(cè)試了這一算法后，HP5427作為一款商業(yè)化的產(chǎn)品在上世紀(jì)80年代出現(xiàn)。它由一些可堆疊的機(jī)箱組成，有專業(yè)的顯示器和控制面板。HP5427是一款非常成功的產(chǎn)品，卻由于惠普公司戰(zhàn)略的調(diào)整而最終被放棄。

在上世紀(jì)70年代早期，另兩位發(fā)明者，Edwin Sloane 和?Charles Heizman在一家名為Time Data的公司工作，取出得了一項(xiàng)隨機(jī)振動(dòng)控制的專利權(quán)。Time Data后來(lái)被GenRad公司收購(gòu)后，發(fā)布了他們的獨(dú)立式控制系統(tǒng)。GR25xx幾乎是上世紀(jì)70年代后期最成功的控制器。下面是GenRad 振動(dòng)控制器系統(tǒng)的照片：

GenRad 2506

后來(lái)GenRad的振動(dòng)控制部門成為了Spectral Dynamics公司的一部份，Marcos Underwood博士是GenRad控制器的總工。在算法研發(fā)上，他專注于用“誤差”控制取代HP采用的比例控制。Tony Keller也同樣早期為控制器的研發(fā)做出了巨大的貢獻(xiàn)。DEC公司的PDP系列小型機(jī)是振動(dòng)控制器的硬件平臺(tái)。

在上世紀(jì)80年代早期，LMS與HP合作，為HP的新硬件系統(tǒng)（Paragon）提供了全部的振動(dòng)控制軟件，LMS與HP的關(guān)系就有如微軟公司與IBM的PC的關(guān)系。最終相比只提供硬件的IBM和HP，LMS和微軟證明了軟件銷售更為重要。

早期的另一些廠商如Ling Electronics、MB Dynamics、Schlumberger等。由于都采用專用的硬件設(shè)備，早期的VCS系統(tǒng)售價(jià)在8~20萬(wàn)美元間，并且操作時(shí)需要非常仔細(xì)，然而得益于上世紀(jì)80年代航天、汽車和軍事工業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)測(cè)試的巨大需求，振動(dòng)控制行業(yè)誕生了。很多今天使用的控制算法都是在當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的。規(guī)定大多數(shù)復(fù)雜的環(huán)境測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（包含了振動(dòng)測(cè)試）的軍標(biāo)810標(biāo)準(zhǔn)，也是在那一時(shí)期建立起來(lái)的。

第二代振動(dòng)控制器—基于PC的控制器

在上世紀(jì)90年代，IBM PC機(jī)在工業(yè)上得以應(yīng)用。許多公司開始采用PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和動(dòng)態(tài)信號(hào)分析。Sri Welaratna 和?Dave Snyder兩位原惠普公司的專家創(chuàng)建了Data Physics公司。Lansmont公司一項(xiàng)目與Data Physics的合作開發(fā)計(jì)劃，開發(fā)基于PC機(jī)的數(shù)字式振動(dòng)控制系統(tǒng)，最終造就了Lansmont公司的TTVI和DP公司的DP540控制器。這些早期的基于DOS操作系統(tǒng)的控制器具有在那個(gè)時(shí)代難得的圖形用戶界面。DP540采用了多塊ISA總線的插入式DSP卡，每塊卡有多個(gè)DSP處理器及A/D，D/A轉(zhuǎn)換芯片。這一產(chǎn)品取得了巨大的成功。

Data Physics DP540

按照與DP540和DP550（Windows版的DP540）同樣的思路，其它一些廠家也發(fā)布了他們的基于PC的振動(dòng)控制器，如SD公司的Puma，UniDyn公司的DVC，Unholtz-Dickie公司的VWin等。

第二代振動(dòng)控制器的產(chǎn)生得益于PC機(jī)和專用DSP處理器的發(fā)展，大大提高了其性能和易用性，同時(shí)成本卻下降了。PC機(jī)的引入，使得顯示、報(bào)告功能、連接性和系統(tǒng)性能極大地提高了。價(jià)格的持續(xù)下降使振動(dòng)控制器系統(tǒng)能用于更多的商業(yè)應(yīng)用中，如電子產(chǎn)品和包裝測(cè)試領(lǐng)域。在系統(tǒng)價(jià)格下降的同時(shí)，振動(dòng)控制器產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模卻年復(fù)一年地在增長(zhǎng)。

第二代振動(dòng)控制器系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要在于，系統(tǒng)過(guò)于依賴PC機(jī)的性能。這主要是由于其控制回路要通過(guò)PC CPU的安裝在PC中的插卡。很多控制器使用ISA總線，其控制回路時(shí)間受限于PC ISA總線的中斷和傳輸帶寬。除了PC結(jié)構(gòu)，LMS和M+P仍然依賴于HP的硬件來(lái)構(gòu)建其軟件系統(tǒng)，并采用UNIX操作系統(tǒng)，其產(chǎn)品包括Paragon 和?VXI 系統(tǒng)。他們主要面向那些在測(cè)試過(guò)程中需要大量同步數(shù)據(jù)采集的高端用戶。

第三代振動(dòng)控制器，PC 作為外圍控制端的控制器

在上世紀(jì)90年代 Dactron 公司以開發(fā)新一代的振動(dòng)控制器，Zhuge博士認(rèn)為原有的系統(tǒng)存在技術(shù)上的缺陷，并且發(fā)現(xiàn)了改進(jìn)的切入點(diǎn)。雖然這一代產(chǎn)品仍然使用PC機(jī)，但PC作用已經(jīng)是外圍設(shè)備了，因?yàn)樵谶@種新的控制器中，控制回路已經(jīng)不再經(jīng)過(guò)PC機(jī)了。采用這一策略后實(shí)現(xiàn)了更加快速的回路控制時(shí)間。同時(shí)由于采用了浮點(diǎn)DSP處理器，在這一控制器中還實(shí)現(xiàn)了多種新的算法。

LASER是一個(gè)采用了多個(gè)浮點(diǎn)DSP處理器、24位∑-⊿型A/D轉(zhuǎn)換芯片，以及PCI、USB總線等技術(shù)的振動(dòng)控制器產(chǎn)品。應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用微軟MFC開發(fā)。新框架及新技術(shù)使得系統(tǒng)具有許多功能的同時(shí)仍然保持了易用性。Dactron公司的LASER系列產(chǎn)品取得了巨大的成功，數(shù)千臺(tái)Dactron公司的LASER系統(tǒng)已經(jīng)安裝在世界各地。2001年LDS公司收購(gòu)了Dactron，LDS是當(dāng)時(shí)世界上最大的電磁振動(dòng)臺(tái)生產(chǎn)商，現(xiàn)在LDS已成為丹麥 B&K 公司的一部份。

LDS-Dactron LASER

在Dactron公司發(fā)布了LASER和Comet后，許多其它公司包括VRC和DP也發(fā)布控制回路獨(dú)立于PC的第三代振動(dòng)控制器系統(tǒng)。

第四代振動(dòng)控制器—完全網(wǎng)絡(luò)化的控制器

2010年，美國(guó)晶鉆儀器公司 (Crystal Instruments)?發(fā)布了Spider-81，最新一代的振動(dòng)控制系統(tǒng)。Spider-81充分采用了最新的硬件設(shè)計(jì)，信號(hào)處理算法和新的軟件技術(shù)。

Spider-81 數(shù)字式振動(dòng)控制器

Spider-81是第一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)并支持IEEE 1588時(shí)間同步技術(shù)的振動(dòng)控制系統(tǒng)。其基本模塊可設(shè)置為4或8通道，且附加通道數(shù)可擴(kuò)展了1024個(gè)。它提供了非常高的靈活性、測(cè)試精度和易用性。Spider-81配置了一個(gè)通道、明亮的LCD顯示，數(shù)字I/O接口，內(nèi)置備用電池和前面板控制鍵。Spider-81使用以太網(wǎng)接口。

作為第4代控制器Spider-81具有以下一些特點(diǎn)：

以數(shù)字信號(hào)處理器為主控的結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)控制器過(guò)重依賴于外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作不同，Spider是第一個(gè)將時(shí)間同步以太網(wǎng)連接與嵌入式DSP直接直接集成在一起的控制器。這一策略極大地增強(qiáng)了控制性能、系統(tǒng)可靠性和異常保護(hù)能力，使得系統(tǒng)可以配置極大的通道數(shù)卻不影響系統(tǒng)性能。

最新的硬件設(shè)計(jì)

Spider-81模塊裝備有電壓主、電荷和IEPE輸入通道，可適用于沖擊、振動(dòng)和聲學(xué)測(cè)試及其它通用的電壓信號(hào)測(cè)量。其內(nèi)部閃存可以同時(shí)儲(chǔ)存數(shù)百個(gè)通道的測(cè)試配置數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)。多個(gè)輸出通道提供了各種與輸入采樣頻率同步的信號(hào)波形。配備了一個(gè)能夠顯示測(cè)試狀態(tài)信息的液晶顯示屏。每臺(tái)設(shè)備提供10個(gè)監(jiān)測(cè)連接來(lái)讀取模擬輸入和輸出信號(hào)，前面板上還有多個(gè)操作按鍵。通過(guò)內(nèi)置的獨(dú)立數(shù)字I/O和RS485串行端口可以連接到其他硬件。有一個(gè)緊急中止按鈕可以在危急情況下中斷測(cè)試。

簡(jiǎn)潔方便的網(wǎng)絡(luò)連接

以太網(wǎng)連接方式使得Spider-81在物理距離上可以與PC機(jī)離開較遠(yuǎn)，這種分布式的結(jié)構(gòu)方式大大減少了噪聲和系統(tǒng)中的電子干擾。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)一臺(tái)PC機(jī)可以監(jiān)視和控制多臺(tái)控制器。由于控制過(guò)程和數(shù)據(jù)記錄都在控制器內(nèi)部執(zhí)行，網(wǎng)絡(luò)連接方式并不會(huì)影響控制性能。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由器，PC還可以方便地采用WiFi方式連接遠(yuǎn)程的Spider設(shè)備。

?多模塊間的時(shí)間同步技術(shù)

Spider-81采用了IEEE1588時(shí)間同步技術(shù)，在同一個(gè)局域網(wǎng)上的Spider模塊可以達(dá)到100ns的時(shí)間同步精度，即可以保證20KHz分析頻寬下，通道間相位誤差不大于±1度。采用這一技術(shù)和高速以太網(wǎng)使得分布于網(wǎng)絡(luò)上的模塊，可以象一臺(tái)集中式設(shè)備一樣進(jìn)行操作。

?黑匣子模式:脫離PC工作

Spider-81可以脫離PC機(jī)，以黑匣子模式進(jìn)行工作。在這種模式下PC機(jī)在系統(tǒng)開始測(cè)試前，對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，并將配置參數(shù)下載到設(shè)備上，Spider獨(dú)立完成測(cè)試后，再與PC聯(lián)機(jī)，PC可下載測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)。在測(cè)試運(yùn)行期間，控制器按預(yù)定的流程工作，并且用戶可以通過(guò)前面板按鍵、遠(yuǎn)程手柄以及支持WiFi的PDA，如iPad等設(shè)備進(jìn)行控制。

帶LCD顯示

每臺(tái)Spider-81前面板都配置一塊明亮的LCD顯示屏，以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)和測(cè)試信息，如控制量RMS值、當(dāng)前掃頻頻率等。

高可靠性設(shè)計(jì)

Spider-81是第一臺(tái)設(shè)計(jì)有災(zāi)難保護(hù)功能的振動(dòng)控制系統(tǒng)，甚至在網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)或電源中斷的情況下也具有保護(hù)功能。先進(jìn)的安全控制回路在幾毫秒內(nèi)就可以檢測(cè)到傳感器掉線。Spider-81硬件經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的環(huán)境測(cè)試，包括EMI、溫度、跌落沖擊、正弦與隨機(jī)振動(dòng)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以經(jīng)受長(zhǎng)期惡劣的工作環(huán)境而可靠地運(yùn)行。采用浮地設(shè)計(jì)也減少了安裝時(shí)的路接地問(wèn)題。

高精度的輸入設(shè)計(jì)

通過(guò)獨(dú)特的技術(shù)，Spider-81是第一臺(tái)能夠達(dá)到150dB輸入動(dòng)態(tài)范圍的振動(dòng)控制器。每個(gè)輸入通道在一個(gè)量程下就可以測(cè)試最小6μV 最大 20 V的電壓信號(hào)，這就完全使得不再需要象傳統(tǒng)控制器那樣，在測(cè)試時(shí)對(duì)輸入通道設(shè)置不同的輸入量程。

優(yōu)異的控制性能

通過(guò)改進(jìn)的控制算法和高效的DSP結(jié)構(gòu)，大大減少正弦和隨機(jī)控制的反饋回路時(shí)間。更快的反饋回路時(shí)間能夠提高搜索和駐留能力，以及對(duì)高Q值結(jié)構(gòu)的控制性能。這也提供了更快的反應(yīng)，更好的安全保障。

易于使用

Spider-81進(jìn)一步改善了用戶的界面等級(jí)。更多的圖形指導(dǎo)、向?qū)Ш凸ぞ叩募尤耄乖O(shè)置方便快捷。全新排列的接口使其更合理，更好用。“異常執(zhí)行規(guī)則”、“終止靈敏度”和其他新接口的功能，使得操作更簡(jiǎn)單。數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，更容易在大量的測(cè)試項(xiàng)目中通過(guò)關(guān)鍵字來(lái)進(jìn)行搜索。

和模態(tài)分析，信號(hào)處理結(jié)合Spider-81集成了模態(tài)分析以及通用的信號(hào)分析功能，包括時(shí)間流記錄，瞬態(tài)捕捉，F(xiàn)FT，自功率譜和傳遞函數(shù)分析。多個(gè)Spider-80 DSA模塊能夠和一個(gè)Spider-81的振動(dòng)控制器模塊組成一個(gè)集成系統(tǒng)進(jìn)行工作。Spider-81具有長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)記錄功能，對(duì)于關(guān)鍵的測(cè)試任務(wù)每個(gè)通道都可以采集時(shí)域數(shù)據(jù)并保存在內(nèi)置的閃存中。

四代振動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)比較

四代振動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)不同

四代振動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較

PC扮演的角色
第一代控制器不使用PC機(jī)，而采用專用的小型機(jī)，控制回路在小型機(jī)中。到第二代，PC是控制回路的一部份，數(shù)據(jù)通過(guò)PC的總線傳遞，這樣的主要問(wèn)題是任何PC性能上的影響都會(huì)干擾控制回路。在第三代，PC的作用主要是一個(gè)操作終端了。

在第四代控制器，高速數(shù)據(jù)通訊和精確時(shí)間同步都依賴于LAN。PC成為了LAN上的操作終端之一。用戶可以選擇以不同的方式，如無(wú)線、遠(yuǎn)程手柄、PDA或其它等，來(lái)操作控制器。雖然也有一些前期的控制器帶有網(wǎng)絡(luò)接口，但其不是針對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)的，而且也不支持亞微秒的時(shí)間同步精度。

全網(wǎng)絡(luò)型控制器比前幾代產(chǎn)品提供了更多的優(yōu)點(diǎn)，用戶可以將控制器放置在離振動(dòng)臺(tái)較近的位置，而操作可以在遠(yuǎn)離數(shù)百米遠(yuǎn)的控制室內(nèi)進(jìn)行。PC可以作為設(shè)置和操作的終端，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也可以支持遠(yuǎn)程控制手柄或PDA設(shè)備進(jìn)行操作。

實(shí)時(shí)計(jì)算性能
第一代振動(dòng)控制器系統(tǒng)并不是真正的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)性是指每一個(gè)輸入的采樣信號(hào)點(diǎn)都參與創(chuàng)建下一幀驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)。小型機(jī)的CPU在計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)時(shí)，其實(shí)忽略了許多幀的輸入數(shù)據(jù)，其控制回路時(shí)間以秒計(jì)。
第二代振動(dòng)控制器是實(shí)時(shí)系統(tǒng)。所有的采樣點(diǎn)都用于計(jì)算驅(qū)動(dòng)信號(hào)了?；芈窌r(shí)間也小于1秒，利益于PC機(jī)的使用，用戶界面大大改善，并降低了系統(tǒng)造價(jià)。

第三代振動(dòng)控制器可稱為“超實(shí)時(shí)”系統(tǒng)。它擁有用采樣數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)的能力。如在Dactron的隨機(jī)控制器中，在不同的頻率段內(nèi)，可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)控制回路。極端的情況如：正弦+隨機(jī)控制器中，二個(gè)隨機(jī)控制內(nèi)核、12個(gè)正弦控制內(nèi)核可同時(shí)運(yùn)行，其控制回路時(shí)間也縮短到ms級(jí)。

第一和第二代通用控制器的出現(xiàn)是為了適應(yīng)被試驗(yàn)物品(試件)的機(jī)械特性測(cè)試的要求。在一些應(yīng)用中要求控制系統(tǒng)能夠提供5KHz的實(shí)時(shí)控制帶寬和高過(guò)70dB的控制動(dòng)態(tài)范圍，這是第一、二代控制器滿足不了的，第三代控制器的出現(xiàn)改變了這一情況。得益于浮點(diǎn)DSP處理器和∑-⊿型AD轉(zhuǎn)換器，

算法改進(jìn)
依靠更先進(jìn)的處理器，在這較新的控制器中，許多新的軟件算法也得以實(shí)現(xiàn)。舉例如下：
在Dactron的控制器中，采用了一個(gè)先進(jìn)的濾波器技術(shù)，使得隨機(jī)控制器在低頻段可能獲得較很高的頻率分辨率，這一技術(shù)被稱為多分辨率控制。
在Vibration Research的控制器中，峭度控制被集成到隨機(jī)控制中，使得信號(hào)可以具有非高斯特性，從而更加接近從實(shí)際道路上記錄的信號(hào)。
在Spectral Dynamics的控制器中，正弦控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)形狀更好的濾波器，相比采用矩形窗進(jìn)行頻譜分析的產(chǎn)品，其提供的通帶特性非常平坦。

結(jié)論

在過(guò)去的40年里，振動(dòng)控制器已經(jīng)發(fā)展了四代產(chǎn)品，它們是第一代獨(dú)立式、第二代基于PC的控制器、第三代PC依賴式和第四代全網(wǎng)絡(luò)模式。其中第四代產(chǎn)品全網(wǎng)絡(luò)式基于以太網(wǎng)和IEEE1588時(shí)間同步技術(shù)，它提供了比前輩產(chǎn)品優(yōu)越的靈活性、可靠性、可配置性和延伸性。

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雖然各行各業(yè)的產(chǎn)品都有振動(dòng)噪聲問(wèn)題，但只有在汽車行業(yè)，才將振動(dòng)噪聲稱之為NVH，其他行業(yè)均無(wú)此稱呼。這是因?yàn)槠囎鱾內(nèi)藗兂鲂械闹饕煌üぞ?，與人的關(guān)系非常密切。每次出行，駕駛員或乘員呆在汽車?yán)锏臅r(shí)間非常長(zhǎng)，而且頻率非常高，可能會(huì)天天選擇汽車出行，且時(shí)間不短。因此，汽車與人們的日常生活密切相連，沒有其他產(chǎn)品可以與之相提并論。比方人們也經(jīng)常坐飛機(jī)，坐一次飛機(jī)的時(shí)間從一兩個(gè)小時(shí)到十幾個(gè)小時(shí)，但振動(dòng)噪聲也不稱為NVH，這是因?yàn)轱w機(jī)與人們的生活密切程度遠(yuǎn)不及汽車。

據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截至2016年6月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.85億輛，其中汽車1.84億輛，以個(gè)人名義登記的小型載客汽車(私家車)超1.35億輛，上半年新注冊(cè)登記量達(dá)1085萬(wàn)輛。機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)诉_(dá)3.42億人，其中汽車駕駛?cè)?.96億人。隨著群眾機(jī)動(dòng)出行需求不斷提高，汽車市場(chǎng)潛力持續(xù)釋放，汽車保有量保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。（@中新網(wǎng)）

正是由于汽車與人們的日常生活聯(lián)系非常密切，所以，在汽車行業(yè)非常重視NVH。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，汽車約有1/3的問(wèn)題與NVH有關(guān)，約1/5的售后服務(wù)與NVH有關(guān)，各大公司有近1/5的研發(fā)費(fèi)用消耗在解決車輛的NVH問(wèn)題上。

美國(guó)晶鉆儀器公司提出了針對(duì)NVH測(cè)量的解決方案，并在2016年推出了新一代手持式動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀與數(shù)據(jù)采集儀CoCo-80X，它是CoCo-80的升級(jí)版。它不僅繼承了CoCo80在測(cè)量汽車振動(dòng)、噪聲測(cè)試、模態(tài)分析方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，還增加了新功能GPS數(shù)據(jù)采集與分析、Can總線測(cè)量。CoCo-80X只有1.96Kg，4~8個(gè)輸入通道，最大采樣率102.KHz，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍150dB，針對(duì)汽車測(cè)量的軟件功能包括頻率響應(yīng)FRF分析、倍頻程分析與聲級(jí)計(jì)、階次跟蹤、振動(dòng)烈度、模態(tài)數(shù)據(jù)采集、動(dòng)平衡、GPS功能、CAN總線測(cè)量等。

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我們?cè)谏钪薪?jīng)常遇到信號(hào)。比如說(shuō)，股票的走勢(shì)圖，心跳的脈沖圖等等。在通信領(lǐng)域，無(wú)論是的GPS、手機(jī)語(yǔ)音、收音機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)通信，我們發(fā)送和接收的都是信號(hào)。最近，深圳地鐵通信系統(tǒng)疑似與WiFi信號(hào)沖突，也就是地鐵的天線收到了WiFi的信號(hào)，而誤把該信號(hào)當(dāng)作地鐵通信信號(hào)。我們的社會(huì)信息化，是建立在信號(hào)的基礎(chǔ)上的。

信號(hào)是隨著時(shí)間或者空間變化的序列。在信號(hào)處理中，我們常用“信號(hào)”來(lái)特指一維信號(hào)，也就是只隨單一一個(gè)時(shí)間或空間維度變化的序列，這樣的信號(hào)在數(shù)學(xué)上可以表示成f(t)或者f(x)這樣一個(gè)函數(shù)。與一維信號(hào)形成對(duì)應(yīng)的是多維信號(hào)，比如說(shuō)圖像是二維信號(hào)，它隨x，y兩個(gè)空間維度變化，從數(shù)學(xué)上表示成為f(x,y)。下面在沒有特別聲明的情況下，都使用“信號(hào)”來(lái)代指一維信號(hào)。

盡管信號(hào)的使用如此廣泛，但信號(hào)從數(shù)學(xué)意義上來(lái)并沒有什么神秘的地方，只是普通的序列(函數(shù))。信號(hào)處理的方法可以通用于任何一個(gè)領(lǐng)域的信號(hào)(無(wú)論是通信、金融還是其他領(lǐng)域)，這也是信號(hào)處理的魅力所在。

正弦波(sine wave)和余弦波(cosine wave)統(tǒng)稱為簡(jiǎn)諧波。簡(jiǎn)諧波是自然界最常見的波動(dòng)。

正弦波

正弦波可以寫成函數(shù)的形式：

可以看到，一個(gè)簡(jiǎn)諧波三個(gè)參數(shù)，振幅(A，amplitude)、頻率(f，frequency)、相位(?，phase)。這三個(gè)參數(shù)分別控制正弦波的不同特征。通過(guò)調(diào)整它們，我們可以得到不同的正弦波信號(hào)。

左上：原始 左下：2倍頻率
右上：2倍振幅 右下：相位移動(dòng)

可以看到，頻率高，“山峰”越密集。振幅高，“山峰”越高。相位改變，“山峰”的位置左右移動(dòng)。(朋友說(shuō)我是”用音量控制音調(diào)”：唱歌本應(yīng)該改變頻率高低的時(shí)候，卻在改變振幅的高低。)

余弦波(cosine wave)函數(shù)形式與正弦波類似，用cos表示。我們可以通過(guò)改變正弦波來(lái)從正弦波獲得余弦波。

簡(jiǎn)諧波雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)信號(hào)處理具有重要意義。傅立葉是一名工程師，他發(fā)現(xiàn)，任何信號(hào)實(shí)際上都可以通過(guò)簡(jiǎn)諧波相加近似得到。也就是傅立葉定理(Fourier inversion theorem)：任何一個(gè)信號(hào)都可以由簡(jiǎn)諧波相加得到。

因此，復(fù)雜的信號(hào)可以分解成為許多個(gè)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)諧波。一個(gè)信號(hào)由多個(gè)頻率的簡(jiǎn)諧波相加得到。組成信號(hào)的某個(gè)簡(jiǎn)諧波，稱為信號(hào)的一個(gè)分量(component)。

比如下圖，顯示了我們?nèi)绾斡煤?jiǎn)諧波的疊加來(lái)不斷趨近藍(lán)色的信號(hào)：

傅立葉變換是一套固定的計(jì)算方法，用于算出信號(hào)的各個(gè)分量(也就是上面的an，bn)。在信號(hào)處理時(shí)，可以將信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)諧波的組合。通過(guò)分別控制各個(gè)頻率上的簡(jiǎn)諧波分量，我們可以更加有效的進(jìn)行信號(hào)處理。

比如說(shuō)，我們通信的時(shí)候可以使用高頻的簡(jiǎn)諧波信號(hào)。但是接收信號(hào)的天線可能會(huì)收到其他頻率的干擾信號(hào)。這個(gè)時(shí)候，我們可以對(duì)接收到的混合信號(hào)做傅立葉變換，只提取目標(biāo)高頻的分量。這是降低信號(hào)噪音的常用方法。傅立葉變換的過(guò)程有些復(fù)雜，但已經(jīng)有大量的程序可以幫你進(jìn)行。你所需要的只是輸入信號(hào)，計(jì)算機(jī)會(huì)幫你算出它的各個(gè)分量。

比如說(shuō)，如果信號(hào)f(x)是周期性的，我們可以將它變換成：

也就是說(shuō)，一個(gè)信號(hào)可以看做許多簡(jiǎn)諧波的和。上面的a，b是可以通過(guò)原信號(hào)求得的參數(shù)為：

a，b代表了信號(hào)在各個(gè)頻率上的簡(jiǎn)諧波分量的強(qiáng)弱(以及相位)。這樣，信號(hào)就分解為了簡(jiǎn)諧波的和。由于簡(jiǎn)諧波比較容易理解，我們可以通過(guò)研究這些分量，來(lái)明白復(fù)雜信號(hào)背后的機(jī)制。

通過(guò)傅立葉變換，我們可以得到一個(gè)信號(hào)f(t)的不同頻率的簡(jiǎn)諧波分量。每個(gè)分量的振幅，代表了該分量的強(qiáng)弱。將各個(gè)頻率分量的強(qiáng)弱畫出來(lái)，可以得到信號(hào)的頻譜。比如下圖是從每天降水序列中得到的頻譜：

可以看到，以1年為周期的簡(jiǎn)諧波分量有一個(gè)明顯的高峰。也就是說(shuō)，一年周期的分量有比較強(qiáng)。這是有物理原因的。因?yàn)榻邓偸且砸荒晁募緸橹芷谟幸?guī)律的變化。通過(guò)信號(hào)→Fourier Transform→頻譜，我們可以從簡(jiǎn)諧波分量的角度，理解復(fù)雜信號(hào)是由哪些簡(jiǎn)諧機(jī)制合成的。

傅立葉變換同樣可用于多維信號(hào)。把傅立葉變換用于二維信號(hào)，即圖像：

左邊是二維信號(hào)(圖像，f(x,y))。黑白可以用數(shù)值表示，即信號(hào)值。右邊是二維圖像的頻譜。X軸表示x方向的頻率，Y軸表示y方向的頻率，黑白表示不同頻率分量的振幅強(qiáng)弱。在下面一行中，Lenna被故意加上了噪聲，并引起頻譜的相應(yīng)變化。頻譜的中心代表了低頻信號(hào)的振幅，頻譜遠(yuǎn)離中心的地方代表了高頻信號(hào)的振幅。 我們下面和加入噪聲的圖像比較。

Lenna和她的頻譜

現(xiàn)在，在圖像中加入噪聲。可以看到，原圖像中各處增加了許多小“斑點(diǎn)”。這些斑點(diǎn)和原來(lái)的信號(hào)混合在一起。我們很難將一一指出這些噪音點(diǎn)。但另一方面，這些噪音又有一定的特征：這些噪音的空間尺度(即尺寸)很小。

這一對(duì)圖像噪音的理解，可以從頻譜中得到確認(rèn)。從右圖的頻譜中可以看到，高頻信號(hào)(非中心部分)明顯增強(qiáng)。高頻分量正對(duì)應(yīng)空間尺度小的信號(hào)?？梢?，噪聲在頻譜中，集中在高頻這一特定區(qū)域。這樣，在與原圖像混合在一起的噪聲，在頻譜上則和圖像區(qū)分開。通過(guò)高頻濾波技術(shù)，就可以過(guò)濾掉噪聲。這也是圖像降噪的一大方法。

(如果對(duì)圖像處理有所了解，那么一定會(huì)知道Lenna的大名。她是一位閣樓(Playboy)女郎，但又是圖像處理界的女神。你可以搜索”Lenna full image”來(lái)找到全圖。Lenna現(xiàn)在是一名老太太了，她“見證”了圖像處理的發(fā)展。)

信號(hào)可以分解為不同頻率的簡(jiǎn)諧波分量。這有助于我們更好的理解復(fù)雜的信號(hào)。傅立葉變換是信號(hào)處理(以及圖像處理)的基礎(chǔ)工具。通過(guò)傅里葉變換，我們可以獲得信號(hào)的頻譜。

頻譜為我們提供了理解信號(hào)的另一個(gè)視角。在頻率的世界里，我們可以發(fā)現(xiàn)很多原信號(hào)中一些可能被忽視的信息，比如降水的季節(jié)變化，比如增強(qiáng)的噪聲。

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