為了模擬受地震作用的結構中的設備，地震波的振動測試利用不同類型的運動來有效地模擬假定的地震環(huán)境。單頻和多頻是這這類運動的兩大分類。每個類別包括不同情況下的多個波形類型。

單頻試驗模擬地面在主要頻率下的運動振動。它包括以下的運動波形，它們都可以用EDM振動控制系統(tǒng)（VCS）來模擬。

• 連續(xù)正弦試驗:駐留正弦控制
• 正弦拍頻試驗：瞬態(tài)時程控制
• 衰退正弦測試(Decaying-sine test):瞬態(tài)時程控制
• 正弦掃描試驗: 掃頻正弦控制

地震地面運動是寬頻帶振動。當不被建筑物或地面過濾時，產生的影響設備的地板運動,趨向于保持寬頻帶特性。在這樣的條件下，多頻測試使用復雜的波形，來模擬寬頻帶地板運動去測試設備。

在EDM軟件中，以下波形可用作測試運動，在設備安裝時模擬特定的地震波激勵(excitation)。一些測試類型將優(yōu)于其他模擬特定類型的設備應激反應。

• 時程測試：TTH控制，TWR（時間波形復制）控制

• 隨機運動試驗：地震波測試控制

• ? 復雜運動試驗

1. 復雜運動試驗：多個正弦信號的組合：SRS（沖擊響應譜）控制， ?地震波
2. 多正弦組合：SRS控制、地震波
3. 衰退(Decaying)正弦曲線的組合：SRS控制、地震波

晶鉆儀器的振動測試系統(tǒng)提供各種能力，以滿足您的抗震鑒定測試和地震模擬的需要。

地震波監(jiān)測儀器推薦：

4通道：Spider-20E/Spider-20 超小型動態(tài)信號分析儀、CoCo-80X 手持一體化動態(tài)信號分析儀與數據記錄儀

8通道：Spider-80X 多通道動態(tài)信號分析儀、CoCo-80X 手持一體化動態(tài)信號分析儀與數據記錄儀

16通道：Spider-80X 多通道動態(tài)信號分析儀、CoCo-90X 手持一體化動態(tài)信號分析儀與數據記錄儀

32或更高通道：Spider-80Xi/Spider-80X 高通道數據采集與分析系統(tǒng)

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SRS合成基礎

沖擊響應譜合成的目的是生成滿足沖擊響應譜（SRS）域中定義的所需響應譜（RRS）標準的時域波形。

單個正弦波就產生具有一個尖峰的SRS。 為了生成由測試目標譜定義的任意SRS形狀的信號，可以將多個正弦波組合成一個復合波形。

圖1 正弦波的SRS

SRS合成使用一系列的正弦波(稱為小波)來生成時間波形。從波形中生成SRS并不是一個線性過程，而且有許多具有相同SRS的時間波形。沒有直接的方法計算來自SRS的時間信號。SRS合成算法采用迭代的方法，將多個小波組合成一個“假想”波形，然后將得到的SRS與指定目標譜進行比較，從這個結果產生的誤差，用于產生一個新的“假想”波形。重復這個過程，直到結果達到預期目標。

圖2 多重正弦波的SRS

一旦我們有一組包含足夠多頻率的小波，SRS在一定程度上就是可控的。改變這些正弦波的振幅會改變SRS的形狀。這是SRS合成的基本原理。

為了說明合成過程，請參考下圖。首先，用戶需要定義一個RRS（所需的響應譜）作為目標。然后定義各SDOF濾波器共振頻率對應的若干小波。可以調整這些小波的振幅，使合成波形的沖擊響應譜接近RRS。

圖3 SRS合成

雖然合成的波形可能符合SRS標準，但它可能不能滿足零終止速度和零終止位移的要求。在合成了波形后，將位移補償應用到振動臺上。這將由晶鉆儀器的振動控制系統(tǒng)（VCS）軟件自動完成。

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測試參數

晶鉆儀器的振動控制系統(tǒng)（VCS）中，在測試配置窗口，測試參數部分包括主要分析參數設置，安全中止靈敏度和瞬態(tài)隨機測試的控制策略。

瞬態(tài)隨機測試參數配置

非加速控制

基于行業(yè)的應用，如力限制，要求非加速量控制。非加速控制允許用戶在不常見的情況下使用，如旋轉振蕩器系統(tǒng)或位移，速度控制。

要選擇非加速控制，EDM上進入設置 – >輸入通道 ，找到非加速控制選項。非加速控制按鈕在下圖中已用紅色標出。

非加速控制

對于瞬態(tài)隨機測試，下面的選項可供選擇

• 線性加速度控制: 這是最常用的默認設置。它允許使用加速度進行控制。目標譜將被設置為加速度。
• 角加速度控制:?這種模式允許旋轉振動篩系統(tǒng)做控制。線性加速度計是用來測量輸入時的線性加速度信號，但是使用角加速度做控制。輸入測得的信號被轉換成角加速度信號，以匹配控制目標譜。該轉換所需的半徑的值是必需的，并且強制用戶在通道表中的每個通道旁邊輸入這個值。該目標譜使用角加速度定義，單位rad/s2。
• 非加速度控制: 該模式中，用戶可以從控制物理量下拉列表中選擇需要的量綱。最常用的量是力，位移和速度。使用下圖所示的下拉菜單選擇控制量綱，目標譜將以相同的量綱定義。通道表中的量綱會根據下拉菜單中選擇的輸入測量量綱自動切換。在此模式下振動臺參數限制將不起作用，所以用戶需要仔細定義目標譜，以保證安全運行。

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沖擊波形可以是任何常用的波形，如正弦、三角和梯形，或者白噪聲，也可以從文件中導入。用戶可以調節(jié)補償，使得沖擊周期尾部具有零位移和零速度。

測試目標譜

打開晶鉆儀器EDM的振動控制系統(tǒng)（VCS），波形可以在測試配置窗口下的測試目標譜中定義，可以從文件中導入，或者從標準信號類型（正弦，三角等）中創(chuàng)建。接著用戶可以在數據窗口中進行乘法運算或者重新縮放。

如果要創(chuàng)建新的波形，點擊從文件導入，從本地文件夾中導入數據點。或者點擊從模型創(chuàng)建，跳出波形模型對話框，從標準信號函數中定義模型。

波形類型：正弦, 三角波, 線性調頻脈沖, 白噪聲和bellcore。線性調頻脈沖為從起始頻率掃頻到中止頻率的正弦波。

• 蜂鳴是一個塊中連續(xù)掃描從起始頻率到結束頻率的正弦波。
• 三角形脈沖 符合在美國和歐洲汽車市場的CD播放機的測試常用的標準。
• Bellcore Zone 1&2, Zone 3, and Zone 4自動加載Bellcore測試規(guī)范需要的地震的時間歷史紀錄。此外，RRS（需要的響應譜）作為顯示是可用的，通過窗目錄菜單，允許直接比較控制SRS和Bellcore’s RRS。
• Sine?Beat是兩個略微不同的頻率之間的干擾，兩個頻率的速率之間的差的周期性變化。
• Door Slam包括兩個參數，加速度幅值和衰減率。牽引器被安裝在試驗臺上，以模擬車輛關門聲的振動效果，并且通過足夠大的力激活牽引器傳感器，使車門上鎖，織帶應一秒后被提取。
• 峰值：波形的峰值幅值
• 時域塊：波形塊的總大小，為采樣點數。
• 采樣頻率：采樣率，每秒的采樣點數。塊大小除以采樣頻率等于該塊信號的時間長度。

表示加速度/速度/位移的瞬態(tài)波形

波形補償

補償可以施加到波形上改變其速度和位移特性。重要的是，在整個波形平均位移和速度為零，否則在多個波形周期之后將超過振動臺的限制。對于加速度信號，補償也可以通過應用高通或低通濾波器來實現。

有6種波形補償方法：刪除加速度DC，Remove Vel. DC,高通濾波器，磚墻高通濾波器，低通濾波器，重縮放和水平翻轉。

補償方法

要使用其中一種方法，請選擇它并按“插入”。可以插入任意數量的這些項目。通過單擊并拖動列表中的項目，更改項目順序。

• 刪除加速度DC根據直流偏移消除應用加速度波形進行平均值零直流。
• 高通濾波器插入一個與用戶自定義的截止高通濾波器。
• 磚墻高通濾波器插入一個磚墻高通濾波器，它有一個更清晰的截止斜率。
• 低通濾波器插入一個低通與用戶自定義的截止濾光片
• 重縮放重新調整幅值的波形由用戶指定的因子。
• 水平翻轉將信號圖沿水平線旋轉180度。

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沖擊控制過程本質上是時域波形復制過程，它使用基于FFT的算法來為測試系統(tǒng)動力學做更正。算法類似于隨機控制用的算法。不同之處在于測試目標譜是如何定義的：在隨機控制里,它是定義在頻域；在沖擊控制里，它是定義在時域。

假定振動測試系統(tǒng)是線性的，這意味著它的任何輸入的響應可以從它的頻率響應函數進行預測。在控制過程中，該頻響不斷估計和更新，并用來計算所述輸出驅動信號。該輸出波形應導致測試系統(tǒng)中一個的控制信號的測試信息相匹配的方式作出反應。

控制系統(tǒng)的數學原理

系統(tǒng)輸出y（t）可以被計算為系統(tǒng)輸入，X（T）和系統(tǒng)的脈沖響應h（t）之間的卷積。

y(t) = h(t) * x(t)

然而，卷積是棘手的計算，并且可能無法完全確定的脈沖響應。幸運的是，此卷積等效于在頻域相乘。系統(tǒng)輸出y（t）被置換為輸出頻譜Y（f）中，輸入值x（t）被替換為X（f）和所述脈沖響應h（t）被置換的頻率響應函數H（六）。計算傅立葉變換Y（f）和X（f）是簡單的，并且確定H（f）為不是H（F）要容易得多。

控制器計算由所需的測試系統(tǒng)輸入值x（t）的:

? x(t) = IFFT( X(f) ) = IFFT( R(f)/H(f) )

?? ? ?? = IFFT( FFT( r(t) ) / H(f) )

其中R（f）為在頻域中的測試信息和IFFT是逆FFT（對于傅里葉變換的算法）。測試信息是由用戶為r（t）的規(guī)定，在時域，然后被變換成R（六）在測試開始之前。

在經典沖擊試驗，R（t）可以是一個半正弦，鋸齒，三角形，矩形，梯形，或具有正弦形狀。

脈沖形狀可以為半正弦、鋸齒、三角、矩形、梯形或者半正矢。脈沖本身一般都是單邊——位移只在一個方向。這些脈沖將導致振動臺一個方向上產生極大的動圈偏移。要保持動圈的中心位置，每個脈沖必須要零平均位移。這就需要對脈沖添加一個前尾部和后尾部的補償。

波形補償

在每個脈沖輸出的盡頭，振動臺必須返回到它的初始位置。然而，用在經典沖擊測試里的脈沖形狀是單邊的，意味著如果不使用波形補償，振動臺動圈會產生剩余的位移和速度。連續(xù)的幾個脈沖后動圈將運動至位移極限，無法再輸出脈沖。

補償是修正控制信號使得脈沖的終止位移和速度為零的方法。它涉及到在主脈沖之前和之后添加較小的脈沖。

單一矩形脈沖的加速度，速度，位移響應

給定一個主脈沖形狀，有不同的補償算法來產生優(yōu)化主脈沖波形。主脈沖能添加前和/或后補償。

一些別的文獻用調節(jié)代替補償。補償的目的是確保終止的速度和位移為零。下圖顯示一個在加速度半正弦脈沖添加前和后補償后的脈沖波形。

沖擊脈沖補償

當產生目標譜波形時，很重要的一點就是不要超過振動臺的限制。這些限制包括驅動系統(tǒng)的電源的電壓和電流能力，和系統(tǒng)產生峰值加速度，力，速度，和位移量級。

安全特點

在正弦模式下，有一些安全功能，有助于防止損壞振動臺和相關設備。在沖擊模式下，振動控制系統(tǒng)有多種安全特點，以防止振動臺和相關設備損壞。在振動臺測試系統(tǒng)中，有3種不同類型的檢測，任何一種檢測失敗，系統(tǒng)就會觸發(fā)一個事件。這些事件的響應活動可以在事件觸發(fā)規(guī)則中自定義。3種檢測分別為：

1. 最大振動臺驅動電壓限制
2. 通道過載或檢測丟失
3. 沖擊中止限制

當輸入通道過載或因傳感器故障、意外網絡中斷引起信號丟失時，Spider 振動控制器會自動檢測并終止測試。

如果發(fā)生意外網絡中斷或電源丟失時，Spider（如Spider-81）能夠把測試數據和狀態(tài)信息存入至閃存中，防止數據丟失。內部的備用電池可以供電8分鐘。對于網絡中斷，Spider 振動控制儀即能在黑盒模式下繼續(xù)運行，也能保存所有數據并執(zhí)行正常關機。

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