該視頻演示的是如何用振動臺做模態試驗，通過多個參考信號和多個響應測量，能夠生成頻響函數矩陣這是指多輸入多輸出（MIMO）測試。實驗非常簡單和便捷，小伙伴來學習下吧。

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相關視頻:

錘擊法模態測試;https://v.qq.com/x/page/u090478j1c2.html;?

做模態試驗要做哪些準備工作: https://v.qq.com/x/page/i0855rcia8c.html

模態試驗教學視頻相關字幕說明

上一集我向你們展示了如何用模態錘做模態試驗。這一集，我將向你展示如何用振動臺做模態試驗。我們需要用一臺振動臺激勵結構。通過多個參考信號和多個響應測量，能夠生成頻響函數矩陣這是指多輸入多輸出（MIMO）測試。

結構在幾個固定的自由度上激勵，響應在多個自由度上測量。如果動態信號分析儀沒有足夠多的輸入通道來采集所有自由度上的信號，我們可以移動結構上的傳感器。重復測試直到所有自由度上都采集到信號。

振動臺由一臺功率放大器驅動，功率放大器接收來自動態信號分析儀的信號。可以選擇有很多波形來驅動被測結構。常用的波形有突發隨機、周期隨機和偽隨機。被測結構必須在測試前安裝好。被測結構通過彈簧繩自由懸掛。被測結構安裝好了之后，振動臺通過力桿結構連接。

在數據采集之前，必須對結構測點劃分進行定義。在結構上標記了一組測點。之前，我已經EDM模態軟件中對測點進行劃分，因此，我只需簡單地導入網格文件。現在開始配置模態軟件。打開EDM model和新的向導。在這里，你可以看到模態測試類型列表。選擇MIMO FRF測試，按向導提示完成剩余步驟。

這里是EDM model的第一部分，幾何編輯。

這里是定義結構幾何尺寸的地方。模態是基于測點ID構造的。在這個教程中，我們加載一個模型文件。點擊文件路徑按鈕加載模型文件。打開模型文件后，對輸入通道進行設置。輸入每個通道的傳感器靈敏度參數。確保測點IDs 對應正確的通道，增量點數正確。現在點擊輸出通道設置選項卡。這里你可以配置輸出信號類型。我們打開輸出通道開關，我們將輸出類型設置為突發隨機，或者根據試驗要求設置為其它類型。

下一個選項卡稱為scope。在這里檢查儀器狀態的動態信號顯示。在這里確認傳感器通道是正常工作的，驅動電壓足夠。準備好了以后，切換到MIMO FRF測試頁面。這是測試過程的顯示界面。信號在屏幕的中間顯示，這也可以根據用戶需要調整。在屏幕的左側有一個信號的列表。它們可以被拖拽已有的信號窗口，或者雙擊它們創建一個新的信號顯示窗口。

現在讓我們配置測試參數。

點擊配置按鈕，彈出的窗口顯示信號分析參數。頻率范圍、塊大小、重疊率和平均數在這里設置。設置完了點擊OK。現在已經做好開始運行測試的準備了。點擊控制面板.上的Run按鈕開始測試。動態數據在信號顯示窗口顯示。當平均數達到時，測試停止。

現在我們移動傳感器到下一組測點。我們需要這么做，因為在一次測試中沒有足夠多的輸入通道和傳感器去覆蓋整個結構。我們需要進行多次測試來獲取所有的數據。

現在我們已經將傳感器移動到新的位置。我們已經做好了測量下一組數據的準備。測點DOFs自動更新到結構上新的位置。我們必須重復測試直到結構上所有的測點都被測量過。對結構上所有的測點測量后，我們轉到模態數據選擇、帶選擇、穩態圖、動畫形變顯示。你可以在模態數據選項卡中查看已經獲得的FRF信號。

在這里，你可以管理和查看測試。這是用來分析的信號列表。通過右擊鼠標來添加或移除測試信號。你可以從屏幕左側的數據文件中拖拽信號。你也可以通過屏幕底部的專用按鈕導入或者導出信號。

這是我們模態教程系列的第三部分。請繼續關注第四部分。

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模態試驗教學視頻相關字幕說明：

在上一集中，我們向您展示了在晶鉆儀器公司如何準備模態試驗。這一集，我們要做模態試驗，演示如何通過錘擊法，獲得模態數據。通常用力錘一類的力傳感器來測量激勵力。一個或多個加速度計來測量響應。有兩種測量方法，而且兩種法法都把激勵作為參考。第一種方法是移動力錘，你可以用力錘對結構的多個測試點進行激勵，響應點固定。第二種方法是移動響應點，固定激勵點，響應從多個不同的點采集。在這個視頻中，我將演示用移動激勵力錘的方法來進行試驗。

在安裝程序中點擊“新建測試”，這里列出了幾種測試類型。這將決定如何獲取模態數據。這個試驗，我們選擇”錘擊法”。如果有可用的3D結構模型文件，你可以跳過創建3D模型的過程。點擊”選擇”按鈕，讀入本地的模型文件，按提示操作其余的步驟。幾何編輯器中顯示結構的3D模型。我們可以檢查結構上測試點的自由度。我們不需要對模型做任何修改。

我們接著對輸入通道進行配置。這里，我們只需要兩個通道，因此我們將其它的通道關閉我們對通道靈敏度和輸入模式、測試配置進行設置。現在，我們在“測試”選項卡中對分析參數進行配置。這個界面顯示測試過程中各個測點的狀態，哪些測點已經完成，哪些測點仍未完成。

通過屏幕右側的控制面板界面，你可以停止測試，并對測試進行配置。分析參數直接位于控制按鈕下方。根據試驗要求配置參數。由于我們是做巡回激勵測試，我們必須選擇巡回模式。現在回到輸入通道列表配置自由度。我們必須給每個通道配置測點ID和增量點數。由于這是巡回激勵測試，我們必須確保激勵通道對應結構上適當的點位。測點ID代表自由度點數。由于我們從點1開始，我們需要選擇這個數字作為激勵通道的測點ID。每測量一次，我們都要改變一個激勵點，因此我們將激勵通道的增量點數設置為1。增量點數指每次測試結束增加多少個測點。我們將響應通道的增量點數設為0，將激勵通道的增量點數設為1。現在回到測試屏幕。現在測試參數已經配置好了，我們可以開始測試。

點擊運行按鈕開始測試。觸發窗口顯示已經做好接收模態錘的激勵信號的準備。觸發預覽窗口顯示激勵和響應信號。在檢查過激勵信號后，我們可以選擇接收或拒絕這個信號。被拒絕的信號將不參與平均計算。一旦達到平均次數，觸發信號窗口將關閉，FRF數據將被保存。移動力錘到下一個激勵點，你會發現激勵通道增加了1位。我們可以在屏幕的右邊看到測試的變化。我們繼續這個過程直到你獲得所有的測點。一旦所有的點都被測量了，我們可以查看獲得的數據。點擊模態數據選擇選項卡。模態數據選擇選項卡是我們管理測試數據的地方。列表顯示所有已經測得的FRF數據測試過程中，我們可以導入FRF信號到這個列表，我們也可以移除FRF信號來重復或替換一個測試。現在沒有可以刪除的之前的FRF信號。我們只需獲得新的FRF，它將會替代已經存在的FRF舉個例子，假如我們將點5的模態數據替換，我們需要重新給輸入通道配置合適的測點ID。我只讓一個響應通道可用，因為當我要在點5重復測試時，我需要替換這個測試。一旦老的FRF完成，新的FRF會替換老的FRF。你在模態數據選擇選項卡中可以看到每個給定點只允許有一個FRF信號。這說明了模態數據獲取過程。

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模態試驗教學視頻相關字幕說明：

各位好，我是晶鉆儀器公司的Walter。今天我將討論準備模態分析的技術細節。試驗模態分析是一個眾多結構振動分析的重要工具。在此我們將重點討論必要的準備以獲得高質量的頻率響應函數FRF數據。討論將包括以下幾個方面：測點的位置與方向，傳感器選擇以及測試結構的支撐。

模態測試的目的是獲取基于被測結構的網格模型的頻響函數。這一步至關重要，因為模態分析的成功取決于測量的頻響函數信號的質量。沒有高質量的頻響函數無論模態參數識別算法多么先進和強大，都不可能得到可靠的模態參數。

在采集數據之前需要定義自由度。自由度是用來描述點的編號以及方向。我們使用點的概念來表示被測結構上一個測量位置。每個點都有X，Y和Z三個平動方向。通常被測結構比簡單的平板要復雜。軟件的建模功能通過使用組件來處理這個問題。每個組件都有自己的原點和歐拉角。這確保了每個組件能使用自己的局部坐標系來確定方向。

無論何種模態測試，傳感器在獲得高質量測量結果上始終扮演重要角色。常用的傳感器類型是IEPE傳感器。IEPE傳感器的動態范圍是影響FRF測量質量的一個限制因素。所以必須確保信噪比盡可能好。IEPE傳感器具有正負5V的全量程電壓。選擇的法則是最大電壓至少為0.5~1V的傳感器。加速度計的靈敏度通常在500至1000mv/g之間。由于IEPE傳感器有固定的測量范圍，因此你的實驗設備中需要有多個靈敏度的力傳感器。根據不同的測試選擇合適的力傳感器。

這也適用于沖擊力錘。最好準備有不同的靈敏度和不同重量沖擊力錘。

另一個需要考慮的問題，是使用少量傳感器在結構上移動還是使用足夠的加速度傳感器，以便在測量過程中所有傳感器都能固定在結構上。這個選擇通常取決于試驗預算。但通常采用后一種方法來獲取高質量的結果。當移動加速計時結構可能會產生一些隨時間的變化，這是附加質量問題，它會嚴重影響我們數據的質量。還有TEDS傳感器可供選擇，這些是有內置芯片的IEPE傳感器，因此測量系統可以讀取每個傳感器的單位和靈敏度。

既然我們選好了傳感器，我們就要來確定測試結構的固定方式。測試之前需要確定對被測結構的支撐方式，這通常被稱為測試邊界條件。有兩種典型的邊界條件自由狀態或安裝狀態。多數情況下會選擇第一個選項，它最有可能產生良好的測試結果。當被測物體處于自由狀態時，激勵信號將振動能量引入并停留在測試結構中。直到結構阻尼使其自然衰減。另一方面當物體與周邊環境相連時大量的激勵能量會傳遞到周圍結構中通常意味著很難獲取更好的測試結果，為了盡可能好地估計結構的模態參數，測試的結構需要置在自由狀態下。而對于故障分析的時候，模態分析可以在測試結構正常工作的環境中進行。

對于自由的邊界條件，通常將測試結構懸掛在軟彈力繩或彈簧上來實現基于測試結構的尺寸和重量，彈力繩的尺寸和剛度可以不同。懸掛的彈力繩應該足夠柔軟從而使六個剛體模態小于第一階彈性模態的十分之一這對于懸掛和測試細長的物體尤為重要，通常這種結構應垂直懸掛使沿長軸轉動的剛體模態變得足夠低。對于水平懸掛的細長結構由于質量慣性矩較小旋轉剛體模態有很大可能在較高頻率出現。當使用彈力繩支撐被測結構時彈力繩不應直接接觸結構，這可能會增加它的阻尼。相反，被測結構應懸掛在普通的細鋼絲繩上然后連接到彈力繩。

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Poly-X是頻域模態參數估計方法。 這種曲線擬合方法比先前用于估計測試結構的模態特征的方法更快更清晰。 下圖顯示，使用相同的頻段和相同數量的模態，Poly-X曲線擬合器提供了更清晰的穩態圖，并具有更少的計算模型。 這使得用戶更容易選擇穩定的極點來提取固有頻率，阻尼，并最終提取被測結構的模態振型。

Poly-X模態參數識別算法特征：

• 基于頻域的估算方法
• 可用于單參考點或多參考點FRF數據集
• 更快更有效的曲線擬合方法
• 更清晰的穩態圖
• 較少的計算模型
• 更容易選擇穩定極點

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銳達公司使用Spider-80Xi 與EDM-Modal 做錘擊法模態試驗培訓圖

錘擊法模態試驗可以分為兩類：移動力錘固定傳感器和移動傳感器固定力錘。每種方法都有各自的優點和缺點。

在一個方向上用單軸加速度傳感器做模態錘擊試驗，當我們采用移動力錘固定傳感器方法時得到頻響函數FRF矩陣的一行，當采用移動傳感器固定力錘方法時得到FRF矩陣的一列。當得到FRF矩陣的一列時，我們可以交換每個FRF響應和激勵的位置，從而得到FRF矩陣的一行。接著用曲線擬合一列FRF矩陣元素，可以求得試驗結構的模態參數。

然而，一些測試使用多個加速度計或在多個方向測量數據。盡管基本原理和采用一個單軸加速度傳感器相同，但在進行試驗時必須確保FRF矩陣有完整的行或完整的列。如果所得到的FRF矩陣不包含完整的行或完整的列，則無法得到結構的固有頻率、振型和阻尼。

一個單軸和三軸加速度傳感器的不同的錘擊試驗方法

1.移動力錘固定傳感器

響應測量點固定在圖1點3，力錘可以敲擊整個結構任意位置。這種方法的缺點是測量時間長。另一個缺點是難以激勵起復雜的被測結構的模態。這種方法的優點是不會引入的附加質量效應。

圖1 移動力錘試驗

2.移動傳感器固定力錘

激勵點固定在圖2點1，加速度傳感器可以在整個結構上移動。這種方法有助于激勵起復雜的結構的模態。如果使用多個加速度傳感器可以縮短試驗次數。然而，移動傳感器會引入附加質量效應，影響結果的準確性。

圖2 移動傳感器試驗

現在我們來看一個例子，目的是測試結構的三維模態。獲取一個結構的三維模態需要從三個方向獲取數據。

1.移動響應點（三軸加速度傳感器）固定激勵點

在固定點（如點1）對結構進行激勵，移動三軸加速度傳感器，采集結構在x、y和z三個方向上的響應，從而獲得FRF矩陣完整的一列。這個方法的優點是比較容易激勵起結構的模態。然而，移動三軸加速度傳感器會產生質量附加效應。為了減輕這種效應的影響，可以使用質量小的三軸加速度傳感器。

圖3 移動響應點（三軸加速度傳感器）

2.移動激勵點固定響應點（三軸加速度傳感器）

將三軸加速度傳感器固定在一個位置（如點1），移動力錘在z方向激勵結構，得到如圖4的FRF矩陣元素（黑色）。

圖4移動激勵點（只在z方向激勵）固定響應點（三軸加速度傳感器）

上述FRF矩陣是不完整的，因為沒有得到傳遞函數矩陣的一行。因此用曲線擬合不能夠得到結構的模態參數。

為了得到完整的矩陣，每個激勵點都必須在x、y、z三個方向上進行激勵。

圖5移動激勵點（在x、y、z三個方向激勵）固定響應點（三軸加速度傳感器）

現在FRF矩陣有三個完整的行，這是一個多輸入多輸出的案例。在曲線擬合之前要交換激勵和響應的位置。該方法的一個缺點是不能對一個扁平的表面進行三個方向激勵。解決這一問題的方法是在每個激勵點附加一個塊，作為試件的突出結構，可以在x、y、z三個方向激勵附加的塊，從而獲得所有自由度的數據。該方法的另一個缺點是每個激勵點都要在x、y、z三個方向激勵，測試需要的時間較長。

這樣我們已經討論了分別使用一個單軸和三軸加速度傳感器的不同的錘擊試驗方法。

多個加速度傳感器的錘擊試驗方法

接著我們討論一下錘擊試驗中使用多個加速度傳感器會發生什么情況。對大型結構進行模態錘擊試驗時使用一個傳感器，試驗時間會很長，使用多個傳感器可以縮短試驗時間。通常，所有的錘擊試驗都是單輸入多輸出的試驗。在上述移動激勵點并使用一個單軸加速度傳感器的例子中，力錘在整個被測結構上移動，加速度傳感器固定在一個自由度上，這可以看做是單參考點多輸出的例子。類似的，激勵點固定，一個單軸加速度傳感器在整個被測結構上移動，也可以看做是單參考點多輸出的例子。當使用三軸加速度傳感器時，移動傳感器可以獲得FRF矩陣的一列，這也是單輸入多輸出的例子。然而，移動激勵點并使用三軸傳感器是一個多輸入多輸出的例子，因為在x、y、z三個方向上都有參考點。

當移動激勵點并使用多個單軸加速度計進行試驗時，由于多個傳感器存在多個參考點，FRF矩陣本質上是多輸入多輸出的。

1.移動激勵點并使用多個單軸加速度傳感器

圖6移動激勵點并使用做個單軸加速度傳感器

使用兩個固定在點1和點2的單軸加速度傳感器，移動激勵點，得到的FRF矩陣（圖6）有完整的兩行。通過觀察我們知道矩陣有多個參考點，所以這是一個多輸入多輸出的案例。

2.移動響應點并使用多個單軸加速度傳感器

圖7 移動響應點并使用多個單軸加速度傳感器

對于移動響應點的錘擊試驗，因為只有一個參考點（激勵點1），所以得到的FRF矩陣本質上是單輸入多輸出的。如前所述，使用多個傳感器可以減少試驗的次數，但是會引入質量附加效應。另一種抵消該效應的方法是在試件的其它測量自由度上粘貼附加的質量塊，確保在整個試驗過程中沒有時間變量。

結論

總而言之，有兩種錘擊試驗的方法。我們可以使用單軸或三軸加速度傳感器。試驗時必須保證獲得的FRF矩陣有完整的行或列。如果不能做到這一點，就無法得到試驗結構的模態參數。為了減小質量附加效應的影響，應該使用質量輕的加速度傳感器，此外也可以在其它自由度上粘貼附加的質量塊。當需要對試件三個方向做激勵時，可以在三個方向上錘擊粘貼在試件上的附加質量塊。使用多個加速度傳感器可以減少試驗次數。FRF矩陣是單輸入多輸出還是多輸入多輸出，取決于有一個參考點還是多個參考點。

小提示：您可以使用晶鉆儀器公司的動態信號分析儀CoCo-80X或動態數據采集儀Spider-80X結合EDM-Modal模態測試軟件進行錘擊法模態實驗，它不僅在確保采集數據精確性的同時大大簡化了試驗步驟。如果需要學習EDM模態分析軟件的更多知識，請訪問：http://www.cn-hua.com/edm-modal-analysis

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在實際擬合時，基于FRF集合是單參考點還是多參考點，EDM?Modal軟件會自動選擇使用LSCE還是PTD。

EDM Modal 高級模態分析主要特征如下：

• 基于標準模態分析的所有特征和功能
• 提供PTD擬合算法
• 根據參考點個數自動選擇擬合算法。

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模態實驗完成后，所有的FRF數據可用來進行下一步的模態分析。用戶也可以從外部導入需要的FRF數據，增加或替換某些FRF信號。編輯完成的FRF數據列表可導出到本地成為一個已選擇集合，也可以導入已選擇的集合直接用于分析。這些操作集中在“模態數據選擇”模塊。所有的FRF數據都能在模塊瀏覽，同時幾何模型顯示已選擇信號的測點，信號窗口分單獨顯示和集中顯示兩種方式瀏覽信號。

單擊“模態參數”健，模態辨識過程將被啟動。模態指示函數（MIF），包括MMIF，CMIF, RMIF，虛部集總，以及Mag集總，有助于指示重根和高度偶合的根（模態）。

穩態圖（Stability Diagram）是模態參數識別的一種迭代方法。在標準模態分析中，我們使用最小二乘復指數法（LSCE）識別出所有極點。在穩態圖中可以選擇穩定的物理極點（而不是計算極點），使用最小二乘頻域法進行用于下一步的振型計算。

計算出的振型結果將被保存并用以進行振型的動畫顯示。 模態置信準則（MAC）和FRF綜合都可用來驗證模態參數的正確性。

EDM Modal 標準模態分析主要特征如下：

• 易用的模態數據選擇
• 采用反卷積使信號平滑（僅限OMA模態測試）
• 模態指示函數： Multivariate MIF, Complex MIF, Real MIF, Image Sum
• 自定義需要進行參數辨識的頻段
• 穩態圖
• 提供曲線擬合算法LSCE
• 模態形狀計算的最小二乘頻域(LSFD)算法
• 可編輯的模態振型表
• 模態振型動畫
• 自/互MAC計算和顯示
• 擬合FRF與測量FRF對比
• 輸入/輸出振型：UFF格式

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典型的模態分析方法和程序是基于在實驗室進行的強迫激勵試驗。頻率響應函數（FRF）作為輸入的模態參數被測量。然而，測試結構承受的實際負載條件通常與實驗室測試中使用的條件有很大不同。許多情況下（如：海洋平臺的激勵或橋梁上運行/風的激勵），想要進行強制激勵測試非常困難，即使不是完全不可能，至少標準的測試設備是無法測試的。這種情況下，只測量響應振動數據通常是唯一可用的辦法。

工作模態測試只測量和處理環境振動響應的數據，為這些參數標示做準備。使用去卷積方法可以進一步順利得到交叉功率譜向量。

模態分析過程與工作模態測試是實時同步進行的。

模態測試軟件的工作模態測試特點：

• 易于使用的測試流程
• 點/方向自動/手動增量
• 用戶定義的參考通道
• “作用域” 選項卡在測量前查看通道數據
• 擴展了所有輸入通道與參考通道的交叉功率譜
• 交叉功率頻譜矢量平滑, 多次或取消

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模態實驗分析過程增加了MIMO步進正弦模態測試。

MIMO步進正弦模態測試特點：

• 測試操作簡單易用
• 測點/方向支持自動/手動遍歷
• 一個掃正弦激勵信號(參考信號)
• 多點正弦激勵
• 多次掃頻循環
• 激勵輸出量級可設定，或控制輸入通道幅值
• 線性，指數掃頻模式
• 測量策略支持濾波，RMS，平均，峰值
• 支持比例或者固定濾波，用戶自定義帶寬
• 支 持 用 戶 自 定 義 起 止 頻 率 、 點 數 、頻 率 間 隔、轉 換 速 度

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實驗模態分析過程與SIMO步進正弦模態測試可集成運行。

SIMO步進正弦模態測試特點:

• 測試操作簡單易用
• 測點/方向支持自動/手動遍歷
• 一個掃正弦激勵信號(參考信號)
• 激勵輸出量級可設定，并可以開環方式掃頻，或閉環方式控制量級。
• 線性、對數步進模式
• 比例濾波、RMS值、平均、峰值4種測量策略
• 固定、可變比例跟蹤濾波器,用戶可定義帶寬
• 用戶可定義開始/結束頻率，步進頻率點數，頻率間隔（或點數/Oct），頻率移動速率

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