在本文案例中，棒球棒的模態參數是通過模態實驗分析得到的。使用兩個單軸加速度計和一個力錘進行錘擊試驗。巡回激勵法避免了巡回響應過程中可能引入的質量附加效應。力錘錘頭選擇硬金屬頭，以激發更高頻率的模態。EDM Model軟件中的錘擊法測試模塊用于此試驗。

圖1 棒球棒錘擊法模態試驗

為了獲得良好的模態振型空間分辨率，將棒球棒模型均勻劃分成168個測點的幾何網格。用橡皮繩懸掛棒球棒來模擬自由-自由的邊界條件(如實驗裝置所示)。單軸加速度計固定在兩個測點上，模態沖擊錘在所有測點上移動。測量激振力和徑向響應加速度，得到面外模態振型。

圖2 棒球棒幾何模型

采樣速率設置為8kHz，塊大小設置為8192，以確保響應自然衰減，不需要加窗。通過這兩個設置，能得到0.976 Hz的頻率分辨率。每個測量自由度上對3幀數據進行線性平均，可以獲得更高精度和降噪后的測量結果。

錘擊激勵能夠激發3.5 kHz頻率范圍內的響應。采用這種設置，就不會產生頻譜泄漏，可以選擇一個均勻窗。

圖3 ?棒球棒錘擊法測量

相干圖驗證了測量結果，上圖的相干圖表明測量結構很好。相干圖的谷值出現在反共振頻率處，說明在對應頻率處的響應水平相對較低。總的來說，輸入和輸出在分析頻率范圍內是相關的。

頻響函數顯示，在分析頻率內，能很好地識別出共振峰。排列良好的峰表明結果中不存在質量附加效應。

圖4 模態數據選擇選項卡顯示重疊的頻響函數曲線

頻段選擇選項卡顯示復模態指示函數(CMIF)和用于指示固有頻率峰值的求和頻響函數。采用Poly-X算法對頻響進行曲線擬合，得到分析頻率范圍內的柔性模態。

圖5 測量FRF的頻段選擇

下面的截圖顯示了與穩定的物理極點相關的棒球棒的彎曲和扭轉模態。

圖6 彎曲和扭轉模態

這些結果說明了使用EDM Modal軟件對小型復雜結構進行復雜模態試驗的可靠性和效率。

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本文描述了對加工設備進行實驗模態分析獲得模態特征的案例。使用兩個三軸加速度計進行了錘擊試驗，研究了試驗裝置的模態特性。巡回響應法獲得FRF矩陣的一列。由于加工設備較大，選用大力錘以提供足夠的激勵。使用EDM?Modal軟件的錘擊法測試模塊執行該試驗。

圖1 ?加工設備的錘擊法模態實驗

將加工設備的三維幾何模型粗糙地劃分成28個節點均勻分布的網格。將加工設備安裝在其工作條件下進行模態實驗。三軸加速度計巡回通過不同的測點，大力錘在一個固定的參考點激勵結構。測量X、Y、Z三個方向的激振力和響應加速度，分析獲得三維模態振型。

圖2 加工設備三維幾何模型

由于結構的固有頻率較低，因此采樣率設置為200Hz，塊大小設置為4096，以確保響應自然衰減，不需要施加窗函數。使用這種設置，可以獲得精細到0.05Hz的頻率分辨率。每個測量自由度上對3幀數據進行線性平均，可以獲得更高精度和降噪后的測量結果。

錘擊激勵能夠激發100Hz頻率范圍內的響應。采用這種設置，就不會產生頻譜泄漏，可以選擇一個均勻窗。

圖3 ?加工設備錘擊法測量

頻響測量顯示在分析頻率范圍內的共振峰。頻響重疊表明峰值排列良好。由于傳感器體積小，重量明顯小于加工設備，因此質量附加效應極小。

圖4 模態數據選擇選項卡顯示重疊的頻響

采用Poly-X法對頻響函數進行曲線擬合，得到如下穩定性圖。在所需的頻率范圍內選擇柔性模態。多變量模態指示函數(MMIF)用于指示固有頻率上的谷值。

圖5 柔性模態的穩態圖

Auto-MAC矩陣幫助用戶驗證結果。下面的Auto-MAC矩陣表明，振型之間是正交的(低非對角元素)，并且是唯一的(高對角元素)。一些非對角元素偏高，表明該結構模態試驗的空間分辨率較低。采用更多的測點進行模態測試，可以得到更好的MAC矩陣。

圖6 加工設備錘擊法模態試驗 Auto-MAC圖

下圖顯示了與穩定物理極點相關的一些振型的動畫。

圖7 加工設備柔性模態振型

結果表明，晶鉆儀器公司的EDM模態軟件能夠有效地應用在大型復雜結構的復雜模態試驗上。

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終結者、機械戰警、機械威龍以及機動戰士高達（霧）等系列影視作品在1980~1990年代初的熱播，“機器人戰斗”這一概念在民眾中初步建立，并引發討論的熱情。1992年，腦洞大開的工程師Marc Thorpe在設計遙控真空吸塵器的失敗過程中，萌生了“以現有科技水平制作格斗機器人舉辦格斗大會”的念頭。在數次失敗的嘗試后，1994年初Marc最終成功吸引了資本的注意，在三蕃市舉辦了第一屆Robot Wars，并于媒體投放大量廣告，利用“機器人”熱潮吸引觀眾。

可惜的是，被雜志、報紙上大量經Photoshop加工的海報吸引而至、不明真相的群眾卻感受到了深深的欺騙。。。

宣傳的時候是這樣的

這樣的

甚至這樣的

觀眾的期待是這樣的

這樣的

甚至這樣的

可現實中的參賽選手是，這樣的

這樣的

以及這樣的

。。。。。。。。。。

機器人的攻擊手段基本是這樣的

戰斗場景基本是這樣的

。。。。。。。。。。。

好在，第一屆比賽的舉辦起到了足夠的宣傳作用，盡管比賽本身不如人們期待般激烈精彩，但這一點同樣激起了很多觀眾參與其中的欲望。“哎呀媽呀，這樣的也能上啊？那我也能上。”。于是乎，《機器人大擂臺》這個比賽節目就一屆一屆的舉辦下去，直到現在。

以上內容來自知乎，如果侵犯您的版權，。。。。

調侃完畢，下面進入今日主題《對戰斗機器人的模態分析》。

對機器人的模態分析

此實驗是晶鉆儀器, PCB group 和ICEWAVE聯手在晶鉆儀器總部完成的。晶鉆儀器提供了基于Spider-80X的EDM Modal 模態分析系統；PCB group提供了力錘，加速度傳感器，等設備。三方人員協同工作，順利完成了所有設想的實驗。 

圖0 戰斗機器人ICEWAVE battlebot

在機器人競賽中，獲勝者試圖通過造成傷害或破壞關鍵部件來摧毀對手。在設計研發過程中，工程師通過模態試驗獲得機器人的固有頻率、阻尼和模態振型，幫助識別結構中的薄弱環節。因此，模態分析獲得機器人的模態參數，對機器人的設計和性能優化具有重要意義。

錘擊法模態試驗，采用力錘和單軸加速度傳感器。由力錘激勵的脈沖具有很寬的頻率范圍。為避免巡回響應法產生的質量附加效應，采用巡回激勵法進行模態試驗。

使用Spider-80X硬件和最新版EDM 10.0 模態軟件進行錘擊法模態試驗。

圖1 機器人模態錘擊試驗

將槳葉模型劃分成30個節點均勻分布的網格，以獲得良好的模態振型空間分辨率。使用彈性繩懸掛機器人，模擬自由-自由邊界條件（如上圖所示）。用金屬錘頭的力巡回敲擊每個測量點，使用粘貼在測點上的單軸加速度傳感器捕捉沖擊激勵的響應。測量垂直槳葉方向上的激勵和響應有助于獲得面外模態振型。

圖2 機器人幾何模型

我們對機器人結構3.5kHz頻率范圍內的模態感興趣，因此設置采樣率為8kHz，塊大小為8192，從而得到0.9765Hz的精細頻率分辨率。每個測量自由度上對3幀數據進行線性平均，可以獲得更高精度和降噪后的測量結果。

使用金屬錘頭的力錘容易激發3.5kHz頻率范圍的脈沖。使用較大的塊大小能確保響應自然衰減，而無需引入力-指數窗函數。這種塊大小的另一個優勢是可以獲得更精細的頻率分辨率。通過這些設置，不會產生頻譜泄露，可以使用均勻窗函數。

圖3 機器人錘擊激勵測量

相干圖可用于驗證測量結果，從上圖的相干圖可以看出測量結果不錯。相干圖的谷值出現在反共振頻率處，說明在對應頻率處的響應水平相對較低。總體來說，輸入和輸出在分析頻率范圍內是相關的。

從模態數據選擇選項卡中可以看到，測量頻響信號的激勵和響應自由度可以相互自由切換。

頻響曲線顯示在3.5kHz分析頻率范圍內有良好的峰。將30個實測頻響疊加，可以識別出幾階模態振型。峰重疊良好說明測量結果較好，沒有產生質量附加效應。

圖4 模態數據選項卡顯示疊加后FRF的幅值和相位

復模態指示函數(CMIF)用于指示分析頻率范圍內的模態。此外，還可以通過求和頻響函數來識別模態。采用新的Poly-X算法對頻響函數進行曲線擬合，得到如下穩定性圖。在所需的頻率范圍內選擇六階柔性模態。

圖5 在分析頻率范圍內通過模態指示函數定位和識別模態

選取穩態極點，得到感興趣模態的固有頻率和阻尼比。通過殘差計算獲得與每階模態相關聯的模態振型。

圖 6   40 Hz 時機器人的一階彎曲模態

圖 7   345 Hz 時機器人的一階扭轉模態

圖 8  509 Hz 時機器人的高階彎曲模態

圖9  2004Hz時機器人的彎曲和扭轉模態綜合

通過快速掃描測量頻響數據集，可以將機器人在每個頻率的變形可視化。通過這些頻譜數據，我們知道各階模態是解耦的，因此可以使用ODS功能分析和研究在這些不同頻率上的工作變形和擾度。

圖10 機器人的頻域ODS

首先感謝您的不離不棄，用極大的耐心將該篇文章閱讀完。

模態實驗進行了一下午，就順利的結束了，我們也滿意的拿到了ICEWAVE battlebot模態參數，驗證了其戰斗的可靠性，并根據模態數據給予專業的技術評估和建議，改善其力學特性，以便能發揮最大的破壞力及抗擊打能力。

實驗最后，ICEWAVE battlebot給實驗現場的人來了一場真人秀，并當場砸碎了幾個機器人以及周圍的垃圾桶，因為保密的原因我們無法將現場的圖片和視頻發給各位欣賞，但是ICEWAVE battlebot 將會在電視《探索》頻道（Discovery Channel）上出現，我們期待大賽中，它能夠取得優異的成績。屆時我們會發送相關的表演給大家分享。

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根據試驗結構的變形信息（即形變的大小和方向），通過增加阻尼、改變剛度或者重新分配質量對試驗結構設計進行優化，改善測試單元的結構性能。

模態分析軟件EDM Modal 工作擾度形狀?(ODS) 能夠將試驗結構的變形很好地可視化。時域數據和頻域數據通過幾何模型動畫動態顯示。這一功能在所有的EDM Modal模態測試和分析類型中都能使用。

時域ODS將結構所有階次的模態振型疊加顯示。頻域ODS根據固有頻率劃分，將結構的各階模態振型單獨顯示。

圖1. 頻域?ODS 動畫

在這個實驗中，有機玻璃板用彈簧繩懸掛，以模擬自由-自由邊界條件。通過EDM Model模態測試軟件創建有機玻璃板的幾何模型，在幾何模型上劃分網格。用模態激振器激勵平板，通過在網格測點上巡回的單軸加速度傳感器捕捉響應。

圖?2. 有機玻璃板的模態激振試驗

這個模態試驗的采樣率選用1.28kHz，塊大小選用4096，通過這種配置獲得0.3125Hz足夠高的頻率分辨率。每個測量自由度通過28次線性平均計算獲得較低的背景噪聲和較高的測量精度。

突發隨機激勵可提供576Hz頻率范圍內的能量。同時支持設置突發百分比，以控制無輸出持續時間，有利于響應衰減至零。通過這一設置，信號將不會有泄露，因此可以選用矩形窗。對于這個試驗，輸出幅值設置成0.2V，突發百分比設置成80%。

激振器法模態試驗完成后，對不同運行的頻響函數FRF進行處理，以獲得ODS數據。?EDM的數據庫結構非常便于瀏覽和選擇數據。選擇的數據集可以通過幾何模型動畫顯示。時域或頻域的振動動畫支持保存為.avi格式的視頻或.gif格式的圖片。任意特定時刻的結構變形可以保存為圖片文件。

源類型根據測試數據集選擇。通常，它可以是時間、FRF或頻譜，比如用于工作模態分析（OMA）測試的CPS。下面的截圖顯示?FRF ODS動畫。可以通過鼠標將光標沿著頻率橫坐標移動到需要的位置。

圖?3. FRF ODS

在信號圖的上方，可以點擊播放按鈕來播放ODS動畫。再次點擊播放按鈕，可以停止動畫播放。可以使用向前或向后按鈕向前或向后移動數據點。停止按鈕將使當前光標回到開始位置。除了幾何顯示按鈕，還有幅值增大和減小按鈕。

支持駐留在某個頻率、向后掃頻、設置掃頻速度（滑動條）、設置動畫速度（滑動條）和歸一化模態等功能。歸一化模態有助于放大觀察ODS在非固有頻率對應低振幅頻響下的運動，也有助于清楚地觀察結構各階模態間的轉換。用戶可以通過調整橫軸和縱軸改變顯示視角和比例。左下角的文本欄會顯示狀態信息。

下圖顯示了有機玻璃板的ODS，其中圖4是剛性模態，圖5是前兩階彈性模態。

圖?4. 剛性模態?ODS

圖?5. 彈性模態?ODS

了解更多，請訪問https://www.crystalinstruments.com/.

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模態試驗和分析是產品開發周期中的關鍵環節。有時由于低頻段的頻率分辨率不夠高，測試結果會出現幾個數量級的錯誤。晶鉆儀器公司的專利多分辨率（MR）頻譜技術克服了這個問題。本文介紹了使用常規FFT和多分辨率頻譜技術FFT的模態試驗，并對兩種方法的定量分析結果如阻尼、FRF幅值、Auto-MAC圖和模態形狀等進行比較。

試驗

模態分析是優化被測試件力學性能的重要過程。研究結構的固有頻率、阻尼和振型有助于用戶優化被測試件的結構。為了準確地獲得模態參數，適當地配置測試參數和清楚地識別模態是很重要的。

在機械結構和聲學應用中，許多問題在頻譜分析中都需要非均勻的頻率分辨率。在這些應用中，要求低頻段比高頻段有更高的頻率分辨率。例如，一些機械結構可能在較低的頻率范圍內有密集模態，因此更高的頻率分辨率有助于使模態分析結果更準確。然而，高分辨率測量和計算可能會花費更多的時間。

晶鉆儀器公司提供獨一無二的多分辨率頻譜專利技術解決方案。多分辨率頻譜技術是對單通FFT的一種改進。它的基本原理是對相同的輸入時間流信號進行兩通或多通的FFT變換，然后在頻域中合成一個頻譜。多分辨率頻譜技術在低頻段提供比高頻段高8倍的頻率分辨率，無需使用巨大的數據塊大小和耗費很多計算資源。

本文的模態試驗比較了多分辨率頻譜技術和單分辨率頻譜技術（常規FFT）的分析效果。在本案例中，通過MIMO FRF試驗，用兩個模態激振器和14個加速度傳感器獲得車牌的模態特征。激振器對結構作長時間的能量激勵，確保有更多的數據集。高質量的測量也有助于簡化模態參數的估計。

圖1. 用Spider-80x做模態激振試驗

用兩臺晶鉆儀器多通道振動噪聲信號采集儀Spider-80X前端和Spider-Hub組成高通道系統（14個響應通道和2個激勵通道），搭配最新發布版本EDM Modal 9.0做MIMO FRF試驗。

被測結構用彈簧繩垂直懸掛，模擬自由-自由邊界條件。讓模態激振器用白噪聲激勵來激勵車牌。車牌的響應用單軸加速度傳感器采集。在模態激振試驗中經常采用巡回響應法，但這種方法往往會引入質量附加效應。為了避免質量附加效應，一次性在所有測點上粘貼小的單軸加速度傳感器。測量z方向的激勵和響應獲得平面外的模態振型。模型的網格劃分如下圖所示：

圖2. 車牌幾何模型

我們主要關注低階模態，因此將采樣率設為5.1kHz，塊大小設為2048，用Hann窗減少泄露。通過這些設置得到的頻率分辨率是2.5 Hz. 對每個測量自由度上的16個塊數據進行線性平均計算，獲得較高的精度和更低的噪聲。

用多分辨率頻譜技術在低頻段獲得8倍于高頻段的頻率分辨率，即0.3125Hz。?不同分辨率的實現可以在不增加循環時間的情況下產生更好的結果。高頻段和低頻段的截止頻率是250Hz。在低頻段，多分辨率測試結果更好，因為具有更高的分辨率。在截止頻率之后，多分辨率譜和單分辨率譜的結果相當，因為它們有相同的頻率分辨率。多分辨率測試和單分辨率測試的所有其它配置均相同。

圖?3.車牌單分辨率?MIMO FRF 測試?

圖?4. 車牌多分辨率MIMO FRF測試

測量選項卡屏幕截圖顯示，MR和非MR模態測試的塊大小是相同的。上圖顯示兩種方法的MIMO FRF測試的塊大小都是0.4s。兩種測試控制面板上的配置也相同。兩種測試都具有很好的相干性（接近1），只在反共振頻率處有個別谷值。這驗證了輸入和輸出具有很好的相關性。這也說明試驗是可重復的。

FRF顯示在0-700Hz的頻率范圍內有4個峰值，在220Hz附近有兩個密集模態。通過繪制所有FRF的虛部，可以到觀察測量自由度之間的相位關系。在虛部圖中，各條曲線的峰值位置有良好的一致性，說明不存在質量附加效應。

圖?5. 模態數據選擇選項卡顯示非MR模態測試的FRF的虛部

圖?6. 模態數據選擇選項卡顯示MR模態測試的FRF的虛部

?

上圖表明，所有的峰值都可以通過MR和非MR模態試驗識別出來。然而，由于在0-250Hz范圍內使用了多分辨率技術，重根模態有更尖銳和清晰的峰，可以將密集模態很好地分離。

模態分析

用?Poly-X算法?(最小二乘復頻域法)和30階多項式擬合FRF，?生成如下圖所示的穩態圖。?由于使用兩個激振器作激勵?(兩參考點), 因此穩態圖中有兩個復模態指示函數。在分析頻率范圍內得到4階模態。

圖7. 非MR MIMO FRF測試的穩態圖

圖8. MR MIMO FRF測試的穩態圖

穩態圖顯示，MR和非MR模態試驗均能有效地識別出分析頻率范圍內的4階模態。然而，峰值更尖銳有助于更好地計算阻尼和模態振型。

圖9. 非MR MIMO FRF測試的模態結果

圖10. MR MIMO FRF測試的模態結果

與非MR 模態測試相比，MR模態測試能夠更好地識別前兩階模態的阻尼。在截止頻率250Hz之后，由于測試設置相同，MR和非MR測試結果相似。

因為MR測試在低頻段的頻率分辨率更高，所以測出的峰值更清晰，從而大大提高了FRF幅值估計的準確性。如下圖所示，選擇同一個自由度的FRF樣本進行比較。在截止頻率250Hz之后，MR和非MR測試的結果相似，因為它們具有相同的頻率分辨率。

圖11. MR 和非MR MIMO測試FRF比較

Auto-MAC矩陣幫助用戶驗證模態試驗的結果。下面的Auto-MAC圖表示各階模態是相互正交的（較低的非對角元素），并且是唯一標識的（較高的對角元素）。

圖12.非MR MIMO FRF測試MAC 圖?

圖13. MR MIMO FRF測試MAC 圖

MAC圖顯示非MR和MR模態測試的結果都是良好的。然而對于非MR模態測試，一階模態和二階模態的相關性更高。對于MR模態測試，因為交叉元素更接近零，一階模態和二階模態更容易區分。

采用MR技術得到的模態振型相對較好，因為具有更高的FRF幅值和更好的相位精度。左邊為非MR模態測試得到的振型，右側為MR模態測試得到的振型。

左邊為非MR模態測試得到的振型，右側為MR模態測試得到的振型

結果說明了多分辨率頻譜技術在實驗模態分析中的獨特優勢。

要了解更多關于多分辨率頻譜分析的知識，請訪問： http://www.cn-hua.com/5159.html

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剎車盤（制動盤）模態分析的最主要目的就是解決噪音問題，而噪音問題歸根結底是振動，而作為制動噪音，其發生根源是由于摩擦片在制動盤上的切向振動造成的，所以如果制動盤在盤面內的切向扭轉振型所對應的頻率與摩擦片切向振型所對應的頻率接近，很容易誘發加劇摩擦片的振動。所以制動盤的模態分析就是要發現制動盤面內扭轉振動所對應的固有頻率。

準備設備：

振動數據采集儀Spider-80X

PCB模態力錘 086C04

PCB加速度傳感器333B30

晶鉆模態分析軟件EDM-Modal

測試現場:

測試過程：

模態測試方法選用錘擊法。力錘法適用于非線性不是很強的試件，而剎車盤是線性結構非常好的剛性結構，這里選擇錘擊法是在合適不過的了。激振器法適用于復雜結構與非線性很強的試件，如主機、儀器儀表燈。

錘擊法有兩種測試方法，一種是移動力錘法，即在制動盤上標記好測試點，固定傳感器位置，將力錘逐點敲擊，通過振動采集儀獲取FFT信號。另一種是移動傳感器法，即標記好測試點，力錘敲擊固定測點，逐個移動傳感器位置，通過振動采集儀獲取FRF信號。這里我們采用第一種。

打開晶鉆模態分析軟件EDM-Modal，選擇錘擊法模態測試，通過模態軟件幾何模型編輯簡化制動盤模型，劃分為32個測點（盡量多的測點，這樣能看出振動效果），如下圖。

在#1，#10，#19，#28，#14，#23一共6個點粘貼傳感器，力錘從#1-#32分別錘擊，通過Spider-80X動態信號分析儀獲取RFR信號，每個測點取三次平均值。

實驗采集的FRF數據非常理想，力譜到了12000Hz才衰減，相干也很好，FRFs很清晰。

模態分析上選擇Ploy-X（最小二乘復頻域法）進行模態分析，計算穩態圖。

從穩態圖中選擇極點，數據看上去也非常好，階次很明顯。

進入動畫界面，評估模態實驗分析效果，可通過MAC圖分析。數據成對角線，說明非常好。

查看剎車盤振型模態數據動畫，如下圖。

最后生成報告，模態試驗結束。正常情況下，實驗要做采集多組數據，選擇最好的一組生成報告。

模態試驗的好壞，很大部分原因取決于高質量的FRF數據，以及模態軟件的算法識別。晶鉆儀器模態測試分析軟件中英文界面，向導式提示，重分析簡操作，做模態試驗您值得擁有。

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近期，銳達工程師應某客戶的邀請，協助用戶給其研發的電子產品做模態分析，了解產品結構特性，降低產品大批量部署時產品因為共振等因素引發的故障風險。如下圖為模態測試現場，試件模態實驗共計198個測點，硬件使用高通道數據采集儀Spider-80Xi（一個機箱最大64通道，并聯可擴展到256個通道），傳感器為PCB三軸加速度計，模態測試軟件為EDM-Modal，分別用錘擊法模態測試與激振器法模態測試。

198通道數錘擊法模態試驗

198通道數激振器法模態試驗

198通道數激振器法模態試驗

198通道數模態試驗-試件模態效果

杭州銳達為廣大用戶提供完整的振動噪聲測試解決方案。一套Spider硬件，即可做振動控制、數據采集、模態分析、故障診斷分析，大大降低了用戶的采購成本。隨時歡迎用戶前來咨詢，提供技術指導和上門演示等服務。

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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。

如果您無法正常播放該視頻，請復制到瀏覽器訪問：https://v.qq.com/x/page/b0908qjca60.html

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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