一種模態測試設備校準裝置及校準方法
【專利摘要】本發明公開了一種模態測試設備校準裝置，包括標準加速度傳感器組、激振器組、功率放大器、動態信號分析儀、任意波形發生器以及計算機。本發明復現了包含模態參數的物理信號，并且能實現多組包含模態參數的信號，打破了傳統校準模態測試設備的方法，避免了模態測試設備校準的不完整性和校準參數單一性問題，為模態測試設備提供了可靠的校準方法。
【專利說明】一種模態測試設備校準裝置及校準方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于模態測試與校準【技術領域】，特別涉及一種模態測試設備校準裝置及校準方法。
【背景技術】
[0002]結構的動態特性直接關系到產品研制的質量，如性能、壽命、可靠性、安全性和經濟性，成為各個行業共同關注的問題。而結構的動態特性參數的測試是通過模態分析和模態測試的方法來確定的，模態測試設備的準確性直接關系到結構動態性能參數的最終確定。但在實際的測試中，模態測試系統的校準卻存在種種問題。
[0003]目前，國內外對模態測試系統進行校準主要采取以下辦法:
一、儀器單元分立校準:測量通道上各儀器單元分別按各自的計量規程校準，而后再量值傳遞，綜合得到測量通道上的系統性能參數的準確度。此種校準方法無法計入由于各儀器單元之間性能匹配不一致所造成的系統誤差，同時沒有考慮到作為系統重要組成部分的軟件的影響。
[0004]二、測量通道系統標定:測定從傳感器前端到數據采集器整個測量通道系統(即硬件部分)的性能參數。但此種校準方法只對測量通道性能指標進行了系統校準，但也無法反映后期數據處理軟件分析結果以及硬軟件性能匹配方面帶來的誤差。
[0005]三、采用標準結構件的全系統校準，如雙V型梁:此設計制造標準結構件，該結構件的模態參數通過有限元、模態分析等方法進行預示。而該方法一個標準件只能包含一組模態參數，會造成標準構件制造成本較高，同時靈活性、可實現性較差不利于現場校準測試；另外校準測試的準確度無法定量描述，量值的溯源性得不到滿足。
[0006]
【發明內容】
本發明的目的在于:針對上述存在的問題，提供一種模態測試設備校準裝置及校準方法，其根據模態分析和模態疊加理論，構建基于結構模態參數及其激勵與響應關系的原理，從而產生標準激勵和響應波形的系統，實現對模態測試系統多階模態參數測量的綜合校準，以確保模態測試設備及其測試結果的準確可靠。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的:一種模態測試設備校準裝置，其特征在于:包括標準加速度傳感器組成、激振器組、功率放大器、動態信號分析儀、任意波形發生器以及計算機，所述標準加速度傳感器組成由多個標準加速度傳感器組成，所述激振器組由多個激振器組成，在每個激振器上分別設置有標準加速度傳感器，所述多個標準加速度傳感器分別與動態信號分析儀連接，所述動態信號分析儀與計算機連接，所述計算機與任意波形發生器連接，所述任意波形發生器分別與功率放大器、動態信號分析儀和被校準模態測試系統連接，所述功率放大器分別與多個激振器連接，所述計算機、任意波形發生器、功率放大器、激振器組、動態信號分析儀以及標準加速度傳感器組成共同構成一個閉循環控制系統，按理論計算值復現準確的信號。
[0008]本發明所述的模態測試設備校準裝置，其所述標準加速度傳感器與激振器一一對應。
[0009]本發明所述的模態測試設備校準裝置，其所述被校準模態測試系統分別與設置在多個激振器上的被校加速度傳感器連接。
[0010]本發明所述的模態測試設備校準裝置，其所述被校加速度傳感器與激振器一一對應。
[0011]一種如上述任一權利要求所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其特征在于:所述校準裝置產生一組設定的包含模態參數的信號，并由被校準模態測試系統采集并分析，最后將采集并分析的結果與設定值進行對比，完成校準。
[0012]本發明所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其具體校準方法包括以下步驟:
^0、通過計算機構建多自由度結構物理參數模型，計算并顯示多階標準模態參數，形成激勵和多通道響應波形數據并下傳數據到任意波形發生器；
0、任意波形發生器接收計算機下傳的波形數據并存入波形數據存儲器，在接受數據處理計算機的啟動信號后，將波形數據轉換為激勵和響應電信號波形，并經功率放大器將信號放大后傳至各激振器；
4、激振器產生表征標準模態參數的響應信號，該組信號由標準加速度傳感器組拾取并由動態信號分析儀采集并發送回計算機，計算機再通過補償算法修正信號，從而形成閉循環控制，同時，由任意波形發生器產生模擬激勵力電信號；
心、激振器產生的響應信號與任意波形發生器產生的模擬激勵力電信號作為標準校準信號提供給被校模態測試系統，從而實現對模態測試系統的綜合校準。
[0013]本發明所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其所述校準裝置設定包含不同模態參數的數據，并按需要產生實際的信號，提供給被校準模態測試系統測試分析。
[0014]本發明信號的產生是根據用戶設定的模態參數，通過模態參數及其激勵與響應關系的理論，計算需要產生的波形數據，由任意波形發生器產生激勵信號，并由激振器最后復現多階的響應信號，同時由標準加速度傳感器感應，動態信號分析儀采集返回到計算機，通過補償算法修正信號，修正后的信號由被校準的模態測試系統采集并分析結果，與最初設定的模態參數比對，實現模態測試設備的校準。
[0015]本發明從模態測試的角度，校準了硬件的測試和軟件的分析結果的準確度；本發明模擬產生了本該在受激勵的實際結構件表面產生的響應信號，該組信號包含了結構的模態參數。從而不受原結構件或受激物體實際幾何形狀的影響。可任意模擬結構件的幾何形狀在不同位置的激勵和響應信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的原理圖。
[0017]圖中標記:1為標準加速度傳感器，2為激振器，3為功率放大器，4為動態信號分析儀，5為任意波形發生器，6為計算機，7為被校準模態測試系統，8為被校加速度傳感器。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。
[0019]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0020]如圖1所示，一種模態測試設備校準裝置，包括標準加速度傳感器組成、激振器組、功率放大器3、動態信號分析儀4、任意波形發生器5以及計算機6，所述標準加速度傳感器組成由五個標準加速度傳感器1組成，所述激振器組由五個激振器2組成，在每個激振器2上分別設置有一個標準加速度傳感器1與之對應，所述五個標準加速度傳感器1分別與動態信號分析儀4連接，所述動態信號分析儀4與計算機6連接，所述計算機6與任意波形發生器5連接，所述任意波形發生器5分別與功率放大器3、動態信號分析儀4和被校準模態測試系統7，所述被校準模態測試系統7分別與設置在五個激振器2上且與之對應的被校加速度傳感器8連接，所述功率放大器3分別與五個激振器2連接；其中，所述計算機6、任意波形發生器5、功率放大器3、激振器組、動態信號分析儀4以及標準加速度傳感器組成共同構成一個閉循環控制系統，按理論計算值復現準確的信號。
[0021]一種采用上述模態測試設備校準裝置的校準方法，所述校準裝置產生一組設定的包含模態參數的信號，并由被校準模態測試系統采集并分析，最后將采集并分析的結果與設定值進行對比，完成校準。
[0022]其具體校準方法包括以下步驟:
^0、通過計算機構建多自由度結構物理參數模型，計算并顯示多階標準模態參數，形成激勵和多通道響應波形數據并下傳數據到任意波形發生器；
0、任意波形發生器接收計算機下傳的波形數據并存入波形數據存儲器，在接受數據處理計算機的啟動信號后，將波形數據轉換為激勵和響應電信號波形，并經功率放大器將信號放大后傳至各激振器；
4、激振器產生表征標準模態參數的響應信號，該組信號由標準加速度傳感器組拾取并由動態信號分析儀采集并發送回計算機，計算機再通過補償算法修正信號，從而形成閉循環控制，同時，由任意波形發生器產生模擬激勵力電信號；
心、激振器產生的響應信號與任意波形發生器產生的模擬激勵力電信號作為標準校準信號提供給被校模態測試系統，從而實現對模態測試系統的綜合校準。
[0023]其中，所述校準裝置設定包含不同模態參數的數據，并按需要產生實際的信號，提供給被校準模態測試系統測試分析。
[0024]本發明根據模態分析和模態疊加理論，構建基于結構模態參數及其激勵與響應關系的原理，從而產生標準激勵和響應波形的系統，實現對模態測試系統五階模態參數測量的綜合校準，以確保模態測試設備及其測試結果的準確可靠。
[0025]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種模態測試設備校準裝置，其特征在于:包括標準加速度傳感器組、激振器組、功率放大器(3)、動態信號分析儀(4)、任意波形發生器(5)以及計算機(6)，所述標準加速度傳感器組由多個標準加速度傳感器(I)組成，所述激振器組由多個激振器(2)組成，在每個激振器(2)上分別設置有標準加速度傳感器(I )，所述多個標準加速度傳感器(I)分別與動態信號分析儀(4)連接，所述動態信號分析儀(4)與計算機(6)連接，所述計算機(6)與任意波形發生器(5)連接，所述任意波形發生器(5)分別與功率放大器(3)、動態信號分析儀(4)和被校準模態測試系統(7)連接，所述功率放大器(3)分別與多個激振器(2)連接，所述計算機(6)、任意波形發生器(5)、功率放大器(3)、激振器組、動態信號分析儀(4)以及標準加速度傳感器組成共同構成一個閉循環控制系統，按理論計算值復現準確的信號。
2.根據權利要求1所述的模態測試設備校準裝置，其特征在于:所述標準加速度傳感器(I)與激振器(2) 對應。
3.根據權利要求1或2所述的模態測試設備校準裝置，其特征在于:所述被校準模態測試系統(7)分別與設置在多個激振器(2)上的被校加速度傳感器(8)連接。
4.根據權利要求3所述的模態測試設備校準裝置，其特征在于:所述被校加速度傳感器(8)與激振器(2) 對應。
5.一種如上述任一權利要求所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其特征在于:所述校準裝置產生一組設定的包含模態參數的信號，并由被校準模態測試系統采集并分析，最后將采集并分析的結果與設定值進行對比，完成校準。
6.根據權利要求5所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其特征在于:具體校準方法包括以下步驟: a)、通過計算機構建多自由度結構物理參數模型，計算并顯示多階標準模態參數，形成激勵和多通道響應波形數據并下傳數據到任意波形發生器； b)、任意波形發生器接收計算機下傳的波形數據并存入波形數據存儲器，在接受數據處理計算機的啟動信號后，將波形數據轉換為激勵和響應電信號波形，并經功率放大器將信號放大后傳至各激振器； C)、激振器產生表征標準模態參數的響應信號，該組信號由標準加速度傳感器組拾取并由動態信號分析儀采集并發送回計算機，計算機再通過補償算法修正信號，從而形成閉循環控制，同時，由任意波形發生器產生模擬激勵力電信號； d)、激振器產生的響應信號與任意波形發生器產生的模擬激勵力電信號作為標準校準信號提供給被校模態測試系統，從而實現對模態測試系統的綜合校準。
7.根據權利要求5或6所述的模態測試設備校準裝置的校準方法，其特征在于:所述校準裝置設定包含不同模態參數的數據，并按需要產生實際的信號，提供給被校準模態測試系統測試分析。
【文檔編號】G01M7/02GK104390754SQ201410750899
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】盧瑜, 胡鑫, 楊軍, 趙威, 林淡, 王園園, 劉軍, 黃濤 申請人:四川航天計量測試研究所