Harbin Engineering University
现代力学实验技术
实验报告
姓 名： 韩天一 班 级：15硕2班
学 号： S*********
工业机柜空调实 验 时 间： 2015 年 11 月 25 日
组成员： srvcc王方鑫、王笑笛、韩天一
力学与工程技术实验教学中心
正弦扫频实验
一、实验目的
1、了解正弦扫频法的优缺点和使用方法。
3、掌握使用不同激励信号激励时触发方式、平均方式及窗函数等选择方法。 二、实验系统框图
如图1所示：
三、实验原理
频率响应函数的测量是试验模态分析的核心，其测量质量将直接影响模态参数识别的精度。频率响应函数是指一个机械系统系统输出的傅立叶变换与输入的傅立叶变换的比值，对于单自由度系统，其频率响应函数为
而对于多自由度系统，它的频率响应函数为一矩阵，即
上式中的任一元素的表达式为
其中，为响应点，为激励作用点，表示在点作用单位力时，在路况电台点所引起的响应，即和两点之间的频响函数。根据模态分析原理，要识别结构的固有频率，只要测得频响函数矩阵中任何一个元素即可，但要识别所有模态参数时，必须测得频响函数矩阵中的一行或一列。由的表达式可知，要测量矩阵中的一行时，要求拾振点固定不变，轮流激励所有的点，即可求得中的一行，这一行频响函数包含进行模态分析所需要的全部信息。而要测量中任一列时，则激励点固定不变，而在所有点进行拾振，便可得到中的一列，这一列频响函数也包含进行模态分析所需要的全部信息。在进行多点拾振时，若传感器足够多，且所有传感器质量加起来比试验物体的质量小很多时，就可安装多个传感器同时拾振，这样可以节省试验时间，且数据的一致性也好；但如果只有一只传感器时，则一个一个点进行测量，这样虽试验时间长一些，但试验成本较低，需保证激励信号的一致性。
在模态试验时，频率响应函数的估计有三种估算形式，它们分别为 第一估算式
第二估算式
第三估算式
在没有噪声污染的理想情况下，这三种估算形式是等价的。实际上试验信号总会伴随噪声的存在，因此三种估算形式一般会有差异。当只有响应信号受到噪声污染时，第一估算式为频响函数的真估计，第二、第三估算式均为频响函数的过估计；当只有激励信号受到噪声污染时，第二估算式为频响函数的真估计，第一、第三估算式均为频响函数的欠估计；激励和响应信号都受到噪声污染时，第一估算式为频响函数的欠估计，第二估算式为频响函数的过估计，第三估算式接近频响函数的真估计。由三种情况可以看出，系统的频率响应函数是介于第一估算式和第二估算式之间，即
目前，高精度动态信号分析仪能同时给出三种估算式，则它们可以相互校核。一般来说，在共振频率附近，响应信号强，激励信号弱，而弱信号的信噪比总是偏低，所以第二估算
保安接线排式比第一估算式更接近真值；而在反共振频率附近，响应信号较弱。激励信号较强，第一估算式比第二估算式更接近真值。
现有一些分析仪一般只给出第一估算式，为了保证频响函数测量的可靠性，应同时测量相干函数。相干函数无论输入信号还是输出信号受到噪声污染时，它的值均小于1而大于零，即
相干函数是描述系统输入与输出相关性的一个函数，如果测量的相干函数值偏小，说明我们测量的响应信号不完全是由激励引起的，可能还存在其它的激励或干扰，这时应分析干扰的来源；若测量的相干函数值接近1，则说明系统响应完全是由激励引起的。相干函数值的大小，表明了频率响应函数的质量。一般情况下，在测量频响函数时，它的相干函数值应大于0.8左右。
测量频率响应函数时，可采用正弦扫频激励方式。太阳能炉灶
正弦扫频包括稳态正弦扫频和快速正弦扫频两种激励方式。稳态正弦扫频是最普遍的激振方法，它是借助激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。这一扫频方式在扫描频带范围内，扫频信号将具有连续频谱，能激起该频带的所有振动模态。它的激振频率改变有两种方式，即线性扫频和对数扫频，若所关心的结构固有频率范围不大，可采用线性扫频；对于关心固有频率范围较大的情形，则采用对数扫频。扫频速度的控制也很重要，若扫描的太快，对于轻阻尼结构，可能会遗漏一些模态，因此频率的变化要尽可能慢，以使系统响应达到稳定状态。为了避免响应滞后引起幅频特性的峰值后移，可反复进行频率从低到高和从高到低的扫频激励，并取多次测量的平均。这种激励方式的优点是激振功率大，能量集中、信噪比高，能保证响应测试的精度，信号的频率和幅值易于控制，且当激励能量大小不同时，在非线性结构中将产生不同的频率响应函数，因而能检测出系统的非线性程度。其缺点是测试周期长，特别是小阻尼结构，不能通过平均消除系统非线性因素的影响，容易产生泄漏误差。
