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    固有頻率測(cè)量方法

    來(lái)源:寶應(yīng)寶飛振動(dòng)儀器廠   2020年02月27日 17:09  

    固有頻率測(cè)量方法有二種方法:??固有頻率測(cè)量系統(tǒng)(掃頻式)是由掃頻激振器、功率放大器、掃頻信號(hào)源、振動(dòng)頻率測(cè)量分析儀、振動(dòng)傳感器、等部件組成,主要通過(guò)激振掃頻形式,讓其工件產(chǎn)生共振,并通過(guò)拾取共振信號(hào),得出其工件的固有頻率。該儀器具有測(cè)試速度快、準(zhǔn)確可靠、操作簡(jiǎn)便、 對(duì)小件的固有頻率測(cè)量方便等優(yōu)點(diǎn).

       另一種方法是錘擊法,用沖擊力激振,通過(guò)輸入的力信號(hào)和輸出的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行傳函分析,得到各階固有頻率,此方法準(zhǔn)確和方便。

    固有頻率測(cè)量方法很多時(shí)候,人們只關(guān)心固有頻率是多少,而不關(guān)心阻尼與振型這兩個(gè)參數(shù)。這時(shí)因?yàn)楫?dāng)結(jié)構(gòu)受到外界的激勵(lì)時(shí),人們關(guān)心外界的激勵(lì)頻率離結(jié)構(gòu)固有頻率有多遠(yuǎn),會(huì)不會(huì)引起結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題。將某個(gè)輸入-輸出位置的頻響函數(shù)用模態(tài)參數(shù)表示為在這個(gè)方程中包括極點(diǎn)和振型的信息,極點(diǎn)由固有頻率和阻尼組成。對(duì)于不同的位置,模態(tài)振型值是不一樣的,但是極點(diǎn)卻不隨位置的變化而變化。這表明系統(tǒng)極點(diǎn)是全局特性,它們獨(dú)立于特定的輸入-輸出位置。也就是說(shuō)從一個(gè)輸入-輸出位置就能測(cè)量到系統(tǒng)的所有極點(diǎn)信息。因此,固有頻率測(cè)量時(shí),理論上講,只需要一個(gè)測(cè)量位置即可測(cè)量出所有模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有頻率。


    雖然理論上講在一個(gè)位置安裝一個(gè)傳感器就能測(cè)量出結(jié)構(gòu)所有階固有頻率,但是卻有一些現(xiàn)實(shí)方面的影響,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:


    1)與測(cè)量位置有關(guān)。我們知道在布置模態(tài)參考點(diǎn)時(shí),要求避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置。同樣的道理,固有頻率作為三個(gè)模態(tài)參數(shù)之一,同樣要遵循這樣的要求。


    2)與激勵(lì)位置有關(guān)。如果采用測(cè)量FRF的方法進(jìn)行測(cè)量,那么,要求激勵(lì)位置也應(yīng)該避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置。這是因?yàn)槿绻?lì)位置是某階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置,那么將激勵(lì)不起來(lái)這階模態(tài),因而這階模態(tài)將不參與結(jié)構(gòu)的響應(yīng),導(dǎo)致這階模態(tài)在FRF曲線中不可見。也就是說(shuō),對(duì)于固有頻率測(cè)量而言,要求激勵(lì)與響應(yīng)位置同時(shí)避開模態(tài)節(jié)點(diǎn)位置。


    3)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。如果結(jié)構(gòu)是一個(gè)強(qiáng)方向性模態(tài)結(jié)構(gòu),那么,如果只在一個(gè)方向布置一個(gè)單向傳感器,那么必將丟失其他方向的固有頻率。因此,對(duì)于具有強(qiáng)方向性模態(tài)的結(jié)構(gòu)而言,應(yīng)該在不同的方向布置測(cè)點(diǎn)。


    當(dāng)僅在結(jié)構(gòu)一個(gè)位置布置傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí),由于各階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置都是不相同的,因而,固有頻率測(cè)量會(huì)遭遇與模態(tài)參考點(diǎn)相同的風(fēng)險(xiǎn):一個(gè)測(cè)量位置會(huì)導(dǎo)致一階或幾階固有頻率不可見,因?yàn)橐粋€(gè)測(cè)量位置不是這階模態(tài)的節(jié)點(diǎn),就可能是那階模態(tài)的節(jié)點(diǎn)的可能性非常大。因此,強(qiáng)烈建議布置多個(gè)測(cè)量位置,原理與布置多參考點(diǎn)相同。


    我們?cè)趯?duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率測(cè)試時(shí),測(cè)量方法可以分為以下幾類:


    1、測(cè)量FRF:如采用傳統(tǒng)的FRF測(cè)量方法,錘擊法與激振器法。由于固有頻率是模態(tài)參數(shù)之一,所以,采用測(cè)量FRF方法測(cè)量固有頻率同樣要求遵循模態(tài)測(cè)試的那些要求。如激勵(lì)響應(yīng)位置要求、激勵(lì)力的大小等,但此時(shí)要求激勵(lì)與響應(yīng)同時(shí)避開模態(tài)節(jié)點(diǎn)位置。


    2、振動(dòng)臺(tái)測(cè)試:可以將待測(cè)結(jié)構(gòu)在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行隨機(jī)激勵(lì)或掃頻激勵(lì),然后分析響應(yīng)信號(hào)獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。


    3、僅測(cè)量響應(yīng):當(dāng)結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時(shí),可以僅測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng),然后對(duì)響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析。但這時(shí)頻譜圖中的峰值可能有的是結(jié)構(gòu)的固有頻率,也可能有的是強(qiáng)迫響應(yīng)頻率,還有可能是轉(zhuǎn)頻及其諧頻。另外,當(dāng)采用這種方法時(shí),工作載荷可能不能將所有關(guān)心的固有頻率都激勵(lì)起來(lái),可能僅激勵(lì)起一些固有頻率,甚至連基頻也激勵(lì)不起來(lái)的情況也存在。


    4、變轉(zhuǎn)速激勵(lì):對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械而言,可以采用變轉(zhuǎn)速方法,如升降速測(cè)量,然后對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行瀑布圖分析,在瀑布圖中垂直與頻率軸的峰值區(qū)域即是結(jié)構(gòu)的一階固有頻率。


    5、非接觸式測(cè)量:當(dāng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí),哪怕是在結(jié)構(gòu)上布置一個(gè)輕質(zhì)的傳感器也會(huì)導(dǎo)致固有頻率移動(dòng)明顯,這時(shí)宜用非接觸式的傳感器進(jìn)行測(cè)量,如電渦流位移傳感器,聲壓傳感器等。我曾經(jīng)采用聲壓傳感器測(cè)量過(guò)PCB板、軸瓦等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的固有頻率。


    6、其他方法:如果能按測(cè)量FRF的方法來(lái)測(cè)量是好的,但很多時(shí)候,我們都沒有激勵(lì)設(shè)備可用,那么這個(gè)時(shí)候,我們可以采用特殊的激勵(lì)方法,僅測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng),對(duì)響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。這些特殊的激勵(lì)方法包括:手撥方法(針對(duì)小型輕質(zhì)結(jié)構(gòu))、階躍方法(使結(jié)構(gòu)存在一個(gè)初位移,然后突然釋放)、生活中的各式錘子激勵(lì)等。


     

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