CN105258784A - 一种自动脉冲激励模态参数识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动脉冲激励模态参数识别方法及装置，属于振动测试仪器领域。该方法由自动脉冲激振装置实现对被测件的自动激振，并辅以控制仪、功率放大器和多功能数据采集卡等模块，实现对激振力的控制和对被测信号的采集。该装置主要包括冲击头、力传感器、罩体、弹簧支承组件、顶杆、轭铁、励磁线圈、铁芯和底座，线圈通电后能够驱动铁芯推出产生对被测件的激振力。力传感器能够反馈被测件受到的激振力，通过调节脉冲信号的幅值和宽度能够实现对激振力大小的调节。本发明解决了传统手持式激振锤由人为因素造成的连击、过载、可重复性较差等问题，结构紧凑，体积小，自动化程度高，重复性强，易于操作，可提高模态实验的精度和效率。

Description

一种自动脉冲激励模态参数识别方法及装置

技术领域

本发明涉及一种自动脉冲激励模态参数识别方法及装置，属于振动测试仪器领域。

背景技术

模态测试是获得系统动态特性的常用方法，在工程振动领域应用广泛。它的关键问题之一是要获得准确的频响函数数据，只有在此基础上，才能准确识别出模态参数。

传统的机械系统频响函数测试，脉冲激励装置为手持式激振锤，由于力锤敲击试件冲击力的大小，由锤头质量和敲击时的运动速度所决定，因此锤击法容易受到人为因素的影响，施力大小不好控制。施力过大，容易产生过载；施力过小，又不能激起各阶模态。在敲击过程中，由于对脉冲持续时间把握不好，容易出现双击现象，需要反复敲击。并且，在测试过程中，不能保证每次敲击的力度和方向完全一致，因此可重复性较差。这些弊端都造成了现有模态实验效率低、精度难于保证。

发明内容

本发明的目的在于克服传统人为激振的不足，解决由于人为因素造成的数据不可靠问题。提供了一种可自动控制激振力幅值，实现自动激振动作的电磁式脉冲激振装置。并以此装置为基础，提出了一种自动脉冲激励模态参数识别方法，实现模态测试的自动化、数字化和高效化。

本发明的技术方案如下：

一种自动脉冲激励模态参数识别装置，由信号发生器和功率放大器驱动，主要包括冲击头1、力传感器2、罩体3、弹簧支承组件4、顶杆5、轭铁6、励磁线圈7、铁芯8和底座9，如图1所示。冲击头1、力传感器2、顶杆5、铁芯8相互连接后经弹簧支承组件4安装于轭铁6上，轭铁6安装于底座上，罩体3安装于轭铁6一侧。所述励磁线圈7固定于轭铁6内部，轭铁6为全包式结构；铁芯8与顶杆5固连后由弹簧支承组件4支承于轭铁6中心孔间，顶杆5的一端由罩体3顶部开设的通孔探出，并通过螺钉连接力传感器2和冲击头1；铁芯8的一端深入激振器内。

激振器有铁芯8深入端的结构存在着密集的漏磁通，且磁场相对于线圈而言是径向的，所以励磁线圈7通电后会受到轴向的电磁力，由于励磁线圈7是固定的，所以铁芯8会受到相反方向的电磁力产生对被测件的激振力。其中弹簧支承组件4起支承和回弹作用，质量轻、韧性好。

一种自动脉冲激励模态参数识别方法，由自动脉冲激振装置实现对被测件的自动激振，并辅以控制仪、功率放大器和多功能数据采集卡模块，实现对激振力的控制和对被测信号的采集，该方法的原理框图如图2所示。脉冲信号由控制仪发出，经多功能采集卡DA转换后模拟输出至功率放大器，再经功率放大器放大后输出至自动脉冲激振装置，通过调节功率放大器增益、脉冲信号幅值或脉宽，能够控制激振力的大小，实现对被测件的自动激振。力信号又可经采集卡采集显示到控制仪，实现对激振力大小的反馈控制。在被测件上连接加速度传感器，将力信号和加速度信号采集到计算机中，经进一步处理得到被测件的频响函数和模态参数。

控制仪由带有Labview的计算机组成，用Labview编写的控制软件通过改变脉冲幅值和宽度调节激振力的大小。功率放大器采用硅晶体大功率放大电路，OCLC输出方式，低频放大性能良好。通过调节功率放大器的增益按钮也改变激振力的大小。

本发明是用自主激励代替人为敲击，操作简单，容易使用，可以快速激励并多次重复，代替人来完成重复性激振，并可控制激振力大小，实现数控机床刀具主轴系统动态特性在线自动测试。系统很好地消除了在测量过程中人为因素的影响，使得测量值更加准确，从而快速自动化地得到可靠的机床频响函数以完成测试。

附图说明：

图1自动脉冲激振装置剖面示意图

图2模态测试系统示意图

图中：

1—冲击头4—弹簧支承组件7—励磁线圈

2—力传感器5—推杆8—铁芯

3—罩体6—轭铁9—底座

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

S1、将电磁激振器底座9通过螺钉固定于平面上，将力传感器2安装在冲击头1与激振器之间，冲击头和力传感器与被测件待测点对齐并调整出合理间隙。

S2、依次连接好控制仪、多功能采集卡、功率放大器、自动脉冲激振装置和力传感器，然后接通控制仪和功率放大器电源，将功放增益适当调高。启动控制软件，调节合适的脉冲宽度，然后点击前面板上的冲击按钮即可实现对被测件的自动激振。

S3、点击前面板上的冲击按钮后，功率放大器将会输出指定幅值和脉宽的脉冲电压到自动脉冲激振装置，自动脉冲激振装置驱动线圈得电后产生磁场，将铁芯磁化，铁芯受到电磁力作用产生对被测件的激振力。

S4、安装在冲击头和顶杆之间的力传感器能够将力信号经过数据采集卡采集到计算机中，根据采集到的力的大小，可以进一步调节放大器增益和脉冲宽度，实现对冲击力幅值的反馈控制。

S5、在被测件上连接加速度传感器，将力信号和加速度信号采集到计算机中，经进一步处理得到被测件的频响函数和模态参数。

以上是本发明的一个实施案例，本发明的实施不限于此。

Claims (4)

1.一种自动脉冲激励模态参数识别装置，该装置由信号发生器和功率放大器驱动，其特征在于：主要包括冲击头(1)、力传感器(2)、罩体(3)、弹簧支承组件(4)、顶杆(5)、轭铁(6)、励磁线圈(7)、铁芯(8)、底座(9)；冲击头(1)、力传感器(2)、顶杆(5)、铁芯(8)相互连接后经弹簧支承组件(4)安装于轭铁(6)上，轭铁(6)安装于底座上，罩体(3)安装于轭铁(6)一侧；所述励磁线圈(7)固定于轭铁(6)内部，轭铁(6)为全包式结构；铁芯(8)与顶杆(5)固连后由弹簧支承组件(4)支承于轭铁(6)中心孔间，顶杆(5)的一端由罩体(3)顶部开设的通孔探出，并通过螺钉连接力传感器(2)和冲击头(1)；铁芯(8)的一端深入激振器内；

激振器有铁芯(8)深入端的结构存在着密集的漏磁通，且磁场相对于线圈而言是径向的，所以励磁线圈(7)通电后会受到轴向的电磁力，由于励磁线圈(7)是固定的，所以铁芯(8)会受到相反方向的电磁力产生对被测件的激振力；其中弹簧支承组件(4)起支承和回弹作用，质量轻、韧性好。

2.一种自动脉冲激励模态参数识别方法，其特征在于：由自动脉冲激振装置实现对被测件的自动激振，并辅以控制仪、功率放大器和多功能数据采集卡模块，实现对激振力的控制和对被测信号的采集；脉冲信号由控制仪发出，经多功能采集卡DA转换后模拟输出至功率放大器，再经功率放大器放大后输出至自动脉冲激振装置，通过调节功率放大器增益、脉冲信号幅值或脉宽，能够控制激振力的大小，实现对被测件的自动激振；力信号又可经采集卡采集显示到控制仪，实现对激振力大小的反馈控制；在被测件上连接加速度传感器，将力信号和加速度信号采集到计算机中，经进一步处理得到被测件的频响函数和模态参数。

3.根据权利要求2所述的一种自动脉冲激励模态参数识别方法，其特征在于：控制仪由带有Labview的计算机组成，用Labview编写的控制软件通过改变脉冲幅值和宽度调节激振力的大小；功率放大器采用硅晶体大功率放大电路，OCLC输出方式，低频放大性能良好；通过调节功率放大器的增益按钮也改变激振力的大小。

4.根据权利要求2所述的一种自动脉冲激励模态参数识别方法，其特征在于：

S1、将电磁激振器底座(9)通过螺钉固定于平面上，将力传感器(2)安装在冲击头(1)与激振器之间，冲击头和力传感器与被测件待测点对齐并调整出合理间隙；

S2、依次连接好控制仪、多功能采集卡、功率放大器、自动脉冲激振装置和力传感器，然后接通控制仪和功率放大器电源，将功放增益适当调高；启动控制软件，调节合适的脉冲宽度，然后点击前面板上的冲击按钮即可实现对被测件的自动激振；

S3、点击前面板上的冲击按钮后，功率放大器将会输出指定幅值和脉宽的脉冲电压到自动脉冲激振装置，自动脉冲激振装置驱动线圈得电后产生磁场，将铁芯磁化，铁芯受到电磁力作用产生对被测件的激振力；

S4、安装在冲击头和顶杆之间的力传感器能够将力信号经过数据采集卡采集到计算机中，根据采集到的力的大小，可以进一步调节放大器增益和脉冲宽度，实现对冲击力幅值的反馈控制；

S5、在被测件上连接加速度传感器，将力信号和加速度信号采集到计算机中，经进一步处理得到被测件的频响函数和模态参数。