模态空间—锤击法试验中使用指数窗有何影响？

2018-04-03 10:34:41· 来源：德国M十P国际公司北京代表处

在锤击法试验中，使用指数窗会造成哪些影响？让我们探讨一下。

在锤击法试验中，使用指数窗会造成哪些影响？

让我们探讨一下。

作者：Peter Avitabile 翻译：倪昊、焦吉祥（德国m+p国际公司）

指数窗如不能正确使用的话会产生一些问题。如果为了减小泄漏效应而给数据施加过高的阻尼（指数窗），则会有一定的风险丢失频率非常接近的模态。这里我们举一些例子看一下不合理使用指数窗带来的后果。

首先，我需要声明一点，在许多锤击法试验中指数窗都是需要的。但要注意，在使用指数窗之前，我们建议先通过减小频率带宽或增加谱线数的方式来减小泄漏效应。这两种方式本质上都会增加采集数据的时间，这会使得响应信号能在采样时间结束之前自由衰减完成。当这两种方式并不能奏效的时候，我们才需要使用指数窗。切忌在试验前不查看原始时域信号而随意使用指数窗。下面我们举一个简单的例子。

这里我们对一个非常简单的小阻尼结构进行锤击试验。采样参数选择了400Hz的带宽，1秒的采样时间（窗长度）。由于结构在采样周期结束时响应依然没有衰减完成，我们对响应信号进行了加窗处理，这样响应信号在采样周期的最后时刻衰减到了一个较小的值，从而减小了泄漏效应。图1为锤击时域信号，加窗后的响应信号，以及频响函数(FRF)。表面上看，测量结果是可以令人接受的【输入谱（未列出）在关心的频域范围内是平坦的，说明激励能量是足够的，并且相干函数（未列出）也很好】。

图1 增加了较大阻尼指数窗的FRF

从各方面来看，这样的结果都是令人接受的。但我们需要更进一步地考查。首先，我们考虑对同一次的测量结果施加更大的阻尼。图2显示了增加了指数窗阻尼后的结果。这一次得到的频响函数明显比之前一次得到的结果（图1）具有更大的阻尼。我们注意到由于使用过大阻尼的指数窗导致峰值的带宽变的更宽了。

图2增加了大阻尼指数窗的FRF

现在，我们更进一步来探讨这个问题，并且尝试一些不同的采样参数。为减少指数窗的使用，我们尝试降低采样频率或增加采样点数的方式，这两种方式都会增加采集数据的时间。而采样时间增加以后我们就不再需要较大的指数窗阻尼。

在图3的数据中我们增加了1倍的采样点数，采样时间由1秒增加到2秒。我们仍然需要施加指数窗函数来减小泄漏造成的影响，但其阻尼效应已远远小于图1与图2中的数据。

图3 增加了采样时间/频率分辨率的FRF

图3中最需要注意到的一点是，在FRF中的第一个峰值处我们看到了另一个频率非常接近的峰。而在图1与图2中的这个位置处我们看到仅有一个峰。指数窗的使用导致两阶不同的模态在频响函数中仅显示出了一个峰。

尽管指数窗的使用能使我们最小化泄漏效应，但会导致图1与图2中的FRF失真，这使我们很难观察到上面提到的两个频率非常接近的峰。指数窗的使用虽然对于数字信号处理来说是需要的，但使我们在对一些具有小阻尼，频率接近的模态的结构进行评估时带来困难。

现在，我希望你能从这个例子中看到指数窗带来的一些影响。为了减小泄漏效应，指数窗是必需的，但这种处理方式的使用会导致一些模态被隐藏或失真。因此，在做锤击法试验中使用指数窗要非常谨慎，这点非常重要。如果您有关于模态分析的任何其它问题，欢迎垂询。

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