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锤击试验中影响相干的因素有哪些？
2018-07-08 23:39:12· 来源：德国M十P国际公司北京代表处
当锤击试验的时候某些测量的相干看起来比其他的更好，我做错什么了吗？这里确实有一些问题需要讨论。
当锤击试验的时候某些测量的相干看起来比其他的更好，我做错什么了吗？这里确实有一些问题需要讨论。
这是个值得讨论的和测量质量有关的问题。锤击测试是目前最常用最流行的获得结构系统频响函数的方法，锤击法测试频响函数非常经济，设置简单，适合现场测试，因此在许多行业和领域获得广泛应用。
做锤击试验的时候会遇到一系列的问题，其中有些和连击、预触发延时、高波峰因子信号、系统非线性等有关，有些被称作锤击试验“令人忧虑的问题”，它们常常被用来解释为什么锤击试验的某些相干值不如预期的那么好。但它们可能不是唯一的原因——在这里我将讨论锤击位置对频响函数和相干函数的影响。
做锤击试验时，从相干函数可以看出，锤击位置对最终得到的频响函数影响很大。首先，我们精心处理锤击位置做一组完美试验，得到高质量的测试数据，然后在同一结构上做一些“不太完美”的锤击试验来展示相干函数的退化。
被测结构非常简单，因此预计测量结果非常好。在结构上做锤击试验测量驱动点频响函数，选择采样参数使激励力和加速度响应能够在一个信号记录上完整显示，这样就不需要在激励或响应信号上加窗函数。
测得的频响函数（下图曲线）和相干函数（上图曲线）如图1所示，可以看到频响函数和相干函数的质量很高，相干函数在大多数频率上非常接近1。在反共振区域上相干函数有轻微下降，但对此次测量影响不大。（反共振区域相干下降是可预期的结果，因为结构在这些频率上没有响应，所以系统的响应和测量的输入信号是不相干的。）
图1 精心控制锤击的FRF和相干函数
在第一次测量中，极其小心地确保每次平均都是在同一个位置同一个方向上的锤击结果，这是锤击试验中非常重要的注意事项。
为了展示忽略此注意事项的后果，我们做了第二次试验，试验中故意使每次平均的锤击落点保持在非常靠近目标位置但又稍有偏离的区域。平均次数与首次试验相同，得到的频响函数（下图曲线）和相干函数（上图曲线）如图2所示。频响看起来合理，但相干在整个频率范围内有明显退化。虽然相干在频响函数峰值附近区域还可以接受，但整体上相干却比较差。
图2 散点锤击的频响函数和相干函数
相干在频响函数反共振区受影响最大。这是因为虽然共振是系统的整体特性，但反共振区在性质上却绝对不是整体的，反共振区高度依赖于特定的输入输出测量位置，由于锤击试验中没有刻意保持所有的锤击落点在同一位置，每次输入输出测量的反共振区发生了变化，从一个测量位置到另一个位置的测量缺乏一致性，相干函数反映了这种不一致。
在另外一组试验中，保持锤击落点一致，但改变每次锤击激励的角度，测量的频响函数（下图曲线）和相干函数(上图曲线）如图3所示。和上次试验类似，相干函数也出现了退化。这次测量在反共振区也缺乏一致性。
图3 倾斜锤击的传递函数和相干函数
图2和图3中的相干都不如图1中的质量高，这是由于每次测量锤击位置的不一致造成的——要么落点不一致，要么激励方向不一致。两种情况清楚地显示了测量相干的退化。整个测量中的每次平均都要精心控制激励落点和方向。
展示这些例子是因为在锤击测试中经常遇到这种问题，尤其是当测点比较多，测试持续时间比较长的时候。通常，在试验中，随着时间流逝人容易变得烦躁，以致于很难保持锤击的一致性。
当锤击位置处于结构的四周、顶部或者底部等不便利的位置的时候，这种情况也很常见。当在结构上四处爬动（而且经常处于一种不自然的姿势）时，构成测量结果的所有平均值也是不容易保持一致的。
所以，在锤击试验中需要提醒的是，对构成频响函数的每次平均，要确保敲击在同一个点、同一个方向上，以保证所有测量结果得到一个总体可以接受的相干。
这是个值得讨论的和测量质量有关的问题。锤击测试是目前最常用最流行的获得结构系统频响函数的方法，锤击法测试频响函数非常经济，设置简单，适合现场测试，因此在许多行业和领域获得广泛应用。
做锤击试验的时候会遇到一系列的问题，其中有些和连击、预触发延时、高波峰因子信号、系统非线性等有关，有些被称作锤击试验“令人忧虑的问题”，它们常常被用来解释为什么锤击试验的某些相干值不如预期的那么好。但它们可能不是唯一的原因——在这里我将讨论锤击位置对频响函数和相干函数的影响。
做锤击试验时，从相干函数可以看出，锤击位置对最终得到的频响函数影响很大。首先，我们精心处理锤击位置做一组完美试验，得到高质量的测试数据，然后在同一结构上做一些“不太完美”的锤击试验来展示相干函数的退化。
被测结构非常简单，因此预计测量结果非常好。在结构上做锤击试验测量驱动点频响函数，选择采样参数使激励力和加速度响应能够在一个信号记录上完整显示，这样就不需要在激励或响应信号上加窗函数。
测得的频响函数（下图曲线）和相干函数（上图曲线）如图1所示，可以看到频响函数和相干函数的质量很高，相干函数在大多数频率上非常接近1。在反共振区域上相干函数有轻微下降，但对此次测量影响不大。（反共振区域相干下降是可预期的结果，因为结构在这些频率上没有响应，所以系统的响应和测量的输入信号是不相干的。）
图1 精心控制锤击的FRF和相干函数
在第一次测量中，极其小心地确保每次平均都是在同一个位置同一个方向上的锤击结果，这是锤击试验中非常重要的注意事项。
为了展示忽略此注意事项的后果，我们做了第二次试验，试验中故意使每次平均的锤击落点保持在非常靠近目标位置但又稍有偏离的区域。平均次数与首次试验相同，得到的频响函数（下图曲线）和相干函数（上图曲线）如图2所示。频响看起来合理，但相干在整个频率范围内有明显退化。虽然相干在频响函数峰值附近区域还可以接受，但整体上相干却比较差。
图2 散点锤击的频响函数和相干函数
相干在频响函数反共振区受影响最大。这是因为虽然共振是系统的整体特性，但反共振区在性质上却绝对不是整体的，反共振区高度依赖于特定的输入输出测量位置，由于锤击试验中没有刻意保持所有的锤击落点在同一位置，每次输入输出测量的反共振区发生了变化，从一个测量位置到另一个位置的测量缺乏一致性，相干函数反映了这种不一致。
在另外一组试验中，保持锤击落点一致，但改变每次锤击激励的角度，测量的频响函数（下图曲线）和相干函数(上图曲线）如图3所示。和上次试验类似，相干函数也出现了退化。这次测量在反共振区也缺乏一致性。
图3 倾斜锤击的传递函数和相干函数
图2和图3中的相干都不如图1中的质量高，这是由于每次测量锤击位置的不一致造成的——要么落点不一致，要么激励方向不一致。两种情况清楚地显示了测量相干的退化。整个测量中的每次平均都要精心控制激励落点和方向。
展示这些例子是因为在锤击测试中经常遇到这种问题，尤其是当测点比较多，测试持续时间比较长的时候。通常，在试验中，随着时间流逝人容易变得烦躁，以致于很难保持锤击的一致性。
当锤击位置处于结构的四周、顶部或者底部等不便利的位置的时候，这种情况也很常见。当在结构上四处爬动（而且经常处于一种不自然的姿势）时，构成测量结果的所有平均值也是不容易保持一致的。
所以，在锤击试验中需要提醒的是，对构成频响函数的每次平均，要确保敲击在同一个点、同一个方向上，以保证所有测量结果得到一个总体可以接受的相干。
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