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激振器激励技术
2018-07-18 09:49:03· 来源：模态空间
用于设备可靠性试验的振动台测试与激振器测试有着本质的区别，因为激振器测试用于实验模态测试。这需要进一步讨论。在常规的振动台测试中，通常将测试对象刚性安装在振动器动圈的顶部表面，然后施加一些基础激励信号，通过控制某些给定的加速度来进行监测。待测设备（DUT）通常会经受一些操作环境、通用频谱或者某些恶劣的环境，以确定设备是否适用于预期的服务。传统的振动台测试被广泛应用于对承受高幅值的力和负载的结构、测试对象或设备进行测试，以确定设备对特定操作环境的可靠性。图4-31显示了经常遇到的典型振动台测试配置。
4.3 激振器激励
用于设备可靠性试验的振动台测试与激振器测试有着本质的区别，因为激振器测试用于实验模态测试。这需要进一步讨论。在常规的振动台测试中，通常将测试对象刚性安装在振动器动圈的顶部表面，然后施加一些基础激励信号，通过控制某些给定的加速度来进行监测。待测设备（DUT）通常会经受一些操作环境、通用频谱或者某些恶劣的环境，以确定设备是否适用于预期的服务。传统的振动台测试被广泛应用于对承受高幅值的力和负载的结构、测试对象或设备进行测试，以确定设备对特定操作环境的可靠性。图4-31显示了经常遇到的典型振动台测试配置。
图4-31 振动可靠性试验的典型振动台配置
在用激振器进行模态测试的早期，使用小型激振器进行一些小量级的激励，从而能够测量到频响函数。通常，激振器通过一根长杆与结构连接，这根杆通常被称为“推力杆”或“顶杆”，以便向结构传递力。顶杆的目的是动态地将激振器与结构分离。
由于这些激振器传统上用于基础激励，动圈附件的配置不是最优的。通常，某些类型的左右螺纹布置或某种类型的衣领设计，使得更易于调整激振器便于安装。这真的是一个非常困难的布置，无论进行何种安装。此外，还必须考虑到所需的顶杆的实际长度。如果需要一根不同长度的顶杆，那么激振器需要重新定位并重新调整，因为模态测试使用了不同的顶杆。总的来说，模态测试的激振器设置是非常困难和繁琐的。
由于所有这些问题，人们提出了一些新的特定设计配置思路，更适合于模态测试。这样就产生了通孔动圈，有一套设计（就像手钻一样），使激振器非常容易地安装到模态测试对象上。这个设计使得调整顶杆的长度变得非常容易。这种布置非常简单，很难想象没有它进行测试有多困难。
对于实验模态测试而言，使用激振器是另一种测试方式。一般来说，激励力的幅值要比特征化结构的力低得多。一个典型的激振器模态测试设置配置如图4-32所示。产生的激励信号通常来自数据采集设备，并输入给功率放大器。激振器的头部用一根顶杆（或推力杆）在激励位置与结构相连，顶杆靠近结构端装有一个力传感器（或阻抗头）。实际的激励信号将在讨论激振器对结构的物理安装后分别进行介绍。
图4-32 典型的激振器模态系统配置
4.3.1模态激振器设置
在讨论实际的激励技术之前，让我们描述一个典型的激振器测试设置，如图4-33所示。激振器通常通过一根长杆（称为顶杆或推力杆）连接在结构上。顶杆的目的是仅沿顶杆轴向传递力，并要在其他方向上引入的刚度影响尽可能小，顶杆起着机械保险丝的作用。力传感器安装在顶杆的结构侧，以测量向系统施加的激励力。响应加速度计安装在结构上的一个或多个位置测量频响函数。激励信号通过数据采集系统传输给激振器系统（激振器和放大器）。
图4-33 典型的激振器设置示意（顶），顶杆安装（中）和一个连接到结构上的实际激振器（底）。来源：Image courtesy of PCB Piezotronics, Inc.
顶杆起到这样的作用：只沿顶杆长度方向传递力，在剪切或弯曲方向非常柔。这是必要的，因为力传感器只测量拉力或压力，而测量不到（也不打算测量）可能引入到结构中的任何弯矩。激振器和顶杆与对结构对齐非常重要，任何歪斜或错位都会使施加到结构上的力失真。必须小心谨慎，以确保对齐尽可能精确。
有许多不同的顶杆，从钢琴丝到细钻杆到细金属杆到螺纹塑料或金属杆，如图4-34所示。一般来说，更小的顶杆用于小型、弹性结构，而更大、更硬的顶杆用于大型结构。
图4-34 激振器顶杆分类
4.3.2激振器激励技术的发展历史
如果每种激励技术都是按时间先后顺序提出来的，就可以得到一个更清晰的视角，而不是用它的类别：确定性与随机，来描述每一种激励技术。但一般而言，每一种激励技术都属于确定性或非确定性（随机）激励的范畴。一般来说，确定性信号适合用于确定系统是线性的还是有轻微（或显著）的非线性行为。另一方面，非确定性信号往往适用于消除系统中可能出现的一些变化和噪声。这两种方法在模态测试中都有它们各自的应用领域，在接下来的讨论中，我们将会用每一个种激励信号来进行实验模态测试。图4-35显示了两大类中每一个激励信号的一般分类。
图4-35 比较确定性和非确定性激励
用于设备可靠性试验的振动台测试与激振器测试有着本质的区别，因为激振器测试用于实验模态测试。这需要进一步讨论。在常规的振动台测试中，通常将测试对象刚性安装在振动器动圈的顶部表面，然后施加一些基础激励信号，通过控制某些给定的加速度来进行监测。待测设备（DUT）通常会经受一些操作环境、通用频谱或者某些恶劣的环境，以确定设备是否适用于预期的服务。传统的振动台测试被广泛应用于对承受高幅值的力和负载的结构、测试对象或设备进行测试，以确定设备对特定操作环境的可靠性。图4-31显示了经常遇到的典型振动台测试配置。
图4-31 振动可靠性试验的典型振动台配置
在用激振器进行模态测试的早期，使用小型激振器进行一些小量级的激励，从而能够测量到频响函数。通常，激振器通过一根长杆与结构连接，这根杆通常被称为“推力杆”或“顶杆”，以便向结构传递力。顶杆的目的是动态地将激振器与结构分离。
由于这些激振器传统上用于基础激励，动圈附件的配置不是最优的。通常，某些类型的左右螺纹布置或某种类型的衣领设计，使得更易于调整激振器便于安装。这真的是一个非常困难的布置，无论进行何种安装。此外，还必须考虑到所需的顶杆的实际长度。如果需要一根不同长度的顶杆，那么激振器需要重新定位并重新调整，因为模态测试使用了不同的顶杆。总的来说，模态测试的激振器设置是非常困难和繁琐的。
由于所有这些问题，人们提出了一些新的特定设计配置思路，更适合于模态测试。这样就产生了通孔动圈，有一套设计（就像手钻一样），使激振器非常容易地安装到模态测试对象上。这个设计使得调整顶杆的长度变得非常容易。这种布置非常简单，很难想象没有它进行测试有多困难。
对于实验模态测试而言，使用激振器是另一种测试方式。一般来说，激励力的幅值要比特征化结构的力低得多。一个典型的激振器模态测试设置配置如图4-32所示。产生的激励信号通常来自数据采集设备，并输入给功率放大器。激振器的头部用一根顶杆（或推力杆）在激励位置与结构相连，顶杆靠近结构端装有一个力传感器（或阻抗头）。实际的激励信号将在讨论激振器对结构的物理安装后分别进行介绍。
图4-32 典型的激振器模态系统配置
4.3.1模态激振器设置
在讨论实际的激励技术之前，让我们描述一个典型的激振器测试设置，如图4-33所示。激振器通常通过一根长杆（称为顶杆或推力杆）连接在结构上。顶杆的目的是仅沿顶杆轴向传递力，并要在其他方向上引入的刚度影响尽可能小，顶杆起着机械保险丝的作用。力传感器安装在顶杆的结构侧，以测量向系统施加的激励力。响应加速度计安装在结构上的一个或多个位置测量频响函数。激励信号通过数据采集系统传输给激振器系统（激振器和放大器）。
图4-33 典型的激振器设置示意（顶），顶杆安装（中）和一个连接到结构上的实际激振器（底）。来源：Image courtesy of PCB Piezotronics, Inc.
顶杆起到这样的作用：只沿顶杆长度方向传递力，在剪切或弯曲方向非常柔。这是必要的，因为力传感器只测量拉力或压力，而测量不到（也不打算测量）可能引入到结构中的任何弯矩。激振器和顶杆与对结构对齐非常重要，任何歪斜或错位都会使施加到结构上的力失真。必须小心谨慎，以确保对齐尽可能精确。
有许多不同的顶杆，从钢琴丝到细钻杆到细金属杆到螺纹塑料或金属杆，如图4-34所示。一般来说，更小的顶杆用于小型、弹性结构，而更大、更硬的顶杆用于大型结构。
图4-34 激振器顶杆分类
4.3.2激振器激励技术的发展历史
如果每种激励技术都是按时间先后顺序提出来的，就可以得到一个更清晰的视角，而不是用它的类别：确定性与随机，来描述每一种激励技术。但一般而言，每一种激励技术都属于确定性或非确定性（随机）激励的范畴。一般来说，确定性信号适合用于确定系统是线性的还是有轻微（或显著）的非线性行为。另一方面，非确定性信号往往适用于消除系统中可能出现的一些变化和噪声。这两种方法在模态测试中都有它们各自的应用领域，在接下来的讨论中，我们将会用每一个种激励信号来进行实验模态测试。图4-35显示了两大类中每一个激励信号的一般分类。
图4-35 比较确定性和非确定性激励
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