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1、、第14卷第2期振动测试与诊断Vol.14No.219946un.年月ournaoraton,easureentanossJ1994JlfVibiMm&Digi频响函数测量的脉冲激励方法钱济国,(中国矿业大学徐州221005)摘要,;本文介绍了脉冲激励的试验原理根据理论分析着重讨论了用脉冲激励法测量结构频率响,.应函数时所涉及到的有关间题并就具体间题相应地提出了有效的处理方法:,,,关键词脉冲激励颇响函数脉冲特性信号处理1己l侣纷占J.‘二,脉冲激励是用于机械系统或结构频率响应函数测量的主要试验方法之一且一般通过带有力传感器的冲击锤敲击被试结构来实
2、现激励。它是一种宽频激励,在感兴趣的频率范围内,能一次激出系统的各阶模态。这一激励方法早期主要用于慢动作系统的试验,后来多用于小阻尼系统尤其是结构动力学问题的研究。随着计算机技术的发展以及FFT信号分析仪功能的不,、。断增强脉冲激励法将以它所需设备简单试验时间短等优点而势必获得更广泛的应用2频响函数测量原理频响函数测量是进行试验模态分析的一项重要前提。对于单输入单输出线性系统,其频响,函数定义为输出x(t)的傅氏变换与输入f(t)的傅氏变换之比即H‘f)一黯(1),,然而在频响函数的实际测量中脉冲激励下的频响函数通常按与随机激励基本相同的处,“〕理
3、方法来计算一种常见形式的表达式为[1.G介(f)H(f)~(2)G万(f)。式中Gfx(f)为激励与响应的互谱石刀(f)为激励的自谱,,。,顺便指出对于脉冲激励信号来说理论上只有对应的能量谱定义但是一般在用FFT,。,分析仪(如HP3562A)进行测量时对功率谱与能量谱是不加以区分的实质上这并不影响频本文于1994年4月4日收到。:第2期钱济国频响函数测量的脉冲激励方法响函数的计算。,,如果系统输入端和输出端存在测量噪声并假定输入端噪声不通过系统于是相应于式(2)得频响函数的估计G介(f)H(f)片(f)~(3)G,(f)+G~(f)一l+G一(f
4、)/G,(f)。式中G~(f)为输入端噪声信号功率谱,,,可见由于噪声的影响泞(f)总是H(f)的欠估计或进一步说l片(f)I是IH(f)}的欠估计。,,。此外为判定测得的频响函数的可靠性一般需要采用相干函数噪声污染下的相干函数(估计)为2}G,x(f)1产(f)-G,(f)+,(f)〕〔G“(f)+G。(f)〕[G-G,(f)G刀(f)(4)一[G,(f)+G~(f)]〔G二(f)+G朋(f)〕一二。式中G(厂)为系统输出端噪声信号功率谱相干函数值越大,表明.频响函数的测量精度越高。当响应与激励不相关时,则产(f)一。;,;,,对于无噪声线性系统
5、的理想情况产(f)~l而在一个实际系统的测量中由式(4)可知只要,,、有G~(f)>O或G.(了)>0(实测数据总如此)则有O<产(f)<1它意味着存在测量噪声系.,,统非线性或频率分辨率不够所引起的偏度误差实际上影响相干函数的因素很复杂如与激励力无关的其它输入、测量平均次数不够以及选择不合适窗函数处理所产生的泄漏也会导致相干函数值偏小。3脉冲特性分析与激励实施3.1脉冲特性分析,。数学上所定义的脉冲是理想的a函数其频谱是频率无限延伸的平直谱(常称白谱)事实,,上幅值无穷大而持续时间元限小的理想脉冲物理上是不可实现的并且也没有必要要求幅值,,无穷大
6、因过大的物理量(如冲击力)将使系统超出弹性或线性范围这使得系统具有线性特性,,。的假定不成立同时并不有利于频响函数的测量效果,。-激励力脉冲信号有多种描述形式其特点是幅值很大而持续时间非常短对于汉宁(Han,耐ng)脉冲其函数表达式为.,.、刀之厂
7、A2对~t
8、二丁气1COS下石尸O簇簇T.忆了、孟‘、了.一‘厂一乙丈(5)其它。。;式中A为脉冲幅值T为脉冲持续时间(即脉冲宽度)对应式(5)的傅氏变换为、1434振动测试与诊断第卷￡,一,A一T一2竺一一卫一一二F(f)-竺旦(6)二。1一(‘)名’jT了丁由此可得幅值谱.,、..c。,Asin二少
9、Tc了厂LJ少l一,,下;一一!~一下一l不‘2(7)乙7TJI‘l一(了T)。.;汉宁脉冲及其幅值谱如图l所示幅值谱的第一旁瓣相对于主瓣衰减为24%脉冲冲量为.....___。_、_~____AT____,⋯。不一即致值上等寸幅值借中零狈率处的分量Ft(j)}f()}必2里三选界TeTr图1汉宁脉冲及其幅值谱,,同理对于半正弦脉冲则有八5int。{要O(t簇T了·f(‘’一(8)}L0其它其幅值谱为};(厂。eos介,理c一(9)华⋯1一4产T子图2为半正弦脉冲及其幅值谱图。幅值谱的第一旁瓣相对于主瓣衰减为6.7%;脉冲冲量为‘ZAT厅,、,,。
10、由上述可知力谱特性与脉冲形状宽度及幅值有关脉冲宽度越窄力谱(主瓣)越宽对,,于相同宽度的脉冲来说汉宁脉冲的力谱较之半正弦脉
