固有頻率測量方法

固有頻率測量方法有二種方法:??固有頻率測量系統(tǒng)（掃頻式）是由掃頻激振器、功率放大器、掃頻信號源、振動頻率測量分析儀、振動傳感器、等部件組成，主要通過激振掃頻形式，讓其工件產(chǎn)生共振，并通過拾取共振信號，得出其工件的固有頻率。該儀器具有測試速度快、準(zhǔn)確可靠、操作簡便、 對小件的固有頻率測量方便等優(yōu)點.

   另一種方法是錘擊法，用沖擊力激振，通過輸入的力信號和輸出的響應(yīng)信號進行傳函分析，得到各階固有頻率，此方法準(zhǔn)確和方便。

固有頻率測量方法很多時候，人們只關(guān)心固有頻率是多少，而不關(guān)心阻尼與振型這兩個參數(shù)。這時因為當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外界的激勵時，人們關(guān)心外界的激勵頻率離結(jié)構(gòu)固有頻率有多遠(yuǎn)，會不會引起結(jié)構(gòu)共振問題。將某個輸入-輸出位置的頻響函數(shù)用模態(tài)參數(shù)表示為在這個方程中包括極點和振型的信息，極點由固有頻率和阻尼組成。對于不同的位置，模態(tài)振型值是不一樣的，但是極點卻不隨位置的變化而變化。這表明系統(tǒng)極點是全局特性，它們獨立于特定的輸入-輸出位置。也就是說從一個輸入-輸出位置就能測量到系統(tǒng)的所有極點信息。因此，固有頻率測量時，理論上講，只需要一個測量位置即可測量出所有模態(tài)對應(yīng)的固有頻率。


雖然理論上講在一個位置安裝一個傳感器就能測量出結(jié)構(gòu)所有階固有頻率，但是卻有一些現(xiàn)實方面的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：


1）與測量位置有關(guān)。我們知道在布置模態(tài)參考點時，要求避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。同樣的道理，固有頻率作為三個模態(tài)參數(shù)之一，同樣要遵循這樣的要求。


2）與激勵位置有關(guān)。如果采用測量FRF的方法進行測量，那么，要求激勵位置也應(yīng)該避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。這是因為如果激勵位置是某階模態(tài)的節(jié)點位置，那么將激勵不起來這階模態(tài)，因而這階模態(tài)將不參與結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，導(dǎo)致這階模態(tài)在FRF曲線中不可見。也就是說，對于固有頻率測量而言，要求激勵與響應(yīng)位置同時避開模態(tài)節(jié)點位置。


3）與結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。如果結(jié)構(gòu)是一個強方向性模態(tài)結(jié)構(gòu)，那么，如果只在一個方向布置一個單向傳感器，那么必將丟失其他方向的固有頻率。因此，對于具有強方向性模態(tài)的結(jié)構(gòu)而言，應(yīng)該在不同的方向布置測點。


當(dāng)僅在結(jié)構(gòu)一個位置布置傳感器進行測量時，由于各階模態(tài)的節(jié)點位置都是不相同的，因而，固有頻率測量會遭遇與模態(tài)參考點相同的風(fēng)險：一個測量位置會導(dǎo)致一階或幾階固有頻率不可見，因為一個測量位置不是這階模態(tài)的節(jié)點，就可能是那階模態(tài)的節(jié)點的可能性非常大。因此，強烈建議布置多個測量位置，原理與布置多參考點相同。


我們在對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行固有頻率測試時，測量方法可以分為以下幾類：


1、測量FRF：如采用傳統(tǒng)的FRF測量方法，錘擊法與激振器法。由于固有頻率是模態(tài)參數(shù)之一，所以，采用測量FRF方法測量固有頻率同樣要求遵循模態(tài)測試的那些要求。如激勵響應(yīng)位置要求、激勵力的大小等，但此時要求激勵與響應(yīng)同時避開模態(tài)節(jié)點位置。


2、振動臺測試：可以將待測結(jié)構(gòu)在振動臺上進行隨機激勵或掃頻激勵，然后分析響應(yīng)信號獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。


3、僅測量響應(yīng)：當(dāng)結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，可以僅測量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，然后對響應(yīng)進行頻譜分析。但這時頻譜圖中的峰值可能有的是結(jié)構(gòu)的固有頻率，也可能有的是強迫響應(yīng)頻率，還有可能是轉(zhuǎn)頻及其諧頻。另外，當(dāng)采用這種方法時，工作載荷可能不能將所有關(guān)心的固有頻率都激勵起來，可能僅激勵起一些固有頻率，甚至連基頻也激勵不起來的情況也存在。


4、變轉(zhuǎn)速激勵：對于旋轉(zhuǎn)機械而言，可以采用變轉(zhuǎn)速方法，如升降速測量，然后對響應(yīng)信號進行瀑布圖分析，在瀑布圖中垂直與頻率軸的峰值區(qū)域即是結(jié)構(gòu)的一階固有頻率。


5、非接觸式測量：當(dāng)結(jié)構(gòu)是一個輕質(zhì)結(jié)構(gòu)時，哪怕是在結(jié)構(gòu)上布置一個輕質(zhì)的傳感器也會導(dǎo)致固有頻率移動明顯，這時宜用非接觸式的傳感器進行測量，如電渦流位移傳感器，聲壓傳感器等。我曾經(jīng)采用聲壓傳感器測量過PCB板、軸瓦等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的固有頻率。


6、其他方法：如果能按測量FRF的方法來測量是好的，但很多時候，我們都沒有激勵設(shè)備可用，那么這個時候，我們可以采用特殊的激勵方法，僅測量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，對響應(yīng)進行頻譜分析獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。這些特殊的激勵方法包括：手撥方法（針對小型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)）、階躍方法（使結(jié)構(gòu)存在一個初位移，然后突然釋放）、生活中的各式錘子激勵等。