电子设备模态测试系统和方法、及行波管慢波结构模态测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检查与验证电子设备的动力特性的模态测试技术，尤其涉及一种适用于国防装备用电子设备的模态测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]模态测试是通过试验来获取模态参数的过程，是研究结构动力特性和验证结构动态设计的一项重要手段。结构动态设计是长寿命、高可靠性电子设备研制的重要内容，因而模态测试已成为检验核心重要的电子设备结构设计的重要工具。模态测试过程包括振动激励、数据采集和模态参数辨识三个环节，其中，模态参数辨识方法决定着或依赖于振动激励和数据采集方案，一般分为试验模态分析和工作模态分析两类。通过试验，利用采集的系统输入与输出信号获取模态参数，称为试验模态分析；仅利用采集的系统输出信号来进行模态参数辨别，则称为工作模态分析。
[0003]可见，试验模态分析方法需要利用激励和响应的完整信息进行参数识别，但对于以国防装备用电子设备行波管慢波结构为代表的外形复杂、尺寸小、重量轻、刚度大、频率高的这一类高端精密电子设备而言，采用传统的力锤敲击法模态试验时则力锤敲击点和敲击力度不易控制，并且试验效率低，而直接采用声激励时大刚度结构的响应信噪比低、易受环境干扰，因此基于试验模态分析方法的传统模态试验很难甚至无法获得上述电子设备准确的模态参数。工作模态分析仅需测试响应数据，是在激励未知条件下，只利用响应数据进行模态参数识别，对于上述高端精密电子设备而言，参考点的选择依赖经验，并且容易出现虚假模态或遗漏模态的问题。
[0004]目前，尚无针对外形复杂、尺寸小、重量轻、刚度大、频率高的高端精密电子设备的经济、高效、准确的模态测试系统和方法。
【发明内容】
[0005]基于此，本发明在于提供一种适用于外形复杂、尺寸小、重量轻、刚度大、频率高的高端精密电子设备的经济、高效、准确的模态测试系统和方法。
[0006]根据本发明一个方面，提供一种电子设备模态测试系统，包括激振单元、测量单元和信号处理单元，所述激振单元包括用于固定被测电子设备的夹具及与所述夹具刚性连接的激振器，所述测量单元包括装设于预设测振参考点上的传感器及沿所述被测电子设备激振方向布置的激光测振装置，所述信号处理单元包括与所述传感器和所述激光测振装置连接的计算机系统。
[0007]根据本发明另一方面，提供一种电子设备模态测试方法，其包括:将被测电子设备通过夹具与激振器刚性连接；于预设测振参考点上装设传感器，并沿所述被测电子设备激振方向布置激光测振装置；预设测点及数据采集参数，激振器产生振动并通过所述夹具传递振动到所述被测电子设备，获得所述加速度传感器测量的所述预设测振参考点的响应数据和所述激光测振装置测量的各预设测点的响应数据；通过所述加速度传感器和所述激光测振装置测量的所述响应数据，计算所述测振参考点相对所述预设测点的传递函数；利用试验模态分析方法识别所述被测电子设备的模态参数。
[0008]根据本发明的另一方面，提供一种行波管慢波结构模态测试系统，包括激振单元、测量单元和信号处理单元，所述激振单元包括用于固定被测电子设备的夹具及与所述夹具刚性连接的激振器，所述测量单元包括装设于预设测振参考点上的传感器及沿所述被测电子设备激振方向布置的激光测振装置，所述信号处理单元包括与所述传感器和所述激光测振装置连接的计算机系统，其中所述被测电子设备为行波管慢波结构。
[0009]由于被测电子设备通过夹具与激振器刚性连接，可以通过激振器产生振动并将振动经夹具传递到被测电子设备，从而避免直接对被测电子设备激振带来的附加刚度影响，提高模态测试的精度，适用于外形复杂、尺寸小、重量轻的电子设备。与声音激励相比，采用激振器激励，可以大大改善大刚度结构的响应信噪比，采用非接触扫描式激光测振装置测量预设测点的响应数据，可以提高测量效率。通过将传感器测量的所述预设测振参考点的响应数据作为输入信号，激光测振装置测量的各测点的响应数据作为输出信号，计算测振参考点对各测点的传递函数，从而使试验获得的频响函数能够很好地剔除固定该电子设备的夹具的振动频率信息，避免虚假模态出现，并且可利用试验模态分析方法识别模态参数，计算量小。因此，通过采用本发明所提供的电子设备模态测试系统和测试方法，在激励未知的情况下仍可采用试验模态分析方法高效准确地识别模态参数。
【附图说明】
[0010]图1为本发明一实施例所提供的行波管慢波结构模态测试系统示意图；
[0011]图2为本发明另一实施例所提供的模态测试方法示意图；
[0012]图3为通过模态测试系统在不预设测振参考点时所获得的频响函数；
[0013]图4为通过模态测试系统在预设测振参考点时所获得的频响函数；
[0014]图5为行波管慢波结构的频率与振型。
[0015]附图标记说明
[0016]10激振单元
[0017]11 夹具
[0018]13激振器
[0019]12激振杆
[0020]15安装平台
[0021]17功率放大器
[0022]19信号发生器
[0023]20测量单元
[0024]22传感器
[0025]24激光测振装置
[0026]26数据采集装置
[0027]28信号调理装置
[0028]30信号处理单元
[0029]31计算机系统
[0030]40被测电子设备
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及【具体实施方式】，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
[0032]请参阅图1，为本发明一实施方式所提供的电子设备模态测试系统，其包括激振单元10、测量单元20和信号处理单元30。该激振单元包括用于固定被测电子设备40的夹具11及与该夹具11刚性连接的激振器13。该测量单元包括装设于预设测振参考点上的传感器22及沿被测电子设备40激振方向布置的激光测振装置24。该信号处理单元包括与该传感器22和激光测振装置24连接的计算机系统31。
[0033]其中，所述刚性连接是指被连接的两物体的其中一个物体产生位移或者受力时，另一个物体不相对于其产生位移或者变形。通过将被测电子设备40固定于夹具11上，且激振器13与夹具11刚性连接，从而可以将激振器13产生的振动通过夹具11传递到被测电子设备40，避免激振器13直接对被测电子设备40激振带来的附加刚度影响，提高模态参数的精度。且采用激振器13激励，可以大大改善大刚度电子设备40的响应信噪比，采用非接触扫描式激光测振装置24测量预设测点的响应数据，可提高测量效率，且通过将传感器22测量的预设测振参考点的响应数据作为输入信号，激光测振装置24测量的各预设测点的响应数据作为输出信号，可以计算出测振参考点对各测点的传递函数，不仅可以在未知激励的情况下直接采用试验模态分析方法辨识模态参数，而且能够很好地剔除固定该被测电子设备40的夹具11的振动频率，避免虚假模态出现。请一并参阅图3和图4，分别是通过该模态测试系统在预设测振参考点和不预设测振参考点的情况下所获得的频响函数，从图3可以看出，在不预设测振参考点的情况下，模态测试系统所获得的频响函数出现了非被测电子设备固有频率的虚假频率信息。
[0034]该激振单元还包括安装平台15，所述夹具11和所述激振器13均固定安装于所述安装平台15上。夹具11和安装平台15均优选采用铝合金材料制成。该夹具11设计为便于固定夹持不同外形结构的电子设备。激振器13包括一激振杆12，该激振杆12两端分别设置有螺纹，夹具11和激振器13分别与该激振杆12两端螺纹连接。夹具11和激振器13分别通过多个螺栓安装于该安装平台15上。该激振器13为电动激振器，该激振单元10还包括与电动激振器连接的功率放大器17和信号发生器19。使用时，该信号发生器19可产生白噪声信号或随机信号，通过功率放大器17放大后驱动电动激振器振动，电动激振器产生振动并将振动传递到夹具11，使得被测电子设备40产生振动。作为另一可选实施方式，该信号发生器19可以不单独设置而在计算机系统31内增加信号发生器功能，通过计算机的信号输出端直接与功率放大器17连接。在被测电子设备尺寸小且刚度大的情况下，采用电动激振器激励，可以克服通过声源直接激励存在响应信号信噪比差的缺点。
[0035]进一步的，该传感器22为压电式加速度传感器。该压电式加速度传感器安装于该被测电子设备40上刚度相对较大的位置处，并与信号处理单元的信号采集装置26连接。由于被测电子设备40固定夹持于夹具11上，其刚性相对较大的位置即为被测电子设备40靠近夹具11的位置，因此本实施方式中采用型号为ENDEVCO 22型压电式加速度传感器通过石蜡封装固定于该被测电子设备40靠近夹具11的位置处。如此，即避免了传感器安装困难的问题，同时可以通过同时获得传感器11在被测电子设备40振动时测量所得到的响应数据和激光测量装置24所测量的响应数据两路数据用以计算参考点对