一种非接触式测量柔性结构的模态振型的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种非接触式测量柔性结构的模态振型的系统。
【背景技术】
[0002] 模态分析是研究结构动态特性的重要研究方法。在机械，汽车，航天，土木等工程 领域中，常常需要考虑到结构的模态参数。而结构的动态参数是通过模态测试和模态分析 的方法来确定。一种操作简单精度高的模态测试装置就成为模态参数测试的关键。目前国 内外对模态测试主要采用以下方法：
[0003] -，锤击法模态测试：锤击法能量较小，敲击力大小及方向不易控制，一般锤击法 都需要采用多次平均以获得较稳定的测量数据。锤击法测试结构的的模态，存在以下难点： (1)难以保证每次敲击力相同和敲在同一位置。（2 )锤击法无法直接测出柔性结构的振型。
[0004] 二，激振法模态测试：主要是通过分析仪器输出信号源来控制激振器，激励被测试 件。输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。支持单点激励（snro)与 多点同时激励法(Μπω)。而激振器对被测试件击振时，是通过控制激振器的位置来进行不 同点的击振，这种击振方法操作繁琐，精度低，也有可能定位在节点处，这使得击振效果不 明显。
[0005] 以上方法都是一种接触式间接的测量方法，由于都是由人为的去敲击或者是移动 激振器，操作过程中必然存在误差，使得测试精度低，以致达不到测试要求。
[0006]目前的模态测试方法中大都主要关注柔性结构的模态频率的测试，而对反应柔性 结构振动特性的重要指标-振型的测试却非常少见。而即使在现有的测量方法中，主要是 通过移动激振器对结构上的不同位置进行测试，然后通过分析所测数据得出结构的模态频 率和振型，操作过程繁琐，测试精度低，并且是通过固定的传感器间接测量。这种测量方法 存在以下显著缺点：
[0007] ( 1)通常在待测结构上粘贴传感器，这就给待测结构带来了附加质量，从而改变了 结构的质量分布，影响结构的固有特性，导致测试结果与实际相差甚远；
[0008] (2)通过移动激振器，整个过程非常麻烦，而且只能测量有限的几个点的振幅值， 测量结构比较粗糙，不能精确刻画柔性结构的固有振型；
[0009] (3)是一种间接测量方法，不能直观形象揭示结构的固有振型。
[0010] 在击振测量的过程中，往往只关注对弯曲模态的测量，而对振动产生的扭转模态 的测量却无法检测反映出来。这就对模态检测形成了局限性，无法客观直接的反映结构在 振动过程中产生的动态效果，对结构的动态分析也受到限制。 【实用新型内容】
[0011] 为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型提供了一种无需在待测量件上粘贴传 感器，也无需移动激振器的非接触式直接测量待测量件的模态振型的系统。
[0012] -种非接触式测量柔性结构的模态振型的系统，包括固定待测量件的夹持装置， 对待测量件进行激振的激振器和测量待测量件各测量点的振幅值的测量机构，以及将各测 量点的振幅值转换为待测量件的模态振型的处理器；
[0013] 待测量件为柔性结构；
[0014] 夹持装置夹持待测量件一端、使待测量件呈一端固定的悬臂梁；
[0015] 激振器的输出端紧贴待测量件；
[0016] 测量机构主要由测量各测量点的振幅值的激光传感器组，驱动激光传感器组沿待 测量件的长度方向步进式运动的驱动机构和导向机构组成；导向机构由直线导轨和滑块组 成，激光传感器组通过安装支架固定于滑块上，直线导轨与待测量件平行；激光传感器组的 多个激光传感器沿待测量件的高度方向从上到下沿直线排列；驱动机构每步进一次，激光 传感器组从当前测量点到达下一测量点，激光传感器组在每一个测量点的测量时间大于待 测量件的固有振动周期；
[0017] 每个激光传感器在各个测量点获取的振幅值输入处理器中，处理器按照各测量点 的位置关系将激光传感器组中各个激光传感器所测得的振幅值成网状连接起来获得待测 量件在激振频率下的固有振型。
[0018] 进一步，驱动机构由步进电机和带传动机构组成，激光传感器组的安装支架与传 动带固定。
[0019] 进一步，导轨的两端分别设置第一限位开关和第二限位开关，激光传感器组从第 一限位开关运动到第二限位开关、或从第二限位开关运动到第一限位开关。
[0020] 本实用新型的有益效果是：
[0021] 1)、本实用新型所采用激光传感器直接测量待测量件在模态振动时各测量点的振 动幅值；激光检测是一种非接触式的测量，不会给系统带来附加质量，即不会影响柔性结构 的固有特性，提高了测试的准确性。
[0022] 2)、在确定待测量件的振型精度后，通过控制步进电机输入的脉冲数和频率，步进 电机运转带动同步带运动，激光传感器随滑块沿直线导轨可精确的依次通过设置的测量 点，即可实现对柔性结构的高精度非接触测量，而无需移动激振器的位置。
[0023] 3)、在直线导轨的两端设置限位开关，来控制激光传感器的行程。
[0024] 4)、激光传感器组的各传感器沿待测量件的高度设置，可以测量待测量件不同高 度的模态，不仅能检测待测量件的弯曲模态，而且还能检测其扭转模态，更直观更精确的反 映柔性结构的动态特性。该测试系统降低了操作的难度，提高了测试的精度和准确性。
【附图说明】
[0025] 图1是本实用新型的系统的示意图。
[0026] 图2是图1的俯视图。
[0027] 图3是系统的传动装置。
[0028] 图4是待测量件的测量点分布。
[0029] 图5是待测量件为柔性板时的一阶弯曲振型。
[0030] 图6是待测量件为柔性板时的二阶弯曲振型。
[0031] 图7是待测量件为柔性板时的三阶弯曲振型。
【具体实施方式】
[0032] 如图1、图2所示，一种非接触式测量柔性结构的模态振型的系统，包括固定待测 量件1的夹持装置4,对待测量件1进行激振的激振器3和测量待测量件1各测量点的振幅 值的测量机构，以及将各测量点的振幅值转换为待测量件1的模态振型的处理器；
[0033] 待测量件1为柔性结构；
[0034] 夹持装置4夹持待测量件1 一端、使待测量件1呈一端固定的悬臂梁或悬臂板；
[0035] 激振器3的输出端紧贴待测量件1 ;
[0036] 如图3所示，测量机构主要由测量各测量点的振幅值的激光传感器组2,驱动激光 传感器组2沿待测量件1的长度方向步进式运动的驱动机构和导向机构组成；导向机构由 直线导轨9和滑块8组成，滑块8与直线导轨9配套使用。
[0037] 激光传感器组2通过安装支架固定于滑块8上，直线导轨9与待测量件1平行；激 光传感器组2的多个激光传感器沿待测量件1的高度方向从上到下沿直线排列；驱动机构 每步进一次，激光传感器组2从当前测量点到达下一测量点，激光传感器组2在每一个测量 点的测量时间大于待测量件1的固有振动周期；
[0038] 每个激光传感器在各个测量点获取的振幅值输入处理器中，处理器按照各测量点 的位置关系将激光传感器组2中各个激光传感器所测得的振幅值成网状连接起来获得待 测量件1在激振频率下的固有振型。
[0039] 驱动机构由步进电机6和带传动机构组成，激光传感器组2的安装支架7与传动 带5固定。带传动机构为同步带传动机构。在步进驱动器接收到脉冲信号时，步进电机6 运转，根据接收到的脉冲个数，即可得到具体的角位移量，即转化为同步带的移动量，也即 实现了激光传感器高精度的准确定位。
[0040] 直线导轨9的两端分别设置第一限位开关11和第二限位开