一種非接觸式測量柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種非接觸式測量柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的重要研究方法。在機械，汽車，航天，土木等工程 領(lǐng)域中，常常需要考慮到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。而結(jié)構(gòu)的動態(tài)參數(shù)是通過模態(tài)測試和模態(tài)分析 的方法來確定。一種操作簡單精度高的模態(tài)測試裝置就成為模態(tài)參數(shù)測試的關(guān)鍵。目前國 內(nèi)外對模態(tài)測試主要采用以下方法：
[0003] -，錘擊法模態(tài)測試：錘擊法能量較小，敲擊力大小及方向不易控制，一般錘擊法 都需要采用多次平均以獲得較穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)。錘擊法測試結(jié)構(gòu)的的模態(tài)，存在以下難點： (1)難以保證每次敲擊力相同和敲在同一位置。（2 )錘擊法無法直接測出柔性結(jié)構(gòu)的振型。
[0004] 二，激振法模態(tài)測試：主要是通過分析儀器輸出信號源來控制激振器，激勵被測試 件。輸出信號有先進掃頻正弦，隨機噪聲，正弦，調(diào)頻脈沖等信號。支持單點激勵（snro)與 多點同時激勵法(Μπω)。而激振器對被測試件擊振時，是通過控制激振器的位置來進行不 同點的擊振，這種擊振方法操作繁瑣，精度低，也有可能定位在節(jié)點處，這使得擊振效果不 明顯。
[0005] 以上方法都是一種接觸式間接的測量方法，由于都是由人為的去敲擊或者是移動 激振器，操作過程中必然存在誤差，使得測試精度低，以致達不到測試要求。
[0006]目前的模態(tài)測試方法中大都主要關(guān)注柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率的測試，而對反應(yīng)柔性 結(jié)構(gòu)振動特性的重要指標(biāo)-振型的測試卻非常少見。而即使在現(xiàn)有的測量方法中，主要是 通過移動激振器對結(jié)構(gòu)上的不同位置進行測試，然后通過分析所測數(shù)據(jù)得出結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻 率和振型，操作過程繁瑣，測試精度低，并且是通過固定的傳感器間接測量。這種測量方法 存在以下顯著缺點：
[0007] ( 1)通常在待測結(jié)構(gòu)上粘貼傳感器，這就給待測結(jié)構(gòu)帶來了附加質(zhì)量，從而改變了 結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布，影響結(jié)構(gòu)的固有特性，導(dǎo)致測試結(jié)果與實際相差甚遠；
[0008] (2)通過移動激振器，整個過程非常麻煩，而且只能測量有限的幾個點的振幅值， 測量結(jié)構(gòu)比較粗糙，不能精確刻畫柔性結(jié)構(gòu)的固有振型；
[0009] (3)是一種間接測量方法，不能直觀形象揭示結(jié)構(gòu)的固有振型。
[0010] 在擊振測量的過程中，往往只關(guān)注對彎曲模態(tài)的測量，而對振動產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)模態(tài) 的測量卻無法檢測反映出來。這就對模態(tài)檢測形成了局限性，無法客觀直接的反映結(jié)構(gòu)在 振動過程中產(chǎn)生的動態(tài)效果，對結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析也受到限制。 【實用新型內(nèi)容】
[0011] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本實用新型提供了一種無需在待測量件上粘貼傳 感器，也無需移動激振器的非接觸式直接測量待測量件的模態(tài)振型的系統(tǒng)。
[0012] -種非接觸式測量柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型的系統(tǒng)，包括固定待測量件的夾持裝置， 對待測量件進行激振的激振器和測量待測量件各測量點的振幅值的測量機構(gòu)，以及將各測 量點的振幅值轉(zhuǎn)換為待測量件的模態(tài)振型的處理器；
[0013] 待測量件為柔性結(jié)構(gòu)；
[0014] 夾持裝置夾持待測量件一端、使待測量件呈一端固定的懸臂梁；
[0015] 激振器的輸出端緊貼待測量件；
[0016] 測量機構(gòu)主要由測量各測量點的振幅值的激光傳感器組，驅(qū)動激光傳感器組沿待 測量件的長度方向步進式運動的驅(qū)動機構(gòu)和導(dǎo)向機構(gòu)組成；導(dǎo)向機構(gòu)由直線導(dǎo)軌和滑塊組 成，激光傳感器組通過安裝支架固定于滑塊上，直線導(dǎo)軌與待測量件平行；激光傳感器組的 多個激光傳感器沿待測量件的高度方向從上到下沿直線排列；驅(qū)動機構(gòu)每步進一次，激光 傳感器組從當(dāng)前測量點到達下一測量點，激光傳感器組在每一個測量點的測量時間大于待 測量件的固有振動周期；
[0017] 每個激光傳感器在各個測量點獲取的振幅值輸入處理器中，處理器按照各測量點 的位置關(guān)系將激光傳感器組中各個激光傳感器所測得的振幅值成網(wǎng)狀連接起來獲得待測 量件在激振頻率下的固有振型。
[0018] 進一步，驅(qū)動機構(gòu)由步進電機和帶傳動機構(gòu)組成，激光傳感器組的安裝支架與傳 動帶固定。
[0019] 進一步，導(dǎo)軌的兩端分別設(shè)置第一限位開關(guān)和第二限位開關(guān)，激光傳感器組從第 一限位開關(guān)運動到第二限位開關(guān)、或從第二限位開關(guān)運動到第一限位開關(guān)。
[0020] 本實用新型的有益效果是：
[0021] 1)、本實用新型所采用激光傳感器直接測量待測量件在模態(tài)振動時各測量點的振 動幅值；激光檢測是一種非接觸式的測量，不會給系統(tǒng)帶來附加質(zhì)量，即不會影響柔性結(jié)構(gòu) 的固有特性，提高了測試的準(zhǔn)確性。
[0022] 2)、在確定待測量件的振型精度后，通過控制步進電機輸入的脈沖數(shù)和頻率，步進 電機運轉(zhuǎn)帶動同步帶運動，激光傳感器隨滑塊沿直線導(dǎo)軌可精確的依次通過設(shè)置的測量 點，即可實現(xiàn)對柔性結(jié)構(gòu)的高精度非接觸測量，而無需移動激振器的位置。
[0023] 3)、在直線導(dǎo)軌的兩端設(shè)置限位開關(guān)，來控制激光傳感器的行程。
[0024] 4)、激光傳感器組的各傳感器沿待測量件的高度設(shè)置，可以測量待測量件不同高 度的模態(tài)，不僅能檢測待測量件的彎曲模態(tài)，而且還能檢測其扭轉(zhuǎn)模態(tài)，更直觀更精確的反 映柔性結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。該測試系統(tǒng)降低了操作的難度，提高了測試的精度和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本實用新型的系統(tǒng)的示意圖。
[0026] 圖2是圖1的俯視圖。
[0027] 圖3是系統(tǒng)的傳動裝置。
[0028] 圖4是待測量件的測量點分布。
[0029] 圖5是待測量件為柔性板時的一階彎曲振型。
[0030] 圖6是待測量件為柔性板時的二階彎曲振型。
[0031] 圖7是待測量件為柔性板時的三階彎曲振型。
【具體實施方式】
[0032] 如圖1、圖2所示，一種非接觸式測量柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型的系統(tǒng)，包括固定待測 量件1的夾持裝置4,對待測量件1進行激振的激振器3和測量待測量件1各測量點的振幅 值的測量機構(gòu)，以及將各測量點的振幅值轉(zhuǎn)換為待測量件1的模態(tài)振型的處理器；
[0033] 待測量件1為柔性結(jié)構(gòu)；
[0034] 夾持裝置4夾持待測量件1 一端、使待測量件1呈一端固定的懸臂梁或懸臂板；
[0035] 激振器3的輸出端緊貼待測量件1 ;
[0036] 如圖3所示，測量機構(gòu)主要由測量各測量點的振幅值的激光傳感器組2,驅(qū)動激光 傳感器組2沿待測量件1的長度方向步進式運動的驅(qū)動機構(gòu)和導(dǎo)向機構(gòu)組成；導(dǎo)向機構(gòu)由 直線導(dǎo)軌9和滑塊8組成，滑塊8與直線導(dǎo)軌9配套使用。
[0037] 激光傳感器組2通過安裝支架固定于滑塊8上，直線導(dǎo)軌9與待測量件1平行；激 光傳感器組2的多個激光傳感器沿待測量件1的高度方向從上到下沿直線排列；驅(qū)動機構(gòu) 每步進一次，激光傳感器組2從當(dāng)前測量點到達下一測量點，激光傳感器組2在每一個測量 點的測量時間大于待測量件1的固有振動周期；
[0038] 每個激光傳感器在各個測量點獲取的振幅值輸入處理器中，處理器按照各測量點 的位置關(guān)系將激光傳感器組2中各個激光傳感器所測得的振幅值成網(wǎng)狀連接起來獲得待 測量件1在激振頻率下的固有振型。
[0039] 驅(qū)動機構(gòu)由步進電機6和帶傳動機構(gòu)組成，激光傳感器組2的安裝支架7與傳動 帶5固定。帶傳動機構(gòu)為同步帶傳動機構(gòu)。在步進驅(qū)動器接收到脈沖信號時，步進電機6 運轉(zhuǎn)，根據(jù)接收到的脈沖個數(shù)，即可得到具體的角位移量，即轉(zhuǎn)化為同步帶的移動量，也即 實現(xiàn)了激光傳感器高精度的準(zhǔn)確定位。
[0040] 直線導(dǎo)軌9的兩端分別設(shè)置第一限位開關(guān)11和第二限位開