模态空间是Peter Avitabile教授发表的系列模态解读文章。Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMASS Lowell机械工程系结构动力学和声学系统实验室的副主任，以及模态分析和控制实验室的主任。Peter Avitabile教授以略带口语化、生动而又幽默的语言，在每篇文章中集中介绍试验模态分析的一个主题，是非常好的试验模态分析的入门文章。它涉及到了试验模态分析的方方面面，是模态试验新手的入门极佳材料，学习它有助于理解什么是试验模态，以及取得高质量的模态参数。
在北京科尚仪器官网发布模态空间系列文章及其中文翻译，得到了Peter Avitabile教授的书面授权，Peter Avitabile教授拥有文章全部权利，北京科尚仪器只为学习教育目的而使用它们。如您转载此系列中文翻译，请保留本段的描述信息。
模态空间系列（四十四）趣味解读模态世界--进行锤击试验时输入谱看起来失真了 – 你认为我的FFT分析仪有问题吗？
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我进行锤击试验时，输入谱看起来失真了 – 你认为我的FFT分析仪有问题吗？
我们做个测试，看一看到底是怎么回事？
搞清楚这到底是怎么回事的唯一方法是做点故障排查。但是当然了，我们对于正确的答案应该是什么必须有所了解。嗯…对锤击试验，时域内的力应该仅仅是一个在很短时间范围内的简单脉冲。并且得到的频谱应该是一个在一定频率范围内相对平坦的输入轮廓。输入谱的宽度跟脉冲时间直接相关。基本上，时域内的脉冲越短，激起的频率范围越宽。并且相反地，时域内的脉冲越宽，激起的频率范围月窄。至少这就是我们希望得到的。那么现在我们下到试验室，用你的分析仪采一些测量结果来看一看这是否是我们得到的。（在这篇文章中，我将尽力复现在一个特定的试验室的试验过程中实际上所观察到的东西。但是我不能完全相同地重现所发生的事情，这是由于FFT硬件是不同的。）对于这个试验，将利用一般经典的冲击力锤，被测结构只是一个典型结构，上面安装了一个加速度计。
锤击力如图1所示，同时显示了时域响应（上面黑色的两条曲线）。现在时域信号看起来还不错。冲击信号是一个尖的脉冲，在整个时间范围内带有相对平直的零信号。对于响应信号，系统的自由衰减响应看起来还不错，但是可能需要加窗来减少泄漏。
输入谱（在下部的曲线中显示为蓝色，并且标识为失真的力谱）也是相当的平坦，如同预期的那样带点滚降。但是有一点要注意的是，在频谱上的非常低频的部分有一个明显的脉冲，看起来不正确。这绝对不是我们期望的，并且可能是你咨询关于这个测量结果问题的原因。这需要深入研究。
图1 – 时域冲击力，阻尼衰减的加速度计响应和力谱（正确的和失真的）
现在我们回到时域信号，对测得的信号做些研究。要检查的第一件事是，输入传感器是否具有合适的信号，另外电路是否可能有问题（也就是，检查传感器的饱和以及检查电缆，电池，等等）。通常FFT分析仪设置成某种时域采集模式来观察时域信号，就像是在一个示波器上能做的那样。只要看上去是合适的信号，你就可以着手讨论信号的FFT表示。
时域信号看起来是恰当的…但是需要问一个问题，测得的数据是否已经加了某种窗函数。对这个分析仪，根据分析仪窗函数设置，这里似乎没有加任何的窗到力输入信号上去。但是响应信号可能需要加窗。然而，在很多FFT分析仪上力和响应的窗函数的标签常常含混不清。大多数时候标签有意义，但分析仪软件使用的标签常常没有非常清楚地指明所采用的窗函数。
在这种特殊情况下，输入信号被标识为不需要任何的窗函数 – 力通道上的标签指出了某种类似于“仅有响应窗”的东西。现在这个标签令我感到困惑。这个标签可能意味着“仅有一个窗函数被施加到响应通道上” – 或者它还能表示其他意思吗？当然，我们应该翻开用户手册，阅读与这个特殊的窗设置有关的段落。但是很多时候，一个典型的用户可能认为他了解所有的按钮/标签是什么意思，因为他熟悉早期用过的其他FFT分析仪设备，并且认为没有必要阅读用户手册。另一方面，用户手册手册有时候同样令人困惑。当我开始阅读时，经常被用户手册的信息搞得更为晕菜。
所以，我通常采取一种非常简单的“看着键盘找字”的方法。也就是，选择一个要修改的参数，而其他参数保持不变。在冲击力锤的情况下，首先要检查的是确保力传感器没有损坏 – 检查的最简单的事情是换用另一把力锤，以及电缆和信号调理仪。
下一步的检查是FFT采集系统的设置。力通道的分析仪窗函数设置为“仅是响应窗（response only window）”。响应窗函数同样可以改变 – 但是我们的初步印象是对输入力谱不需要做任何事情。最初响应窗函数设置为汉宁窗，这显然是错误的 – 对于某些其他的测试，例如处理随机类型的信号，这可能是默认的设置。窗应该是或者没有窗或者是指数窗。作为第一次检查，选择矩形窗（并且应该首先这么做，即使最后要求加指数窗）。现在响应信号看上去跟先前观察到的一样。
现在这样是不行的，因为先前加了汉宁窗。嗯，事实证明最初的信号被作为“无窗的”信号，这是很多分析仪的默认设置 – 在某些分析仪上为了观察加窗的信号，必须选择专门的设置。尽管响应信号明显受到加窗的影响，最有趣的发现是，输入通道上的力谱看上去同样受响应通道上的窗函数的影响！力谱谱如图1下部的曲线所示（显示为红色，标识为正确的力谱）。当改变响应窗时，输入通道上的力谱会如何改变呢？
分析仪坏了吗？你应当给制造商报告这个瑕疵吗？嗯 – 实际上不用！在很多FFT分析仪上，通常施加响应窗到响应信号上，为了正确地计算输出跟输入的比值，同时响应窗也加到力信号上了（通常这么做是为了避免仅仅加窗到输出响应上去所导致的失真 – 有理论证明这是有道理的，但这里我们不需要讨论它们）。这里重要的问题是，在很多（但不是所有的）FFT分析仪上，响应窗不但加到了输入通道上而且加到了输出通道上。所以现在我们可以看出为什么最初的力谱失真了 – 现在清楚“仅有响应窗”到底是什么意思了。最初的FFT分析仪采取汉宁窗作为默认设置 – 加到响应通道上。尽管被评估的通道仅仅是力通道，窗对于响应通道的影响也同等重要。
当利用FFT分析仪进行任何测试的时候，你需要极端的小心。你需要确认你了解如何操作分析仪 – 很多分析仪具有很多不同的特点，并且不是所有的分析仪都是一样的。无疑，进行一些像这里做的那样的简单检查，使自己确信测量结果是按照有意义的方式采集的。
我希望我已经回答了你的问题，关于这种测量结果影响的问题。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
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模态激励全新的解决方案-WaveHitMAX自动脉冲锤
实验模态分析中必不可少的一环就是模态激励，昊量光电最新推出的这款智能冲击锤的发明为结构动力学应用提供了机械激励的新途径。智能意味着设备内部处理信号。模态锤WaveHitMAX保证了测试对象的全自动、可重复和高精度激励，而没有双重打击。用户可以根据不同的阻尼/延迟时间，设置撞击次数、冲击力和撞击之间的延迟时间。所有的预置，如零点或冲击力搜索，都是由锤子自动完成的。用户不再需要手动调整。
针对全自动冲击锤的研制，WaveHitMAX采用包括整个运动控制的闭环控制方法解决了这一问题。
图1. 用于脉冲锤内部运动控制的传感器-执行器控制回路示意图
对新型冲脉冲锤WaveHitMAX的系统设计进行了改进，使传感器信号作为运动控制单元的主要输入参数。这样，脉冲锤的手臂可以向上移动到试件的命中点，在那里，通过力传感器信号中的特征变化检测到接触事件，手臂的移动方向可以反转。
与半自动冲击锤相比，WaveHitMAX自动脉冲锤具有新的功能。内部信号处理的优点有:
• 全自动单击
• 自动搜索用户自定义的冲击力
• 自动零点搜索
• 确认对质量保证的影响
• 更改锤头与测试对象之间的位置，无需重新设置
WaveHitMAX自动模态力锤可以通过以太网在Windows设备(PC或平板电脑)上通过包含的软件快速、轻松地操作。
自动模态脉冲锤特点：
• 自动零点搜索
• 可重复的单击激发
• 内部传感器评估和过程控制
• 自动搜索和调整冲击力
• 位置的变化是自动预测的
• 通过附件配置脉冲特性
• 通过远程控制或集成到客户系统中来触发功能
• 在德国设计和组装
• CE认证
1.确保单次激发
双重撞击激励可以在时域和频域检测到
2.丰富的配件支持
不同的传感器-尖端-配重的组合。
综述上文介绍WaveHitMAX - 第一款用于全自动冲击测试的智能脉冲锤，在全新的AI智能脉冲领域实现真正意义上的全自动智能脉冲锤！
如果您对WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/details-1495.html
关于Gfai tech
Gfai tech GmbH一直在生产和销售"德国制造"的声音和振动测量和分析创新产品超过15年。作为应用计算机科学促进会（GFai）的100%子公司，它始终以行业为导向和以应用为导向。
Gfai tech以第一台模块化和灵活的声学摄像机而闻名，用于声源的定位，可视化和分析。如今，该产品组合还包括实验模态分析的创新以及用于监测、分析和评估声学测量数据的完整软件解决方案。我们的测量解决方案应用于汽车、工业、空中交通、火车交通和研发领域的降噪、错误检测和声音设计。
上海昊量光电作为gfai tech公司在中国大陆地区独家的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。
关于昊量光电：
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