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（三）趣味解读模态世界--模态试验用激振器激励还是用锤击激励之间有什么差别吗？
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模态试验用激振器激励还是用锤击激励之间有什么差别吗？
嗯… 问得好。答案是既有差别又没有差别。
这是另一个经常被问到的问题。关于这个问题，不同的方面有很多。我们先从基础知识入手，来理解为何这个问题难于用有差别或无差别来回答。借助于几个简单公式来解释这点。
首先，我们需要记住任何系统都可以根据其运动方程来描述。
从根本上讲，这个方程不过是力平衡方程，也即质量乘以加速度+阻尼乘以速度+刚度乘以位移=作用力。出于某些原因，这个方程在拉氏域内更容易处理。对运动方程进行拉氏变换，可写为
我们利用矩阵将所有方程组织在一起。记住[M][M]、[C][C]、[K][K]分别为质量、阻尼和刚度矩阵。需要注意的是，这些矩阵是对称的。因此，系统矩阵[B(s)][B(s)]也是对称的。系统传递函数为系统矩阵的逆矩阵，可写为
并且，你当然还记得，在模态试验过程中测得的频响函数不过是系统传递函数沿频率轴求值。很多情况下，方便起见，我们按照部分分式的形式来写频响函数，如下所示
并且单个频响可写为
那么，我为何要不厌其烦地写出所有这些公式呢？这是因为在这些公式中有一些非常重要的，与你的问题相关的事情需要关注。记住[B(s)]和[H(s)]是对称的，是因为[M]、[C]和[K]是对称的。这意味着[H(jω)]也是对称的。这说明hij=hji，称为互易性。这意味着你在‘i’点激励，测量‘j’点响应得到的频响函数，与在‘j’点激励，测量‘i’点响应得到的频响函数完全相同。这就是互易性所要表达的意思。
现在，让我们考虑一个锤击试验的情况，针对一个有三个测点的简单梁。可能测得的输入-输出频响函数总共有9个。但对于本例，在测点3位置布置加速度计，在测点1，2，和3位置进行锤击，得到频响函数测量结果。称测点3为参考点位置，因为对于我进行的每次测量，它都是同一个响应点。因为力锤从一点到另一点逐点遍历，测得的频响函数为频响矩阵的一行，且是矩阵的最后一行。
在我们讨论其他问题之前，先讨论激振器试验得到的相同测量结果。将激振器布置在测点3位置，加速度计在梁的测点1、2、和3位置逐点移动，得到频响函数测量结果。注意到测点3仍然是参考点位置，因为对于每次测量，激振力都施加在同一个测点位置。既然激振力是不动的，测得的频响函数为频响矩阵的一列，且是矩阵的最后一列。
如果观察测得的频响函数，会注意到，激振器试验得到的h13与锤击试验得到的 h31完全相同。同样也会注意到，激振器试验得到的 h23与锤击试验得到的 h32完全相同。好了，这即是所谓的互易性。所以，从理论的角度看，不管是从激振器试验还是从锤击试验得到数据，都是无关紧要的。数据完全相同 — 从理论的角度看。在结构的同一点进行脉冲激励，而逐步移动加速度计到所有测点位置，锤击试验为何不能这样进行？说起来，这没有理由啊。对激振器试验，也可以施加类似的方案。响应加速度计固定在同一个位置，而将激振器逐点移动（但是想要按照这种方式进行试验的人，我是一个也不认识！）。问题是从理论的角度看，如何得到数据无关紧要，只要得到输入-输出特性即可。
因此，答案是激振器试验和锤击试验之间没有什么差别。那是从理论的角度看的！如果我可以施加一个纯粹的力于结构之上，作用力与结构之间没有任何相互影响，并且我可以用一个无质量的传感器来测量响应，它对结构没有任何影响 — 那么这个答案成立。但若情况并非如此，将会怎样呢？
好了，让我们从实际的角度来考虑一下试验。问题是，在模态试验过程中，激振器和响应传感器通常会对结构产生影响。重点要记住，被测结构不仅仅是那个你要得到模态数据的结构。它是结构加上数据采集中所包含的一切事物 — 结构悬挂方式，所装传感器的质量，激振器/推力杆布置的潜在刚度影响。所以尽管理论讲锤击试验结果和激振器试验结果之间不应该有任何差别，但因为采集数据的实际问题，经常会导致有差别。
最明显的差别源于激振器试验过程中的加速度计移动。相对于整个结构的总重量来讲，加速度计重量或许极其微小，但相对于结构的不同部件的有效重量来讲，其重量或许非常大。在多通道系统中，这个问题尤为突出，其中为了采集到所有的测量结果，多个传感器需要在结构上移动。这是个问题，特别是对轻质结构而言。解决这个问题的一个办法是，在结构上安装上所有的加速度计，即使每次仅测量一少部分。另一种方法是，在还没有测到的位置上加上哑元加速度计质量块；这样可以消除移动质量的影响。
另一个存在的差别是由激振器/推力杆的影响引起的。从根本上讲，结构的模态可能会受到质量和激振器连接装置的刚度效应的影响。尽管我们尽力减少这种影响，但他们或许存在。推力杆的目的是从结构上分离激振器的影响。但是，在很多结构上，激振器连接装置的影响可能比较显著。因为锤击试验不受这些问题的不良影响，所以可能得到不同的结果。
尽管理论上讲激振器试验和锤击试验之间没有什么差别，但某些非常基本的实际问题或许会导致它们之间存在某些差别。我希望本文讨论澄清了这个问题。
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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