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（九十四）趣味解读模态世界– 如果进行力锤逐点锤击试验并且锤击很多点，有可能丢失某阶模态吗？
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如果我们进行力锤逐点冲击试验，并且锤击很多点，有可能丢失某阶模态吗？
嗯…在哪儿布置加速度计，你要小心。
我很高兴你问了这个问题，因为进行模态试验时，它是一个非常重要的注意事项。我们讨论一下与你问题相关的一些事情。
现在，一把逐点移动的力锤，一个固定不动的加速度计是进行锤击试验的一种方法，很常用。另外一种可以做的锤击试验方法是保持力锤不动，而移动加速度计。做这类试验，这两种方法都是可以接受，并且因为互易性，从理论的角度看，真的没有差别。实际上，如果你考虑一下测量结果，当有一把逐点移动的力锤时，会填满FRF矩阵的一行，如果有一个逐点移动的响应传感器，会填满FRF矩阵的一列。这种情况的示意图如图1所示，同时显示了互易的测量结果。
不论什么时候进行模态试验，你必须时刻小心，以避免让参考点位于某阶模态的节点上。这是最为重要的注意事项。
图1 – 频响矩阵，展示出逐点锤击（红色行）和逐点响应（蓝色列）
为了理解这个内容，需要介绍几个描述FRF的基本方程。现在单个FRF“ij”测量结果可以根据留数写成求和的形式，形如
但是在这个留数形式的方程中，要认识到留数意味着什么，可就不那么容易了。但是如果我用表示成模态振型的留数来写这个方程，则
对这个方程，所产生的FRF可能看起来像是图2中所示的FRF，那里显示了两种形式的FRF表达式（并且为了区分单独每阶模态的贡献，用蓝色和红色对FRF求和式中的每一项上了色）；图2中，上述方程已经展开为前两项的和，以说明每阶模态对于总体FRF所做的贡献。重要的是认识到，FRF是由各个单独的模态的和构成的。
当我们按照模态振型来写这个方程时，清楚地说明，对于特定的“ij”项，结构的模态振型是如何对FRF的幅值具有强烈影响的。从根本上说，留数是根据比例系数q，模态振型在输出响应位置的值乘以模态振型在输入激励位置的值生成的。这样说来，我认为很显然，如果输出位置抑或输入位置的模态振型值为零（也就是说，位于模态的节点上），那么对于那阶特定的模态，将不会有幅值。
图2 – 频响函数之和
所以既然我们认识到了这一点，同样也很显然，不论什么时候我们在某阶模态的节点位置进行测量，则FRF测量结果中不会有关于那阶模态的明显幅值 – 不管它是激励位置还是响应位置都没关系。
另外，我还应该指出如果参考点跟模态节点离得很近，那么，对于那个特定阶的模态，频响幅值将会很低。实际上，图2中绿色所示的第3阶模态是那种情况的一个最好例证。跟第1阶和第2阶模态相比，那个幅值低，因为对输入和/或输出位置，模态振型的值比第1阶和第2阶模态的小很多；那是幅值为什么更低的原因。
但是就你问过的最初问题而言，真正重要的是参考点的位置 – 不管是固定的力锤作为参考点，还是固定的加速度计作为参考点。如果参考点位于某阶模态的节点上，那么FRF中对于那阶特定的模态将不会有明显的响应。
现在为了进行良好的模态试验，对所有感兴趣的模态，我们需要非常清楚模态振型什么样，这样可以选择合适的参考点。
但是很多时候，在更为复杂的结构或者结构具有非常方向性的模态特性的情况下，选择一个位置，从那一个参考点位置很容易地看到所有阶模态，可能是非常困难甚至是不可能的。这就是为什么很多时候我们用多个参考点进行模态试验的原因。按照这种方法，我们有能力从几个不同的参考点位置看到所有阶模态。
有时，当有4通道采集系统时，我们将用3个加速度计（或者如果有8通道采集系统，将用7个加速度计），固定不动的加速度计布置在结构不同的位置，进行逐点移动力锤锤击模态试验。这样的话，有更好的机会来确保能从所有不同的参考点位置看到所有阶模态。
但愿我们能够选取3个（或7个）位置，据此所有的参考点都没有位于模态的节点位置。实际上，你可能认为选取那么多的参考点并且让它们同时都位于某阶模态的节点上，那几乎是不可能的。
嗯，无巧不成书，我见到有一个模态试验，其中用了9个参考点，在逐点移动力锤的条件下进行测试。你首先想到的可能是，在9个参考点的条件下你怎么可能会有丢失某阶模态的问题呢。难道你不知道吗，全部9个加速度计刚好位于平板某阶模态的节点位置上。图3展示了这个非常难以置信的做过的试验，这里，在9个参考点的情况下，结构的某阶模态丢失了。
图3 – 丢掉的平板模态，有9个参考点
我希望这有助于说明，当确定模态试验的参考点时，你需要非常小心。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。
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