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（八十九）趣味解读模态世界 – 驱动点频响到底是什么？必须准确地在同一点锤击吗？
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那么驱动点频响到底是什么？你必须准确地在同一个点锤击吗？
那我们看一看这个问题。
对于试验模态测试，驱动点频响总是招来很多疑问。当进行试验特别是对这个测量结果，要考虑几件事情。因而讨论这个问题很重要。
作为试验模态测试的组成部分，进行驱动点测量非常重要。驱动点频响是一个测量结果，其中在结构上的同一个点沿着同一个方向测量输入力和响应。当我们讨论这类测量时，有几件事要考虑。
无疑，锤击结构于同一个位置实际上是非常困难的，在这里你要同时测量响应，所以有些实际可能引发的后果需要考虑。我曾见过多次工程案例，其中为了得到这个驱动点频响，加速度计的外壳像是承受了物理冲击。现在作为进行这类测量的方法，这确乎不为推荐。所以我们需要想一想如何进行测量，如何考虑实际进行这类测量所引发的后果。
所以很显然我们需要设法得到尽可能符合预想的结果，不要真的在加速度计本身上进行锤击。那么实现这点的一种方法是在结构相反的一侧进行测量。如果截面刚度很大或者是实心的，这似乎是获得结果的一种可能方法。唯一差别在于需要考虑测量结果的相位，这样如果加速度计的敏感正方向与预期的测量结果差180度，需要修正相位。并且在已有的几乎每个模态软件包中，允许包含相位，来定义测量结果是沿着“正”方向抑或是沿着“负”方向。所以这根本不是问题（但稍后我们会讨论一个难点）。
进行测量时，得到驱动点结果的另外一种办法是在加速度计旁边锤击。现在这不是真正的驱动点测量结果，但如果结构很大，就不是问题。所以如果我要在一个巨大的风力发电机叶片上进行测量，锤击位置的这点细小差异的影响根本微不足道。但是，如果我要在一个更小的结构，例如磁盘驱动器或者喷气发动机透平叶片上，得到相同的驱动点测量结果，在这种情况下，相对于加速度计实际几何位置和实际锤击位置的细小差异，结构的外形尺寸可能造成驱动点测量结果相当大的改变。
影响将是非常依赖于随每个微小距离变化而变化的模态振型值。如果模态振型变化不大，真实驱动点测量结果和测得的驱动点测量结果之间的差异或许完全不足道。但是随着结构开始变小，或者考虑高阶模态时，模态振型实际改变的影响会影响更大（绝无双关之意）。归到底，这实际上都与描述频响函数的方程有关，对于单阶模态近似，写成模态振型的形式，可以如下表示：
显然，如果点“i”和“j”之间的模态振型值极其的小，那么实际测得的频响函数的变化以及驱动点的测量结果将会非常的小。所以这都依赖于外形尺寸以及相对于加速度计和锤击位置细小距离改变的模态振型变化量。
但是，我们考虑另外一种情况，这可能是一个更为普遍的问题，需要讲清楚。很多时候，进行测量，为了方便，加速度计布置在结构相反的一侧。如果结构是实心截面或者非常刚硬，按照这种方式进行测量似乎有道理。或者由于空间的限制，这或许不可能。不管怎样，拿一个简单的管梁截面来说明需要考虑的一些其他注意事项。梁的截面示于图1，同时在右侧有两个小的泪滴形加速度计安装在结构上，显示的红色加速度计作为真的驱动点测量结果，而显示的蓝色加速度计作为驱动点测量结果的近似，可能通常会采集。显然这里可以进行测量，因为在梁的端部进行频响函数驱动点测量，可以做得到；但是如果需要在中间位置测量，真正的驱动点测量就不可能了。（供参考，这个铝梁长约60英寸，截面1英寸×2英寸，壁厚3/16英寸。）
图1 – 梁测量的示意图
现在，在4000Hz范围内进行锤击测量，为了更清楚地观察频响函数的差异，同时在1000Hz范围内进行放大。图2所示，为了比较，频响函数的虚部以及两条曲线（红色为真正的驱动点频响函数，蓝色为近似频响）重叠在一起。函数的虚部基本上没有差别。记住，对一个模态分的比较开的比例阻尼系统，当实部为零时，频响的虚部将是峰。图2似乎表明基本上没有什么差别，会让你以为这个测量结果没有错误。
图2 – 频响虚部
但是，如果我们观察频响函数的幅值，会发现某些东西，指出是另外一回事儿。注意，两次测量结果间的反共振没有对齐在一起。这与两次测量结果的相位差直接相关，所以尽管幅值对齐的很好，但两次测量的相位显示出了明显的差异。目前为止，乍看这个简单的梁截面，将会预料到低阶模态相对地不受测量准确驱动点和驱动点近似测量结果之间差别的影响，特别是低阶模态。但非常明显是有差异。（并且保险起见，这里没有仪器的问题，将两个加速度计头对头安装重复测量，测量结果完全类似。）
图3 – 频响幅值
尽管幅值像是给出了模态振型的良好展现，但有更为重要的东西要注意，如果利用这些频响于任何基于频率的子结构类型的应用，不同的测点可能采集到的任何不一致数据，在数值处理上，相位/反共振问题将会带来很多困难。我希望现在对于驱动点测量结果，你有一个更好的理解了。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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