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（二十八）趣味解读模态世界--多输入多输出MIMO试验有什么实际好处？
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MIMO试验有什么实际好处？为什么不只是利用SISO然后去移动激振器？
那我们讨论一下其中差异吧。
2014年01月06日 发布 ver1.0
与单输入单输出（SISO）得到的数据相比较时，多输入多输出（MIMO）试验具有很多优点。来自多个激振器的能量允许结构在整体上受到更为一致的激励，于是得到更好的频响函数（FRF）。当只利用一个激振器时，得到的测量结果通常不及多个激振器激励好，大型结构时更是如此。用单个激振器的方法，很难在整体结构上得到一个相当好的激励水平。
另一个重要因素是激振器设置对被测试验对象的影响。利用单个激振器方法时，为了得到多参考曲线拟合技术所需的多参考点数据，必须多次设置激振器系统。很多时候试验布置方案或许对测得的频响函数有影响。用单激振器采集多参考点数据时，这可能是个严重的隐患。跟SISO试验采集的数据相比，用MIMO试验采集的数据总体上讲更为一致。
为了看清差异，在结构上利用单个激振器和多个激振器激励两种技术采集一些数据。采集四组不同的数据：
SISO，随机激励，加汉宁窗
SISO，猝发随机，不加窗
MIMO，随机激励，加汉宁窗
MIMO，猝发随机，不加窗
在所有情况下，采集两个激励位置之间的互易频响测量结果。对所有试验加速度计一直安装在结构上，以减少可能存在的质量载荷影响。在得到不同测量结果当中，仅仅是连上或者断开激振器。（实际上激振器放置在测量位置，需要时才连上或者断开，以减少激振器设置的影响问题。）四种情况的FRF测量结果如图1所示。每张图包含两个互易的FRFs — Hij和Hji。
乍一看好像四种技术得到了相同的数据。看上去频响相当好。但是深入探究每种技术，互易的测量结果的差别还是显而易见的（图2）。
首先，观察图2（a）所示的利用SISO随机激励得到的FRF测量结果。注意到两条曲线并没有很好地吻合在一起，特别是在共振峰附近。也注意到即使加了汉宁窗，随机激励在频响函数测量结果上还是显示出了明显的不同；这是由于随机激励过程中的泄漏影响，加汉宁窗也不能完全去除掉。激振器设置和连接激振器到结构的推力杆的刚度影响直接造成频响函数谱峰的移动。很明显试验设置对测量的频响函数数据有影响。
下面，观察图2（b）所示的利用SISO猝发激励得到的FRF测量结果。注意到在第一个共振峰附近，两个峰还是没有很好地吻合在一起。但是，与随机激励加汉宁窗相比较，猝发随机激励得到了更好一点的测量结果。猝发随机激励通常得到更好的整体测量结果，因为对采集的数据无需加窗。这是由于测量结果满足FFT处理的周期性要求。随机激励通常会需要很多次的平均来减少所测FRF数据的方差，但仍然得不到跟猝发随机激励一样好的测量结果。
现在，观察图2（c）所示的利用MIMO随机激励得到的FRF测量结果。第一个共振频率附近 的峰比之前的情况好多了。但总体上FRF还是有明显的差异，差异主要在于反共振频率附近。因为两个激振器同时安装在结构上，测试过程中激振器安装的影响是相同的。所以共振峰不受试验设置的影响。
最后，观察图2（d）所示的利用MIMO猝发随机得到的FRF测量结果。这个互易测量结果几乎完全相同。显然，这个测量结果是所有测量结果中最好的。猝发随机MIMO激励具有最优的总体特性 — 测量结果无需加窗因为没有泄漏，具有互易FRF所需的一致性，因为试验过程中激振器同时安装到结构上。
因此根据SISO和MIMO的评估数据，很显然，MIMO数据得到了更为一致相关的数据。当评估共振峰时，SISO数据清楚地显示出了差别。另外，与随机激励加汉宁窗相比，猝发随机激励得到的结果更优。
图3显示出了另一个有意思的地方。注意这两次SISO和MIMO均产生不同的结果。这清楚地表明试验设置对于测量的频响有影响。当然，我们意识到频响的峰可能受到连接激振器到结构的推力杆刚度影响，但至少对于MIMO设置，共振峰是一致相关的。（这是非常关键的一点，特别是当利用多参考点模态参数估计技术来提取系统模态时，更是这样。）
我希望这个例子有助于展示MIMO试验技术的优点。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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