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）趣味解读模态世界--我发现数字化仪的过载、欠载和量程设置难于理解
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我发现数字化仪的过载、欠载和量程设置难以理解。
我们讨论一下这个问题
这是个很好的讨论话题。之前我们曾经讨论过锤击试验中关于锤头、触发延迟和双击等问题。还有其他关于模数转换器的过载/欠载，数字化仪不理想的量化，测试非线性结构的难题等其他隐忧。为了节省量程设置的问题以及它们对数模转换器ADC设置的影响（无他意），将使用之前讨论过的几个典型测量结果。
锤击测量结果如图1所示，其中输入激振力没有充分激起感兴趣的全部频率范围。大约一半的频率范围没有经受足够的力输入以激起结构，因此在这个频率范围内输入信号和输出信号二者都非常低。但是在低频，输入力信号跟响应信号一样强。
图 1 – 力锤输入，仅激起部分频谱
信号能量中低频分量占有优势。现在真正的问题是在频率范围内能量如何分布（为了讨论的目的，它实际上是曲线面积的评估）。为了便于讨论，我们假设在低频范围内输入力谱（蓝色）大约有4V，高频范围0.1V，共有4.1V。我们也可以假设响应（红色）在低频和高频范围内分别分布为9V和0.5V。显然，总电压以低频范围为主。在本例中，在每个通道上，输入通道和输出通道可以设置为5V和10V的可能量程。
那么这是什么意思。我们用一个简单的正弦波来解释分辨率。举个例子，设置一个简单的6位ADC到满量程，接着再设置为一个更低的量程，来清楚地说明数字化仪如何影响测量的幅度。（请注意，作为参考，所有的值都是近似的，做了舍入。）一个1.5V峰值的正弦波如图1所示，ADC设置为大约10V。图2仅显示出含有这个信号的ADC部分。注意分辨率不理想，因为量化误差的原因，没有正确地识别出正弦波的实际幅值。如果ADC量程设置的比实际待测的信号大很多，会发生这种情况（本例中，ADC的满量程是10V）。
现在ADC的量程如果设置为2.0V，如图3所示，信号的分辨率好多了。这是因为ADC的全部动态范围为感兴趣的信号而设（ADC设置为2.0V来测量1.5V的信号）。
图 2 – 正弦波，分辨率不理想图 3 – 正弦波，分辨率好
现在我们再考虑一个例子，其中有不同频率、不同幅值的两个正弦波要同时测量。同样使用2.0V量程。图4中，很显然，ADC设置以两正弦波中较大的那个为主。但是，值得注意的是，两信号中较小的信号受量化误差之害甚于较大的信号。在结构系统上所作的频率测量中，这种情况很普遍。无法避免。但是，如果ADC设置为10V最大量程，想想看量化误差将会多么糟糕。
既然我们对于一个简单的正弦波的量程设置有所了解了，我们可以更好地理解图1中的测量结果的问题。没有很好地激起高频，高频模态响应少。高频测量结果有量化误差。图1中高频部分的这个问题类似于图4中举例的问题。
图 4 – 两正弦波，可能有分辨率问题
现在我们考虑另一个例子，其中加于结构的锤击很好地激起了感兴趣频率范围（128Hz）之外的模态，如图5所示。为了便于讨论，假设能量分布在希望的（低的）频率和高频（激起了，但超出了感兴趣的范围）之间。注意传感器将测量系统的全部响应（能量），即使在频率信息的量程中实际上只使用这个能量的一部分。因为传感器的总电压实际上受高频严重影响，ADC必须设置的比实际需要的更高，那么情况会怎样。这意味着ADC将设置的比实际需要的更高，以容纳这些高频 – 结果是低频会有量化误差。
图 5 – 激起了感兴趣频带之外的模态
我利用结构系统中可能采集的典型测量结果，采用间接的方式回答了你关于数字化仪的设置问题。我希望这有助于解释进行测量的这个非常重要的部分。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：
昊量光电 您的光电超市！
上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。
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