GB T 11349.2-1989 机械导钠的试验确定 用激振器作单点激励测量.pdf

1、中华人民共和国国家标准机械导纳的试验确定用激振器作单点激励测量GB 11349. 2-89 Experimental determination of mechanic a I mobility-M easurments using single point translation excitation with an attached vibration exciter 1 主题内容与适用范围本标准规定了用自主个接触式激振器进行激振，测量结构（如建筑物、机器和l车辆）的机械导纳或其他顿率响院的数的方法。本标准适用于单点撒切j下，单点或多点测量导纳、加速度导纳或位移导纳，既可以是激励点处的驱动

2、点导纳的测量（驱动点测量，也可以是驱动点与其他点之间的传递导纳的测量（传递测量）。也适）！f确定这些频率响应函数的倒数，主口自由加速度阻抗（自由有效质量）的测量。2 引用标准GB 2298 机械振动、冲击名词术语GB 10084 振动、冲击数据分析和表示方法GB 7670 电动式振动台特性描述GB 11349.1 机械导纳的试验确定基本定义与传感器3 测量系统的总体结构按照本标准进行导纳测量，测量系统应包括图1所示的基本部分。帽值控制撒撮嚣嚣撞视监一J1ltlfIhll_J 舷带I 斗p岳阳| i土；王气刑巴析侃力传属器试撞结掏运动响应侍姐a结阉仪遭真他出世岳基本的一一矗闸的因l导纳测量系统图

3、国家技术监督局1989-05 0批准1990 01 01实施176 GB 1134 .2-” 4 试验结构的支承条件根据试验要求，站构可以在自由悬挂或者在支承条件F进行导纳试验。激民器对结构的主J朱！5.3描述。4. 1 支承条件下的测量除非另加说明，试验结构的支承应代表结构在实际应用中的支承状况。试验报告应说明支生在条（i14.2 自由悬挂条件下的测量试验结构应采用柔性悬挂。作为最低要求，试验结构的仓部同lj体模态的共振频率叶、于最低感：1；也频率的半。试验报告应详细l描述悬挂系统。柔性悬挂通常采用柔性绳、泡沫牺料、空气弹簧等弹性元件。由F某些悬挂系统具有质垣；tL flfi妃很小，必须保证

4、使悬挂系统的共振频中.i.&离试验结构的模态频草。任何靠近试验结构的悬tt；如件（也l挂钩和螺丝扣的质量也应该小结构在每个感兴跑频率的自由有效质量（加速度阻抗）的lI 0 o 为了确定两测量产生最小影响的悬挂位置，应进行fj)j备性试验。悬挂，$，靠近试验结构的节，：.1，能将悬挂系统与结构的相互作用减至最小。若实际情况允许，柔性绳应妻豆子激励方向，即使这样，军但t绳的横向弹性振动对试验数据还是有影响。沌还应注意.i与j，；号发仨吉普同步吃！满足激励频率的求，币l可选择脉冲1*1数的！在状（如平江弦函数等。5.1.4.4 周期的丰IL激励Ji,j ！到随机激励综合了纯随机和伪随机激励的优点，它

5、既满足周期性的条件，又随时间变化，以f1！的时！相l/J式对结构ill:j j 激励。在个周期内，它先输出个伪随机信号，当结构达主ljt.1在振动rJ.lit i r 次洲国号之后输出另个不相关的伪随机1；号，当结构达到新的稳态振动时，冉洲IP.:次。对宇ii、；111111:!8 *illl r予巴j即时实现周期随机激励测量。5.2 1敷憬器l敦振器是通常附在试验结构上的以提供所安求的输入力的设备，有电动式、电液式和ff电式撤拍至ii; ( 1,1.G B 167 0 87 ）。图2指出了每种类型激振器一般适用的版率范罔。I I c GB 1134.2-89 Em惺恃阳EP也殴旧制幢1瞧联摇

6、。J ”2皿霄回事 g 。GB 1141.2-89 对激拍主器的基本雯求是能提供足够的力和位移，这样斗能以适当的信噪比。EI?这个！惑：飞跑古）！丰；jI ti 均进行导纳测量。为了对纠构进行足够宽糊的随机激励，要求)jj比1F5立敝liV111,ti敢肋j史大的激tic:l吕G如果以市lj带宽，或占采用激励和响F2:信号破1悖的时域斗2均，时1）可以选用激胁）较小的激振器（见5.1.,1),141 J二激括王器支承vli:激振器的I I身惯性，输入约构的激振力会引起对激振器产I ：反VillJJj, I纠31a)和l问3( b）叫：说n;ir这些情况。朽需要，应当把个阴j!Jil )iJ)过

7、）Jj到激振器！吨，以用）I！撒振:fJer: I 1 r; rr: ft: 0 附3（川是个不正确的方案，它tL撤振器的反作用）J通U:支7乒草草振苦苦平11ii；构的共II r氏l中同仁小仨是通过力传感器传选登lj结构卡。结陶悬挂结间最佳一 仄阳量挂撒撮器直承(al 外部主承的反作用( b) 撒撮器惯性的反作用( c ) 一个安装不正确的例子图3激振器的反作用力5.3 i睦免附加力和附）JI!）矩S f.q Jlj量的）；！；牛；要求是应在结构上的某点沿某个h1;,1施加i激励j。II i时问才）Jll）和阿Jlill）矩（不是在激励点沿M定方向的阳王二激励力和力贺I）将使飞去纳数I/l汀

8、仁说过。除文11;/.i、外，结构t的其他担jf人应能自由响应。应当避免约构和传感器之fl可以及纣垃平11i常zl！：辩之HJ酌iJJ )J相互11用。为了避免附加力和附加力矩，应与店：5.3.15.3.31丁的有关因升。5. 3. 1 传感器质量负载在主t个传感器连接点七，由传感器的振动会产生附加惯性）J。ii选怦衍仆，反卡在1正.；，：；;f (J :,Ji斗：鼓, ,. GB 1149 .z一”小的传感器，将质量负载引起的测量误差减雪最小。当测量驱动点导纳时，力传感器1Il载在-:Q: !: 度上可以通过电学方法给予补偿见.6.川。5.3.Z 传感器转动惯量负载在每个传感器的连接点上，传

9、感器因角加速度会产生附加惯性力矩（特别是具街大转动惯f茸的阻抗，头）。应选择绕其安装点具有较小惯性矩的传感器，使这些附加惯性力量扫减宅是小。5.3.3 激振器的连接约束在激振器的连接点t，由f试验结构的驱动点的转动和横向响应被约束而产牛附加l力知不口横向）J0 例如：激振器阻抗头组合造成的约束能反过来影响试验结构低阶模态的测量。在试轨约构与激振器的连接点七，iiJ采用面积较小的锥头或球形头，使之更接近于点驱动。陀：若考虑不同，锥头或正在形头反而l可能会产生附加1J埠。当激振器与轻型结构面定连接进行导纳测量时，常常会产生激振器连接约束。为f避免由T严重的连接约束I足的测量误差，应当考虑以干几点2

10、 使用非接触式激振器。b. 对惯性f金制的激振器设计一个支承系统，使作用于试验结构上的力的反作用既不会:JI起激振器的任何转动，也不会引起对力传感器轴的任何横向运动。c. 安装连接激振器和力传感器的驱动朽。驱动杆应设计成轴向具有大刚度，而在其他方向具有足够的柔性，因此，经常使用细长杆。采用两端较细的杆，效果可能更佳。应注意使激振器和驱动杆与力传感器轴在同一亘古是上。如果使用柔性驱动杆，加速度传感器不应当通过任何中1aJ装置付日驱动杆，它的轴向柔I立口J能使iE动响应测量元放）连到结构上（见图4( a) ），而应当直接连主lj结构上。力传感器应测量由驱动轩传到结构上的力（见图4( b) ）。如不

11、得不把力传感器置于杆的激振器端（l_,l,国4( c）和4(d)则l直接GB11349.1所述检查驱动轩柔度的影响，并用6.2规定的方法对驱动杆的质量给予补位。It，邬才J忏因打顿幸在啤争斗勘？愤率范围内的弯曲模态可能影响军纳试钧。此外，撒振器；，；动,r;统fiJf可由报，j注：桂对吉占构产E影响响应测最的力矩。I GB 11349 .2一”ill撮ii驱胡忏F. / h传略ii a，丁试验结陶飞飞加速度传属器F, (b ) 撒摄器驱动杆的连接一最佳方洼图4激括王器驱动杆的连接！忖2力相加遁度测量平量驱萄轩盘度的影响确定实际巅报力南作小厨量幢iE.GB 11349.2刨一一撇撮器h传感器-驱

12、动杆 - a, 试植结掏T一一一、一加速度传感器F. t 确宣实际酷搞民J需作大质量幢tEF, (c J撒振器驱动杆的连接一折衷方法A激撮器阻抗头IJ1速在制量不量驱动忏蛊度的Ii响。确定实际撒据IJ需作小里动杆fo. 质量幢tE.但当结由的主度相当大时，要注意阻抗盐斗牛i到阻m头的精功惯量不a. -a，上能忽略，并且将明显Ii 试验结掏响散掘。F (dl 激振器驱动杆的连接一一折毒方法B续图4GB 1134.2-” 6 激励力及运动响应的测量GB 11349. I 89己规定选择运动传感器、力传感器和阻抗头的基本准则和妻求以及前ji店也怜！岳搭桥吨的方法。通常ltlr测量结构扳平响应的传感器

13、是压电加速度传感器、j王电力传感器及fi抗头u也可！有f，均传自r,草或速度传感器来代替加速度传感器，某些位移传感器还具有非接触t四川旨的优点。当采用脉冲激励时，！五阻加速度传感器具有定的优点。所用传感器的颇率呐应和线性范回应足够宽。时每个频率f，运动传感器1月！出的位移x、速度c有1加速度a二个矢量之间的关系为：a ( j2赏f)D = ( 2贺）z x . . ( 1 ) 式巾j = v厅了，f一一有关的频率，Hz 0 6. 1 传感器的连接通常用螺栓或粘接剂把力传感器和运动传感器安装在结构上。应采用尽可能少的中国件宣接地通过力传感器或阻抗头把激励力传递给结构。如果结构上传感器安装点的表面

14、不平，可以采用某种适当形状的固定垫。传感器和安装面lilJ的粘性液体（声I重油戎润滑油）的薄膜可以改善高顿时两者同的剿合。应如GB11349.1-89所述的那样检查连降柔度的影响。院按传感器制造厂推荐的紧回力矩把力传感器拧紧。6.2 质量负载和质量补偿如5.3. 1所述，为了进行试验而且H到结构上的质量应该尽量的小。当对轻哩！结构进fJ试验时，Fj用电路班补位结构驱动点处的传感器和连接件的总有效质量mt，在感兴趣频率范围内的所手1版率！单位sHz）处，电试验结构的驱动点寻纳值小于0.01/fm，肘，应该.虑质量补偿。质母mt是在接件的质量和jJ传感器戎阻抗头的有放端部质量的和。质量补偿的方法是

15、在一模拟电路或数字电路中，将得到的激励点的加速度仁号乘以要补偿的总有放质母m 。这个乘积是撤振器输出力的一部分，它是使附加到结构上的有放崩量产生加速度所需要的)J 0为f获得作用于试验结构的净激励力，应在模拟电路或数字电路中把这个力f:j号从力传感器f，（号tj 1减抖。r宅。）如果在力钉在嚣的F面安自个相l速度传感器，则这个加速度传感器的质量也应包含凸旦有做质址m,).I与c在测量驱动点导纳时，用f测量结构响应的加速度传感器也可以提供使有地质量产吨bli速度所董求的JliJ 信号，但是在测量传递导纳时，在结构的驱动占需要有一个咀烛的加速度传感器，jk得质i革针杠所需的且Ji阜度信号。质量的电

16、路补偿不能补偿转动惯最负载，它仅仅能补偿驱动占处并沿激励方向的惯tJ负载。真他所有liJ附肌)J只育守在选摔小惯件的传感器把它们减主最小。结构的1补偿掉的惯牲负载会出起；测4li：荠u远吨洲电tl关草包含响应峰值频率的偏移。tt采用质匪补偿方法之前，应优先）；虑传憾器的选捋丰n连接件的重新设川。另外为r避免犬的栅i Jie，只白当连接件和传感器的有放质量与试验结构（!JI(动点的自由有放质量之比大fO.lli.J、j0, 5的情况F，才进f质量补偿。6.3 信号放大器！王电式的力传感器和运动传感器需与电荷放大器或高输入阻抗电压放大器ii月l.it某些压电传略器配有内部电子线路，它雯求与这个线路

17、相机配的IN大器。电If抽大器的灵敏度受传感器电缆ill抗的影响。电压IN大器比电荷放大器低切i昕l，；咀；!iI自产06. 校准GB 11349. I89规定了对传感器进行基本校准和补充校准的要求。它可确定导纳闷！国tl目的！i , 仍将嚣的适用性。1日lGB 1134.2-” 系统较准是通过测量自由悬挂且质量已知的刚性块校准块的导纳或加速度导纳完成的。拍lij: ti. 系统应与试验时相同。测得的校准块的频率响应与理论值的误差应在土5.%以内，校准块的加速度导纳的理论幅值为l/m，导纳为1/( 2霄fm），这里m是校准块的质量。系统校准时采用的连应付向飞测量时一样，从而of检imIt连接柔

18、度产生的误差（见.GB11349.1-89）。边作校准块的质量，使其cf.纳在测量的导纳范围之内具有代表性。如有必要，为了覆盖所测量的导纳范围，即使用多个校准块做凡脱系统校准。7 传感器信号的处理7. I 顿率响应函数的确定运动信号和J信号都应当用能滤波（如有要求，还可进行质量补偿）的信号分析仪加以处理，Ji确定这两者的幅皇之比和相位差，幅值和相位差均是频率的函数。分析仪还应完成将7则量阪j顿J丰町函数转换为其他形式（例如，将加速度导纳转换为导纳）的数学.iif算（见第6章）。7.1. l平!17.1.热.Ji了在5.l中讨论的各种激励波形的处理要求。7. 1 . 1 正弦激励颇丰响应函数的幅

19、值是两个正弦信号的相量（复矢量幅值的比，它口I以用模拟或数字）法来确定。频率响应函数的相位由测量这两个信号的相位差来确定。注t；采用步进1E弦激励测量中在每个激励颇丰下，把睡个响应通道从一个响应作感器转拖到F个响应传皮器，则可以得到若干个频率响应函数。若采用慢扫描正弦擞励，在次扫描巾，每个响应通道只能洲民个点的频率响应函数。7. 1 . 2 随机激励用随机、周期随机、伪随机、周期正弦快扫或脉冲激励产生的传感器伯号应通过数字傅Ql.nI变技分析仪处用。如GB11349.1-89所述，频率响应函数可用运动响应与激励力的旦前密度除以激励力眈白话密度得到。通过对时域加权后的激励和响应信号（见7.4.

20、2）进行离散傅里叶交换来计窗t述的。在每个共振顿率处，为了使置信度大于90%，也就是在每个共振频率叫算的驱动点导纳的随机说）Ij、于5%，应对足够数量的谱进行平均（见附录A）。在计算相应的传递导纳时至少要对相同教日的价进行半均。在z1斗测且传递导纳时，不可能达到t述监级的置信度，特别是在传递守纳的很小的情川F更是如此。1； 种情1Jir，除了相应的驱动点导纳试验所要求的予均谱数外，再增加平均讲数竹片j不大c双通边f唱里叶分朽？仪在次测量在中只能得到单个颇率可1l茸的数。ii相同时担Ir过多个4月）J芋呐向凶数，I I 用多通滔信号分析仪。7. 2 波7. 2. 1 4弦激励用相应于激励频率的响

21、应和激励信号分量可以计算出频率响应的数。用跟踪滤波器或司步数字不样可把噪声和i皆被分量减至最小，而且不改变激励信号和响应信号间的相fl差。7. 2. 2 随机激励当采用随机撒励时，不可能从激励信号和响应f；号巾滤出噪声和i皆被分量。用限制烦帘（纠11化）技术能提高信噪比，但应如8.4.2所述的那样，选择适当的滤波器以限定激励频带宽度。当运用数字分析仪时，为了避免由高于最高分析频率的信号分量所引起的误差，需要衰减率高、相jjIC配的抗ill,i在波器。7.8 避免饱和为了保证测量的有效性，越免信号放大器饱和，应进行增益设定的系统检查。分析仪的u载于民飞i器具有在饱和发生后才有反应。如图1所示，应

22、当用示波器在分析仪之前监视信号。1主z叫他和！披形回示在；被器上！叶，用Il棚就T以4：挤出削歧。I. . GB 11349.2 89 7.4 频中分辨卡在！部兴趣的频率范围内，分辨字应足够，P:j，以分辨出试验纠构全部特征圳2年及lr1iiI槌仨而；I、7.1 正住激励对F慢扫描正弦激励和l离散步进tE5主激励，为扶得有烛的共振频率分辨中去;f激励rt币；川，I川足够慢（见月.1 ）。7.4.2 随机撒励对如5.1. 3和5.l . 4所述的激励旋形，在离散f事里叶变换巾，主E取得适当的极寺分辨斗就安：！r 小的频率增量。颇丰I曾监（i苦线！可隔）应1t1试验结构的模态密度和模态阻尼来确定，

23、i在HJ向销点、他适当的窗函数对iii号在时域加权应使频率分辨率提高。沌z（！）对j小阻尼约构，若要在帮个感兴幽颇翠范围iI 辈出激励相r1应信号的l件，国;j斤（，；雯的数据杆小的生立一f巨大a也可用阳制在某一i在也颇帝k的傅里叶分析驯化，或再把这两种古法.，合也最使I:, 种情况h所要求的总时间（j己录长度都是所雯求的颇丰用民（分拂1）的倒数。：岳随机撤胁可看成是脉冲雨敬的时间序列杜哈梅方法。个数据快的样本包归的J应i宦是世L11 i i敢IJ)的结果，这样的时；r.;与激励并不对应（相千） 非近数据快的尾部仍然有撒陆咽（lj向盹己被截断，敲断所选成的影响与在减时间与数据块总的采样UJiJ

24、l的比以业数；lkr！激励脉冲的ii！置有关，i卓尘导致弱阳干B激励和响应数据相干较奸的部分可在数据快的中部找到。有时推荐用悔？窗束改I哥导纳数旧的轩if 7.s 周期激励周期随机、周期正住快扫和脉冲激励都与7.4.2所描述的情况不同。因为周期撤回j产生首尾相连的数据块序列，开始时的瞬态值转移到下个数据块，经过定时肉之后，每个数据块都包括全部的响应数据。从原理t来说，不需取平均。在某些情况下，相干函数可用来估计外部噪卢的影响Jffii导引号V均次数的选取（见附录A）。, 激励的控制为了获得适当的频率分辨率，需妻控制激励时间，为获得适当的动态范隅，通常右雯丰岛lji敢助的幅lJi。. 1 4弦激

25、励所要求的时间尤i1:采用扫描或者步进i五弦激励，为了得到所要求的频率分辨率，应该控制l激励灿非变化丰（戎步长和速斗斗。为f精确地确定幅值和中ll1J:，并获得用于计算剧有频率和结构阳II己的11.f：电i古.C！ft.i: 构的共振和反共振区域内要求较高的分辨率。8. I. 1 离散步进正弦激励、与应用步进正弦激励时，最靠近结构的每个共振频率的激励频率与该阶共振颇丰之差不会大于顿午步进增量的一半，这样，确定共振频率的最大误差是频率增址的1/2,j）外，视ljt茸的结构峰ffiP向内部j幅值很可能比真正的共振峰值要小。在中给lll了l吴茸的七界。结构响应峰j;f的侧坠误差会导致xJtrr构模态

26、阻尼fr1i tt得过大。在共括王频率士10%频率范围内，顿中增量的选择，向f吏测得的峰iii响应的幅值和l模态阻!Eb乙：斗贝1l;jj氏的偏差小于5%。）自离散步进正弦激励ill量结构共振时运动响应幅俏的最大民主二见F衷。I CI 步进顿在增lit与的构模态的真实半功7韦带宽的比、11 l I 2 I 3 1 . 4 l 5 l ! 6 l ! 7 1 ! 8 GB 11349 .2-89 % 29 . 3 2 . 3 10. 6 5 1 3.0 l . 9 1 4 1. 0 0 7 响应峰值洲最Jh是大i.可dB 3自（:i. (l 1 。0. 0. :i ). 2 I . l ().

27、l 0 l 附录B给出了符合这个安求的用于确定最大颇卡增量的公式。地给II:I在每J个J！卡激励的抖约时间。对j二共振切1草或反共振频率10%以外的颇r芋，叫以采用更大的频率锵量和更短的持始时iflj0 8. 1 . 2 f晏扫描正弦激励飞采用慢扫描正弦激励时，频率以时间的线性函数或者以时l司的对数函数变化。扫描边字的选抖，w使在共振频率士10%以内视得的结构运动响应的幅值与真实值的偏差小15 %。对于线中主扫描激励，最大扫描速率Sm(Hz/m川）应为3S mo鬼54( /o尸Q2 . . . . .( 2 ) 对r对数扫描激励，最大扫描速率Sm ( oct/m in）应为2S mii也截断激

28、励i；如果）jj限制带宽分析来捉I:;j测量的频率分辨斗，激IJ)!Jli i我fli!I届（戎IH,C:i l函和li:i主）!lg i皮器限制了i：为ri丘ir,:i分辨年拍illt所吃屯的情，！句（见7.4. 2) c lo A 1 总则GB 11349.2 89 附录A测量结果的有效性试验（补充竹）当川激振器进行随机激励时，可用A2所述的方法估计为达到指定置们度所需要半均的段小常数。A 3 毛A5描述f可用于各种激励的补充试验，这些补充试验可提供有关试验结果的线性皮、豆易性和总休有效性的高用占息。A2 桶干当采用非正弦激励（见,5.1. 3和5.1. 4）时，总要计算出激励信号和响应f：；号间的相函数r2( f) , 以发现在计算的频率响应函数中某些潜在的误差。为了得到适用的相干函数估计，至少要对两个集合丑行、V均。r ( f)定义为激励）J（输人和结构的运动响应（输出）间的互功率谱幅值的平方除以输入功率情和输ti功率谐的乘积，如下式IG.y(f)I r(f) = . . ( A 1 l G .(f) G ,(f J 由定义知E相干函数的值总是介于0号Il之间借口，O