基于單點輸入多點輸出系統的模態參數測試系統設計

摘要：為了檢測裝備的機械結構損傷情況，采用模態參數進行識別分析。設計了一種用于單輸入多輸出方法的模態參數測試系統，給出了系統硬件結構及部分軟件。該系統采用了多控制器方案，能夠按照使用要求輸出激勵和并行采集數據，實現數據的海量存儲。該系統具有通用性，可以用于多種用途。
關鍵詞：模態分析；硬件結構；激勵方法；并行采集

0 引言
模態分析是在對結構進行實際測試的基礎上，采用實驗與理論相結合的方法來處理工程結構的動力學問題。隨著某裝備減重和確保可靠性要求，必須對其進行模態分析。在確定單輸入多輸出方法的模態分析方法基礎上，需要設計相應的測試系統。該系統要求結構上能夠滿足被分析的對象，即能在裝備平臺上施加相應的激勵，可并行采集結構的振動加速度，同時實現數據的即時存儲。本文根據這一要求，設計了相應的測試系統。該系統以PC機為主機進行操作，以ARM控制器為執行機構，對輸出和采集過程進行控制，輸出形式是激振力，輸入信號是加速度。

1 單點輸入多點輸出模態參數測試
單點輸入多點輸出方法在實驗時，激勵點是固定的，且可以同時測試多個點的響應。該方法測試效率較高，廣泛用于中型機構的實驗模態分析。由于同時測量多個點，傳感器的質量和要小，以減少附加質量對結構特性的影響。激勵方法可以采用錘擊法或激振器激勵法。本文采用了激振器激勵法。激振器激勵方法較好，可以克服錘擊法容易引起模態遺漏的問題。
該方法的系統原理結構如圖1所示。

2 測試系統總統結構設計
根據系統測試要求，本文設計了模態參數測試系統。該測試系統由PC機、輸出控制器、激振器、數據采集控制器、調理電路和多個振動采集傳感器組成，如圖2所示。