[发明专利]一种振动模态测试系统整体校准装置及校准修正方法

权利要求书

1.一种振动模态测试系统整体校准装置，其特征在于：包括固定夹持机构、标准模态件、标准力传感器安装结构、顶杆、激振器、激振器控制系统、激光扫描测量系统、信号采集系统、模态特性分析系统；

其中，固定夹持机构和标准模态件构成标准模态件结构；

固定夹持机构用于固定标准模态件；

标准力传感器安装结构、顶杆、激振器、激振器控制系统构成正弦振动激励结构；

扫描激光测量系统对标准模态件在受到正弦振动激励条件下的各阶模态频率、振型等模态特性参数进行非接触测量；

信号采集系统和模态特性分析系统构成数据采集及分析系统，对标准模态件受到的激励信号和扫描激光测量系统测得的模态特性参数进行采集和分析，得到标准模态件参数；所述标准模态件参数包括各阶固有频率、模态振型、模态阻尼比。

2.如权利要求1所述的一种振动模态测试系统整体校准装置，其特征在于：标准模态件采用夹持机构固定后，分别用激振器对标准模态件施加正弦振动激励，改变力传感器的外侧安装板的质量，通过激光扫描测量系统测得标准模态件的各阶模态特性参数，所述各阶模态特性参数包括固有频率、模态振型、阻尼比；

改变传感器安装结构部分的附加质量，测定不同附加质量的标准模态件的模态结果，拟合得到传感器附加质量和模态分析结果的关系，准确评估力传感器安装结构的附加质量对测试结果的影响，通过所述关系进一步确定附加质量为M_x时的不同阶数的修正参数K_i，结合修正参数K_i修正振动模态测量系统中存在的力传感器安装结构附加质量的影响，实现对标准模态系统测试结果的修正补偿，使模态校准结果更准确。

3.一种对振动模态测试系统校准修正的方法，基于如权利要求1或2所述的一种振动模态测试系统整体校准装置实现，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、通过对激振器的控制器进行调节，确保激振频率f满足要求；调整激振器功率放大器的功率使幅值达到所需要求；在激振器激励作用下，标准模态件以正弦振动形式进行运动，且前n阶的模态频率正常发生，对采集的标准模态件的各阶模态数据在频域内进行参数辨识，进行模态参数进行计算，得到标准模态件在固定约束下的各阶模态参数和振型；分析产生满足校准要求的标准件，记录标准件的主体几何参数，再根据安装要求确定安装端的几何尺寸，形成标准件；

标准模态件在固定后，当模态件转动θ时，动力学学方程为：

其中I₀为系统的转动惯量，K_t1为标准模态件安装的引入的系统刚度，θ为标准模态件的偏转角度，为标准模态件的角加速度；

真实的固有频率：

其中f_真实为理论计算的模态结果；

步骤二、对模态标准件进行测量点和激励作用点的布置，测量点的布置避开振型的中性节点，选择易于激起多阶模态的响应点，且不同点之间具备互异性，以保证采集的测点信号有较高的信噪比，避免模态遗漏；同时，激励点选择在便于标准模态件激励能量传递的位置，选择的激励位置的刚度应尽量大；利用扫描方法测量各个测量点的响应情况，包括位移，速度和加速度；

实际测量时整个系统的转动惯量为：

I＝I₀+ML²+M₁L²    ⑶

其中M为激振器安装的引入质量，L为激振器安装的引入质量的作用力臂，M₁为传感器安装部位的附加质量；

整个系统的刚度K为：

K＝K_t1+K_t2+K_t3    ⑷

其中K_t2为力传感器安装引入的附加刚度，K_t3为激振器引入的附加刚度；

则模态测试系统的固有频率为：

其中f_系统标准模态校准系统的真实值；

步骤三、改变传感器安装结构，以安装底座的质量为变量，设置M个质量点，完成步骤一和步骤二的测量过程，在力传感器的安装结构不同附加质量的工况下测量标准模态件的模态特性参数；所述模态特性参数包括模态固有频率、模态振型、阻尼比；所述力传感器的安装结构不同附加质量的工况包括标准模态件安装引入的质量、激振器的附加质量、力传感器安装结构的附加质量、力传感器安装结构的附加刚度；

步骤四：通过分析校准过程中的标准模态件安装引入的质量、激振器的附加质量、力传感器安装结构的附加质量、力传感器安装结构的附加刚度，确立模态结果与附加质量之间的关系，通过所述关系进一步确定附加质量为M_x时的不同阶数的修正参数K_i，结合修正参数K_i修正振动模态测量系统中存在的力传感器安装结构附加质量的影响，使模态校准结果更准确；

在满足载荷正常施加的强度要求内，改变力传感器安装结构附加质量的大小，得到附加质量与标准模态件模态结果的关系式，模态结果与附加质量之间的应满足：

其中p_i为曲线拟合系数，K_t1为标准模态件安装的引入的系统刚度，K_t2为力传感器安装引入的附加刚度，K_t3为激振器引入的附加刚度，M_x为力传感器安装结构的附加质量，M为激振器安装的引入质量，f_i为第i阶的标准模态测试系统的模态测试结果；

通过MAC模态验证方法确定力传感器安装结构的不同附加质量对模态测试结果的影响，进一步确定附加质量为M_x时修正参数K_i,修正后第i阶的精确校准结果f_标准为:

f_标准＝K_if_i    ⑺

其中K_i为修正参数系数，f_i为第i阶标准模态校准系统的模态测量结果，f_标准为修正后的第i阶模态结果；

校准过程中，被校振动模态测试系统对标准模态件进行测量，比对振动模态测试系统整体校准装置的f_标准完成校准结果的评定。