非接触式模态测试方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种非接触式模态测试方法、装置和系统。所述方法包括步骤：根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的激励信号时发生振动；根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；根据所述频响函数获得试验件的模态参数。本发明专利技术提高了激励能量利用率和振动响应信号的信噪比，同时测试现场噪音非常小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模态测试
，特别是涉及一种非接触式模态测试方法、非接触式模态测试装置和非接触式模态测试系统。
技术介绍
模态分析是研究各种动载荷作用下线性结构系统振动响应特性以及结构动态优化设计的基础。模态试验是通过试验来获取线性结构系统模态参数的过程，是验证或修正理论模态分析结果的主要工具。传统的模态试验通常采用力锤或激振器施加激励，在结构上粘贴传感器，通过测量力锤或激振器的激励信号和结构的振动响应，获得结构频响函数，进一步识别结构模态参数。传统方法适用于大型结构，如尺寸大、质量大、刚度大的结构。但对于轻小型结构，如电路板、电子元器件、关键零部件等，传统方法会因激励源以及粘贴的传感器带来的附加质量和附加刚度影响而出现较大误差。目前对轻小型结构模态试验通常采用非接触式声激励和激光测振系统测量振动响应来获得模态参数，该方法消除了附加质量和附加刚度影响，尤其适用于薄板类结构。但非接触式声激励存在激励能量损耗大，激励能量利用率低，测试现场噪音大，对不规则电子元器件、关键零部件等非薄板类结构振动响应信噪比低等缺点。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种非接触式模态测试方法、装置和系统，能够经济、高效、准确地获得各种轻小型结构(包括薄板在内)的模态参数，通过采用压电晶片接触式激励，解决了声音激励存在的激励能量利用率低、振动响应信噪比差、测试现场噪音大的问题。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种非接触式模态测试方法，包括步骤：根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的激励信号时发生振动；根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；根据所述频响函数获得试验件的模态参数。一种非接触式模态测试装置，包括：测点布置模块，用于根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；振动响应信号测量模块，用于从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的激励信号时发生振动；固定位置确定模块，用于根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；激励信号和振动响应信号获取模块，用于在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；频响函数获得模块，用于根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；模态参数获得模块，用于根据所述频响函数获得试验件的模态参数。一种非接触式模态测试系统，包括压电晶片和激光测振系统，所述激光测振系统包括激光头、信号发生器以及所述的非接触式模态测试装置；所述压电晶片与所述信号发生器输出端相连，所述非接触式模态测试装置分别与所述激光头和所述信号发生器输出端相连。本专利技术非接触式模态测试方法、装置和系统，与现有技术相互比较时，具备以下优点：(1)本专利技术利用压电晶片直接进行接触式激励，提高了激励能量利用率和振动响应信号的信噪比，同时测试现场噪音非常小；(2)本专利技术采用的压电晶片具有质量轻、激励幅值小的特点，可布置在试验件附属结构上进行激励，对轻小型结构的附加质量和附加刚度影响可以忽略，测量精度高；(3)本专利技术适用于各种轻小型结构(包括薄板在内)；(4)本专利技术直接利用信号发生器输出的激励信号计算频响函数，无需额外测量输入信号，方便简单。附图说明图1为本专利技术非接触式模态测试方法实施例的流程示意图；图2为本专利技术试验件上布置的各个测点的示意图；图3为本专利技术非接触式模态测试装置实施例的结构示意图；图4为本专利技术固定位置确定模块实施例的结构示意图；图5为本专利技术非接触式模态测试系统实施例的结构示意图；图6为本专利技术压电晶片放置位置具体实施例的示意图；图7为本专利技术气密封装结构的频响函数；图8(a)～图8(h)为本专利技术气密封装结构的振型。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本专利技术的技术方案，进行清楚和完整的描述。如图1所示，一种非接触式模态测试方法，包括步骤：S110、根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；S120、从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的
激励信号时发生振动；S130、根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；S140、在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；S150、根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；S160、根据所述频响函数获得试验件的模态参数。在步骤S110中，试验件包括各种轻小型结构(包括薄板在内)，例如电源模块的气密封装结构等。激光头为激光扫描头，沿激振方向布置，用于测量试验件的振动响应信号。激光头上有微型摄像头，可以拍摄试验件的图像。通过摄像头获取到试验件的图像后，在试验件图像上布置各个测点。例如，如图2所示，为在气密封装结构图像上布置的各个测点(黑色圆点)的示意图，其中气密封装结构为长方体金属外壳，测点布置在金属外壳表面。在步骤S120中，本专利技术采用体积较小的压电晶片。压电晶片的接线端与信号发生器的输出端口连接，连接的装置可以采用测试电缆。信号发生器直接将激励信号输入到压电晶片，使压电晶片产生振动，从而使试验件产生振动。测试前，需要确定信号发生器输出的激励信号、采样参数以及激励频带带宽。激励信号包括随机白噪声或瞬态正弦扫频信号等。采样参数以及激励频带带宽可以根据分析频率需要设置。信号发生器输出激励信号使压电晶片产生振动，从各个测点中选取若干个测点，调整压电晶片的位置，同步测量试验件的振动响应信号。在步骤S130中，根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置。在一个实施例中，根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置的步骤可以包括：S1301、从若干个测点的振动响应信号中选取曲线光滑且包含的频率信息最多的振动响应信号；S1302、将获取的振动响应信号对应的压电晶片的位置确定为固定位置。压电晶片的固定位置包括压电晶片位于试验件上或者试验件的附属结构
上，其中试验件的附属结构包括试验件与夹具的连接处等。一般来说，对刚度大的试验件，压电晶片可以直接粘贴在试验件上，对于超薄板类试验件，压电晶片可以粘贴在试验件附属结构上。由于压电晶片需要固定在试验件上或者试验件的附属结构上，所以压电晶片的尺寸一般小于试验件的结构尺寸。在固定压电晶片时，可以将压电晶片通过粘性材料粘贴在试验件或者试验件的附属结构上，粘性材料可以为胶水等。在步骤S140中，将压电晶片固定在确定的固定位置上，测量此时信号发生器输出激励信号时各个测点的振动响应信号。在步骤S150中，将信号发生器输出的激励信号作为参考信号，采用现有技术中已有的方法计算各个测点相对于参考信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式模态测试方法，其特征在于，包括步骤：根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的激励信号时发生振动；根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；根据所述频响函数获得试验件的模态参数。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式模态测试方法，其特征在于，包括步骤：根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片在各个不同位置发生振动时若干个测点的振动响应信号，其中压电晶片在接收到信号发生器输出的激励信号时发生振动；根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置；在压电晶片位于所述固定位置时，获取信号发生器输出的激励信号以及各个测点的振动响应信号；根据获取的激励信号以及各个测点的振动响应信号，获得各个测点相对于激励信号的频响函数；根据所述频响函数获得试验件的模态参数。2.根据权利要求1所述的非接触式模态测试方法，其特征在于，根据若干个测点的振动响应信号确定压电晶片的固定位置的步骤包括：从若干个测点的振动响应信号中选取曲线光滑且包含的频率信息最多的振动响应信号；将获取的振动响应信号对应的压电晶片的位置确定为固定位置。3.根据权利要求1或2所述的非接触式模态测试方法，其特征在于，压电晶片的固定位置包括压电晶片位于试验件上或者试验件的附属结构上。4.根据权利要求3所述的非接触式模态测试方法，其特征在于，试验件的附属结构包括试验件与夹具的连接处。5.根据权利要求1或2所述的非接触式模态测试方法，其特征在于，压电晶片的尺寸小于试验件的结构尺寸。6.一种非接触式模态测试装置，其特征在于，包括：测点布置模块，用于根据激光头获取的试验件的图像，布置试验件的各个测点；振动响应信号测量模块，用于从各个测点中选取若干个测点，测量压电晶片...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱军华，何小琦，苏伟，宋芳芳，恩云飞，刘人怀，
申请(专利权)人：工业和信息化部电子第五研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44