【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通用设备模态参数测量的，具体为一种模态参数测量装置及方法。
技术介绍
1、通用设备设计并制造完成后通常需要对其模态参数进行测量以评价其刚度和阻尼等模态参数，以评估其抗振性能。如果其抗振性能较差会导致其在运行过程中振动明显影响设备的精度。
2、现有的设备通常采用锤击法或者振动测试仪来测量其模态参数。锤击法采用力锤对被测量设备进行锤击，其优点是力锤尺寸小，操作灵活，缺点是人工操作完成效率较低。在测量过程中需要人使用力锤对设备进行锤击试验多次并取其响应的平均值得到其频率响应函数，手动计算其模态参数。对于测试人员的理论计算要求较高，并且多次手动测量效率较低。现有的振动测试仪通常为台式设备，尺寸较大，优点为激励为自动进行，效率提高，缺点是受到工作台尺寸限制，大型设备的测试难以实现。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种模态参数测量装置及方法，通过电机驱动激励力锤，对被测工件施加激励力，进行测量被测量设备的响应位移或者响应加速度，得到其频率响应曲线，求解得到其模态参数，达到测量通用设备模态参数的目的。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种模态参数测量装置，包括：测量装置本体和激励棒，所述激励棒穿过测量装置本体的一侧表面，测量装置本体与被测设备可拆卸连接，激励棒相对于测量装置本体往复运动，对被测设备施加激励力；
4、在激励棒接触被测设备的一端设有力传感器，用于测量激励力的大小；测量装置本体还
5、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
6、进一步地，所述测量装置本体内部设有电机，电机的转动带动激励棒相对于测量装置本体往复运动。
7、进一步地，所述电机的转动轴通过连接件连接有凸轮，凸轮的周向尺寸不一致，所述激励棒远离被测设备的一端设有圆形接头，圆形接头的外边缘与凸轮的外边缘接触，激励棒的中段还设有与激励棒垂直的连接杆，连接杆的两端通过弹簧与测量装置本体的内表面连接，凸轮的转动带动圆形接头的运动行程变化，当凸轮的最高点与圆形接头接触时，带动激励棒对被测设备进行激励；所述弹簧用于使激励棒复位。
8、进一步地，所述测量装置本体内部还设有控制模块，控制模块通过连接导线连接电机，控制模块控制电机的转速。
9、进一步地，所述测量装置本体的外表面设有吸盘、导套和吊环，测量装置本体通过吊环吊装到被测设备表面，通过吸盘吸附到被测设备表面，所述导套用于为激励棒的往复运动导向。
10、本专利技术还提出一种基于模态参数测量装置的模态参数测量方法，包括以下步骤：
11、s1、将模态参数测量装置可拆卸连接在被测设备表面；
12、s2、激励棒对被测设备施加激励力；
13、s3、通过加速度传感器和力传感器分别测量被测设备的振动加速度和激励棒施加的激励力；
14、s4、以增量方式改变激励棒施加激励力的频率，得到不同频率下的激励力和振动加速度；
15、s5、通过振动加速度与激励力之比得到单位力作用下的频率响应加速度曲线；横坐标为施加激励力的频率范围，纵坐标为被测设备的振动加速度的实部；该频率响应加速度曲线为加速度频率响应函数实部曲线；
16、s6、根据响应延时情况绘制加速度频率响应函数虚部曲线；
17、s7、分析加速度频率响应函数实部曲线和加速度频率响应函数虚部曲线，得到被测设备的一阶固有频率、阻尼比和刚度。
18、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
19、进一步地，s6具体为：
20、激励力的表达式为f＝f1*sin(ωt+φ1)，振动加速度的表达式为a＝a*sin(ωt+φ2)，式中，f表示激励力，f1表示激励力的峰值，ω表示频率，t表示时间，φ1表示激励力的相位，a表示振动加速度，a表示振动加速度峰值，φ2表示振动加速度的相位，φ2-φ1为激励力和振动加速度之间的相位差，通过相位差计算得到加速度频率响应函数虚部。
21、进一步地，s7中，所述加速度频率响应函数实部曲线的表达式为：
22、
23、式中，g(w)表示加速度频率响应函数实部，wn为设备固有频率，w为曲线上每点处的频率，k为测量位置处的刚度，e为阻尼比；
24、所述加速度频率响应函数虚部曲线的表达式为：
25、
26、式中，h(w)表示加速度频率响应函数虚部；
27、s7具体包括：
28、分析加速度频率响应函数实部曲线，得到加速度频率响应函数实部曲线的第一个波形的波峰和波谷，波峰的坐标为点1(ω1，a1)，w1表示点1处对应的频率，a1表示点1处对应的加速度，波谷的坐标为点2(ω2，a2)；ω2表示点2处对应的频率，a2表示点2处对应的加速度；
29、分析加速度频率响应函数虚部曲线，得到加速度频率响应函数虚部曲线的第一个波谷，该波谷坐标为点3(ω3，a3)，点3处的频率ω3为被测设备的一阶固有频率，阻尼比e为
30、
31、将一阶固有频率ω3和阻尼比e代入加速度频率响应函数虚部曲线的表达式得到被测设备在测量位置处的刚度k。
32、本专利技术的有益效果是：本专利技术的测量装置及测量方法利用了电机驱动对被测设备施加激励力，使得被测量对象产生响应位移和响应加速度，通过激励频率和响应位移的组合得到频率响应曲线。同时，改变激励频率以扫描获取一定频率范围内的频率响应函数曲线，并通过计算获取设备模态参数。通过该方法可以实现对一定频率范围内频率响应函数曲线的获取，本专利技术能够有效的提高模态测量的效率，并满足大型设备的模态测量的需求。
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1.一种模态参数测量装置，其特征在于，包括：测量装置本体(3)和激励棒(8)，所述激励棒(8)穿过测量装置本体(3)的一侧表面，测量装置本体(3)与被测设备可拆卸连接，激励棒(8)相对于测量装置本体(3)往复运动，对被测设备施加激励力；
2.如权利要求1所述的模态参数测量装置，其特征在于，所述测量装置本体(3)内部设有电机(4)，电机(4)的转动带动激励棒(8)相对于测量装置本体(3)往复运动。
3.如权利要求2所述的模态参数测量装置，其特征在于，所述电机(4)的转动轴通过连接件(12)连接有凸轮(17)，凸轮(17)的周向尺寸不一致，所述激励棒(8)远离被测设备的一端设有圆形接头(16)，圆形接头(16)的外边缘与凸轮(17)的外边缘接触，激励棒(8)的中段还设有与激励棒(8)垂直的连接杆(15)，连接杆(15)的两端通过弹簧(14)与测量装置本体(3)的内表面连接，凸轮(17)的转动带动圆形接头(16)的运动行程变化，当凸轮(17)的最高点与圆形接头(16)接触时，带动激励棒(8)对被测设备进行激励；所述弹簧(14)用于使激励棒(8)复位。
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