可靠TB固有频率测量仪

对于振动系统，经常要测定其固有频率，常用的方法就是用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。另一种方法是锤击法，用冲击力激振，通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析，得到各阶固有频率。以下对这两种方法加以说明：
1、简谐力激振
强迫振动频率和系统固有频率相等时，动力系数迅速增加，引起系统共振，由式：
可知，共振时振幅和相位都有明显变化，通过对这两个参数进行测量，我们可以判别系统是否达到共振动点，从而确定出系统的各阶振动频率。
（一）幅值判别法
在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过示波器，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。这种方法简单易行，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法的出的共振动频率稍有差别，不同类型的振动量对振幅变化敏感程度不一样，这样对于一种类型的传感器在某阶频率时不够敏感。
（二）相位判别法
相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振是的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。
（三）位移判别法
将激振动信号输入到采集仪的通道（即x轴），位移传感器输出信号或通过ZJT-601A型振动教学仪积分档输出量为位移的信号输入第二通道（即y轴），此时两通道的信号分别为：
共振时，，x轴信号和y轴信号的相位差为π/2，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当ω略大于ωn或略小于ωn时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

制动盘固有频率测量
为了快速准确的完成对制动盘固有频率的检测,开发了一套在线检测系统。该系统由传感器、数据采集硬件、数据采集及分析软件模块、在线检测软件模块及控制电路构成。一种制动盘固有频率在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)使用力锤敲击制动盘；
2)通过PULSE采集制动盘的力锤激励力信号和粘贴在制动盘上传感器的振动加速度响应信号，根据采集得到的信号得到各响应点和激励点之间的频率响应函数；
3)对频响函数进行截断奇异值分解降噪：
3-1)将测得的频响函数转化为时域的单位脉冲响应函数，之后再将降噪后的时域信号转化至频域利用LSCF法进行参数识别；
3-2)将转化后的单位脉冲响应函数看作一个含有噪声干扰的原始信号h(tk)(k＝1,2,…,Nf)；其中：tk为第k个时间点，Nf为频响函数的线数。

很多时候，人们只关心固有频率是多少，而不关心阻尼与振型这两个参数。这时因为当结构受到外界的激励时，人们关心外界的激励频率离结构固有频率有多远，会不会引起结构共振问题。将某个输入-输出位置的频响函数用模态参数表示为在这个方程中包括极点和振型的信息，极点由固有频率和阻尼组成。对于不同的位置，模态振型值是不一样的，但是极点却不随位置的变化而变化。这表明系统极点是全局特性，它们立于特定的输入-输出位置。也就是说从一个输入-输出位置就能测量到系统的所有极点信息。因此，固有频率测量时，理论上讲，只需要一个测量位置即可测量出所有模态对应的固有频率。

虽然理论上讲在一个位置安装一个传感器就能测量出结构所有阶固有频率，但是却有一些现实方面的影响，主要体现在以下几个方面：


1）与测量位置有关。我们知道在布置模态参考点时，要求避开关心的所有模态的节点位置。同样的道理，固有频率作为三个模态参数之一，同样要遵循这样的要求。


2）与激励位置有关。如果采用测量FRF的方法进行测量，那么，要求激励位置也应该避开关心的所有模态的节点位置。这是因为如果激励位置是某阶模态的节点位置，那么将激励不起来这阶模态，因而这阶模态将不参与结构的响应，导致这阶模态在FRF曲线中不可见。也就是说，对于固有频率测量而言，要求激励与响应位置同时避开模态节点位置。


3）与结构特点有关。如果结构是一个强方向性模态结构，那么，如果只在一个方向布置一个单向传感器，那么必将丢失其他方向的固有频率。因此，对于具有强方向性模态的结构而言，应该在不同的方向布置测点。


当仅在结构一个位置布置传感器进行测量时，由于各阶模态的节点位置都是不相同的，因而，固有频率测量会遭遇与模态参考点相同的风险：一个测量位置会导致一阶或几阶固有频率不可见，因为一个测量位置不是这阶模态的节点，就可能是那阶模态的节点的可能性非常大。因此，强烈建议布置多个测量位置，原理与布置多参考点相同。

影响因素
从上面的公式我们可以看出，结构的固有频率只受刚度分布和质量分布的影响，而阻尼对固有频率的影响非常有限。而在百度百科中说固有频率受形状、材质的影响，我个人觉得是不准确的。材质不同，其材料属性（密度、杨氏模量和泊松比等）不同，影响的终参数还是质量和刚度,而形状不同,影响也是这两个参数。
因此，影响固有频率的只有质量和刚度，而其他任何因素，终影响的也是这两个因数。如结构的边界条件不同，固有频率必然不同，这是因为边界条件会影响到结构的刚度分布。
质量增大，结构的固有频率必然降低；刚度增大，结构的固有频率必然增大。但是刚度继续增大，固有频率不会无限增大，只会增大一定距离。刚度增加越快，频率移动越慢。这是因为，结构的共振峰对应的是固有频率，刚度增大后，结构的固有频率会向上移动靠近反共振峰，在《什么是动刚度？》是不是说明过，反共振峰对应的刚度是无限大的。因此，刚度无限增大，结构的固有频率向上移动不超过反共振峰对应的频率，所以刚度增大只能使固有频率增大一定距离

当激励频率与固有频率相等或接近时，才发生共振。因而，共振频率不一定完全与固有频率相等，共振频率是按外界的激励频率来讲的，而固有频率是从结构来讲的。虽然很多情况下，都认为共振频率就是固有频率。 在频响函数曲线中，共振峰所对应的频率为结构的固有频率，如下图所示。但很多情况，共振不是发生在单一频率（固有频率）处，而是具有一定宽度的共振带。也就是存在一个频率区间，在这个区间内很容易发生共振。
方法（敲击法）
原理：适用于刚性物体，比如金属零件。通过敲击使被测体自由振动，然后分析固有频率。
设置：敲击法建议选择“加速度2kHz”或“加速度6kHz”
工具：不同的被测体可能需要不同的锤子、锤头一般选择金属的
敲击方法：要干净利落的单击，锤头碰到被测体后尽快离开，避免粘连。可以多次敲击，然后挑几段明显、干净的波形段做频谱分析。
固有频率计算公式
固有频率计算公式： Q=wLR=2π fLR（因为 w=2π f）=1/wCR=1/2π fCR 固有频率也称为自然频率，物体做自由振动时，其位移随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关； 而仅与系统的固有特性有关（如质量、形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有周期。
叶片的固有频率测定中锤击测定和扫频测定得到的结果有什么差别
在工程设计中，有时只需知道低阶（如一、二阶）固有频率、振型以及阻尼系数，可用简易方法测定这些参量： ①固有频率测定 用敲击或突然卸载使系统产生自由振动，记录其衰减波形并与仪器中的时标信号比较，或将信号发生器产生的固定频率正弦波和衰减波形输入射线示波器，由示波器显示的利萨如图形求得一、二阶固有频率。
如果有激振器或振动台，则可对系统进行步进频率激振或低速扫频激振以寻找共振频率，在小阻尼时共振频率近似等于固有频率。 ②振型测定 手持木质或铝质探针接触被测系统各点，由撞击声音（或凭手感）测定所有不振动点的位置，即节线位置。
对水平放置的平板型系统，可在平板上撒上砂粒，振动时砂粒将聚集到节线上，由节线分布情况即可大致判断振型。 ③阻尼测定 可采用衰减振动法、共振法和相位法。
衰减振动法是用记录仪记录自由振动的衰减波形，由相邻同向的两次或数次的振幅的衰减率算出阻尼值；共振法是由共振时振幅和共振区频率带宽算出阻尼值；相位法是由共振区相位随频率变化关系算出阻尼值。