靠谱固有频率测量仪

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。

为什么存在多阶固有频率
我们在对结构系统进行固有频率测试时，通常能得到多阶固有频率，如下图所示，是对某结构进行固有频率测试。在这个FRF图中存在多个峰值，而每个峰值对应一阶固有频率，因此，结构存在多阶固有频率。那么为什么结构存在多阶固有频率？阶跟什么有关系？
在高中物理课本中，我们就学习过单自由度系统的固有频率公式。用的是单自由度的弹簧-集中质量模型，如下面左图所示。其运动方程为正弦波Asinωt（简谐运动），对应一阶固有频率。对于两自由度系统而言，如下面中图所示，运动方程是两个正弦波叠加的结果，因而，对应两阶固有频率。同时，三自由度系统对应三个正弦波，因而，有三阶固有频率。因此，似乎“阶”与自由度相对应：1个自由度对应1阶固有频率（或者是1阶模态），情况的确是这样的。自由度是指用于确定结构在空间上运动所需要的少、立的坐标个数。质点有三个平动自由度；刚体有六个自由度，分别为三个平动和三个转动自由度。
一个连续体或弹性体实际上有无穷多个自由度，此时，任意连续结构都可以看成是无限多个微刚体组成的，每个微刚体有6个自由度，因而，我们可以认为任意连续结构具有无限多个自由度，但是，所有这些结构又可以近似地看作是由有限个微刚体组成的（比方有限元分析时只能划分有限数量的单元），因此又可以认为连续结构具有有限个自由度。该自由度数决定了解析质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的维数，也决定上理论上存在的固有频率阶数和模态振型阶数。
虽然连续体在理论上是有无限多阶固有频率，但很多情况下我们只关心低阶的固有频率或者特定阶的固有频率。这是因为固有频率越低，越容易被外界所激励起来。另外，结构也可能受到特定的激励，如在某恒定转速下运行，因此，也可能关心特定阶的固有频率。

基频和主频
NVH测试过程中，经常讲基频、主频，它们跟固有频率有什么区别与联系呢？
基频是指结构的阶固有频率。结构发生振动时，通常不会是以某一个频率振动，而是有多个振动频率，通常在这些振动频率中，能量大的振动频率称为主频。因此，这个主频可能是结构的固有频率，也可能是强迫响应频率。 如下图所示的PSD曲线中，存在三个峰值（假设都是固有频率），因而这三个峰值对应三阶固有频率，其中低阶的固有频率为基频，峰值大的频率为主频。基频一定是固有频率，主频可能不一定是结构的固有频率，主频主要看的是能量的大小。因为我们知道，当结构产生强迫振动时，振动的频率是与外界激励频率相等的，但此时，这个激励频率很大程度上不是结构的固有频率，而它的能量又是大的，此时，主频就不是固有频率。

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。
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。
DFT5004技术指标及特点
3.1 技术指标
1、AD分辩率: 16bit
2、精度: 优于0.5％(满量程)
3、输入：4丶8丶16通道电压或IEPE型传感器（4mA/+24VDC）
4、通道采样频率:100KSPS/CH
5、电压输入范围: ±10VP
6、程控增益：1、10、100倍
7、频率范围：电压输入：DC-30KHz
IEPE输入：0.3Hz-30KHz
8、供电：DC10∽30V
9、输入接头：BNC插座；
10、外型尺寸： 125mm（W）×50mm（H）×178mm (D)；
11、重量：约500G；
12、应用软件：DFT6000；
DFT6000 信号分析系统同时支持信号采集及后处理分析两种工作状态,该系统具有以下特点：
1. 整个系统全部采用C++语言开发，面向对象编程，全插件架构，系统稳定可靠且扩展性。
2. 系统同时支持在线模式及后处理模式，两种模式任意切换，同时支持工作区及项目文档管理功能，管理数据非常方便。
3. 支持虚拟TEDS传感器，采用数据库对传感器进行统一管理，使用更加方便。
4. 同时支持多种语言，系统默认支持中文及英语，语言文件采用文本格式，用户可以根据自己的实际需要自己翻译使其很好的支持其他语言，不同的语言可以实时进行切换。
5. 可以配接我公司生产的各种信号分析仪器，分析仪的类型可以根据用户实际使用的产品自己。
6. 具有丰富的多种参数设置功能：
 可以任意设置采样的起止通道；
 任意各采样通道是否存盘；
 可以调节显示波形时图形的刷新速度；
7. 支持多种文件存储格式。存盘文件格式可以为联能公司的二进制格式，也可以存为UFF58、UFF58b，MatLab5.0格式,方便用户使用其他软件分析数据。
8. 多种采样方式：
 示波方式；
 手动触发；
 信号触发；
 连续记录。
9. 具有丰富的时域、频域分析处理功能，系统支持显示：
 应变花计算
 单踪示波视图；
 多踪时域示波；
 李沙育图（即X-Y图，X轴，Y轴可以任意通道）；
 傅里叶分析；
 自谱、功率谱、功率谱密度分析；
 传递函数分析;
 旋转机械转速分析;
 统计信息(可以显示任意几个通道的大值，小值，峰峰值、有效值、方差、标准差、波峰因素、波形因素、脉冲因素、裕度因素)。
10. 充分利用计算机海量存储硬盘，长时间、实时、无间断记录多通道信号。