制造固有频率测量仪

固有频率测量系统有二种方法:
1:扫频式
是由扫频激振器、功率放大器、扫频信号源、振动频率测量分析仪、振动传感器、等部件组成，主要通过激振扫频形式，让其工件产生共振，并通过拾取共振信号，得出其工件的固有频率。
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，通过振动测量仪，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（加速度、速度、位移、速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。
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，此方法准确和方便。

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。

我们在对结构系统进行固有频率测试时，测量方法可以分为以下几类：


1、测量FRF：如采用传统的FRF测量方法，锤击法与激振器法。由于固有频率是模态参数之一，所以，采用测量FRF方法测量固有频率同样要求遵循模态测试的那些要求。如激励响应位置要求、激励力的大小等，但此时要求激励与响应同时避开模态节点位置。


2、振动台测试：可以将待测结构在振动台上进行随机激励或扫频激励，然后分析响应信号获得结构的固有频率。


3、仅测量响应：当结构处于工作状态时，可以仅测量结构的响应，然后对响应进行频谱分析。但这时频谱图中的峰值可能有的是结构的固有频率，也可能有的是强迫响应频率，还有可能是转频及其谐频。另外，当采用这种方法时，工作载荷可能不能将所有关心的固有频率都激励起来，可能仅激励起一些固有频率，甚至连基频也激励不起来的情况也存在。


4、变转速激励：对于旋转机械而言，可以采用变转速方法，如升降速测量，然后对响应信号进行瀑布图分析，在瀑布图中垂直与频率轴的峰值区域即是结构的一阶固有频率。


5、非接触式测量：当结构是一个轻质结构时，哪怕是在结构上布置一个轻质的传感器也会导致固有频率移动明显，这时宜用非接触式的传感器进行测量，如电涡流位移传感器，声压传感器等。我曾经采用声压传感器测量过PCB板、轴瓦等轻质结构的固有频率。


6、其他方法：如果能按测量FRF的方法来测量是好的，但很多时候，我们都没有激励设备可用，那么这个时候，我们可以采用特殊的激励方法，仅测量结构的响应，对响应进行频谱分析获得结构的固有频率。这些特殊的激励方法包括：手拨方法（针对小型轻质结构）、阶跃方法（使结构存在一个初位移，然后突然释放）、生活中的各式锤子激励等。


我们经常需要对结构进行固有频率测量，那到底是测量哪一阶固有频率呢？一般情况下，没有特别说明时，通常指测量结构的第1阶固有频率，也就是基频。但大多数情况下，我们可以得到结构很多阶固有频率，这个时候应该将固有频率按频率值从小到大的顺序依次列出测量到的所有阶固有频率。我个人认为，对于绝大多数情况，前几阶（小于等于10阶）固有频率就可满足测试要求。


对于FRF曲线，从曲线图中各峰值所对应的频率即为各阶固有频率。但对于频谱图而言，可能会存在噪声干扰，这时，如果发现频谱图中有线状谱，那么这种情况下，可以认为该线状谱所对应的频率不是结构的固有频率，这是因为线状谱的阻尼为0，这是不可能的，结构总是存在或大或小的阻尼，不可能阻尼为0，因此，这时，这些线状谱可以认为是干扰或其他类型信号的频率。

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。

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。

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。
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。