1、工作原理

• 力錘激勵：力錘激勵是一種常用的方法，力錘內部安裝有力傳感器，當用力錘敲擊大型機構表面時，力傳感器測量出敲擊力的大小和時間歷程，這個沖擊力作為激勵信號使大型機構產生振動響應。力錘激勵操作簡便、靈活，可在現場對大型機構進行激勵，但激勵力的大小和頻率成分較難精確控制。

• 振動臺激勵：將大型機構固定在大型振動臺上，通過控制振動臺的振動頻率、幅值和波形等參數，使機構產生穩(wěn)態(tài)的振動響應。振動臺激勵能夠精確控制激勵條件，產生穩(wěn)定的正弦波、隨機波等激勵信號，但振動臺設備成本高、體積大，對于一些超大型機構可能難以實現整體激勵。

• 環(huán)境激勵：利用自然環(huán)境中的風荷載、水流沖擊、地震波等對大型機構產生隨機激勵。這種激勵無需額外設備，但激勵力難以精確測量和控制，且激勵信號復雜，需要更復雜的數據處理方法來提取模態(tài)信息。

傳感器測量原理

• 加速度傳感器：基于壓電效應、壓阻效應或電容效應等，當大型機構振動時，加速度傳感器隨機構一起運動，其內部敏感元件因加速度作用產生電信號變化，經測量電路轉換為電壓或電流信號，從而得到機構振動的加速度時間歷程。壓電式加速度傳感器靈敏度高、頻率響應范圍寬，適用于測量大型機構的高頻振動；壓阻式加速度傳感器低頻響應好，可測量低頻振動及靜態(tài)加速度，適合監(jiān)測大型機構在緩慢變化過程中的振動情況。

2、應用領域

• 航空航天領域

  • 飛機整體結構模態(tài)分析：大型客機、運輸機等飛機的機身、機翼等整體結構龐大而復雜，通過在飛機結構上安裝大量的加速度傳感器、應變傳感器等進行模態(tài)分析，可獲取其固有頻率、振型等模態(tài)參數。這有助于在設計階段避免飛機結構與發(fā)動機振動頻率、氣流激勵頻率等發(fā)生共振，提高飛行安全性；在飛機服役期間，模態(tài)分析數據可用于結構健康監(jiān)測，及時發(fā)現結構的損傷和疲勞裂紋，保障飛行安全。

  • 航天發(fā)射塔模態(tài)監(jiān)測：航天發(fā)射塔作為大型高聳結構，在火箭發(fā)射過程中會受到巨大的沖擊力和振動。通過在發(fā)射塔上安裝位移傳感器、加速度傳感器等進行長期模態(tài)監(jiān)測，可實時了解發(fā)射塔的振動特性，評估其結構安全性，為發(fā)射塔的設計優(yōu)化、維護保養(yǎng)和安全評估提供科學依據，確保航天發(fā)射任務的順利進行。

• 船舶工業(yè)領域

  • 船舶整體模態(tài)分析：大型船舶的船體結構龐大，在航行過程中會受到海浪、風力等外部激勵。通過在船體上安裝加速度傳感器、應變傳感器等進行模態(tài)分析，可獲取船舶的固有頻率和振型，評估船舶的結構強度和穩(wěn)定性。這有助于在船舶設計階段優(yōu)化結構設計，提高船舶的抗振性能和航行安全性；在船舶運營期間，模態(tài)分析數據可用于監(jiān)測船舶結構的健康狀況，及時發(fā)現潛在的安全隱患。

  • 船舶動力裝置模態(tài)測試：船舶的動力裝置如發(fā)動機、推進器等，其模態(tài)特性對船舶的動力性能和可靠性有重要影響。通過模態(tài)測試，可優(yōu)化動力裝置的結構設計和安裝方式，降低振動和噪聲，提高船舶的舒適性和運行效率，同時延長動力裝置的使用壽命。