微小網殼結構模態(tài)測試方法、裝置和系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微小網殼結構模態(tài)測試方法、裝置和系統。所述方法包括步驟：根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構的各個測點，其中待測網殼結構固定在壓電晶片上；獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號；在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時，測量各個測點的振動響應信號；根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各個測點相對于所述激勵信號的頻響函數；根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。本發(fā)明解決了20KHz以上的模態(tài)測試問題，減少了激勵能量損耗，利用率高、提高了振動響應的信噪比差，測試過程中的噪聲小，無需額外測量輸入信號，方便簡單。
【專利說明】
微小網殼結構模態(tài)測試方法、裝置和系統
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及模態(tài)測試技術領域，特別是涉及一種微小網殼結構模態(tài)測試方法、微 小網殼結構模態(tài)測試裝置和微小網殼結構模態(tài)測試系統。
【背景技術】
[0002] 微小網殼結構以其獨特的力學特性而常作為高端精密電子產品的關鍵部件，如精 密儀表的敏感元件、柵控行波管的柵網等。正因如此，其動力學特性對精密電子產品的性能 及可靠性有著重要影響。微小網殼結構模態(tài)測試是通過試驗手段獲取結構固有頻率與振型 等模態(tài)參數，借以準確預測結構在各種動載荷作用下的響應特性，達到驗證其結構動態(tài)設 計的目的，對保證電子產品的性能及可靠性具有重要作用。
[0003] 高端精密電子產品中的微小網殼結構具有結構尺寸小、重量輕、頻率高等特點，這 些特點決定了開展模態(tài)測試面臨著激勵難、測試難的問題。目前一般采用非接觸式聲激勵 和激光測振儀測量響應的方法獲得微小網殼結構的模態(tài)參數。然而，由于聲音的頻帶寬為 20Hz (赫茲）~20KHz (千赫茲），理論上只能激發(fā)出結構20KHz以內的頻率信息，無法獲取 20KHz以上的結構固有頻率及振型。以行波管柵網結構為例，其一階固有頻率超過IOKHz， 20KHz以內僅有兩階模態(tài)，相對而言，有效頻帶寬度窄，獲得的模態(tài)參數有限，獲得的模態(tài)參 數可信度較低。另外，聲音激勵為非接觸式激勵，存在激勵能量損耗大、利用率低、振動響應 的信噪比差以及測試現場噪音大等缺點。

【發(fā)明內容】

[0004] 基于此，有必要針對上述問題，提供一種微小網殼結構模態(tài)測試方法、裝置和系 統，能夠經濟、高效、準確地獲得微小網殼結構的模態(tài)參數，通過采用壓電晶片接觸式激勵 方法，解決了聲音激勵存在的頻帶窄、激勵能量利用率低、響應信噪比差以及測試現場噪音 大的問題。
[0005] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：
[0006] -種微小網殼結構模態(tài)測試方法，包括步驟：
[0007] 根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構的各個測點，其中待 測網殼結構固定在壓電晶片上；
[0008] 獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號；
[0009] 在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時，測量各個測點的振動響應信 號；
[0010] 根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各個測點相對于所述激勵信 號的頻響函數；
[0011] 根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。
[0012] -種微小網殼結構模態(tài)測試裝置，包括：
[0013] 測點布置模塊，用于根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構 的各個測點，其中待測網殼結構固定在壓電晶片上；
[0014] 激勵信號獲取模塊，用于獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號；
[0015] 振動響應信號測量模塊，用于在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時， 測量各個測點的振動響應信號；
[0016] 頻響函數獲得模塊，用于根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各 個測點相對于所述激勵信號的頻響函數；
[0017] 模態(tài)參數獲得模塊，用于根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。
[0018] -種微小網殼結構模態(tài)測試系統，包括壓電晶片和激光測振系統，所述激光測振 系統包括激光頭、信號發(fā)生器以及所述的微小網殼結構模態(tài)測試裝置;所述壓電晶片與所 述信號發(fā)生器輸出端相連，所述微小網殼結構模態(tài)測試裝置分別與所述激光頭和所述信號 發(fā)生器輸出端相連。
[0019] 本發(fā)明微小網殼結構模態(tài)測試方法、裝置和系統，與現有技術相互比較時，具備以 下優(yōu)點：
[0020] (1)本發(fā)明采用壓電晶片施加激勵，激勵頻帶寬達1MHz，甚至更高，解決了 20KHZ以 上的模態(tài)測試問題，獲得的模態(tài)參數較多，可信度高；
[0021] (2)本發(fā)明采用待測網殼結構與壓電晶片直接連接的接觸式激勵方法，減少了激 勵能量損耗，利用率高、提高了振動響應的信噪比差；
[0022] (3)本發(fā)明采用壓電晶片激勵，測試過程中的噪聲??；
[0023] (4)本發(fā)明直接利用信號發(fā)生器輸出的激勵信號計算頻響函數，無需額外測量輸 入信號，方便簡單。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明微小網殼結構模態(tài)測試方法實施例的流程示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明待測網殼結構上布置的各個測點具體實施例的示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明微小網殼結構模態(tài)測試裝置實施例的結構示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明微小網殼結構模態(tài)測試系統實施例的結構示意圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明微小網殼結構模態(tài)測試系統具體實施例的結構示意圖；
[0029] 圖6為本發(fā)明瞬態(tài)正弦掃頻信號及柵網振動響應信號曲線的示意圖；
[0030] 圖7為本發(fā)明柵網結構頻響函數曲線的示意圖；
[0031 ]圖8為本發(fā)明柵網結構振型的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術手段及取得的效果，下面結合附圖及較佳實 施例，對本發(fā)明的技術方案，進行清楚和完整的描述。
[0033] 如圖1所示，一種微小網殼結構模態(tài)測試方法，包括步驟：
[0034] SI 10、根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構的各個測點，其 中待測網殼結構固定在壓電晶片上；
[0035] S120、獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號；
[0036] S130、在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時，測量各個測點的振動響 應信號；
[0037] S140、根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各個測點相對于所述 激勵信號的頻響函數；
[0038] S150、根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。
[0039] 在步驟SllO中，網殼結構包括柵控行波管金屬柵網結構等。激光頭為激光掃描頭， 沿激振方向布置，激光頭上有微型攝像頭，可以拍攝待測網殼結構的圖像。在測試前需要將 網殼結構固定在壓電晶片上，另外還可以固定壓電晶片，例如將壓電晶片固定在平臺上，以 免其晃動造成模態(tài)測試誤差。
[0040] 由于需要將網殼結構固定在壓電晶片上，所以選取體積較大的壓電晶片，例如，在 一個實施例中，所述壓電晶片為壓電激勵器(如壓電陶瓷激勵器等）。另外，待測網殼結構的 尺寸小于等于所述壓電晶片的接觸面的尺寸，所述接觸面為待測網殼結構與所述壓電晶片 接觸的表面。將待測網殼結構固定在壓電晶片上有多種方法，例如，在一個實施例中，待測 網殼結構可以通過粘性材料固定在壓電晶片上，粘性材料可以為膠水等。
[0041]獲取到待測網殼結構的圖像后，可以在待測網殼結構的各個節(jié)點處布置相應的測 點。例如，如圖2所示，軟件中的圖像為激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，柵網結構即為待 測網殼結構，柵網結構上的各個黑色即為布置的各個測點。
[0042]在步驟S120中，正式測試前，需要確定信號發(fā)生器輸出的激勵信號、采樣參數以及 激勵頻帶帶寬。激勵信號包括隨機白噪聲或瞬態(tài)正弦掃頻信號等。采樣參數以及激勵頻帶 帶寬可以根據分析頻率需要設置。
[0043] 壓電晶片的接線端與信號發(fā)生器的輸出端口連接。信號發(fā)生器直接將激勵信號輸 入到壓電晶片，使壓電晶片產生振動，從而使待測網殼結構產生振動。
[0044] 在步驟S130中，壓電晶片在振動時，按照布置的測點逐點掃描式進行測量各個測 點的振動響應信號。
[0045]在步驟S140中，將信號發(fā)生器輸出的激勵信號作為參考輸入信號，各個測點的振 動響應信號作為輸出信號，采用現有技術中已有的方法計算各個測點相對于參考輸入信號 的頻響函數。
[0046] 在步驟S150中，采用現有的模態(tài)識別方法識別頻響函數，獲得待測網殼結構的頻 率和振型等模態(tài)參數。
[0047] 基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種微小網殼結構模態(tài)測試裝置，下面結合附 圖對本發(fā)明裝置的【具體實施方式】做詳細描述。
[0048] 如圖3所示，一種微小網殼結構模態(tài)測試裝置，包括：
[0049] 測點布置模塊110,用于根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結 構的各個測點，其中待測網殼結構固定在壓電晶片上；
[0050] 激勵信號獲取模塊120,用于獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號；
[0051] 振動響應信號測量模塊130,用于在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動 時，測量各個測點的振動響應信號；
[0052]頻響函數獲得模塊140,用于根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得 各個測點相對于所述激勵信號的頻響函數；
[0053]模態(tài)參數獲得模塊150,用于根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。
[0054] 本發(fā)明所用壓電晶片可以選取體積較大的壓電晶片，例如，在一個實施例中，所述 壓電晶片為壓電激勵器(如壓電陶瓷激勵器等）。另外，待測網殼結構的尺寸小于等于所述 壓電晶片的接觸面的尺寸，所述接觸面為待測網殼結構與所述壓電晶片接觸的表面。
[0055] 將待測網殼結構固定在壓電晶片上有多種方法，例如，在一個實施例中，待測網殼 結構可以通過粘性材料固定在壓電晶片上，粘性材料可以為膠水等。
[0056] 獲取到待測網殼結構的圖像后，在一個實施例中，所述測點布置模塊110可以在待 測網殼結構的各個節(jié)點處布置相應的測點。
[0057] 本發(fā)明裝置其它技術特征與本發(fā)明方法相同，在此不予贅述。
[0058] 本發(fā)明還提供一種微小網殼結構模態(tài)測試系統，下面結合附圖對本發(fā)明系統進行 簡單介紹。
[0059] 如圖4所示，一種微小網殼結構模態(tài)測試系統，包括壓電晶片和激光測振系統，所 述激光測振系統包括激光頭、信號發(fā)生器以及上述的微小網殼結構模態(tài)測試裝置;所述壓 電晶片與所述信號發(fā)生器輸出端相連，所述微小網殼結構模態(tài)測試裝置分別與所述激光頭 和所述信號發(fā)生器輸出端相連。
[0060] 為了更好的理解本發(fā)明的技術方案以及達到的技術效果，下面以柵控行波管金屬 柵網結構模態(tài)測試進行介紹。
[0061] 如圖5所示，柵控行波管金屬柵網結構通過502膠粘貼在壓電陶瓷激勵器上;壓電 陶瓷激勵器固定在鋁合金材料的固定平臺，其兩接線端連接至激光測振系統PSV500-3D-M 的信號發(fā)生器輸出端口；激光頭沿激振方向布置;微小網殼結構模態(tài)測試裝置安裝有PSV數 據采集與分析軟件以及模態(tài)識別軟件。
[0062]啟動PSV數據采集與分析軟件，在激光頭拍攝的柵網圖像的各節(jié)點處共布置100個 測點，分析頻帶寬50KHz，采樣頻率128KHz，譜線數為12800條。
[0063] 進行模態(tài)參數測試時，信號發(fā)生器輸出瞬態(tài)正弦掃頻信號至壓電陶瓷激勵器，掃 頻信號頻率范圍為〇~50KHz，同時按照設定的測點逐點掃描式進行測量柵網結構振動響應 信號，測量的振動響應信號如圖6所示。利用PSV數據采集與分析軟件計算各測點相對于正 弦掃頻信號的傳遞函數，獲得所有測點的頻響函數。獲得的頻響函數如圖7所示，頻響函數 曲線平滑說明信號的信噪比較高。將頻響函數數據導入模態(tài)識別軟件，采用PolyMAX模態(tài)識 別方法識別柵網的頻率和振型，共識別出50KHz以內11階固有頻率和振型，其中固有頻率及 振型模態(tài)置信因子值如表1所示，從表1可以看出各階振型彼此正交，11階振型如圖8所示。
[0064] 表1柵網固有頻率及模態(tài)置信因子值
[0066]本發(fā)明與現有技術相互比較時，具備以下優(yōu)點：
[0067] (1)本發(fā)明采用壓電晶片施加激勵，激勵頻帶寬達IMHz，甚至更高，解決了 20KHz以 上的模態(tài)測試問題，獲得的模態(tài)參數較多，可信度高；
[0068] (2)本發(fā)明采用待測網殼結構與壓電晶片直接連接的接觸式激勵方法，減少了激 勵能量損耗，利用率高、提高了振動響應的信噪比差；
[0069] (3)本發(fā)明采用壓電晶片激勵，測試過程中的噪聲??；
[0070] (4)本發(fā)明直接利用信號發(fā)生器輸出的激勵信號計算頻響函數，無需額外測量輸 入信號，方便簡單。
[0071] 以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存 在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0072] 以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種微小網殼結構模態(tài)測試方法，其特征在于，包括步驟： 根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構的各個測點，其中待測網 殼結構固定在壓電晶片上； 獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號； 在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時，測量各個測點的振動響應信號； 根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各個測點相對于所述激勵信號的 頻響函數； 根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。2. 根據權利要求1所述的微小網殼結構模態(tài)測試方法，其特征在于，待測網殼結構通過 粘性材料固定在壓電晶片上。3. 根據權利要求2所述的微小網殼結構模態(tài)測試方法，其特征在于，待測網殼結構的尺 寸小于等于所述壓電晶片的接觸面的尺寸，所述接觸面為待測網殼結構與所述壓電晶片接 觸的表面。4. 根據權利要求1所述的微小網殼結構模態(tài)測試方法，其特征在于，在待測網殼結構的 各個節(jié)點處布置相應的測點。5. 根據權利要求1至4任意一項所述的微小網殼結構模態(tài)測試方法，其特征在于，所述 壓電晶片為壓電激勵器。6. -種微小網殼結構模態(tài)測試裝置，其特征在于，包括： 測點布置模塊，用于根據激光頭獲取的待測網殼結構的圖像，布置待測網殼結構的各 個測點，其中待測網殼結構固定在壓電晶片上； 激勵信號獲取模塊，用于獲取信號發(fā)生器輸出到所述壓電晶片的激勵信號； 振動響應信號測量模塊，用于在所述壓電晶片接收到所述激勵信號發(fā)生振動時，測量 各個測點的振動響應信號； 頻響函數獲得模塊，用于根據所述激勵信號和各個測點的振動響應信號，獲得各個測 點相對于所述激勵信號的頻響函數； 模態(tài)參數獲得模塊，用于根據所述頻響函數獲得待測網殼結構的模態(tài)參數。7. 根據權利要求6所述的微小網殼結構模態(tài)測試裝置，其特征在于，待測網殼結構通過 粘性材料固定在壓電晶片上；待測網殼結構的尺寸小于等于所述壓電晶片的接觸面的尺 寸，所述接觸面為待測網殼結構與所述壓電晶片接觸的表面。8. 根據權利要求6所述的微小網殼結構模態(tài)測試裝置，其特征在于，所述測點布置模塊 在待測網殼結構的各個節(jié)點處布置相應的測點。9. 根據權利要求6至8任意一項所述的微小網殼結構模態(tài)測試裝置，其特征在于，所述 壓電晶片為壓電激勵器。10. -種微小網殼結構模態(tài)測試系統，其特征在于，包括壓電晶片和激光測振系統，所 述激光測振系統包括激光頭、信號發(fā)生器以及如權利要求6至9任意一項所述的微小網殼結 構模態(tài)測試裝置;所述壓電晶片與所述信號發(fā)生器輸出端相連，所述微小網殼結構模態(tài)測 試裝置分別與所述激光頭和所述信號發(fā)生器輸出端相連。
【文檔編號】G01M7/02GK105841907SQ201610364081
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】朱軍華, 宋芳芳, 恩云飛
【申請人】工業(yè)和信息化部電子第五研究所