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模态试验分析方法简介

1试验模态分析的基本步骤

试验模态分析一般分为如下的四个步骤：

第一步：建立测试系统

所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系

统进行校准。

第二步：测量被测系统的响应数据

这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。在某一

激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过

输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，

只需要时间历程就可以了。

第三步：进行模态参数估计

即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模

态刚度和模态质量等。

第四步：模态模型验证

它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测

系统进行动力学分析的必要过程。

以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下：

2、建立测试系统

建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确

定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测

试系统的校准等工作。

接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下：

2.1激振方式的确定：

激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。天然振源包括地震，地脉动，风振，海

浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性

很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机

械振动，人体晃动和打桩等。其中爆破和张拉释放这两种方法应用较为广泛。在工程实际中应当根据被测

对象的特点，选取适当的激振方式。

2.2传感器的选择：

传感器是测试系统的一次仪表，它的可靠性，精确度等参数指标直接影响到系统的质量。传感器的选

用原则如下：

1、灵敏度要求

一般的讲，传感器灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，意味着传感器所能感知的变化量越小，被测量

稍有微小变化时，传感器就有较大的输出。但是当传感器的灵敏度越高时，与被测信号无关的外界干扰也

越容易混入，并且同样被放大装置所放大。因此为了保证既要检测到微小量值，又要干扰小，这就要求传

感器的信噪比越大越好。

此外,和灵敏度紧密相关的是测量范围,除非有专门的非线性校正稽旋,最大的输入量不应使传感器进

入非线性区域,更不能进入饱和区域。某些测试工作要在较强的噪声干扰下进行。其输入量不仅包括被测量，

也包括干扰量；两者之和不能进入非线性区。过高的灵敏度会缩小其适用的测量范围。

2、响应特性

在所测频率范围内，传感器的响应特性必须满足不失真的测量条件。此外，实际传感器的响应总有一

定迟疑，但总希望迟疑的时间越短越好。在动态测量中，传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选

用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点。

3、线性范围

任何传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围越宽表明传感器的

工作量越大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。然而任何传感器都不容易保证其绝

对的线性，在许可限度内，可以在其近似线性区域应用。选用时必须考虑被测物理量的变化范围，令其线

性误差在允许范围以内。

4、可靠性

可靠性是传感器和一切测量装置的生命。所谓可靠性是指仪器，装置等产品在规定的条件，在规定的

时间内可以完成规定功能的能力。只有产品的性能参数(特别是主要的性能参数)均处在规定的误差范围内，

方能视为可完成规定的功能。因此在传感器的选用过程中其可靠性是挑选传感器的重要指标之一。

5、精确度

传感器的精确度表示传感器的输出与被测量的真值一致的程度。传感器处于测试系统的输入端，因此，

传感器能否真实的反映被测量值，对整个测试系统具有直接影响。然而，传感器精确度余额高，价格越昂

贵，因此应从实际情况尤其应从测试目的出发来选择传感器。

6、测量方式

传感器在实际条件下的工作方式也是传感器选择必须考虑的因素。