1、工作原理

• 力錘激勵(lì)：力錘激勵(lì)是一種常用的方法，力錘內(nèi)部安裝有力傳感器，當(dāng)用力錘敲擊大型機(jī)構(gòu)表面時(shí)，力傳感器測量出敲擊力的大小和時(shí)間歷程，這個(gè)沖擊力作為激勵(lì)信號使大型機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)。力錘激勵(lì)操作簡便、靈活，可在現(xiàn)場對大型機(jī)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，但激勵(lì)力的大小和頻率成分較難精確控制。

• 振動(dòng)臺激勵(lì)：將大型機(jī)構(gòu)固定在大型振動(dòng)臺上，通過控制振動(dòng)臺的振動(dòng)頻率、幅值和波形等參數(shù)，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)的振動(dòng)響應(yīng)。振動(dòng)臺激勵(lì)能夠精確控制激勵(lì)條件，產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波、隨機(jī)波等激勵(lì)信號，但振動(dòng)臺設(shè)備成本高、體積大，對于一些超大型機(jī)構(gòu)可能難以實(shí)現(xiàn)整體激勵(lì)。

• 環(huán)境激勵(lì)：利用自然環(huán)境中的風(fēng)荷載、水流沖擊、地震波等對大型機(jī)構(gòu)產(chǎn)生隨機(jī)激勵(lì)。這種激勵(lì)無需額外設(shè)備，但激勵(lì)力難以精確測量和控制，且激勵(lì)信號復(fù)雜，需要更復(fù)雜的數(shù)據(jù)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(yīng)、壓阻效應(yīng)或電容效應(yīng)等，當(dāng)大型機(jī)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，加速度傳感器隨機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，其內(nèi)部敏感元件因加速度作用產(chǎn)生電信號變化，經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，從而得到機(jī)構(gòu)振動(dòng)的加速度時(shí)間歷程。壓電式加速度傳感器靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬，適用于測量大型機(jī)構(gòu)的高頻振動(dòng)；壓阻式加速度傳感器低頻響應(yīng)好，可測量低頻振動(dòng)及靜態(tài)加速度，適合監(jiān)測大型機(jī)構(gòu)在緩慢變化過程中的振動(dòng)情況。

2、應(yīng)用領(lǐng)域

• 航空航天領(lǐng)域

  • 飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)模態(tài)分析：大型客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼等整體結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，通過在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上安裝大量的加速度傳感器、應(yīng)變傳感器等進(jìn)行模態(tài)分析，可獲取其固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)。這有助于在設(shè)計(jì)階段避免飛機(jī)結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率、氣流激勵(lì)頻率等發(fā)生共振，提高飛行安全性；在飛機(jī)服役期間，模態(tài)分析數(shù)據(jù)可用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，在火箭發(fā)射過程中會受到巨大的沖擊力和振動(dòng)。通過在發(fā)射塔上安裝位移傳感器、加速度傳感器等進(jìn)行長期模態(tài)監(jiān)測，可實(shí)時(shí)了解發(fā)射塔的振動(dòng)特性，評估其結(jié)構(gòu)安全性，為發(fā)射塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化、維護(hù)保養(yǎng)和安全評估提供科學(xué)依據(jù)，確保航天發(fā)射任務(wù)的順利進(jìn)行。

• 船舶工業(yè)領(lǐng)域

  • 船舶整體模態(tài)分析：大型船舶的船體結(jié)構(gòu)龐大，在航行過程中會受到海浪、風(fēng)力等外部激勵(lì)。通過在船體上安裝加速度傳感器、應(yīng)變傳感器等進(jìn)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。這有助于在船舶設(shè)計(jì)階段優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高船舶的抗振性能和航行安全性；在船舶運(yùn)營期間，模態(tài)分析數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測船舶結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。

  • 船舶動(dòng)力裝置模態(tài)測試：船舶的動(dòng)力裝置如發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)器等，其模態(tài)特性對船舶的動(dòng)力性能和可靠性有重要影響。通過模態(tài)測試，可優(yōu)化動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方式，降低振動(dòng)和噪聲，提高船舶的舒適性和運(yùn)行效率，同時(shí)延長動(dòng)力裝置的使用壽命。