固有頻率測量

1:掃頻式

是由掃頻激振器、功率放大器、掃頻信號源、振動頻率測量分析儀、振動傳感器、等部件組成，主要通過激振掃頻形式，讓其工件產(chǎn)生共振，并通過拾取共振信號，得出其工件的固有頻率。

在激振功率輸出不變的情況下，由低到高調(diào)節(jié)激振器的激振頻率，通過振動測量儀，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動量（加速度、速度、位移、速度）幅值迅速增加，這就是機械振動系統(tǒng)的某階固有頻率。

2: 錘擊法

用沖擊力激振，通過輸入的力信號和輸出的響應(yīng)信號進行傳函分析，得到各階固有頻率，此方法準(zhǔn)確和方便。

 很多時候，人們只關(guān)心固有頻率是，而不關(guān)心阻尼與振型這兩個參數(shù)。這時因為當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外界的激勵時，人們關(guān)心外界的激勵頻率離結(jié)構(gòu)固有頻率有多遠(yuǎn)，會不會引起結(jié)構(gòu)共振問題。將某個輸入-輸出位置的頻響函數(shù)用模態(tài)參數(shù)表示為在這個方程中包括極點和振型的信息，極點由固有頻率和阻尼組成。對于不同的位置，模態(tài)振型值是不一樣的，但是極點卻不隨位置的變化而變化。這表明系統(tǒng)極點是全局特性，它們獨立于特定的輸入-輸出位置。也就是說從一個輸入-輸出位置就能測量到系統(tǒng)的所有極點信息。因此，固有頻率測量時，理論上講，只需要一個測量位置即可測量出所有模態(tài)對應(yīng)的固有頻率。
雖然理論上講在一個位置安裝一個傳感器就能測量出結(jié)構(gòu)所有階固有頻率，但是卻有一些現(xiàn)實方面的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）與測量位置有關(guān)。我們知道在布置模態(tài)參考點時，要求避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。同樣的道理，固有頻率作為三個模態(tài)參數(shù)，同樣要遵循這樣的要求。
2）與激勵位置有關(guān)。如果采用測量FRF的方法進行測量，那么，要求激勵位置也應(yīng)該避開關(guān)心的所有模態(tài)的節(jié)點位置。這是因為如果激勵位置是某階模態(tài)的節(jié)點位置，那么將激勵不起來這階模態(tài)，因而這階模態(tài)將不參與結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，導(dǎo)致這階模態(tài)在FRF曲線中不可見。也就是說，對于固有頻率測量而言，要求激勵與響應(yīng)位置同時避開模態(tài)節(jié)點位置。
3）與結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。如果結(jié)構(gòu)是一個強方向性模態(tài)結(jié)構(gòu)，那么，如果只在一個方向布置一個單向傳感器，那么必將丟失其他方向的固有頻率。因此，對于具有強方向性模態(tài)的結(jié)構(gòu)而言，應(yīng)該在不同的方向布置測點。
當(dāng)僅在結(jié)構(gòu)一個位置布置傳感器進行測量時，由于各階模態(tài)的節(jié)點位置都是不相同的，因而，固有頻率測量會遭遇與模態(tài)參考點相同的風(fēng)險：一個測量位置會導(dǎo)致一階或幾階固有頻率不可見，因為一個測量位置不是這階模態(tài)的節(jié)點，就可能是那階模態(tài)的節(jié)點的可能性非常大。因此，強烈建議布置多個測量位置，原理與布置多參考點相同。
      我們在對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行固有頻率測試時，測量方法可以分為以下幾類：
1、測量FRF：如采用傳統(tǒng)的FRF測量方法，錘擊法與激振器法。由于固有頻率是模態(tài)參數(shù)，所以，采用測量FRF方法測量固有頻率同樣要求遵循模態(tài)測試的那些要求。如激勵響應(yīng)位置要求、激勵力的大小等，但此時要求激勵與響應(yīng)同時避開模態(tài)節(jié)點位置。
2、振動臺測試：可以將待測結(jié)構(gòu)在振動臺上進行隨機激勵或掃頻激勵，然后分析響應(yīng)信號獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。
3、僅測量響應(yīng)：當(dāng)結(jié)構(gòu)處于工作狀態(tài)時，可以僅測量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，然后對響應(yīng)進行頻譜分析。但這時頻譜圖中的峰值可能有的是結(jié)構(gòu)的固有頻率，也可能有的是強迫響應(yīng)頻率，還有可能是轉(zhuǎn)頻及其諧頻。另外，當(dāng)采用這種方法時，工作載荷可能不能將所有關(guān)心的固有頻率都激勵起來，可能僅激勵起一些固有頻率，甚至連基頻也激勵不起來的情況也存在。
4、變轉(zhuǎn)速激勵：對于旋轉(zhuǎn)機械而言，可以采用變轉(zhuǎn)速方法，如升降速測量，然后對響應(yīng)信號進行瀑布圖分析，在瀑布圖中垂直與頻率軸的峰值區(qū)域即是結(jié)構(gòu)的一階固有頻率。
5、非接觸式測量：當(dāng)結(jié)構(gòu)是一個輕質(zhì)結(jié)構(gòu)時，哪怕是在結(jié)構(gòu)上布置一個輕質(zhì)的傳感器也會導(dǎo)致固有頻率移動明顯，這時宜用非接觸式的傳感器進行測量，如電渦流位移傳感器，聲壓傳感器等。我曾經(jīng)采用聲壓傳感器測量過PCB板、軸瓦等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的固有頻率。
6、其他方法：如果能按測量FRF的方法來測量是好的，但很多時候，我們都沒有激勵設(shè)備可用，那么這個時候，我們可以采用特殊的激勵方法，僅測量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，對響應(yīng)進行頻譜分析獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率。這些特殊的激勵方法包括：手撥方法（針對小型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)）、階躍方法（使結(jié)構(gòu)存在一個初位移，然后突然釋放）、生活中的各式錘子激勵等。
     我們經(jīng)常需要對結(jié)構(gòu)進行固有頻率測量，那到底是測量哪一階固有頻率呢？一般情況下，沒有特別說明時，通常指測量結(jié)構(gòu)的第1階固有頻率，也就是基頻。但大多數(shù)情況下，我們可以得到結(jié)構(gòu)很多階固有頻率，這個時候應(yīng)該將固有頻率按頻率值從小到大的順序依次列出測量到的所有階固有頻率。我個人認(rèn)為，對于絕大多數(shù)情況，前幾階（小于等于10階）固有頻率就可滿足測試要求。