DFT 固有頻率測量方法

固有頻率測量方法有二種方法:固有頻率測量系統（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，讓其工件產生共振，并通過拾取共振信號，得出其工件的固有頻率。該儀器具有測試速度快、準確可靠、操作簡便、 對小件的固有頻率測量方便等優點.

另一種方法是錘擊法，用沖擊力激振，通過輸入的力信號和輸出的響應信號進行傳函分析，得到各階固有頻率，此方法準確和方便。

固有頻率測量方法 很多時候，人們只關心固有頻率是多少，而不關心阻尼與振型這兩個參數。這時因為當結構受到外界的激勵時，人們關心外界的激勵頻率離結構固有頻率有多遠，會不會引起結構共振問題。將某個輸入-輸出位置的頻響函數用模態參數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對應的固有頻率。


雖然理論上講在一個位置安裝一個傳感器就能測量出結構所有階固有頻率，但是卻有一些現實方面的影響，主要體現在以下幾個方面：


1）與測量位置有關。我們知道在布置模態參考點時，要求避開關心的所有模態的節點位置。同樣的道理，固有頻率作為三個模態參數之一，同樣要遵循這樣的要求。


2）與激勵位置有關。如果采用測量FRF的方法進行測量，那么，要求激勵位置也應該避開關心的所有模態的節點位置。這是因為如果激勵位置是某階模態的節點位置，那么將激勵不起來這階模態，因而這階模態將不參與結構的響應，導致這階模態在FRF曲線中不可見。也就是說，對于固有頻率測量而言，要求激勵與響應位置同時避開模態節點位置。


3）與結構特點有關。如果結構是一個強方向性模態結構，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的結構而言，應該在不同的方向布置測點。


當僅在結構一個位置布置傳感器進行測量時，由于各階模態的節點位置都是不相同的，因而，固有頻率測量會遭遇與模態參考點相同的風險：一個測量位置會導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的節點，就可能是那階模態的節點的可能性非常大。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。


我們在對結構系統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：如采用傳統的FRF測量方法，錘擊法與激振器法。由于固有頻率是模態參數之一，所以，采用測量FRF方法測量固有頻率同樣要求遵循模態測試的那些要求。如激勵響應位置要求、激勵力的大小等，但此時要求激勵與響應同時避開模態節點位置。


2、振動臺測試：可以將待測結構在振動臺上進行隨機激勵或掃頻激勵，然后分析響應信號獲得結構的固有頻率。


3、僅測量響應：當結構處于工作狀態時，可以僅測量結構的響應，然后對響應進行頻譜分析。但這時頻譜圖中的峰值可能有的是結構的固有頻率，也可能有的是強迫響應頻率，還有可能是轉頻及其諧頻。另外，當采用這種方法時，工作載荷可能不能將所有關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、變轉速激勵：對于旋轉機械而言，可以采用變轉速方法，如升降速測量，然后對響應信號進行瀑布圖分析，在瀑布圖中垂直與頻率軸的峰值區域即是結構的一階固有頻率。


5、非接觸式測量：當結構是一個輕質結構時，哪怕是在結構上布置一個輕質的傳感器也會導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。我曾經采用聲壓傳感器測量過PCB板、軸瓦等輕質結構的固有頻率。


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，僅測量結構的響應，對響應進行頻譜分析獲得結構的固有頻率。這些特殊的激勵方法包括：手撥方法（針對小型輕質結構）、階躍方法（使結構存在一個初位移，然后突然釋放）、生活中的各式錘子激勵等。


我們經常需要對結構進行固有頻率測量，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，通常指測量結構的第1階固有頻率，也就是基頻。但大多數情況下，我們可以得到結構很多階固有頻率，這個時候應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。我個人認為，對于絕大多數情況，前幾階（小于等于10階）固有頻率就可滿足測試要求。


對于FRF曲線，從曲線圖中各峰值所對應的頻率即為各階固有頻率。但對于頻譜圖而言，可能會存在噪聲干擾，這時，如果發現頻譜圖中有線狀譜，那么這種情況下，可以認為該線狀譜所對應的頻率不是結構的固有頻率，這是因為線狀譜的阻尼為0，這是不可能的，結構總是存在或大或小的阻尼，不可能阻尼為0，因此，這時，這些線狀譜可以認為是干擾或其他類型信號的頻率。