1 LT10030-20K-MODAL系統組成及功能

1.1 系統組成

1.1.1  錘擊法

錘擊法結構模態試驗，以簡明、直觀的方法測量和處理輸入力和響應數據，并顯示結果。提供兩種錘擊方法：固定敲擊點移動響應點和固定響應點移動敲擊點。用力錘來激勵結構，同時進行加速度/位移信號和力信號的采集和處理，實時得到結構的傳遞函數矩陣。能夠方便地設置測量參數，如觸發量級、測量帶寬和加窗類型，同時對的設置提供建議指導。

非接觸法激光測

1.1.2激振器法

主要是通過分析儀輸出信號源來控制激振器，激勵被測試件，輸出信號有*掃頻正弦，隨機噪聲，正弦，調頻脈沖等信號。支持單點激勵（SIMO）與多點同時激勵法(MIMO)。

非接觸法激光測振系統組成：筆記本計算機＋激振器＋單點激光測振儀＋VSM-DQ1002動態信號分析儀+ MODAL2模態分析軟件

1.2 系統特點及功能

1.2.1 系統特點

1.運用該系統可進行常規的噪聲和模態測量分析研究。

2．該系統可在PC臺式機和筆記本電腦上運行，這不僅為用戶節省了投資，而且使得系統簡單化，同時在軟件升級時可以保護用戶的投資。

3．該系統具有重量輕、便攜等特點，不僅可在室內使用，而且可在外場使用。

4.該系統具有高度的集成性,它的采集分析軟件和硬件均來自于國際的SD公司,所以系統沒有不協調問題,同時也保證了將來軟件和硬件同時升級的問題。該系統也具有高度的開放性,它不僅與SD MODAL2軟件和測試軟件進行數據傳遞,而且也可與其他的軟硬件，如MSC/NASTRAN和ANSYS等有限元分析軟件，進行數據傳遞。

5.該系統軟件和硬件模塊化使得其具有很強的擴展能力,可隨著用戶將來的應用深入而進行擴展。

1.2.2 系統功能

該系統具有以下主要功能：

1. 實現2通道并行實時數據采集和分析,并進行各種振動噪聲及其它動態信號的統計、譜分析及函數數學運算處理;

2. 可進行錘擊法和激振器模態試驗, 和多種模態參數識別方法;

3. 包含有多種模態參數質量評價工具，提高試驗模態模型的可信程度；

4. 該系統具有強大的幾何顯示功能。測試模型可從有限元計算模型直接提取，也可在該系統中進行自定義，并可進行各種函數數據和模態振型數據的顯示。

5. 該系統具有強大的報告功能，測量數據可粘貼在Word 和Powerpoint中，而且圖形是動態的，可加光標讀取數值和振型動畫。

1.3 系統詳細配置框圖

系統詳細配置框圖如下表所示

系統主要配置表

隨著我國火電機組的裝機容量日益擴大,發電機單機容量已由原來的300MW 發展到600 MW、1 000 MW ,對于發電機定子端部動態特性的設計、改進以及試驗研究已經具備一定的規模,尤其是利用各種新式的測試手段對發電機繞組端部進行固有頻率及模態試驗分析的方法越來越成熟。發電機定子繞組端部是發電機安全運行的薄弱的部位,發電機定子端部繞組漸開線部分的不規則形狀決定它不可能象槽中線棒那樣牢靠固定,由于制造工藝等問題,許多墊塊與線棒間只是點接觸,不能形成剛體結構。運行中形成兩種頻率的振動效應,一種是轉頻效應,振動頻率與轉速有關;另一種是由轉子磁場在定子鐵心和定子繞組線棒上引起的倍頻(100 Hz) 振動,受到二倍工頻徑向交變力的作用,與電流的二次方成正比。定子繞組端部諧振或其他原因造成綁繩、支架固定螺栓和槽內緊固件松動及線棒絕緣磨損的現象時有發生,使得發電機的事故日益頻繁。因此準確測量定子繞組端部的振動特性,預測發電機在實際工作狀態下的振動特性,及早采取防范措施尤為重要。通過對發電機模態進行分析,評價發電機繞組端部整體結構動態特性,是近年來發展起來的一種行之有效的方法。

模態是機械結構的固有振動特性。每個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。通過模態分析,掌握結構在某一頻率范圍內各階主要模態的特性,就可預計結構在此階段內的實際振動響應。模態試驗就是通過測量各部位的固有頻率,再用計算機模態軟件以數學方法確定整體的固有頻率和不同頻率下的振動形態。通過定子繞組端部固有頻率測試及模態分析試驗，以確定發電機定子繞組端部的動態特性，確認定子繞組端部是否存在95Hz~110Hz范圍內的固有頻率及橢圓振型模態；同時測量引出線的固有頻率，確認是否存在95Hz~108Hz范圍內的固有頻率。

發電機勵端和氣端激光非接觸式模態測試系統，由模態力錘，一套激光測儀VSM4000L-EXTRA，專用支架和數據采集器組成。通過力錘敲擊勵端和氣端激發振動，通過單點激光測振儀測量激勵引起的振動位移響應，得到激勵點和響應點之間的傳遞函數。通過專用支架上的自動旋轉裝置，可以把激光測振儀準確地轉動角度，改變響應點的測點位置，直到測量完所有測點響應。這樣，敲擊點可以是固定的一點，不必移動，只要旋轉激光測振儀，也就是改變響應點，就可以輕易地完成發電機勵端和氣端所有點的傳遞函數。

另外，通過激光測振儀上的遙測儀，可以輕松地測量所有的測點坐標以及所有測點的同心度 。可以非常方便地建立實驗模型。

2系統配置及主要技術規格

2.1 VSM-DQ-4數據采集前端

2.1.1 VSM-DQ-4外觀圖

外觀圖

2.1.2 VSM-DQ-4的技術指標

【概 述】

VSM-DQ總線是PVIB總線精簡后的標準子集，通過FPGA實現總線管理和通訊，以適應小型化測控儀器的需要。

VSM-DQ-1000系列小型數字化測量儀是8/4通道同步并行數據采集儀器，采用14/16/24Bit高精度A/D，每通道采樣率覆蓋100KSps～250MSps；配有256M/4G字節的板載緩存及32K字節FIFO，支持DMA實時數據傳輸。支持PVIB1.0標準，支持USB3.0標準，兼容USB2.0。動態范圍超過100dB。適合實驗室、外場等分布式測試應用。

支持二次開發，滿足用戶開發專用測控系統的需求。

l 輕巧便攜、實用方便

l 可靠性、穩定度、性價比高

l 多通道高速并行采集，可達250MSps/CH

l 多通道可同步實時采集、實時存儲

l USB3.0高速總線接口，兼容USB2.0

l 連接上位機可實現高速通訊與程控

l 配套上位機iDM智能設備管理軟件和測試應用程序，輕松勝任測試任務

l 基于VC++、Labview二次開發資源，可定制專業應用

l 數據存儲格式MODAL2?, MATLAB?, I-DEAS?, 和UniversalFile Format

l 帶直通盤,可將信號長時間記錄,用于后處理如ODS分析。

l 帶低通濾波，高通濾波和帶通濾波功能。

2軟件介紹

2.2.1 軟件配置及特點

該套測試系統的軟件是配置了美國VTI公司的VSM-TEST采集軟件及MODAL2模態分析、噪聲分析軟件。其特點如下所述：

（1）功能齊全：

VSM-TEST數采軟件： 可適用于錘擊法，隨機法，瞬態隨機法，正弦掃描及用戶定義的方法來激勵結構的模態試驗過程中的數據采集；旋轉機械分析試驗的數據采集；噪聲試驗的數據采集。同時可提供MODAL2，I—DEAS等軟件的接口。

MODAL2軟件提供完整的噪聲和振動測試解決方案，包括時域分析，結構建模，工作模態（ODS）分析，峰值曲線擬合，SDOF及MDOF總體曲線擬合，自動曲線擬合，模態評判準則（包括MAC和MIF），動畫顯示，結構動力修改（SDM），強迫響應模擬（FRS），MODAL2聲學分析（ACOUSTICS），MODAL2報告軟件等。

（2）界面簡單易學：MODAL2軟件安裝在WINDOWS98/2000，界面采用直拉式菜單，直觀易學易懂。

（3）開放性好：MODAL2軟件可直接控制許多硬件中測量得到FRF，也可打開已有的FRF，再進行模態分析。用戶也可以編程，參與介入MODAL2里的圖形及數據的處理、編緝等。

（4）提供專業的報告格式：MODAL2 Report 軟件使你極其方便地生成試驗報告。

（5）良好的聯網功能：支持網上多用戶同時使用MODAL2軟件。

2.2.2 采集軟件

?  操作界面Window化；

?  2/4或通道測量信號并行實時采集，處理和存儲；

?  輸入信號調制：自動增益/放大，抗混和數字濾波；

?  多通道示波器功能，測量前在時域/頻域中檢查各通道信號是否正常；

?  實時在線顯示功能：交互式窗口數目沒有限制，每窗口顯示6條曲線；

?  多達12800條在線FFT譜線,具有很高的頻率分辨率；

?  各種標準的或用戶定義的窗函數和幅值/能量修正；

?  每通道分析頻率范圍：80kHz；

?  多種在線或后處理測量函數庫(時域/頻域/幅值域分析)，如自譜（PSD,1/1,1/3,1/12,1/24,窄帶），聲強，相干，頻響函數（H1,H2,Hv）,自/互相關等。

?  豐富的前后處理功能，包括各種靈活的2/3D，彩色圖顯示和多種繪圖打印輸出等。

應用：通用的動態試驗分析，包括各種振動，噪聲，旋轉機械，應力應變，壓力，環境可靠性試驗振動測量等等。

2.2.3模態分析軟件和聲學分析軟件

 模態試驗與分析軟件包（MODAL2 PREMIER）

?  結構線架模型生成，節點數和部件數沒有限制，測量點DOF自動加到通道標示；支持數碼相機文件格式，建立幾何模型；

?  力錘激勵模態試驗；

這是快速的試驗方法，可以適用于簡單部件的模態試驗，用激振力錘來激勵結構，和進行加速度和力信號的采集和處理，實時得到結構的傳遞函數矩陣。

同樣，軟件也提供了多種幫助工具和試驗引導。提供了很好的用戶界面，專業化的完成模態試驗，包括多點響應測量和移動激勵點的試驗方法（MIMO），和激勵點不動方法。

模態參數識別(模態分析)：

a) 基本經典方法: SDOF峰值和圓擬合；

這是最基本的模態參數識別方法，只使用于簡單的結構和模態密度比較低的情況。也即基本教科書講到的方法。

b)           整體MDOF參數識別方法：

包括：復模態指示函數法(CMIF)，最小二乘復指數法(LSCE，時域)和頻域直接參數估計法(FDPI)；

這些更為復雜的分析方法，已得到了工業用戶的廣泛接受，適用于不同的工程對象，實際上已經是標準的模態參數識別方法；對于同一組試驗數據，可以使用不同的方法進行參數識別，其結果可以互相印證，增強對分析結果的相信程度和可靠性。

c) 模態參數：

包括：頻率，阻尼，模態振型，模態參與因子，各種廣義參數等；

d) 模態參數質量的評價方法：

在得到了比較合理的模態參數之后，我們還要用不同的方法從不同的方面進一步檢驗。CADA-X模態分析軟件中提供了十多種方法：比如穩態圖，可以在識別過程中幫助用戶分離物理模態和計算模態，MAC模態置信準則，可以數字表格或矩陣圖的方式來檢驗模態振型的正交性，檢查模態的空間幾何泄漏；模態復雜性，可以檢驗響應測量方向的錯誤（對于大型復雜的模態試驗，這種檢查是非常不容易的，振型直接錯誤）；最小二乘誤差表和奇異值圖方法可以驗證模態模型大小；以及其他模態相位分布圖，正交性檢查，多變量模態指示函數，FRF綜合等方法。

e)  多種模態模型的動畫顯示，便于用戶選擇，比較和解釋試驗模態分析結

果。

ODS 工作變形分析和時域動畫顯示

      用于研究結構在工作狀態下的時域或頻域變形,所用數據包括階次和頻率截面、頻響函數和互譜函數等。結構動畫可以在設定的范圍進行掃描。

工作模態分析

      用于由于工作激勵和環境激勵下結構的模態參數識別。相關函數作為輸入，識別方法有最小二乘復指數法和子空間法。它包括相關函數的前處理，模型的有效性及振形動畫顯示。

旋轉機械特征試驗分析

      用于分析與轉速有關的振動噪聲問題,提供了數據采集,實時和后處理功能。數據采集包括:交互式轉速脈沖信號調制;多轉速信號處理和準靜態測量通道;固定采樣率的特征分析;在線階次跟蹤測量分析;實時、緩存和直通采集模式。實時處理有:譜采集、1/N倍頻程(包括ANSI標準) 、階次采集、窄帶或寬帶總量級、參考曲線、積分/微分,加權,標尺、導出通道等。后處理有:時域、頻域、階次域、轉速域處理;交互式頻/階次/倍頻程剖面;不同次測量之間的平均;帶彎曲線和隱線消除的瀑布圖;階比和分數倍頻程圖;用戶定義的彩色圖和坎貝爾圖;從直通采集或磁帶記錄的數據中提取階次信息;Kalman 濾波;角度域數據重采。

說明：如上各種分析軟件和硬件平臺的更詳細指標，可參見對應的規格文件Product informationSheet,這些文件也是系統最后驗收的標準。如果結合項目服務工程培訓，這些功能會得到更詳細的講解和發揮，可以更好的掌握使用。

傳感器部分

激光測振儀介紹：

詳見單獨文檔

力錘VSM730

主要技術參數：1kg力錘，測量范圍＋/-5000N，靈敏度 1.5 mV/N (3.3mV/lbf)，硬性錘頭頻響（－10dB) 1kHz，中性錘頭頻響（－10dB) 700kz，軟性錘頭頻響（－10dB) 450Hz，超軟性錘頭頻響（－10dB) 400Hz，諧振頻率>=12kHz，力錘重量 1.1kg，錘頭直徑 5.1cm，錘尖直徑 5.1cm，力錘長度 37cm，BNC接頭，提供 硬性、中性、軟性和超軟錘頭。

 

力錘外觀圖