本标准推荐了用不连接在结构上的激振器产生脉冲激励进行机械导纳和其他频率响应函数测量的方法，并提供了选择和使用测量、分析仪器的基本准则。本标准适用于冲击激励下的导纳、加速度导纳和位移导纳的精确测量，既可用于驱动点导纳测量，也可用于传递导纳测量。冲击激励法也可用于频率响应函数的粗略测量。 GB/T 11349.3-1992 机械导纳的试验确定 冲击激励法 GB/T11349.3-1992 标准下载解压密码：www.bzxz.net

中华人民共和国国家标准
机械导纳的试验确定冲击激励法Experimental determination af mechanical mobilityMeasurements using impact excltation本标准是有关机机导纳的试验确定的系列因家标准之三。1主题内容与适用范围
GB/T 11349.3—92
本标准推荐了用不选接在结构上的激振器产生脉冲激励进行机械导纳和其他频率刷应函数测量的方法，并提供了选择和使用测量、分析仪器的基本准则。本标准适用于冲击激励下的导纳、加速度导纳和位移导纳的精确测量，既可用于驱动点导纳测量，也可用丁传递导纳测量。冲击激励法也可用于频率响应函数的粗略测量本标准所涉及的信号分析方法都是以离敏傅里叶变换为基础的。其应用范围仅受到实现这些方法的仪器的能力和使用经验的限制，并不排斥使用目前正在发展中的其他方法。2引用标准
GB2298机械振动与冲击术语
GB10084握动，冲击数据分析和表示方法GB113419.1机械导纳的试验确定基本定义和传感器G1311349.2机械导纳的试验确定用激振器作单点激励测量3术语
3.1驱动点导纳（rj）driving point mobility结构除了支承点具有约束外，其他的测点没有任何约束，这时点的速度响应与施加在同一点的激励力的比（单位m/s·N）所构成的频率嘀应函数称为骤动点导纳。注；“点”是指“个位置和“个方向：“坐标”的含义与“点”相同。3.2传递导纳（Fr）traesfer moblitr结构除了支承点具有约束外，其他的测点没有任何约束，这时点的速度响应施加点的激励力的比（单位m/s·N）所构成的频率响应函数称为传递导纳：3.3能量谱密度energy spectrum density功率谱密度乘以瞬态信号分析中进行FFT计算的数学记录长度（单位s）称为能评密疫。注：该术谱假设整个瞬态信全部包全在记录里。为了得到与有限假里叶变换时使用的记录长度光关的谱丧，这样做是必娶的：
4冲击激励法的特点
4.1概述
由于冲击激励具有速度快、或本较低的优点，它已成为一种测量绍构频率喇应删数的常用方法；其测量精度在很人程度上取决丁下被测结构的特性和试验技术。在某些情况下，使用冲击激励很难甚至不可能得到与使用连接式激振器连续激励相同的精度，而且此方法还有可能增加总的测量误善，尽管如此，只要使用得当，它仍是一种非常有用的微技求。国家技术监督局1多92 1 2 -07批准1993-1001实施
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对非线性明显的结构进行导纳测量，保持激励力的幅值和方向不变是非常重要的。在这方面，止弦激励技术更易于控制。如果用一个手锤来进行冲击激励，每次冲击的幅值可能有较大变化，而且激励力的方向较难保持致，因此这种方法重复性较差。在这种情况下，最好用连接式激振器进行止弦或随机激振。
4.2.2信噪比问题
冲击测量时，由于信号的乎均电平比峰值电平低，为此要求试验环境噪声低，测量系统动态范很大，所以一般不宜使用模拟磁带记录仪。由于力信号持续时间比记录长度短，仪器电噪声和由于机械原因诱发的背景噪声的均方值与输入力信号的均方值相比是不可忽略的。用7.5条所述的加窗方法可以降低这种噪声。4.2.3频率分辨率限制
离散傅里叶变换（包括有限带宽或“细化”分析）的赖率增量（单位HIz）等丁记录长度（单位5！的倒数。由于每顿记录代表一个单次冲击事件，所以记录的长度可取成结构的脉冲响应衰减到与背景噪声相当的水平所需要的时间。因此，得到的频率分辨率不仅取决于结构的响应，而且取决十背景噪声的大小。在某些情况下，要用冲击激励直接得到GB11349.2中规定的频率分辩率可能是不现实的（也是不必要的）。如果试验结构的模态密度相当高，即在一个窄频带内有多个共振峰，想要得到是细的分辨率可能是困难的。这时，最好使用频率变化足够小的稳态激励方法。而对丁大多数应用实说，在离散频率点上仍可得到有足够分辨率的精确导纳值。根据冲击的阔有特性，它的频谱从零频率到某个上限频率（见第5章）。由十不能制激励频带从而限制了用“细化”分析改进冲击测量的频率分辨率的效果。间时进一步提高了对测量系统动态范围的要求。
4.2.4阻尼限制
冲击激励对于大阻尼结构试验有局限性，这是因对其制应信导的时间历程较短，使得人们必须在频率分辨率和背景噪声电平之间作折衷选择（如4.2.3条所述）。这种局限性也可解释为在定幅值的冲击力下，大阻尼结构响应的平均能量较低。大阻尼结构可能需要较高的能量连续的激励，以平衡它较高的内部能量耗散，并为精确测量提供足够的响应数据。对于阻尼特别小的结构，其频率响应函数呈现出很尖的共报峰，正如4.2.3条讨论的那样，这需要用高分辨率的细化分析方法去精确地确定共振峰。利用指数窗给数据加上已知的衰减有助于解决这问题，如果使用指数窗，则一定要对最终的导纳试验结果进行修正（见7.5条和附录A（补充件）)。4.2.5对操作者技巧的依赖性
用于持式冲击锤进行导纳测的精度取决于操作者保持正确的冲击位置和方问的能力。好果仔细地施加冲击，这些影响通常可以控制在可以接受的限度内，但如果结构较小H要求很精确的空间定位则这些影响就不可忽规。
在避免锤反弹方面同样也要求操作者有较高的技巧：见5。4条，5冲击激励
5.1冲击锤
如图2所示，典型的冲击锤由刚性质量块（包含可更换的质量块）紧固在质盈块端的力传感器和紧周在力传感器另一端的锤头组成。懂头的刚性和锤的质量可按5.3条进行选择，以控制力脉冲的宽度并避免反弹。
为传媒
可更换谨头
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图2典型的手持式冲击锤
可更换的质量
小质量的冲击锤通常做成手锤形式并带有可更换的锤头和质量块。对十小的试验结构，可能需要一个合适的机械装觉保持冲击锤在结构某一指定的位置和方向上激励。对十需要较高能量的大结构试验，可以把大质量的锤用缆绕吊起求靠质量的自由下落或摆动进行冲击微励，也可以用弹贫、电磁吸铁、空气炮或其他方法将较小的质量块加速到较高的冲击速度。捶头的冲击表面面积应足以承受施加的最大冲击力，而又不使锤头和试验结构产生永久变形。另一方面，如果冲击位置需要精确定位，则睡头面积要小。冲击锤在冲击瞬间的速度矢量应该沿力传感器的灵教轴方间，其偏老应小于10。细长的冲出锤容易保持合适的冲击方问。5.2力港的特性
理想的脉冲在所有频率上含有相同的能量。但实际力脉冲的频带宽度都是有限的，且与脉冲的宽度成反比，这提供了把激励能量集中在感兴趣的最高频率以下的方法：实际上，典型的单个力脉冲赖谱·般还有高赖旁瓣紧跟在抵频主辩之后，它们的幅值随赖率的增高而迅速减小。图3给出了一个力脉冲和它的能量谱密度，该脉冲的可用颊率范围可到1 007 。：在离散体里叶变换中，烦域分谥率和时域分辨率是矛盾的，需要对两者加以权。对了得到最大的频求分辨率，分析频率范险略高干愿兴趣频率的最大值，由于离散傅里叶变换的采样关系（见7.3秉），厅波形只由数字记求中的很少一些离散样点来表小，并Ⅱ儿的波形被抗氓滤波器故变了形状，如果分折髓率不是逆这大十脉冲的可用频率，数字记求就不适合用来监测力的波形。图4给出了与图3相间的力脉冲。但进行了截止频为的刊z的低通滤波。可以看出尽肾围所示的数了化力波形的形状和峰值与图3有明显的差别，供是它们的能载谱密度很“致，
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时间，5
未泌被的冲市为时间历程
未滤波的冲击方能量谱密度
图3典型的力脉神和频谱
3000,+
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时间，s
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能量进行检查。如果需要，应该对冲击锤的特性迹行调整以获得需要的频率范出：5.4避免冲击反弹
如果在一顿数据记录中有两个以1的冲击，脉冲的傅里叶变换就会某些频率上抵消其频率分量，从而在力谱中产生一些尖的下叫（如图5所示）。由于力谱在这些频率点上信噪比低，这些频率点[：的导纳测量结果会具有很大的误差，对于结构上非常敏感的点，如果用较重的冲士锤激励。即使非常存细地施加冲击有时也难免发生反弹。解决这问题的方法就是减小冲击捶的质量，然后再通过调整锤头的刚度以达到需要的激励频率范制。如果第一次冲击比初始冲击小，力谱可能会呈现出轻微的波动而不是尖的下凹。这种波动通常是允许的。通过在烦域内捡查每个冲击位置的力谱或用存储示波器观察末滤波的力信号可以很窄易地发现第二次冲击。
应注意，决不能在傅里叶变换之前用“力窗“（见7.吕亲）消除力记录中的第二次冲击的彪响。当用力窗减少力信号中的噪声时，要注意不要掩盖实际发生的多次冲卡，否则响应中仍然包含多次冲击的影响，这会导致频率响应函数估计错误。1
时间，
a双冲性力时问历粘
图5力记录中两次冲击对力谱的影响,
6传感器系统
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燥羊.Bz
h设冲击力能境谱密度
续图5
6.1概述
传感器和信号适调仪组成的传感器系统应该根据导纳测量标准CR11349.1和GB11.3-19.2中给1的准则选择。对于冲击测景来说，该系统兵有低噪声和大的线性动态范用是特别重要的。6,2冲击锤校准
虽然力传感器和试验结构之间的有效质最不影响运动应信号，但它对冲击锤的力有著影响。准每组测量开始孤结束时应该进行下列系统校准。系统校准基本上：\导纳测量标准GLt11349.2第i.5条中描述的步骤相同。测量个自由悬挂的已谢质卧的删性校准块的导纳或加速度导纳。在整个感兴的频率范围内测得的校准块的频率响应与已知值（例如：加速度导纳的幅值为1/m：这用m是校准块的总质量，包括附加其上的传感器的所量）之差应小士校准时，应该使用校谁值己知的响应传感器，并通过调整力信号的校准常数以获得止确的序纳或加速度导纳的幅值：对试验中将要使用的其他传感器（例如多轴向传感器）也要进行系统校准。测整系统和冲击键的配置方式校准时和使用时要相间，应选择校准块的所量。以使其导纳值能够适应将要洲量的导纳范阔。
T传感器信号的处理
7.1滤波
在用博单叶分析仪对数据果样和数字化以前，必须对传感器系统信号逆行低通滤波、以防止在分析频率内错误地混入带外信号而引起达混，人多数分所议部有机内滤波器，它的截正频率是与分析仪前用的频我范闹树适配的：抗送混的效果可以用一台高质量的信弓发生器来检查，检查时，用信号发生器在分括频带以外的若干频率点上给分析仪输入满刻度的证弦激，然后检查输出谱是否在分析频裙以内有假的频率分量：检登时使用的频率最好大于或等了采样频率与人分析频率之差。GB/T 11349.3 92
滤波器的另一个重要特性是在通带内各通道的增益和相位的儿配。滤波器和分析仪的各通道的匹配性能可以这样检查：将同一宽带（随机或冲击）信号输入到所有的滤波器通道，然后测量每一对通道之间的“额率响应函数”,在整个感兴趣的频率范国内其幅值应该等于1，容差为土5%，相位差应该为等，容差为二5“。
为了充分利用分析仪的动态范围，可以利用高通滤波器对低于感兴趣频率范围下限的信号分量进行衰减，但要注意确保它不会在感兴趣的频率范料内产生增益或椎位误差，在使用窗处理时（见7.5条），可以用分析的“交流耦合”输入方式消除传感器系统信号中的直流分量。7.2瞬态捕捉
应该用分析仪的瞬态捕提方式得到每次冲击的数字记录，使数据的起始点置于数字记录的起点附近。数字记录应该包括少量的预触发数据，以保证不丢失冲击的前沿，见图6。如果分析仪没有预触发功能，最好对未波的力信号使用外融发：了.3采样
每个用于里叶变换处理的数字记录都是由固定的N点组成，这些点是滤波过的模拟波形的等间隔采样值。由丁离散傅里叶变换（DFT）算法的需要，DFT的块大小N通常是2的整数次方。常用的块大小是1024。记录长度为=N×1，这单是以秒为单位的果样间隔，来样频率为1/A，记录的DFT产生（N/2）+1个复数傅里叶系数，这些系数代表从零频率到采样频率的半（称为Vyguist频率或折叠频率）的频率范击内赖率间两为A/-1/T（Hz）的离散频率点上的频谱值。因为滤波器不是理想的，为防止选混，滤波器的截止频率必须低于Nyquist频率。典型的作法是把采样频率取为滤波器截止频率的2.56～4.00倍，具体倍数的大小取决于滤波器的截止特性。对于块大小为1024的情况，DFT将产生400～256条有效的频率域“谱线\。300
预血发微据
电发点
时·8
图6带有预触发的瞬态辅提的力时间历程当瞬态数据全部也含在数字记录中时，L)FT与所测的频率范围上的实际傅里叶变换是一致的，也就是说，I)HT的离散谱值是理想的连续谱的采样。对线性结构进行冲击激励时，响应信号是一组作指数衰减的止弦信号的替加，再加上背景噪声。为了使响应信号点到景噪声电平后才截断，需要使用较长的记录。虽然这样可以改声频率分辨率，但会降低测量的信噪比。使用较短的记录会导致响应信号的过度截境、使油漏误差增大。所以，通常情况下，最好响应信号在记录终端能诚到初始幅值的
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记录长度等于块大小和来样间隔的乘积。里叶分析仪的块人小是固定的，采样颊率是由所需的频率范围决定的，所以不能用改变块大小和采样间的方法控制记录长度。对于阻尼很小的结构，可第以下两种方法
鱼。在傅里叶处理之前，可以用指数密(7.5条)给数据加上一个已知的人为衰碱；b，采用细化处理可增加有效记录长度，而实际上并不增加块大小。细化处理可以在一缩减的分析频带内提高赖率分辨率。
7.4避免饱和（削波）
由于信号中可能有大量的带外能量，冲击激励造成测鼠系统饱和的可能性特别大。在试验中常要使用最大的动态范周，这样会使信号的峰值与测量系统的饱和极限相当接近。如5.2条注中所述，测最中使用的数字记录可能会带来波形崎变，不能依靠它来检查饱和。避免饱和的最好方法是使用带宽远远超出信号带宽的存储示波器来监视未滤波的信号。如果做不到这点，河以使用傅里叶分析仪，以远远高于数据的最高频率的频率对倍导进行采样。应该在导纳测量前在每个测点上进行捡查，检查时使用的冲击力应尽量接近试验中将要使用的最大值。饱和问题并不总是以波形削顶的形式表现出来，还应该注意制造厂商提供的线性操作最大电压的规定。可以适当减小冲末力，减小信号放大器或傅里叶分析仪的增益，或者选择较低灵敏度的传感器等方法消除饱和，
7.5加窗技术
7.5.1力信号窗
由于在用于分析的数字记录中冲击力信号只占很少一部分（般小于1），所以即使是很小的燥声电平也可能使力的自谱中产生很人的误差。对于使用细化或很大的数据块的情况更是如此，因为噪声混在力自谐中，它不能通过平均来碱小。在傅里叶处理之前，力信号记录乘以“力窗”可以大大减小随机噪声。力窗在记录中的力信号（包括滤波器响应）部分的增益为1，其余的部分置零（见图8c）：只要力信号数据没有减少，而H背景噪声是宽带的，这种作法不会引起失真。倒7比较了一个典型的脉冲加窗处距前后的能量谱密度。应注意，如果力记录中有较大的周期噪声或直流分量、使用力窗可以减小它们在谱中的幅值。然而，在进行F1时由于连续噪声信号截断而引起的洲漏将会使噪声谱遍及·-个相当宽的频率范围。因此，在不感兴趣的离散频率点上（如零频率或电源频率）产生的噪声在窗处理后会污染相当一部分感兴趣的频率范围。国然使用一·个在1和0之间平消过渡的力窗可以将泄漏限制在·个比较窄的频带以内，但最好的方法还是在使用力窗之前从数据中消除所有的周期的和直流的噪声分量。这对了下述的指数窗同样适用。图8给出了在6Hz的频率上有很人噪声的力信号加矩形力窗后的效果。7.5.2响应信号窗bzxz.net
如7.3条所述，为了防截断误差，响应信号在数字记录的末端应庭减到其初始值的1左右。一种方便的检查方法是检验在记录中点处峰值响应信号是不是最大峰值响应的105。对下小阻尼结构。这种要求是不切实际的。因为它需要分析仪有很大的数据块或非常窄的细化带宽：如果不需要很细的频率分辨率，较好的法是作博里叶处理之前给响成数据加指数窗。指数窗的初始值为1，然后按指数规律在时间记录末端衰减到某最终值图9所示为个小叫尼响应记录和相应的频率响应函数估计。图10所示为与图+相同的数搬使用了衰减到初值的5的指数窗以后的结果，图9中的频率响应展现出1“泄澜”误差的特征，很大的相位畴变和一定的噪声幅值。而且，未加窗的频率响应函数会低估每一兆振峰的模，低估的量是不可预计的，它取决于在时域记录中被截断的特定报动模态在总响应中所占的比例可以看出图10中的畸变有「明品的减少，虽然所有的响应峰值都有所减小，这些幅值可以按附录A（补充件）中给出的步骤予以修止。先确定加窗斥的数据中每·振动模态的视在阻尼，然后再打除由于指数密所加的已知阻尼。作为通则。喇应信号在数字记录内应该自然地衰喊到韧始值的25办或更小。否则，幅值修正会对阻尼估计中的任何误差非常敏感。GB/T11349.392
即使时间记录长到足以能够基本上捕提所有响应数据，也可使用指数窗来改进测量的信噪比。这是因为它增加了响应中高幅值部分的权。7.6平均技术
为了改善频率响应函数估计，可以对同一点的若干次冲击数据进行频域平均。频率啊应函数是由响应与力的平均互谱除以力的平均自谱得到的。相干函数计算也需谱平均（见8.1条）：在低噪声的环境里，通常进行3～1次平均可以保证数据的质量。多次平均可以减少响应信号中的不相关噪声影响。但如果平均次数过多，锤击法就失去了速度快的优点。当背景噪声不能减少时，应该考虑使用其他方法。
注：每当进行下次冲出之前，应该确认结构的响应已衰减到背勘噪声电平以下。否则仁何残余的弃减握动将影响到紧接其后的响应信凸，对于小型结构或小阻尼结构，可用予将绪构制应衰减弹。2
在没有使用力窗的能量调密段
使用力密的能电究度
图7力离的效果
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a带有尚期声的力时间历程
h波有使用,力窗的能最谱密度
图8力窗引起的泄溺误差
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