上海北智電子技術有限公司/上海標智電子科技有限公司（英文簡稱B&W）

傳感器在小型結構模態分析中的應用是通過測量結構在激勵下的響應來確定其模態參數，從而了解結構的動態特性。

1、工作原理

• 激勵與響應測量：對小型結構施加一定的激勵力，使其産生振動響應。激勵方式可以是力錘敲擊、振動台激勵等。傳感器則負責測量結構在激勵下的各種響應信號，如加速度、應變、位移等。通過分析這些響應信號與激勵力之間的關系，來獲取結構的模態信息。

• 模態參數識別：基于測量得到的響應數據，運用各種信號處理和數學分析方法，如快速傅裏葉變換（FFT）、功率譜密度分析、頻響函數估計等，識別出小型結構的固有頻率、振型和阻尼比等模態參數。這些參數能夠表征結構的固有振動特性，反映其在動態載荷下的行爲表現。

2、應用領域

• 航空航天：

  • 飛行器結構設計：小型飛行器的機翼、機身結構等在飛行過程中會受到複雜的空氣動力和發動機振動激勵。通過傳感器進行模態分析，可確定其固有頻率和振型，避免與激勵頻率發生共振，確保飛行安全，提高結構的疲勞壽命和可靠性。

  • 航空發動機部件測試：航空發動機中的小型渦輪葉片、燃燒室等部件，在高溫、高速運轉條件下的模態特性對發動機的性能和穩定性至關重要。傳感器測量其模態參數，有助于優化部件設計，防止因振動導致的損壞和故障。

• 汽車工業：

  • 汽車零部件研發：汽車的懸挂系統、傳動軸、發動機支架等小型結構件，其模態特性直接影響汽車的行駛舒適性和操控穩定性。利用傳感器進行模態分析，可優化零部件的結構和材料，降低振動和噪聲，提高汽車的整體性能。

  • 新能源汽車電池包設計：新能源汽車的電池包作爲關鍵部件，其結構模態會影響電池的使用壽命和安全性。通過模態分析，使用傳感器監測電池包在不同工況下的振動響應，優化其結構設計，提高電池包的抗振性能。

• 機械制造：

  • 精密機床部件分析：小型精密機床的主軸、刀具等部件的模態特性會影響加工精度和表面質量。利用傳感器進行模態分析，可優化部件的結構和材料，提高機床的動態性能，減少加工誤差。

  • 微納制造設備研發：在微納制造領域，如微機電系統（MEMS）等小型結構的模態特性對其制造精度和性能有重要影響。傳感器可用于測量和分析這些結構的模態參數，爲設備的設計和優化提供依據，提高微納制造的質量和效率。

• 建築與橋梁：

  • 古建築保護：對于小型古建築結構，如木構架、磚石砌體等，通過傳感器進行模態分析，可了解其在環境激勵下的振動特性，評估結構的健康狀況，爲古建築的保護和修複提供科學依據。

  • 小型橋梁結構監測：小型橋梁在使用過程中會受到車輛荷載、風荷載等激勵。傳感器可實時監測橋梁結構的模態參數變化，及時發現結構的損傷和病害，爲橋梁的維護和管理提供技術支持。