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）

1、工作原理

• 力錘激勵：力錘激勵是一種常用的方法，力錘內部安裝有力傳感器，當用力錘敲擊大型機構表面時，力傳感器測量出敲擊力的大小和時間曆程，這個沖擊力作爲激勵信號使大型機構産生振動響應。力錘激勵操作簡便、靈活，可在現場對大型機構進行激勵，但激勵力的大小和頻率成分較難精確控制。

• 振動台激勵：將大型機構固定在大型振動台上，通過控制振動台的振動頻率、幅值和波形等參數，使機構産生穩態的振動響應。振動台激勵能夠精確控制激勵條件，産生穩定的正弦波、隨機波等激勵信號，但振動台設備成本高、體積大，對于一些超大型機構可能難以實現整體激勵。

• 環境激勵：利用自然環境中的風荷載、水流沖擊、地震波等對大型機構産生隨機激勵。這種激勵無需額外設備，但激勵力難以精確測量和控制，且激勵信號複雜，需要更複雜的數據處理方法來提取模態信息。

傳感器測量原理

• 加速度傳感器：基于壓電效應、壓阻效應或電容效應等，當大型機構振動時，加速度傳感器隨機構一起運動，其內部敏感元件因加速度作用産生電信號變化，經測量電路轉換爲電壓或電流信號，從而得到機構振動的加速度時間曆程。壓電式加速度傳感器靈敏度高、頻率響應範圍寬，適用于測量大型機構的高頻振動；壓阻式加速度傳感器低頻響應好，可測量低頻振動及靜態加速度，適合監測大型機構在緩慢變化過程中的振動情況。

2、應用領域

• 航空航天領域

  • 飛機整體結構模態分析：大型客機、運輸機等飛機的機身、機翼等整體結構龐大而複雜，通過在飛機結構上安裝大量的加速度傳感器、應變傳感器等進行模態分析，可獲取其固有頻率、振型等模態參數。這有助于在設計階段避免飛機結構與發動機振動頻率、氣流激勵頻率等發生共振，提高飛行安全性；在飛機服役期間，模態分析數據可用于結構健康監測，及時發現結構的損傷和疲勞裂紋，保障飛行安全。

  • 航天發射塔模態監測：航天發射塔作爲大型高耸結構，在火箭發射過程中會受到巨大的沖擊力和振動。通過在發射塔上安裝位移傳感器、加速度傳感器等進行長期模態監測，可實時了解發射塔的振動特性，評估其結構安全性，爲發射塔的設計優化、維護保養和安全評估提供科學依據，確保航天發射任務的順利進行。

• 船舶工業領域

  • 船舶整體模態分析：大型船舶的船體結構龐大，在航行過程中會受到海浪、風力等外部激勵。通過在船體上安裝加速度傳感器、應變傳感器等進行模態分析，可獲取船舶的固有頻率和振型，評估船舶的結構強度和穩定性。這有助于在船舶設計階段優化結構設計，提高船舶的抗振性能和航行安全性；在船舶運營期間，模態分析數據可用于監測船舶結構的健康狀況，及時發現潛在的安全隱患。

  • 船舶動力裝置模態測試：船舶的動力裝置如發動機、推進器等，其模態特性對船舶的動力性能和可靠性有重要影響。通過模態測試，可優化動力裝置的結構設計和安裝方式，降低振動和噪聲，提高船舶的舒適性和運行效率，同時延長動力裝置的使用壽命。