——模態(tài)試驗中激勵到2kHz，但只分析到500Hz，這有什么問題嗎？

——我們討論一下。

這是個有趣的問題，有幾個相關(guān)方面需要討論。其中比較重要的一個方面是，為什么有人從一開始就想要采用這種方式做試驗。然后再討論一些可能會對整體測試結(jié)果產(chǎn)生影響的其它方面，最后我們再來考慮一些更好的方案。

觀察圖1所示的測試結(jié)果，與本文所提出的這個問題一樣，測試結(jié)果是在2kHz范圍內(nèi)采集的，而要分析的范圍僅到500Hz。

圖1 測試頻率為2kHz，而分析頻率為500Hz

這里沒有所謂正確或者錯誤的答案，但對于圖示測試結(jié)果的妥善性，我有不同意見。沒有具體細節(jié)要求的條件下，我實在不想按這樣的方式進行試驗。觀察輸入功率譜、互功率譜、頻響函數(shù)和相干性，激勵和響應(yīng)都明顯達到了2kHz。可以看到在高頻范圍內(nèi)有很高的響應(yīng)水平，而且有很多模態(tài)。這次試驗結(jié)果總體看起來可以接受，但是，在感興趣的500Hz頻率范圍內(nèi)，這真的是最好的測試結(jié)果嗎？

首先要考慮的是，當激勵頻率遠高于500Hz時，為何只需要提取500Hz內(nèi)的模型信息？也許分析或設(shè)計的目標只是低階頻率，要建立的模型只需要關(guān)注200或400Hz以內(nèi)的響應(yīng)，無需考慮更高頻率的貢獻。這意味著高階模態(tài)并沒有明顯的參與系統(tǒng)的總體響應(yīng)，在分析中可以不必考慮。

如果是這種情況，為了恰當?shù)靥崛≡囼灲Y(jié)果和模型參數(shù)以描述系統(tǒng)動力學(xué)特性，無需將激勵擴展到高頻。但是激勵有可能來自于工作環(huán)境中，這是因為輸入載荷是寬帶的，可能激起了寬頻范圍的振動，但因為是工作條件，可能會有人認為這是一種比人為產(chǎn)生的激勵更好的激勵方式——但這明顯存在爭議。

另外，試驗中也可能會有雙重需要。你可能僅關(guān)心500Hz之內(nèi)的頻帶，其他人可能在其它應(yīng)用環(huán)境中需要分析到2kHz。當一個試驗要用于多個目的和分析需求時，這類問題會經(jīng)常遇到。這不是最優(yōu)的試驗方法，但是如果在緊張的生產(chǎn)周期中不能長時間占用試驗對象，或者試驗產(chǎn)品很貴重的話，純粹考慮時間因素的話，也是可行的。因為不管怎么說，進行這類試驗存在很多可能性。

有什么方面可能影響到整體測試結(jié)果？來關(guān)注一下用來采集試驗結(jié)果的傳感器。如果激勵擴展到遠超500Hz（達到2KHz），那么選擇的傳感器必須適用于這種高頻范圍內(nèi)的響應(yīng)，這即表示所選的傳感器應(yīng)該適用于高頻。也正是由于這個原因，傳感器在低頻的靈敏度可能會降低，無法與專門測試低頻的加速度計相比。所以我們應(yīng)該關(guān)注的問題就是，選擇合適的傳感器，既可用于500Hz下的測試，在高頻激勵下也不會產(chǎn)生過載或飽和，這樣就可避免出現(xiàn)選擇的傳感器不適當?shù)膯栴}。

另一個問題是，高達2kHz的激勵會激起感興趣的頻率范圍之外的高頻響應(yīng)，也可能激發(fā)其它問題（如非線性），這樣也可能會影響整體測試結(jié)果。我更喜歡只測試感興趣的頻率范圍，如圖2所示。

圖2 激勵頻率為500Hz以內(nèi)

這樣看起來，使用低通濾波器限制激勵范圍更加明智。這樣不會激起系統(tǒng)的高頻模態(tài)，也可以使用更高靈敏度的低頻加速度傳感器，從而能夠得到更精確的整體測試結(jié)果，也能更加充分地利用采集系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當然，也應(yīng)該考慮到采集儀器及相關(guān)的信號調(diào)理設(shè)備。使用傳感器采集一些不感興趣的信號沒有一點兒意義，為什么非要激勵或者測試不感興趣的東西呢？

觀察圖示的測試結(jié)果，關(guān)注一下500Hz到1KHz之間模態(tài)的貢獻。如果沒有測試，那么在將來某個時候，由于某些原因可能需要來評估一下超出本次試驗要求的部分。觀察圖3中的頻帶，可以發(fā)現(xiàn)，確實有一些可能感興趣的模態(tài)。所以你會發(fā)現(xiàn)，對于什么頻率范圍是合適的，很多時候并沒有明確的答案，但是有一點是明確的——選用的傳感器對于實際要測的頻率范圍要十分敏感，在試驗開始之前需要慎重考慮。

圖3 測試1000Hz范圍內(nèi)的響應(yīng)

如果不得不用2kHz的激勵進行試驗，但只分析到500Hz，情況又會怎樣呢？最好用2kHz激勵進行試驗之后，再用500Hz激勵做第二次試驗，如果上面列出的所有問題都已經(jīng)適當?shù)剡M行了處理，則兩次測試結(jié)果應(yīng)該能得到相似的信息。所以如果我不得不用2kHz激勵，那么我會做兩次試驗，并分析兩組數(shù)據(jù)是否有什么明顯的差別。當然，這也意味著使用的儀器要適用于兩種頻率范圍，所以對于低頻范圍可能不是最優(yōu)的。

我希望這篇文章已經(jīng)解釋清楚了當采集的頻帶遠遠超出實際感興趣的頻帶的情況下會有什么影響。如有需要，這種試驗是可以進行的，但選擇傳感器的時候可能會出現(xiàn)一些問題，要求能精確地測試感興趣的頻率范圍，這一點需要慎重考慮。如果你有關(guān)于模態(tài)分析的其它任何問題，歡迎垂詢。

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