24--如何量測得到結構的頻率響應函數?(

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《振動噪音科普專欄》如何量測得到結構的頻率響應函數?
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如何量測得到結構的頻率響應函數?

前一個單元提到,【實驗模態分析】的基本步驟:(1)量測取得結構的頻率響應函數。(2)由頻率響應函數透過曲線嵌合求得模態參數。這個單元就針對第一個步驟,說明如何量測得到結構的頻率響應函數(frequency response function, FRF)?

要量測得到結構的頻率響應函數,最常用的實驗方法是,採用衝擊鎚(impact hammer)敲擊結構,衝擊鎚本身有力轉換器(force transducer),也就是力感測器(force sensor),可以量測取得力的時間域信號f(t)。同時,以加速度規(accelerometer)量測結構的加速度響應a(t)。

所量測到的力及加速度時間域信號,分別為f(t)及a(t)。透過快速傅立葉轉換(fast Fourier transform, FFT)以及信號處理程序,可以得功率頻譜(power spectrum),包括:

1. Gff(f)外力自身功率頻譜(force auto power spectrum)
2. Gaa(f)加速度自身功率頻譜(acceleration auto power spectrum)
3. Gfa(f)外力與加速度交叉功率頻譜(force and acceleration cross power spectrum)
4. Gaf(f)加速度與外力交叉功率頻譜(acceleration and force cross power spectrum)

接著,再由取得的功率頻譜,求得H(f)頻率響應函數(frequency response function, FRF)。在此須注意H(f)更精準的表示方式為Hij(f)=Ai/Fj,i代表加速度感測器的位置與方向,j則代表衝擊鎚外力作用的位置與方向,所以Hij(f)是結構在i位置方向的加速度與在j位置方向的外力兩者之間的頻率響應函數,其常用單位為m/sec^2/N,或是g/N,取決於感測器的靈敏度設定。


本單元簡介說明【如何量測得到結構的頻率響應函數】,希望對讀者有幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2017.09.11

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