应用激光测振技术提高模态试验测量准确度

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1、2012年12月宇航计测技术Dec．．2012第32卷第6期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．32．No．6文章编号：1000-7202(2012)06—0013—04中图分类号：TN247文献标识码：A应用激光测振技术提高模态试验测量准确度蔡劭佳王飞(北京强度环境研究所，北京100076)摘要以一个标准直梁为研究对象，应用扫描式激光测振系统对梁进行了模态测量，得到梁的弯曲振动和纵向振动固有频率和振型，光测结果与理论计算结果相符。与传统的传感

2、器测量结果相比，激光多普勒测振技术测量准确度高，可以很好的解决传感器对结构产生的附加质量的问题，尤其适用于轻薄结构的模态测量。关键词梁激光振动模态测量ImprovingtheModalMeasureAccuracybytheLaserVibrationTechniqueCAIShao-jiaWANGFei(BeijingInstituteofStructureandEnvironmentBeijing100076)AbstractThevibrationofabeamiSstudied．Ascanni

3、nglaservibrometersystemiSusedtomeasurethenaturalfrequencyandmodaloftransverseandlongitudinalvibration．TheexperimentalresultsiSwellconsistentwiththetheoreticalmodalanalysisresults．Comparedwiththeresultsobtainedfromtraditionaltransducermeasurement．itshows

4、thatthemeasureaccuracycanbeimprovedbythelaserDopplertechniqueandtheproblemofappendmassandrigidnesstothestructurecausedfromtransducermeasurementcanbesolved．Thetechniqueiswellusedespeciallyinthemodalmeasurementoflightandthinstructure．KeywordsBeamLaserVibr

5、ationModalmeasurement1引言测量结构的模态或在某种载荷下的响应形式是研究结构动力学特性、验证产品设计或进行故障分析的必要手段。目前，通常采用接触式测量方法测量复杂结构的振动响应来获取结构模态，即在被测结构上布置一定数量的振动加速度传感器测量结构的响应，然后通过后处理软件得到模态或空间响应结果。但是在某些情况下，振动传感器的使用存在很大的局限性，甚至无法使用。主要局限有：传感器及其测量电缆会产生附加质量和附加刚度；使用振动传感器必须对被测表面进行打磨或打孔，会影响结构的完整性。激光测

6、振技术以其非接触式测量、测量准确度高的特点在振动测量中得到越来越广泛的应用，解收稿日期：2012—07—23，修回日期：2012—08-10作者简介：蔡劭佳(1978一)，女，工程师，主要研究方向：结构动力学试验技术研究。宇航计测技术2012芷决了传感器会对轻薄结构产生附加质量和附加刚度的问题，提高了测量结果准确度，另外，无需对结构表面打磨或打孔，也没有安装空间的限制。为提高试验技术水平，702所引进了扫描式激光测速系统，其测量原理为激光多普勒效应，测量的物体量为速度量。整套激光测速系统由扫描式激光头

7、、测振仪控制器、信号采集器和主计算机及数据分析处理软件组成，用户可在目标的视频图像上任意定义测量区域和测量点，由计算机控制激光束自动完成扫描测量并显示振型。本文利用一个标准梁作为试验件，对梁的自由一自由状态下横向弯曲振动固有频率和纵向振动固有频率进行了理论计算，并应用激光测振系统测量了在锤击激励下梁上各点的响应，对两种方法得到的前三阶固有频率分析结果进行了比较，并与传统的传感器测量方法得到的锤击激励下梁的频率分析结果进行了比较。2激光测振技术原理激光多普勒效应原理如图1所示，光源发射一束光入射到运动物

8、体表面，运动物体对光源来说相当于接收器，按多普勒原理，运动物体接收到的频率厶会随运动物体速度而增加，见式(1)厶=厶(1+vcocsO_____Z)(1)、C，式中坑——光源辐射频率，Hz；一运动物体表面速度；矾——入射光和运动方向的夹角；c——真空中光速。图中以为反射光和运动方向的夹角。运动体接受器图1激光多普勒效应原理运动物体又相当于一个发射天线，把接收到的辐射波发射出来，在巩方向的接收器也因多普勒效应，收到频率增高为厂的光波信号，产生的多普勒频移为