1 LT10030-20K-MODAL系统组成及功能

1.1 系统组成

1.1.1  锤击法

锤击法结构模态试验，以简明、直观的方法测量和处理输入力和响应数据，并显示结果。提供两种锤击方法：固定敲击点移动响应点和固定响应点移动敲击点。用力锤来激励结构，同时进行加速度/位移信号和力信号的采集和处理，实时得到结构的传递函数矩阵。能够方便地设置测量参数，如触发量级、测量带宽和加窗类型，同时对最优的设置提供建议指导。

1.1.2激振器法

主要是通过分析仪输出信号源来控制激振器，激励被测试件，输出信号有先进扫频正弦，随机噪声，正弦，调频脉冲等信号。支持单点激励（SIMO）与多点同时激励法(MIMO)。

非接触法激光测振系统组成：笔记本计算机＋激振器＋单点激光测振仪＋VSM-DQ1002动态信号分析仪+ MODAL2模态分析软件

1.2 系统特点及功能

1.2.1 系统特点

1.运用该系统可进行常规的噪声和模态测量分析研究。

2．该系统可在PC台式机和笔记本电脑上运行，这不仅为用户节省了投资，而且使得系统简单化，同时在软件升级时可以保护用户的投资。

3．该系统具有重量轻、便携等特点，不仅可在室内使用，而且可在外场使用。

4.该系统具有高度的集成性,它的采集分析软件和硬件均来自于国际著名的SD公司,所以系统没有不协调问题,同时也保证了将来软件和硬件同时升级的问题。该系统也具有高度的开放性,它不仅与SD MODAL2软件和测试软件进行数据传递,而且也可与其他著名的软硬件，如MSC/NASTRAN和ANSYS等有限元分析软件，进行数据传递。

5.该系统软件和硬件模块化使得其具有很强的扩展能力,可随着用户将来的应用深入而进行扩展。

1.2.2 系统功能

该系统具有以下主要功能：

1. 实现2通道并行实时数据采集和分析,并进行各种振动噪声及其它动态信号的统计、谱分析及函数数学运算处理;

2. 可进行锤击法和激振器模态试验, 和多种模态参数识别方法;

3. 包含有多种模态参数质量评价工具，提高试验模态模型的可信程度；

4. 该系统具有强大的几何显示功能。测试模型可从有限元计算模型直接提取，也可在该系统中进行自定义，并可进行各种函数数据和模态振型数据的显示。

5. 该系统具有强大的报告功能，测量数据可粘贴在Word 和Powerpoint中，而且图形是动态的，可加光标读取数值和振型动画。

1.3 系统详细配置框图

系统详细配置框图如下表所示

系统主要配置表

随着我国火电机组的装机容量日益扩大,发电机单机容量已由原来的300MW 发展到600 MW、1 000 MW ,对于发电机定子端部动态特性的设计、改进以及试验研究已经具备一定的规模,尤其是利用各种新式的测试手段对发电机绕组端部进行固有频率及模态试验分析的方法越来越成熟。发电机定子绕组端部是发电机安全运行的最为薄弱的部位,发电机定子端部绕组渐开线部分的不规则形状决定它不可能象槽中线棒那样牢靠固定,由于制造工艺等问题,许多垫块与线棒间只是点接触,不能形成刚体结构。运行中形成两种频率的振动效应,一种是转频效应,振动频率与转速有关;另一种是由转子磁场在定子铁心和定子绕组线棒上引起的倍频(100 Hz) 振动,受到二倍工频径向交变力的作用,与电流的二次方成正比。定子绕组端部谐振或其他原因造成绑绳、支架固定螺栓和槽内紧固件松动及线棒绝缘磨损的现象时有发生,使得发电机的事故日益频繁。因此准确测量定子绕组端部的振动特性,预测发电机在实际工作状态下的振动特性,及早采取防范措施尤为重要。通过对发电机模态进行分析,评价发电机绕组端部整体结构动态特性,是近年来发展起来的一种行之有效的方法。

模态是机械结构的固有振动特性。每个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。通过模态分析,掌握结构在某一频率范围内各阶主要模态的特性,就可预计结构在此阶段内的实际振动响应。模态试验就是通过测量各部位的固有频率,再用计算机模态软件以数学方法确定整体的固有频率和不同频率下的振动形态。通过定子绕组端部固有频率测试及模态分析试验，以确定发电机定子绕组端部的动态特性，确认定子绕组端部是否存在95Hz~110Hz范围内的固有频率及椭圆振型模态；同时测量引出线的固有频率，确认是否存在95Hz~108Hz范围内的固有频率。

发电机励端和气端激光非接触式模态测试系统，由模态力锤，一套激光测仪VSM4000L-EXTRA，专用支架和数据采集器组成。通过力锤敲击励端和气端激发振动，通过单点激光测振仪测量激励引起的振动位移响应，得到激励点和响应点之间的传递函数。通过专用支架上的自动旋转装置，可以把激光测振仪准确地转动角度，改变响应点的测点位置，直到测量完所有测点响应。这样，敲击点可以是固定的一点，不必移动，只要旋转激光测振仪，也就是改变响应点，就可以轻易地完成发电机励端和气端所有点的传递函数。

另外，通过激光测振仪上的遥测仪，可以轻松地测量所有的测点坐标以及所有测点的同心度 。可以非常方便地建立实验模型。

2系统配置及主要技术规格

2.1 VSM-DQ-4数据采集前端

2.1.1 VSM-DQ-4外观图

外观图

2.1.2 VSM-DQ-4的技术指标

【概 述】

VSM-DQ总线是PVIB总线精简后的标准子集，通过FPGA实现总线管理和通讯，以适应小型化测控仪器的需要。

VSM-DQ-1000系列小型数字化测量仪是8/4通道同步并行数据采集仪器，采用14/16/24Bit高精度A/D，每通道最高采样率覆盖100KSps～250MSps；配有最高256M/4G字节的板载缓存及32K字节FIFO，支持DMA实时数据传输。支持PVIB1.0标准，支持USB3.0标准，兼容USB2.0。动态范围超过100dB。适合实验室、外场等分布式测试应用。

支持二次开发，满足用户开发专用测控系统的需求。

l 轻巧便携、实用方便

l 可靠性、稳定度、性价比高

l 多通道高速并行采集，最高可达250MSps/CH

l 多通道可同步实时采集、实时存储

l USB3.0高速总线接口，兼容USB2.0

l 连接上位机可实现高速通讯与程控

l 配套上位机iDM智能设备管理软件和测试应用程序，轻松胜任测试任务

l 基于VC++、Labview二次开发资源，可定制专业应用

l 数据存储格式MODAL2ä, MATLABä, I-DEASä, 和UniversalFile Format

l 带直通盘,可将信号长时间记录,用于后处理如ODS分析。

l 带低通滤波，高通滤波和带通滤波功能。

2软件介绍

2.2.1 软件配置及特点

该套测试系统的软件是配置了美国VTI公司的VSM-TEST采集软件及MODAL2模态分析、噪声分析软件。其特点如下所述：

（1）功能齐全：

VSM-TEST数采软件： 可适用于锤击法，随机法，瞬态随机法，正弦扫描及用户定义的方法来激励结构的模态试验过程中的数据采集；旋转机械分析试验的数据采集；噪声试验的数据采集。同时可提供MODAL2，I—DEAS等软件的接口。

MODAL2软件提供完整的噪声和振动测试解决方案，包括时域分析，结构建模，工作模态（ODS）分析，峰值曲线拟合，SDOF及MDOF总体曲线拟合，自动曲线拟合，模态评判准则（包括MAC和MIF），动画显示，结构动力修改（SDM），强迫响应模拟（FRS），MODAL2声学分析（ACOUSTICS），MODAL2报告软件等。

（2）界面简单易学：MODAL2软件安装在WINDOWS98/2000，界面采用直拉式菜单，直观易学易懂。

（3）开放性好：MODAL2软件可直接控制许多硬件中测量得到FRF，也可打开已有的FRF，再进行模态分析。用户也可以编程，参与介入MODAL2里的图形及数据的处理、编缉等。

（4）提供专业的报告格式：MODAL2 Report 软件使你极其方便地生成试验报告。

（5）良好的联网功能：支持网上多用户同时使用MODAL2软件。

2.2.2 采集软件

Ø  操作界面完全Window化；

Ø  2/4或更多通道测量信号并行实时采集，处理和存储；

Ø  输入信号调制：自动增益/放大，抗混和数字滤波；

Ø  多通道示波器功能，测量前在时域/频域中检查各通道信号是否正常；

Ø  实时在线显示功能：交互式窗口数目没有限制，每窗口显示6条曲线；

Ø  多达12800条在线FFT谱线,具有很高的频率分辨率；

Ø  各种标准的或用户定义的窗函数和幅值/能量修正；

Ø  每通道分析频率范围：80kHz；

Ø  多种在线或后处理测量函数库(时域/频域/幅值域分析)，如自谱（PSD,1/1,1/3,1/12,1/24,窄带），声强，相干，频响函数（H1,H2,Hv）,自/互相关等。

Ø  丰富的前后处理功能，包括各种灵活的2/3D，彩色图显示和多种绘图打印输出等。

应用：通用的动态试验分析，包括各种振动，噪声，旋转机械，应力应变，压力，环境可靠性试验振动测量等等。

2.2.3模态分析软件和声学分析软件

 模态试验与分析软件包（MODAL2 PREMIER）

Ø  结构线架模型生成，节点数和部件数没有限制，测量点DOF自动加到通道标示；支持数码相机文件格式，建立几何模型；

Ø  力锤激励模态试验；

这是最简单快速的试验方法，可以适用于简单部件的模态试验，用激振力锤来激励结构，和进行加速度和力信号的采集和处理，实时得到结构的传递函数矩阵。

同样，软件也提供了多种帮助工具和试验引导。提供了很好的用户界面，专业化的完成模态试验，包括多点响应测量和移动激励点的试验方法（MIMO），和激励点不动方法。

模态参数识别(模态分析)：

a) 基本经典方法: SDOF峰值和圆拟合；

这是最基本的模态参数识别方法，只使用于简单的结构和模态密度比较低的情况。也即基本教科书讲到的方法。

b)           整体MDOF参数识别方法：

包括：复模态指示函数法(CMIF)，最小二乘复指数法(LSCE，时域)和频域直接参数估计法(FDPI)；

这些更为复杂的分析方法，已得到了工业用户的广泛接受，适用于不同的工程对象，实际上已经是标准的模态参数识别方法；对于同一组试验数据，可以使用不同的方法进行参数识别，其结果可以互相印证，增强对分析结果的相信程度和可靠性。

c) 模态参数：

包括：频率，阻尼，模态振型，模态参与因子，各种广义参数等；

d) 模态参数质量的评价方法：

在得到了比较合理的模态参数之后，我们还要用不同的方法从不同的方面进一步检验。CADA-X模态分析软件中提供了十多种方法：比如稳态图，可以在识别过程中帮助用户分离物理模态和计算模态，MAC模态置信准则，可以数字表格或矩阵图的方式来检验模态振型的正交性，检查模态的空间几何泄漏；模态复杂性，可以检验响应测量方向的错误（对于大型复杂的模态试验，这种检查是非常不容易的，振型直接错误）；最小二乘误差表和奇异值图方法可以验证模态模型大小；以及其他模态相位分布图，正交性检查，多变量模态指示函数，FRF综合等方法。

e)  多种模态模型的动画显示，便于用户选择，比较和解释试验模态分析结

果。

ODS 工作变形分析和时域动画显示

      用于研究结构在工作状态下的时域或频域变形,所用数据包括阶次和频率截面、频响函数和互谱函数等。结构动画可以在设定的范围进行扫描。

工作模态分析

      用于由于工作激励和环境激励下结构的模态参数识别。相关函数作为输入，识别方法有最小二乘复指数法和子空间法。它包括相关函数的前处理，模型的有效性及振形动画显示。

旋转机械特征试验分析

      用于分析与转速有关的振动噪声问题,提供了数据采集,实时和后处理功能。数据采集包括:交互式转速脉冲信号调制;多转速信号处理和准静态测量通道;固定采样率的特征分析;在线阶次跟踪测量分析;实时、缓存和直通采集模式。实时处理有:谱采集、1/N倍频程(包括ANSI标准) 、阶次采集、窄带或宽带总量级、参考曲线、积分/微分,加权,标尺、导出通道等。后处理有:时域、频域、阶次域、转速域处理;交互式频/阶次/倍频程剖面;不同次测量之间的平均;带弯曲线和隐线消除的瀑布图;阶比和分数倍频程图;用户定义的彩色图和坎贝尔图;从直通采集或磁带记录的数据中提取阶次信息;Kalman 滤波;角度域数据重采。

说明：如上各种分析软件和硬件平台的更详细指标，可参见对应的规格文件Product informationSheet,这些文件也是系统最后验收的标准。如果结合项目服务工程培训，这些功能会得到更详细的讲解和发挥，可以更好的掌握使用。

传感器部分

激光测振仪介绍：

详见单独文档

力锤VSM730

主要技术参数：1kg力锤，测量范围＋/-5000N，灵敏度 1.5 mV/N (3.3mV/lbf)，硬性锤头频响（－10dB) 1kHz，中性锤头频响（－10dB) 700kz，软性锤头频响（－10dB) 450Hz，超软性锤头频响（－10dB) 400Hz，谐振频率>=12kHz，力锤重量 1.1kg，锤头直径 5.1cm，锤尖直径 5.1cm，力锤长度 37cm，BNC接头，提供 硬性、中性、软性和超软锤头。

 

力锤外观图