有限元(FE)模型可以在计算机上完成，大幅度减少原型制作，因此可以大大减少开发时间和成本。但问题关键是这些有限元模型必须预测“真实”装置的特性。FEM验证是将模拟数值与实际试验(即所谓的试验模态测试)的测得数据进行对比。在大多数实际情况下，需要将有限元模型与试验数据进行核对，以获得可靠的验证模型，然后将其用于预测装置在负载下或进行小修改后的振动特性。如果某个模型的仿真数据与试验数据不相符，那么该模型的设计就失去意义。有限元模型验证的典型试验装置为进行有限元模型验证，需要进行相应的振动试验。先安装样品，然后在特定的位置以特定的方式对样品进行激励，该激励覆盖感兴趣的频率范围。这种方法可能不同于数值有限元模拟，后者只考虑样品的固有特性。而试验求解的是在假定的材料性质和边界条件下的一组运动微分方程。因此，严格地说，试验结果是样品在特定激励和边界条件下的响应，数据后处理时，再在试验结果中通过曲线拟合提取模态。基于扫描式激光测振仪的FE有限元验证这个试验可信度高吗？在安装模态试验装置时，应复制有限元模型的边界条件，以便将有限元仿真和实测结果进行比较。测量参数（如频率带宽和所选测点）需要与任务相匹配。在建模过程中应避免或考虑到附加质量或钢化效应。扫描式激光测振仪，作为一种非接触式光学传感器，可为有限元模型的模态验证提供更有效输入。系统通过软件定义测点，因此具有超高的空间测试分辨率，全自动完成扫描测试，并迅速输出直观的2D/3D振型。这也可以帮助减少后期在数据评估和处理时可能出现的理解歧义。测点越多则更有利于数据后处理时进行曲线拟合，及对局部参数偏差的识别，如局部阻尼或质量分布的局部变化。与有限元模型相关：频率、阻尼和MAC值有限元模型和实测数据对比两个参数：通过求解模型中的运动微分方程所得到的特征值和特征向量，它们对应振动测试的共振频率和模态振型。最简单的方法是比较共振频率，视觉上比较特征向量和模态振型。MAC（模态置信准则）通常用于说明有限元模态分析的模态振型和实测模态振型的相关性，MAC的输入是模态振型而不是工作模态(ODS)，数据后处理时，通过对实测数据进行曲线拟合后提取出来。为什么使用激光测振仪来验证有限元模型对于简单的样品如铸造金属板，如果有限元模型选择合理，就可以非常准确地预测出其振动模态和共振频率。但是，当组件和建模结构比较复杂时，情况就不同了。当存在多个部件，彼此通过关节进行连接，或者它们是由复合材料制成，那么仿真模型在设计初始并不可信，而是需要实测数据来进行验证。只有在所需的工作条件范围内正确地预测出模型的试验数据，才可被称为已获验证模型。因此，在大多数实际情况下，需要将有限元模型与实测数据进行对比，如果能预测出模型在有负载或进行小修改后的振动特性，即是可靠模型。如果某个模型的仿真数据与实测数据不相符，那么该模型的设计就失去意义。
RoboVib®自动测振站将3D全场扫描式激光测振仪和工业机器人相结合，可完成从复杂部件到整个样件的全部测试。尤其是试验模态分析，可显著减少测试时间以及人为误差等。因此，您可以在一两天的时间内完成全部测试。而传统的模态测试，仅仅是准备工作可能都需要几天。·非接触式、全自动激光振动测量，无任何附加质量影响·全场测量，具有高空间分辨率·与传统模态测试相比更节省时间·全自动测量，显著提高生产率·测试程序可重复使用，减少准备时间·可使用CAD和FE数据定义扫描点，减少错误产生全自动快速完成模态测试与接触式传感器相比，RoboVib使模态测试更简单：·无需在FE网格上定义和标记测量点·不再会因电缆缺陷或混杂而导致测量不正确·无需对坐标系中的传感器姿态进行测量（欧拉角）·不再需要拆卸和标定传感器RoboVib®通过其巧妙的理念为客户提供其它有价值的优势：·高空间分辨率与声学FE模型相关·结果直接返回到FE网格坐标系中的节点上，无需插值和耗时的后续处理·测量程序可重复使用·您可以将RoboVib®结果导入到任何开发环境中，直接连接到常见的模态分析程序中，如ME’scope、FEMtools™或VMap™，并使用通用文件格式导出下方视频为工业机器人测试现场：圆柱体的三维模态测试测试结果：
丨最先进的激励方法当被测物体不能自行振动，而想要获取该物体的振动特性时，就必须给它以外部激励。在模态试验中，电磁激振器和模态力锤是已被广泛使用多年的常用的宽带激励工具。Polytec扫描式激光测振仪采用逐点扫描方式，需要对每个扫描点进行逐点激励，因此，像NV-Tech生产的SAM自动模态力锤近年来受到热捧。现有的两种激励方法各有优缺点。多点测试时，电动激振器的测试速度快，且测量结果可重复。但带有力传感器的激振器对被测结构具有不可忽视的影响。而且，在实践中，电动激振器的安装、对准和维护很麻烦，尤其是在样品由软橡皮绳或软泡沫支撑，以模拟自由-自由边界条件这样的试验搭建下。自动模态力锤在理想情况下不会对样件的固有动态特性产生影响，这对于相对轻量化和轻阻尼的被测结构来说是个很好的选择。但是，由于每次锤击后存在衰减时间，这导致测量时间明显增加。而当样品是由软橡皮绳悬挂起来的轻质样品时，锤击可能导致整个样品有相当大的晃动。丨优势的结合最近，第三种激励方法应运而生，它能弥补上述激励方法的不足：集成力传感器的惯性激振器Qsource，它的亮点如自对准内部悬架、质轻、易于操作和校准。将惯性激振器粘在被测结构上，固定好位置，避免了自动力锤的两次锤击间的等待时间。为此，需要和加速度传感器一样对QsourceQlws进行布线，且它只能在一定的截止频率以上工作。本文中，我们使用Qlws惯性激振器作为激励方法进行模态测试，并将其与使用经典电动激振器和自动模态力锤作为激励方法的测试结果进行对比。图1:Qlws的组成Qlws本身由2个小部件（+一个放大器）组成：§一个所谓的力杯包含音圈，将其粘在被测结构上。§激振器本体，包含惯性质量和力传感器，只需手动将其盖住力杯即可。在这两者之间涂色薄薄的一层油脂进行动态解耦，在200Hz以上时，Qlws动态有效质量＜2g。Qlws的安装很简单：用酒精清洗被测样品表面，用即时胶粘上力杯，在力杯上涂上一层薄薄的油脂后，再将激振器体盖住力杯，并将电缆连接到功放和具有IEPE电源的数据采集设备上。无需对中推力杆，因为Qlws在任何倾斜度下都是自动对中。图2:Qlws惯性激振器安装在被测样品上对比实验被测样品是厚度为1.5mm的铝板，用弹力绳悬挂起来。为了获取铝板的振动特性，我们采用的是Polytec公司生产的非接触式PSV扫描式激光测振仪。分别采用经典模态激振器、自动力锤SAM1和Qlws来激励。下图分别显示了电动激振器（LDS激振器）、自动力锤（NV-TechSAM）和惯性激振器（QsourcesQlws）。电动激振器(LDSshaker)模态力锤(NV-TechSAM)惯性激振器(QsourcesQlws)LDS激振器：对轻质被测样品的影响太大：共振频率偏移，力谱急剧下降，导致了响应与激励之间传递函数的信噪比较差。因此，传统的模态激振器不适用于这种试验装置，其仅适用于较重的被测样品。NV-TechSAM自动力锤：对被测样品无任何附加质量影响，因此，对于阻尼非常小的样品，它是首选的激励源。它的激励频率可以很低。但是，对于悬挂起来的轻质样品，它的一个缺点就是会导致悬挂样品发生晃动，这种晃动会导致扫描式激光测振仪在测量中引入了不必要的噪声。虽然Polytec最新的QTec技术可以在一定程度上缓解这种影响，但是肉眼可见的晃动仍然会使信噪比有所降低。此外，因为下一次锤击需要等待时间，所以晃动也会增加测试时间。如果可以避免晃动（例如，如果可以接受将样品置于软泡沫上），对于阻尼小且频带宽的样品，自动力锤仍然是一个很好的选择。QsourceQlws：动态质量小，对样品的固有特性影响非常小。如果放置正确，激振器与被测样品之间的耦合对特征频率的影响非常小，在频率低于2kHz（涵盖前15~20个共振）时，与悬挂被测样品所产生的影响相当。激励序列间无需等待时间，因此大大地加快了测试速度。在测试过程中出现的唯一缺点是存在低于250Hz时的低频限制。这不是说激振器在较低频率下不工作，而是指在较低频率下，激振器具有较高的有效动态质量，这对样品的固有特性有略大的影响。图3显示了分别采用SAM自动力锤（左）和Qlws惯性激振器（右）作为激光方法的典型结果。主要测试结果：§频率在200~2000Hz之间时，共振频率和相应的振型几乎相同；§频率在200Hz以下,及2kHz以上时，惯性激振器只有一些较小影响；§由锤击引起的被测器件晃动会导致噪声增加，这在振型中可清楚地观察到；§使用自动力锤激励时的扫描时间约为2.5小时，而使用Qlws激励时的扫描时间则为0.5小时；§而且，即使是带有推力杆和力传感器的小型传统电动激振器也不适用于该类被测样品。图3:振型和FRF(左侧模态力锤，右侧Qlws)丨总结综上所述，QsourcesQlws惯性激振器是自动模态力锤的一个非常有趣的替代方案，其不会造成被测样品晃动，这种晃动会降低单通道激光测振仪（未使用多通道探测的QTec技术）的信噪比。由于这种额外的噪声可以使用多通道探测QTec扫描式激光测振仪进行补偿，因此使用惯性激振器和自动力锤这两种激励方式所获取的测量结果在同一水平等级上。对于极轻或极低阻尼的样品，Qlws则由于存在低频限制和存在附加质量，在使用上受到一定限制。Qlws与自动力锤的安装一样简单，且具有出色的可重复性，但是比自动力锤的测试速度则要快得多，且比带推力杆的经典激振器安装要容易得多。对于悬挂的样品而言，由于锤击序列间无需等待时间，因此测量时间可以大大缩短。
本文以齿轮为例，对多种形式的力激励进行比较，旨在确定机械系统的传递导纳。其目标是分析和评估技术结构（如电动汽车传动系统）在高频范围内的声学特性。实验表明，采用宽带压电激励时，收集到的测量结果一致性更高，尤其是在高频段。01技术现状随着电动汽车中电驱动系统使用的增加，对整个传动系统的声学特性提出了新要求。传统的内燃机产生的噪声级相对较高，能够掩盖某些干扰噪声，比如“变速箱啸叫声”。但这种内燃机的“听觉掩蔽”效应在电驱动系统中并不存在，使得高频段的噪声问题更为突出。因此，当前的研发工作主要集中在优化这些声学特性上。弗劳恩霍夫界面工程与生物技术研究所（FraunhoferIWU）使用“网络模型”描述传动系统各部件的传递响应。这种方法的基础是通过频率相关的传递函数来描述单个部件，例如齿轮。这需要对部件进行谐波力激励，并使用三维扫描式激光测振仪来测量结构响应。在感兴趣的频率范围（高达20kHz）内进行力激励，对现有激励技术来说是一个挑战，尤其是大型结构的激励。电动振动台或脉冲锤是目前常用的设备。然而，施加的力往往不够大，无法获得一致的测量结果（幅值和相位），在较高频率（>5kHz）时尤为明显。本文介绍了一种使用压电模态激励器（dm2）进行宽带力激励的方法，并将其与传统激励器（Brüel&Kjær4810）进行对比。图1：测量装置02测量装置在自由-自由边界条件下对两种振动台进行比较，将各自的激励器和测试对象通过弹簧和弹性去耦元件悬挂在机架上。振动台与测试对象之间的刚性连接通过力传感器（Brüel&Kjær，8203型）实现。图1展示了带有压电振动台dm2的测试装置。系统响应通过Polytec公司的PSV-3D扫描式激光测振仪来获取。激励信号采用周期啁啾信号，指定的激励和评估频率范围为3.5~16kHz（带宽20kHz，12800条FFT线）。测量结果图2展示了与力作用点径向相对的各个测量点的传递导纳对比（见图1）。固有频率（用红色标记）是在之前使用自动脉冲锤进行的试验模态分析中确定的。此外，图2下方的图表展示了相关的相干函数曲线。图2：选定测点的结果对比。上图：传递导纳；下图：相关相干函数曲线可以明显看出，B&K4810振动台在约7kHz以上能够施加到系统的能量不足，无法获得令人满意的信噪比，从7kHz起传递导纳曲线中的相干性以及明显可辨的噪声水平就能说明这一点。使用dm2时，它适用于在高频范围内采集系统响应。由于输入能量显著更高，能够清晰地采集传递函数，图3中相位频率响应的对比也说明了这一点。图3：重要测点的相位频率响应对比03重要总结本文对多种力激励器进行了比较，以测量齿轮的传递导纳。目的是在高频范围内找到合适的激励方法，以便基于测量获得的传递函数来描述技术结构的声学特性。结果表明，宽带压电激励能获得更一致的测量结果，尤其是在高频段。后续工作将包括研究力激励器的连接方式，并将频率范围扩展至更低频率。此外，未来的工作重点将是在高频范围内获取转动自由度信息。
轴承噪音的高级测试中心位于奥地利斯泰尔的SKF集团建立了质量技术中心（QTC），其研发、制造和销售高精度产品测量设备，致力于汽车轴承业和润滑行业的质量控制和工艺改进。尽管每天生产数以千计的产品，SKF仍以产品零缺陷为目标，在需要先进测试系统的生产线终端进行100%的产品噪声测试。QTC已在全球范围内销售了500多台用于连续噪音测试的设备（图1）。从2010年起，QTC开始与Polytec合作，自此，IVS工业用激光测振仪便取代原来的感应式车身振动传感器（图2）。图1汽车轮毂轴承内部噪声测试图2SKF定制版激光测振仪用于噪声测试这项新技术具有诸多优势：非接触式使用灵活信号精确、稳定设备复位、校准简单，运行费用低光学头维修费用低易于产品升级IVS工业用激光测振仪的使用还能简化设备布局和设计。此外，其它设备如耐久性测试台，是噪音测试设备的有效补充。为客户开辟新的应用领域SKF公司生产各种便携式和在线测试的压电振动传感器，进一步性能升级了的IVS工业用激光测振仪与SKF状态监测产品搭配使用。例如，SKF定制版激光测振仪MSL-7000和MSL-7100可以与SKFMicrolog结合使用（图3），为客户提供附加价值。图3便携式振动分析包，配有SKF定制版激光测振仪和SKFMicrolog这样以来，一方面可为SKF设备开辟新的潜在应用领域，另一方面也为各种不同应用场合带来了先进和灵活的测试工具。不同应用场合下的便携使用远距离测试可测量热表面或旋转部件信号稳定，对压电片不施加外力可测量危险、不易接近的区域可透过玻璃测试帮助客户实现自身价值如今，SKF有能力支持她的客户进行质量控制。新的SKFMSL-7000激光测振仪可以结合QTC噪声测试技术，用于先进的电机、泵、压缩机等终端设备测试。这意味着，SKF也为外部客户提供自己的内部噪声测试标准，可以帮助其客户实现最终的质量检验和制造工艺改进，实现“用SKF知识武装世界”。鸣谢WernerPalmetshoferSKFÖsterreichAGQualityTechnologyCentre
家电电机的高通量生产测试---零维护成本的传感器系统IVS工业型激光测振仪尤其适用于生产环境下的振动测量。如图1所示，系统采用激光作为探测手段，没有外部控制元件，它通过内部串口进行配置，避免了在设备维修和维护过程中对配置的无意更改。图1电机的非接触式噪声试验使用光学测量方法的其它优点包括：无需粘贴布线，避免和被测物体直接接触激光光斑小，可测量难以接近的区域与传统的加速度计不同，光学测量方法无附加质量影响，获取的是物体真实的振动特性当工作距离较大或发生变化时，激光点可实时调整，如面对不同的测试对象和模型时定制的测试程序主要有两种方法来测量电机：升速和/或恒速时的振动测量（如图2）。这意味着必须设计出能灵活控制电机转速的测试台，其功能包括采集和监测被测电机的实际转速。测试过程中，记录单个被测点的结构噪声，再使用软件进行数据评估。通过测试台来设置控制电压来指定RPM值，例如使用无反馈的信号发生器，或者直接设置电机转速值再进行调节。在第一种情况下，必须使用编码器或与电机转速成正比的模拟电压来测量实际电机转速。图2两种不同测量过程的时间-速度曲线本次试验使用的QuickCheck测试软件，负责整个测试过程的控制和数据评估。其集成的函数发生器，可灵活调节梯形速度的增加量、最大电压值和恒定电压的持续时间。用户可根据测量周期的总耗费时间来调整测量时间。或者，根据生产周期来指定测量时间，再相应地调节电机转速。电机转速设置完毕后开始振动测量。可根据电机转速规格或实际转速值进行分段测试，如转速范围为500~2500RPM的区间段，或如图2所示的8000~15000RPM的区间段。软件基于速度信号搜索相应的时域，对该范围内的振动信号进行分析。每台电机的时域信号各不相同，并有其独自的动态特性。高效数据评估QuickCheck为测试工作台提供的数据评估模块，可简化测试并提升用户的使用体验（如图3）。本次分析中，RPM预先设定，QuickCheck只分析相关时间段中各个测量通道对应的测量数据，然后使用可调节程序获取该数据的频谱图。根据这些数据计算出的各种特性与规定的极限值进行比较（例如，带宽为100~300Hz内的频带能量或峰值）。图3QuickCheck测试软件中数据评估模块的截图在恒速测量时，可以选择特定时域进行分析，使用前述的方法进行设置和计算特性。离线分析时，还可将测得的时域信号保存起来，用于后续的阶次分析。以这种方式计算的所有特性都显示在QuickCheck测试软件的表格中。被测电机通过测试后进入下一个生产步骤，前提是其所有特性都必须在规定的范围内。测量结果可很方便地保存在带有测量时间标识的数据库中。此外，QuickCheck还可读取条形码或二维码，获取每个电机的序列号信息，并和相应的测量值一起保存。这个功能非常实用，可帮助用户随时追踪每个产品的生产和测试结果。鸣谢WolfgangOchs
