现今，船舶建造对噪声指标要求日趋严格，在船体、基座、舱壁、甲板以及对居住性要求高的舱室内都大量采用阻尼材料抑制振动，提高隔振降噪效果。材料的阻尼通常用损耗因子或阻尼比来表示该材料的阻尼大小。

传统的振动传感器测振方法需要将加速度传感器附在被测物体上，但是这种测试方法对于轻薄结构的测量存在质量和刚度上的附加影响，对测量的准确性产生影响。激光测振技术是利用了激光多普勒效应，以非接触方式的测量，解决了传感器附加作用的影响。

本文根据阻尼材料的阻尼性能测试原理，利用激光测振仪代替传统的测量方法进行了材料阻尼性能测试的探索和应用，获得了理想的测试结果。

01不同测试系统的测试比较

1.1 测试系统

根据振动梁法的测试原理组建了两套非接触式测试系统。 阻尼材料阻尼性能测试中，激励换能器采用非接触式磁电换能器，检测换能器也采用非接触式的振动速度传感器。一套系统采用电磁换能器用于激励和测量结构振动，参见图1a）的测试系统，但利用该系统测试的高阶模态响应不够理想。

为了提高测量信号的信噪比，实现较高频模态的清晰测量，在另一套系统中的测量仪器尝试采用了德国 Polytec公司的OFV-5000高性能单点式激光测振仪，参见图1b）的测试系统。在两套系统中，信号源由具有信号输出功能的B&K3660D数据采集分析仪输出，同时用数据采集分析仪进行测量分析。

图1 测量系统框图

1.2 频响函数测试比较 

激光测振仪的测量是非接触的光学测量，测量理论基础是光学上的频率移动，也就是激光照射到振动的物体上其反射频率发生了变化。这种测量方法对于很多无法使用接触式传感器的环境非常实用。

光学上发光点和接收点相对位置的变化会导致频率和波长变化，也就是多普勒效应。如果光的方向与振动方向相同，那么速度V、波长λ多普勒频率移动f_D可用下式表示：

 _fD= 2v/λ

首先测试板条梁的频率响应曲线，由频率响应曲线确定试样的各阶共振频率，然后由半功率带宽法计算各阶共振频率下的损耗因子。B&KPULSE 3660D数据采集分析仪能自动计算阻尼比，由结构阻尼损耗因子是阻尼比的2倍，得出该材料结构在的阻尼损耗因子。

试样为钢质板条梁，梁自由端长200mm，宽10mm，平均厚度1.425mm。传统的测量是采用非接触式磁电速度型传感器测量振动响应，本文采用激光测振仪进行了测量比较。

由数据采集分析仪的信号源产生随机信号激励换能器，以对板条试样施加激励力。图2为采用非接触式磁电速度型传感器和激光测振仪测试的同一钢质试样的频响函数（FRF），两FRF曲 线显示的共振频率和阻尼比结果一致。

图 2 激光测振仪和磁电速度传感器测试的频响函数

表1列出了钢质板条梁试样的共振频率计算与测试的结果比较，两种方式测量的共振频率与计算结果一致。

表 1 钢质板条梁试样的共振频率结果比较

以上结果说明激光测振仪可用于声学材料阻尼性能的测试，测试结果可靠。图2表明采用激光测振仪测试的频响函数曲线明显优于采用电磁传感器的测试结果，这是由于激光可聚集到nm量级，因此使用激光测振装置可对高频振动速度进行非常精细的测量。

如果非接触式速度传感器与试样间距不够小会影响高阶模态测试，但间距太小又影响低频的测量。所以，应用激光测振仪能在感兴趣的频率范围内测量更多的模态数，能更理想的获得高频的阻尼材料振动特性。

通过两套测试系统的阻尼测试比较可见，在阻尼材料性能测试中，由于激光测振仪（LDV）具有噪声低的优点，比非接触式速度传感器更适合高阶模态振动的测量，尤其适合阻尼材料的振动测试。

02声学材料阻尼测试应用

2.1 某阻尼瓦复合板

本测试是要评价某阻尼瓦复合板的抑振量，频率范围1kHz～8kHz。为了了解某阻尼瓦的阻尼减振效果，分别对同样大小的钢梁和复合梁进行阻尼性能测试。

阻尼瓦复合板试样是将阻尼瓦直接黏贴在钢板上，复合板试样中的钢板与钢板试样尺寸相同，试样形状为矩形条状。测试的复合板试样为梁状（见图3）。

图 3 阻尼瓦复合试样 

2.2 测试系统

本试验仪器为B&K3660D数据采集分析仪，激励系统由B&K3160带信号源的采集板卡、B&K2718功率放大器以及B&K4809激振器组成。

由力传感器测量激励力、激光测振仪测量振动响应信号。阻尼瓦复合板振动阻尼现场如图4所示。测试时，通过调节功率放大器的增益来调节激励力大小。

图 4 阻尼瓦复合板振动阻尼测试

2.3 阻尼减振效果测试结果

  测试分两步进行：

（1）测试试样梁的频率响应曲线，由频率响应曲线确定试样的各阶共振频率，并计算各阶共振频率下的损耗因子； 

（2）根据钢梁以及复合梁测得的损耗因子，经过数据处理最终得到复合试样的抑振量。

经测试得到的钢板和阻尼瓦复合板的频率响应曲线见图5。由FRF计算得到的损耗因子测试结果见图6。

图 5 试样的频率响应曲线

图 6 试样的损耗因子——频率曲线

根据计算得到阻尼瓦复合板的平均抑振量测试结果见表2。结果表明阻尼瓦复合板的阻尼减振效果基本随着频率增加而变大。

表 2 测试结果

03重要结论

本文利用激光测振仪与传统的非接触式磁电速度传感器进行了阻尼测试比较，采用激光 测振仪获得了理想的阻尼测试结果。通过钢板和复合板的振动阻尼特性测试，得到了阻尼瓦材料在1kHz~8kHz频率范围内的抑振量。

结论如下：

1）激光测振仪能有效的测量微小振动信号，而且对试样的测试没有附加影响；

2）使用激光测振仪进行振动测量获取阻尼性能的方法可行，测试精度高，尤其在较高频率的振动测量方面具有明显的优越性；

3）激光测振仪适合声学阻尼材料的振动测试，可用于测试评价材料的声学性能。

特别鸣谢：

深海技术科学太湖实验室连云港中心，周庆云，江苏·连云港