模态分析的参考与FFT分析仪的参考之间有什么区别？
Peter Avitabile著，董书伟译
所有模态软件系统都需要一个参考自由度，为什么FFT分析仪不一样？这是另一个令人困惑的地方。
好了，那么这是另一个让人困惑、或经常会犯错误的地方。当试图进行模态测试来获得结果时，它使人犯愁。通常利用单独的FFT分析仪进行数据采集时，它与模态分析软件系统是分开的，这也是经常遇到这个问题。但在任何模态分析系统采集器也会出现这个问题。
在探究具体问题之前，让我们先回顾一些基本内容以尽量正确地看待这个问题。问题实际上起源于以下事实，即FFT分析仪不仅仅用于模态测试，并且利用模态分析软件系统生成模态振型。FFT分析仪是一种通用仪器，用来生成任何东西的频响函数。测量结果可以是通用的信号，如电路分析，声学测量结果，传递比测量结果，等等。
分析仪的概念是在两个或更多通道上进行测量。通常人们试图要得到的是输出跟输入的测量结果比值。也就是说，感兴趣的通常是两信号的比值。
图1 典型的输入/输出测量布置
现在假设正在进行一个测量，其中，相对于施加到电路上的电压，需要得到一个电路（滤波器）的输出电压，如图1所示。（注意这些测量结果是一般意义的，不见得是模态测试经常要得到的典型的力和加速度。）所以我可以将输入电压接入FFT分析仪的1通道，将电路的输出电压接入FFT分析仪的2通道。或者我可以交换这两个通道，因为这确实无关紧要。
但是重要的是，想得到的频响函数是电路的输出电压“相对于”施加的输入电压。所以就FFT分析仪而言，输出电压的频谱是相对于一个“参考信号”，输入电压，测得的。
对FFT分析仪，参考通道将取决于用哪个通道测量输入参考电压 – 无论它是1通道，2通道，或者是其他什么通道。所以测得的频响可能看起来像如图2所示的样子，这里滤波器的输出电压是相对输入信号测量的。
图2 典型的输入/输出频响测量结果
所以FFT分析仪的参考跟输出比输入的测量结果有关。现在实验模态测试的参考点是什么意思？通常参考点是测量结果中不变的项。模态测试的典型测量结果取决于进行锤击测试还是激振器测试。每种情况得到的频响矩阵的各项如图3所示。
图3 激振器和锤击激励的FRF矩阵
对于激振器试验，激振力施加在相同的位置，测量所有想得到的测点响应。这与FFT参考的术语一致。
但是对逐点移动锤击测试，力锤从一个点移动到另一个点，但是加速度计保持在固定的位置，所以称加速度计为模态试验的“参考”，但是测得的频响建立了输出加速度相对于输入力的关系。所以就是这儿出了问题。“参考”这个词对不同的应用意味着不同的事情。
所以，取决于用什么FFT分析仪，为了不让模态软件“搞混淆”这个“参考”标识符，可能需要使用一种方法或者建议的命名规则。
现在，当然每个人都认识到频响矩阵中的测量结果是互易的，当数据从一个FFT分析仪传递到你的特定模态分析软件包时，这个参考标识符只是一种管理方法，需要解决。但是在模态软件包中，为了能够使用从FFT分析仪得到的测量结果，它是一种必需解决的令人沮丧的管理方法。
一旦确定了正确的方法，那么记录它就轻而易举了，这样每个人都认识到需要做什么。我知道很多年来，对那天我正在使用的特定的FFT分析仪，我搞出很多不同的方案来提醒我自己，我需要遵循什么方法。典型（老）方案如图4所示，其中用一种文件命名规则来搞清楚哪个测量结果是哪个。
图4 文件名称规则示意图
现在取决于你正在使用的软件包，为了正确地确定测量结果的“模态参考点”，有很多种数据可能需要处理的方法。现在这点可以通过“切换”或“开关”命令来得到正确的“模态参考点”的办法来解决。或者它可能要求将这些测量结果写成一种通用文件格式(UFF)，对结果进行特定的编排，或者要求按照某种方式将测量结果导入到软件中去，这些办法可能解决这个问题。这或许可以通过识别测量结果是来自于“逐点移动的”力锤或者来自于“固定的”力锤参考位置的部分解决。
但是你需要如何解决这个问题将依赖于所用的特定FFT分析仪以及模态软件系统。但是我可以向你保证，每个模态软件供应商都面临相同的问题，为了解决这个常见的问题，会有专门的处理方法。我猜这个问题的神奇之处在于，问题是什么再明显不过了，软件为了解决这个问题，应该有一个简单有效的办法，但所有不同的软件包都要求进行完成这个明显的步骤。
我希望这篇文章澄清了关于参考点的疑惑之处，不管它是在FFT分析仪上还是在模态软件包中。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMass Lowell机械工程系模态分析和控制实验室的主任。模态空间系列文章的英文原文链接：http://sdasl.uml.edu/umlspace/mspace.html。
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