一种构件固有频率的识别系统的制作方法
【专利说明】一种构件固有频率的识别系统
[技术领域]
[0001] 本实用新型涉及单元振动模态实验，尤其涉及一种构件固有频率的识别系统。 [【背景技术】]
[0002] 固有频率、振型和阻尼比等模态参数是结构及其单元系统的固有特征，也是进行 结构动力反应分析、性能评估的重要前提和依据。工程实践和科研工作中，模态试验是确定 实际结构及其单元模态参数直接而有效的途径。
[0003] 模态测试的常规方法在许多土木和机械工程振动的学术或技术著作中都有介绍， 例如《建筑振动工程手册》（徐建主编，中国建筑工业出版社，北京，2002年11月）。实施的 基本过程是，利用受测结构或结构单元的振动，通过事先布置在结构上的拾振器采集相关 数据并传输至数据分析系统，进而得到受测系统的固有频率等模态参数。
[0004] 结构模态借助结构的自由振动或外激振动的信号信息加以辩识。模态试验或工程 测试中，结构的振动源可采用环境激励或人工激励。其中，环境激励利用了地脉动和风脉动 引起的受测对象的微小振动，而人工激励则采用力锤、振动台或激振器等设施。前者信噪比 低，需要长时间采集振动信号，识别效率和效果通常较低；后者对实验者的经验、实施的技 术条件要求较高，实验成本和协调难度较大且具有损伤结构的潜在风险。
[
【发明内容】
]
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种对构件无损、且能够排除环境干扰，激 振方法简便实用、识别过程高效、结果准确的构件固有频率的识别系统。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种构件固有频率的识 别系统，包括粘贴于被测构件上的拾振器、通过导线连接于拾振器信号输出端的信号采集 与处理装置和外部激振源，所述的外部激振源是播音装置。
[0007] 以上所述的识别系统，播音装置的扬声器布置在被测构件附近，朝向被测构件。
[0008] 以上所述的识别系统，所述的信号采集与处理装置是动态信号分析仪。
[0009] 以上所述的识别系统，所述的拾振器为加速度传感器、速度传感器或位移传感器。 [0010] 本实用新型的构件固有频率的识别系统，可用于识别钢筋和混凝土结构及单元的 模态参数，具有激振方法简便实用、识别过程和结果高效准确的特点，激励的施加可以不受 空间及结构单元形式的限制且不会对构件造成损伤、激励效应可以排除环境干扰，便于批 量快速识别获取多组结构单元的固有频率及其特征规律。
[【附图说明】]
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0012] 图1是本实用新型实施例简支梁固有频率识别系统示意图。
[0013] 图2是本实用新型实施例播音装置播放的《梁山伯与祝英台》小提琴协奏曲主旋 律前180秒的时程。
[0014] 图3是本实用新型实施例播音装置播放的《梁山伯与祝英台》小提琴协奏曲主旋 律前180秒的频谱。
[0015] 图4是本实用新型实施例信号采集与处理装置记录的前180秒的时程。
[0016] 图5是本实用新型实施例信号采集与处理装置记录的前180秒时程转换的频谱。
[0017] 图6是本实用新型实施例信号采集与处理装置记录的前30分钟时程转换的频谱。
[【具体实施方式】]
[0018] 本实用新型实施例的构件固有频率的识别系统如图1所示，包括作为被测构件的 简支梁1、粘贴于简支梁1上的拾振器2、通过导线3连接于拾振器2信号输出端的信号采 集与处理装置3和外部激振源5。
[0019] 其中，外部激振源5是播音装置，信号采集与处理装置4是动态信号分析仪，拾振 器2为加速度传感器、速度传感器或位移传感器。
[0020] 播音装置5的扬声器布置在被测构件的下方，朝向被测构件播放乐曲。
[0021] 本实用新型的构件固有频率的识别系统的工作过程包括以下基本步骤：
[0022] 1)通过网上注册下载或实物购买等方式获得音乐乐曲；
[0023] 2)采用音箱等常规音乐播放装置，面向结构或结构单元播放乐曲；
[0024] 3)利用拾振器和信号采集与处理装置拾取被测构件的振动信号；
[0025] 4)利用信号采集与处理装置具有的频域分析功能获得被测构件的固有频率。
[0026] 采用图1所示的系统，可以在实验室中通过模态测试方法识别简支梁1前几阶固 有频率。事先在梁1上黏贴加速度拾振器2(中国江苏东华测试技术股份有限公司生产的 DH201-050型），该拾振器通过传输导线3与动态信号分析仪4 (中国江苏东华测试技术股 份有限公司生产的DH5920型）相连；近距离启动音乐播放器5,则音乐将激起梁结构的受 迫振动，其反应数据由拾振器2拾取并经导线3实时传输至动态信号分析仪4 ;动态信号分 析仪4中附配的数据分析软件可进行梁结构的固有频率等常规的模态信息分析处理。也可 将采集到的数字信号拷贝至台式计算机，然后利用Matlab等商用软件进行梁结构的固有 频率等模态分析。
[0027] 图1所示的简支梁1是一根截面平均直径d = 13. 85mm、长度10 = 490mm、总质量 M = 566. 36g的HPB300光圆钢筋模拟，其单位长度质量m= 1. 1558g/mm，左右简支搭接在 支座上，支座中线水平跨距I = 483mm。根据国家《混凝土结构设计规范（GB 50010-2010)》， HPB300钢筋的弹性模量E = 2. I X 105N/mm2。
[0028] 已知弯曲振动下简支梁的固有频率的理论解为
[0029]
【主权项】
1. 一种构件固有频率的识别系统，包括粘贴于被测构件上的拾振器、通过导线连接于 拾振器信号输出端的信号采集与处理装置和外部激振源，其特征在于，所述的外部激振源 是播音装置。
2. 根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于，播音装置的扬声器布置在被测构件 附近，朝向被测构件。
3. 根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于，所述的信号采集与处理装置是动态 信号分析仪。
4. 根据权利要求1所述的识别系统，其特征在于，所述的拾振器为加速度传感器、速度 传感器或位移传感器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种构件固有频率的识别系统，包括粘贴于被测构件上的拾振器、通过导线连接于拾振器信号输出端的信号采集与处理装置和外部激振源，所述的外部激振源是播音装置。识别系统的识别过程包括以下步骤：使用播音装置面向被测构件播放乐曲；利用拾振器和信号采集与处理装置拾取被测构件的振动信号；利用信号采集与处理装置具有的频域分析功能获得被测构件的固有频率。本实用新型激励的施加可以不受空间及结构单元形式的限制且不会对构件造成损伤、激励效应可以排除环境干扰，具有激振方法简便实用、识别过程和结果高效准确的特点，便于批量快速识别获取多组结构单元的固有频率及其特征规律。
【IPC分类】G01M7-02
【公开号】CN204422162
【申请号】CN201520068516
【发明人】李大望, 杨约民, 邢锋, 王东炜, 石志晓, 邢少邦
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月30日