基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法及測量裝置，測量方法包括以下步驟：1)信號發(fā)射模塊向阻尼臺上的被測試件發(fā)出激勵信號；2)信號采集模塊采集試件振動速度信號并將其發(fā)送給信號處理模塊；3)信號處理模塊對接收到的振動速度信號進(jìn)行處理后得到試件的沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)，以及阻尼材料損耗因子，并將結(jié)果發(fā)送給顯示模塊、存儲及報表生成模塊；4)顯示模塊顯示沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)曲線、阻尼材料損耗因子；5)存儲及報表生成模塊存儲測量數(shù)據(jù)以及阻尼材料損耗因子計算結(jié)果，并生成測試報告；6)離線分析模塊可調(diào)用已存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。本發(fā)明具有數(shù)據(jù)采集處理分析一體化、精度高、速度快、再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法及測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種阻尼材料損耗因子測量技術(shù)，尤其是涉及一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法及測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在噪聲與振動控制工程應(yīng)用領(lǐng)域中，阻尼涂層是抑制金屬薄板振動的有效方法。阻尼材料損耗因子是描述材料阻尼性能的重要參數(shù)，被廣泛地應(yīng)用于阻尼材料性能對比和設(shè)備噪聲預(yù)測中。傳統(tǒng)的懸臂梁方法是直接在頻域上逐個尋找前幾階振動速度共振峰的中心頻率和半功率帶寬，人工計算阻尼材料損耗因子。該法的缺點(diǎn)是效率低，工作量大，人工讀取中心頻率和半功率帶寬容易引入誤差，特別是當(dāng)共振峰比較尖銳的時候。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法及測量裝置，其創(chuàng)新點(diǎn)在于從試件振動速度的時域信號和沖激響應(yīng)函數(shù)入手，通過快速傅里葉變換得到振動速度頻響函數(shù)，在頻域上直接找到所有振動模態(tài)的共振峰曲線，及其對應(yīng)的中心頻率和半功率帶寬，進(jìn)而計算阻尼材料損耗因子。該測量方法和裝置具有精度高、速度快、再現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn)，測量數(shù)據(jù)的采集、處理、分析一體化，自動化程度高。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)信號發(fā)射模塊通過依次連接的數(shù)字信號生成單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡、功率放大器和電磁換能器向阻尼臺上的被測試件發(fā)出掃頻、白噪聲或多頻正弦分量的激勵信號，其中試件包括金屬基板和復(fù)合試件；
[0007]2)信號采集模塊通過依次連接的非接觸式振動速度計、前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換卡和數(shù)字信號接收單元，依次采集金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號并將其發(fā)送給信號處理模塊；
[0008]3)信號處理模塊對接收到的金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號進(jìn)行處理后得到試件的振動速度沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)，各階共振峰的中心頻率、半功率帶寬、半功率帶寬與中心頻率的比值，以及阻尼材料損耗因子，并將結(jié)果發(fā)送給顯示模塊、存儲及報表生成模塊；
[0009]4)顯示模塊顯示試件振動速度信號曲線、沖激響應(yīng)曲線、頻響函數(shù)曲線、自動或手動節(jié)選各階共振峰曲線及其相應(yīng)的阻尼材料損耗因子計算結(jié)果；
[0010]5)存儲及報表生成模塊存儲采集到的振動速度信號、沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)、以及阻尼材料損耗因子計算結(jié)果，并生成測試報告；
[0011]6)離線分析模塊可調(diào)用已存儲的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行深入分析。[0012]所述的信號處理模塊對接收到的金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號進(jìn)行處理后得到阻尼材料損耗因子，具體過程如下:
[0013]301)將采集到的試件振動速度信號和數(shù)字激勵信號互相關(guān)獲得復(fù)合試件的振動速度沖激響應(yīng)；
[0014]302)通過快速傅里葉變換將振動速度沖激響應(yīng)變換到頻域，獲得試件的振動速度頻響函數(shù)；
[0015]303)通過高斯加權(quán)曲線平滑法對所得到的振動速度頻響函數(shù)曲線進(jìn)行平滑化處理，得到平滑后的振動速度頻響曲線；
[0016]304)在平滑后的振動速度頻響曲線上尋找各階共振峰的中心頻率fi及半功率帶寬Λ fi，所述的半功率帶寬Afi是中心頻率幅值的0.707倍所對應(yīng)的高低頻率之差；
[0017]305)金屬基板的彎曲模量和損耗因數(shù)由下列公式計算:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)信號發(fā)射模塊通過依次連接的數(shù)字信號生成單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡、功率放大器和電磁換能器向阻尼臺上的被測試件發(fā)出掃頻、白噪聲或多頻正弦分量的激勵信號，其中試件包括金屬基板和復(fù)合試件； 2)信號采集模塊通過依次連接的非接觸式振動速度計、前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換卡和數(shù)字信號接收單元，依次采集金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號并將其發(fā)送給信號處理模塊； 3)信號處理模塊對接收到的金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號進(jìn)行處理后得到試件的振動速度沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)，各階共振峰的中心頻率、半功率帶寬、半功率帶寬與中心頻率的比值，以及阻尼材料損耗因子，并將結(jié)果發(fā)送給顯示模塊、存儲及報表生成模塊； 4)顯示模塊顯示試件振動速度信號曲線、沖激響應(yīng)曲線、頻響函數(shù)曲線、自動或手動節(jié)選各階共振峰曲線及其相應(yīng)的阻尼材料損耗因子計算結(jié)果； 5)存儲及報表生成模塊存儲采集到的振動速度信號、沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)、以及阻尼材料損耗因子計算結(jié)果，并生成測試報告； 6)離線分析模塊可調(diào)用已存儲的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行深入分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法，其特征在于，所述的信號處理模塊對接收到的金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號進(jìn)行處理后得到阻尼材料損耗因子， 具體過程如下: 301)將采集到的試件振動速度信號和數(shù)字激勵信號互相關(guān)獲得復(fù)合試件的振動速度沖激響應(yīng)； 302)通過快速傅里葉變換將振動速度沖激響應(yīng)變換到頻域，獲得試件的振動速度頻響函數(shù)； 303)通過高斯加權(quán)曲線平滑法對所得到的振動速度頻響函數(shù)曲線進(jìn)行平滑化處理，得到平滑后的振動速度頻響曲線； 304)在平滑后的振動速度頻響曲線上尋找各階共振峰的中心頻率fi及半功率帶寬Δ fi，所述的半功率帶寬Λ fi是中心頻率幅值的0.707倍所對應(yīng)的高低頻率之差； 305)金屬基板的彎曲模量和損耗因數(shù)由下列公式計算:
tan δ f0 = Afi0/fi0
Ef0" =Efc/ tan δ f0
式中: Eft/——儲能彎曲模量，Pa; Eftl"—損耗彎曲模量，Pa ； tan δ f0—彎曲損耗因數(shù)； P ο-金屬基板密度，kg/m3 ； 10——在自由梁方式時金屬基板長度，在懸臂梁方式時，則為金屬基板自由長度，m ; h0-金屬基板厚度，m ； ?0——共振階數(shù)；fi0—第i階共振頻率，Hz ； Δ fi0——第i階共振峰寬度，Hz ； 4—第i階共振時的數(shù)值計算因子，有下列公式確定: 對懸臂梁方式:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法，其特征在于，所述的在擬合后的振動速度頻響曲線上尋找各階共振峰的中心頻率具體步驟為: a、先在整條振動速度頻響曲線上中找到最大值并確定其坐標(biāo)，即A(f0，y0)；b、對fO之后的信號操作:根據(jù)振動速度頻響曲線選取p*yO作為一個閾值，P e (0,1),設(shè) P = 0.25 ; C、確定距離A最近的幅值為p*y0的點(diǎn)B(fl, pyO)； d、確定第二峰值點(diǎn)位置: d.1先在fl之后的信號中確定最大值的坐標(biāo)(f2，y2)，若f2-fl < fl_f0，則從f2之后繼續(xù)確定最大值坐標(biāo)(f21，y21)，若f21-f2 < Π-fO，則從f21后繼續(xù)確定最大值坐標(biāo)，直到f2n-f2n-lf Ι-fO，找到第二階峰值信號A' (f2n，y2n)，則將信號從(f0+f2n)/2處截斷，記為f中'=(f0+f2n)/2，則A(f0，y0)是O到f中'之間的第一階峰值信號； d.2以f中'為起點(diǎn)的信號重復(fù)執(zhí)行上述a、b、c、d.1便可得到第二階峰值信號，同理可得出其他峰值信號； d.3按國家規(guī)范《GBT 18258-2000阻尼材料阻尼性能測試方法》懸臂梁法通常截出二到四階共振峰即可。
4.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，包括信號發(fā)射模塊、阻尼臺、信號采集模塊、信號處理模塊、顯示模塊、存儲及報表生成模塊和離線分析模塊；所述的信號發(fā)射模塊負(fù)責(zé)向阻尼臺上的被測試件發(fā)射激勵信號，所述的信號處理模塊分別與信號發(fā)射模塊、信號采集模塊、顯示模塊、存儲及報表生成模塊、離線分析模塊連接，用于負(fù)責(zé)信號處理、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)存儲和測試報告生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，所述的信號發(fā)射模塊通過依次連接的數(shù)字信號生成單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換卡、功率放大器和電磁換能器，用于向阻尼臺上的被測試件發(fā)射激勵信號；所述的數(shù)字信號生成單元通過LabVIEW編程產(chǎn)生掃頻、白噪聲或多頻正弦分量的激勵信號，由數(shù)模轉(zhuǎn)換卡將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，通過功率放大器放大后饋入電磁換能器； 所述的阻尼臺包括支架、試件夾具和隔振基座； 所述的信號采集模塊包括依次連接的非接觸式振動速度計、前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換卡和數(shù)字信號接收單元，依次采集金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號并將其發(fā)送給信號處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，所述的信號處理模塊對接收到的金屬基板和復(fù)合試件的振動速度信號進(jìn)行處理得到試件的振動速度沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)，各階模態(tài)共振峰的中心頻率、半功率帶寬、半功率帶寬與中心頻率的比值，以及阻尼材料損耗因子，并將結(jié)果發(fā)送給顯示模塊、存儲及報表生成模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，選擇實(shí)時測量模式時，選擇信號發(fā)射通道和采集通道，測量項(xiàng)目選擇金屬基板或復(fù)合試件，或阻尼材料損耗因子計算，輸入發(fā)射信號時長、采集信號時長、采樣頻率、信號幅值、信號的起始頻率和截止頻率、初始化截止頻率、平滑步長、輸入試件規(guī)格包括金屬基板厚度、阻尼層厚度、金屬基板密度、阻尼材料密度、金屬基板自由長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，選擇離線分析模式時，利用離線分析模塊，導(dǎo)入已存儲的振動速度頻響函數(shù)，測量項(xiàng)目選擇金屬基板或復(fù)合試件，或阻尼材料損耗因子計算，輸入初始化截止頻率、平滑步長、輸入試件規(guī)格包括金屬基板厚度、阻尼層厚度、金屬基板密度、阻尼材料密度、金屬基板自由長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，所述的顯示模塊包括試件振動速度信號顯示單元、沖激響應(yīng)顯示單元、頻響函數(shù)顯示單元、自動或手動節(jié)選各階共振峰顯示單元及其相應(yīng)的阻尼材料損耗因子顯示單元; 其中，所述的試件振動速度信號顯示單元顯示采集到的振動速度時域信號曲線，所述的沖激響應(yīng)顯示單元顯示沖激響應(yīng)曲線，所述的頻響函數(shù)顯示單元顯示頻響函數(shù)曲線，所述的自動節(jié)選各階共振峰顯示單元顯示自動截取前幾階共振峰曲線，并顯示相應(yīng)的中心頻率、半功率帶寬、半功率帶寬與中心頻率的比值，所述的手動節(jié)選各階共振峰曲線顯示單元顯示截取某階共振峰曲線，并顯示相應(yīng)的該階共振峰的中心頻率、半功率帶寬、半功率帶寬與中心頻率的比值，所述的阻尼材料損耗因子顯示單元顯示基板和復(fù)合試件各階共振峰的中心頻率、半功率帶寬，以及阻尼材料損耗因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于沖激響應(yīng)法的阻尼材料損耗因子測量方法的測量裝置，其特征在于，所述 的存儲及報表生成模塊包括振動速度信號存儲單元、沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)存儲單元、阻尼材料損耗因子存儲單元、測試信息編輯單元、測試報告生成單元、測試報告存儲單元、測試報告打印單元； 其中，所述的振動速度信號存儲單元存儲采集到的振動速度信號、所述的沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)存儲單元存儲沖激響應(yīng)和頻響函數(shù)，所述的阻尼材料損耗因子存儲單元存儲阻尼材料損耗因子計算結(jié)果，所述的測試信息編輯單元編輯測試信息，所述的測試報告生成單元生成測試報告，所述的測試報告存儲單元存儲測試報告，所述的測試報告打印單元打印測試報告。
【文檔編號】G01N29/46GK103698404SQ201310728706
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉海生, 楊春莊, 李文婷, 陳婧 申請人:同濟(jì)大學(xué), 上海英波聲學(xué)工程技術(shù)有限公司