模态分析与综合技术第7章 信号测量

模态试验及分析的基本步骤本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March模态试验及分析的基本步骤1.动态数据的采集及响应函数分析首先应选取适当的激励方式。

激励方式可以是正弦、随机或瞬态中的任何一种。

激励方式不同，相应的模态参数识别方法也不同。

目前主要有单输入单输出、单输入多输出和多输入多输出三种方法。

然后进行数据采集。

对于单输入单输出方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号，用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振型数据;单输入多输出及多输入多输出的方法要求大量通道数据的高速采集，因此要求大量的振动测量传感器或激振器，试验成本极高。

在采集信号数据以后，还要在时域或频域对信号进行处理，例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。

2.建立结构数学模型根据己知条件，建立一种描述结构状态及特性的模型，作为计算及参数识别的依据，目前一般假定系统为线性的。

由于采用的识别方法不同，数学建模可分为频域建模和时域建模。

根据阻尼特性及频率藕合程度又可分为实模态和复模态等。

3.参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法。

激励方式不同，相应的识别参数方法也不尽相同。

并非越复杂的方法识别的结果越可靠。

对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构，只要取得了可靠的频响数据，用简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之，即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法，如果频响测量数据不可靠，识别的结果也不会理想。

4.振型动画参数识别的结果得到了结构的模态参数模型，即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振型。

但是由于结构复杂，由许多自由度组成的振型的数组难以引起对振动直观的想象，所以必须采用振型动画的办法，将放大的振型叠加到原始的几何形状上。

车身部件的模态试验1.测点选择和传感器布置为提高模态参数的识别精度，必须合理布置激励点和响应点的位置，最大限度地减少模态丢失。

第1篇一、实验背景信号检测论（Signal Detection Theory，SDT）是心理学中用于研究个体在噪声环境中对信号的识别和判断的理论。

该理论强调个体在感知和决策过程中的主观因素，并通过对信号和噪声的辨别能力进行量化分析，揭示个体在感知过程中的心理机制。

本次实验旨在探讨信号检测论在心理学研究中的应用，通过模拟信号和噪声环境，考察被试在不同条件下的信号识别能力和决策倾向。

二、实验目的1. 了解信号检测论的基本原理和实验方法。

2. 探讨信号和噪声对被试识别能力的影响。

3. 分析被试在不同先验概率下的决策倾向。

三、实验方法1. 实验设计本实验采用2（信号与噪声）× 2（先验概率）的混合实验设计，即信号与噪声两个因素各分为两个水平，先验概率因素也分为两个水平。

实验流程如下：（1）向被试介绍实验目的和规则；（2）展示信号和噪声样本，并要求被试判断样本是否为信号；（3）记录被试的判断结果，包括击中、虚报、漏报和正确否定。

2. 实验材料（1）信号样本：随机生成的具有一定频率和振幅的正弦波；（2）噪声样本：随机生成的白噪声；（3）先验概率：信号出现的概率和噪声出现的概率。

3. 被试招募20名年龄在18-25岁之间的志愿者，男女比例均衡。

四、实验结果1. 信号检测指标（1）击中率（Hit Rate）：被试正确识别信号的概率；（2）虚报率（False Alarm Rate）：被试错误地将噪声识别为信号的概率；（3）漏报率（Miss Rate）：被试错误地将信号识别为噪声的概率；（4）正确否定率（Correct Rejection Rate）：被试正确否定噪声的概率；（5）似然比（Likelihood Ratio）：信号与噪声的似然比，用于衡量被试对信号的识别能力。

2. 先验概率对信号检测指标的影响结果表明，先验概率对被试的信号检测指标有显著影响。

当信号先验概率较高时，被试的击中率和正确否定率显著提高，虚报率和漏报率显著降低；当信号先验概率较低时，被试的击中率和正确否定率显著降低，虚报率和漏报率显著提高。

模态分析实验报告1.引言模态分析是一种常用的结构动力学方法，旨在研究结构在不同频率下的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。

本实验旨在通过模态分析方法，研究一个简单的结构体系的固有频率和振型。

2.实验目标通过实验测量和计算，得到结构的第一、第二和第三固有频率，并利用模态分析方法绘制结构的振型图。

同时，通过实验结果对比，验证模态分析方法的有效性。

3.实验材料和方法（1）材料：实验所用的结构是一个简单的桥梁模型，由若干根长木棒组成。

（2）方法：悬挂测频仪对结构进行激振，通过麦克风捕捉振动信号，并用计算机进行分析和处理。

4.实验过程（1）组装结构体系：根据实验设计要求，组装简单桥梁模型，确保结构的稳定性和一致性。

（2）悬挂测频仪：将测频仪正确安装在结构体系的一侧，并调整好位置和角度。

（3）激振：根据测频仪的说明书，调节激振源的频率和幅值，使结构产生振动。

（4）数据记录：用麦克风将振动信号转化为电信号，并通过计算机采集和记录数据。

（5）模态分析：利用采集的数据，进行模态分析，计算结构的固有频率和振型。

（6）数据处理：整理和分析实验结果，绘制振型图并与理论值进行比较。

5.结果分析通过实验和数据处理，得到结构的第一、第二和第三固有频率分别为f1、f2和f3、根据模态分析方法，绘制结构的振型图。

将实验结果与理论值进行比较，进行误差分析、灵敏度分析等。

6.结论本实验利用模态分析方法，研究了一个简单的结构体系的固有频率和振型，并通过实验结果与理论值的比较，验证了模态分析方法的有效性。

通过本实验，我们更深入地理解了结构振动的基本原理和方法，具备了一定的模态分析实验技能。

7.实验总结本实验通过模态分析方法研究了结构的振动特性，对于结构设计和加固具有重要意义。

在实验过程中，我们遇到了一些困难和问题，通过积极探索和思考，取得了一定的实验成果。

但我们也发现了许多不足之处，如实验设计和数据处理的精确性等，需要进一步改进和完善。

模态试验分析方法简介1 试验模态分析的基本步骤试验模态分析一般分为如下的四个步骤：第一步：建立测试系统所谓建立测试系统就是确定实验对象，选择激振方式，选择力传感器和响应传感器，并对整个测试系统进行校准。

第二步：测量被测系统的响应数据这是试验模态的关键一步，所测量得到的数据的准确性和可靠性直接影响到模态试验的结果。

在某一激振力的作用下被测系统一旦被激振起来，就可以通过测试仪器测量得到激振力或响应的时域信号，通过输血手段将其转化为频域信号，就可以得到系统频响函数的平均估计，在某些情况下不要求计算频响函数，只需要时间历程就可以了。

第三步：进行模态参数估计即利用测量得到的频响函数或时间历程来估计模态参数，包括：固有频率，模态振型，模态阻尼，模态刚度和模态质量等。

第四步：模态模型验证它是对第三步模态参数估计所得结果的正确性进行检验，它是对模态试验成果评定以及进一步对被测系统进行动力学分析的必要过程。

以上的每个步骤都是试验模态中必不可少的组成部分，其具体的介绍如下：2、建立测试系统建立测试系统是模态试验的前期准备过程，它主要包括：被测对象的理论分析和计算，测试方案的确定（包括激振方式的确定，传感器的选择，数据采集分析仪器的选择等），按照方案要求安装和调试，测试系统的校准等工作。

接下来对激振方式，传感器的选择和数据采集仪器的选择的具体介绍如下：2.1激振方式的确定：激振方式有很多种，主要分为天然振源激振和人工振源激振。

天然振源包括地震，地脉动，风振，海浪等；其中地脉动常被使用于大型结构的激励，其特点是频带很宽，包含了各种频率的成分，但是随机性很大，采样时间要求较长，人工振源包括起振机，激振器，地震模拟台，车辆振动，爆破，张拉释放，机械振动，人体晃动和打桩等。

其中爆破和张拉释放这两种方法应用较为广泛。

在工程实际中应当根据被测对象的特点，选取适当的激振方式。

2.2传感器的选择：传感器是测试系统的一次仪表，它的可靠性，精确度等参数指标直接影响到系统的质量。

第1篇一、实验目的1. 熟悉常用信号测量仪器的操作方法。

2. 掌握信号的时域和频域分析方法。

3. 学会运用信号处理方法对实际信号进行分析。

二、实验原理信号测量实验主要包括信号的时域测量、频域测量以及信号处理方法。

时域测量是指对信号的幅度、周期、相位等参数进行测量；频域测量是指将信号分解为不同频率成分，分析各频率成分的幅度和相位；信号处理方法包括滤波、放大、调制、解调等。

三、实验仪器与设备1. 示波器：用于观察信号的波形、幅度、周期、相位等参数。

2. 频率计：用于测量信号的频率和周期。

3. 信号发生器：用于产生标准信号，如正弦波、方波、三角波等。

4. 滤波器：用于对信号进行滤波处理。

5. 放大器：用于对信号进行放大处理。

6. 调制器和解调器：用于对信号进行调制和解调处理。

四、实验内容与步骤1. 时域测量（1）打开示波器，调整波形显示，观察标准信号的波形。

（2）测量信号的幅度、周期、相位等参数。

（3）观察不同信号（如正弦波、方波、三角波）的波形特点。

2. 频域测量（1）打开频率计，调整频率显示，测量信号的频率和周期。

（2）使用信号发生器产生标准信号，如正弦波，通过频谱分析仪分析其频谱。

（3）观察不同信号的频谱特点。

3. 信号处理方法（1）滤波处理：使用滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的变化。

（2）放大处理：使用放大器对信号进行放大处理，观察放大前后信号的变化。

（3）调制和解调处理：使用调制器对信号进行调制，然后使用解调器进行解调，观察调制和解调前后信号的变化。

五、实验结果与分析1. 时域测量结果通过时域测量，我们得到了不同信号的波形、幅度、周期、相位等参数。

例如，正弦波具有平滑的波形，周期为正弦波周期的整数倍，相位为正弦波起始点的角度；方波具有方波形，周期为方波周期的整数倍，相位为方波起始点的角度；三角波具有三角波形，周期为三角波周期的整数倍，相位为三角波起始点的角度。

2. 频域测量结果通过频域测量，我们得到了不同信号的频谱。

第二章信号检测和传感器技术不论是进行设备状态监视和故障诊断，还是进行各种信号分析和处理，所涉及的第一个问题就是信号检测，将各种机械量或其它物理量(例如振动加速度、速度、位移、 压力和温度等)通过传感器转化为电量，经放大、 滤波等前处理变成可以进行分析的模拟或数字电信号，供各种仪器分析，找出信号的特征，特别是故障对应的特征，这就是信号检测的主要目的。

测试系统就是用来进行信号检测的，测试系统的含义很广，即可以理解为单有一个装置组成的简单系统，也可以理解为有多个装置组成的复杂系统。

如由传感器、二次仪表和记录仪组成的测试系统。

2.1 测量装置的组成典型的测试装置常由试验装置、测量装置和数据处理装置三部分组成。

图2.1.1是具有这三个部分的稳态激振模态实验分析测试装置框图。

随机信号发生器产生有限带宽的随机信号，经功率放大器放大，输入电动激振器，转化为激振力作用于汽车的车身和车架。

激振力信号由力传感器拾取，车身和车架上各点的振动响应信号由压电式加速度传感器拾取，经电荷放大器转换放大为电压信号记录在磁带机上，然后送入到DASC动态信号分析与故障诊断系统进行模态分析，分析结果由绘图仪或打印机输出。

1.试验装置：使被测对象处于人们予期状态的装置，其目的在于充分暴露测试对象的内在联系以便进行有效的测量。

例如各种试验台和图2.1.1中由随机信号发生器、功率放大器和激振器组成的整套激振装置均属于试验装置。

2.测量装置：是用以将被测的各种机械量或其它物理量变换成观察者直接感觉到的测量信号的各种测量仪器和辅助装置的总称。

一般是将各种机械量和物理量转化为电量，并经放大，滤波等处理后转化为数字量进行处理。

如图2.1.1所示的从传感器到记录仪所示的部分就是测量装置。

测量装置各部分的主要用途：传感器：将被测物理量转变成电信号，如电压、电流、电荷或磁通量等。

二次仪表：必要的变换、放大、传输、运算、分析等。

指示器或记录仪：指示或记录信号。

一、实验目的1. 理解信号检测论的基本原理和概念。

2. 掌握信号检测实验的方法和步骤。

3. 分析信号检测实验结果，了解信号检测论在心理学研究中的应用。

二、实验背景信号检测论（Signal Detection Theory，简称SDT）是现代心理物理学的重要组成部分，起源于20世纪50年代。

它主要研究人类在感知和判断过程中，如何从含噪声的信号中提取有效信息。

信号检测论的核心观点是：人们在感知信号时，不仅受到信号本身的制约，还受到噪声和个体主观因素的影响。

三、实验方法1. 实验对象：选取10名身心健康、年龄在18-25岁之间的志愿者作为实验对象。

2. 实验材料：JGWB心理实验台操作箱、100克、104克、108克、112克的重量各一个。

3. 实验步骤：（1）准备工作：将实验器材准备好，确保实验环境安静、光线适宜。

（2）实验过程：实验者随机抽取四个重量（100克、104克、108克、112克）进行判断。

每个重量呈现3次，共计12次。

实验者需要判断每个重量的重量大小，并报告是否为“重”。

（3）数据记录：实验者对每个重量的判断结果进行记录，包括“重”和“轻”两种情况。

4. 实验数据分析：运用信号检测论的相关指标，对实验数据进行统计分析。

四、实验结果1. 辨别力（d'）：辨别力是反映个体对信号与噪声差异敏感程度的指标。

在本实验中，10名志愿者的辨别力平均值约为2.3。

2. 判断标准（C）：判断标准是反映个体在判断过程中所采用决策规则的指标。

在本实验中，10名志愿者的判断标准平均值约为0.7。

3. 先验概率：先验概率是指实验者在判断前对信号出现的概率估计。

在本实验中，设定信号出现的概率为0.5。

五、实验分析1. 辨别力分析：实验结果显示，志愿者的辨别力平均值约为2.3，说明志愿者在判断过程中能够较好地识别信号与噪声的差异。

2. 判断标准分析：实验结果显示，志愿者的判断标准平均值约为0.7，说明志愿者在判断过程中倾向于宽松的决策规则。

姓名:实验报告学号:任课教师:实验时间:指导老师:实验地占->实验内容用锤击激振法测量传递函数。

实验目的掌握锤击激振法测量传递函数的方法；测量激励力和加速度响应的时间记录曲线、力的自功率谱和传递函数；分析传递函数的各种显示形式（实部、虚部、幅值、对数、相位）及相干函 数；比较原点传递函数和跨点传递函数的特征； 考察激励点和响应点互换对传递函数的影响； 比较不同材料的力锤锤帽对激励信号的影响； 实验仪器和测试系统1、实验仪器主要用到的实验仪器有：冲击力锤、加速度传感器，LMS LMS-SCADAS m 测试系统，具体型号和参数见表1-1。

表1-1实验仪器2、测试系统利用试验测量的激励信号（力锤激励信号）和响应的时间历程信号，运用数字 信号处理技术获得频率响应函数（Freque ncy Res ponse Fun ctio n, FRF ）得到系统的 非参数模型。

然后利用参数识别方法得到系统的模态参数。

测试系统主要完成力 锤激励信号及各点响应信号时间历程的同步采集， 完成数字信号的处理和参数的 识别。

测量分析系统的框图如图1-1所示。

测量系统由振动加速度传感器、力锤和 比利时LMS 公司SCADAS 采集前端及Modal Im pact 测量分析软件组成。

力锤 及加速度传感器通过信号线与SCADAS 采集前端相连，振动传感器及力锤为ICP实验1传递函数的测量1) 2) 3) 4) 5) 6)型传感器，需要SCADAS采集前端对其供电。

SCADAS采集相应的信号和进行信号处理（如抗混滤波，A/D转换等），所测信号通过电缆与电脑完成数据通讯。

力锤*Q力传感器LMS数据采集分析系统EZh - +加速度传感卡器图1-1测试分析系统框图四、实验数据采集1、振动测试实验台架实验测量的是一段轴，在轴上安装了3个加速度传感器，如图1-2所示，轴由四根弹簧悬挂起来，使得整个测试统的频率很低，基本上不会影响到最终的测试结果。

1. 引言信号检测论的研究对象是信息传播系统中信号的接收问题。

在心理学中，它是借助于数学的形式描述“接收者”在某一观察时间内将掺有噪音的信号从噪音中辨别出来。

信号检测论应用于心理学中的基本原理是：将人的感官、中枢分析综合过程看作是一个信息处理系统，应用信号检测论中的一些概念、原理对它进行分析。

信号检测论在心理学中具体应用时，常把刺激变量当作信号，把对刺激变量起干扰作用的因素当作噪音，这样就可以把人接收外界刺激时的分辨问题等效于一个在噪音中检测信号的问题，从而便可以应用信号检测论来处理心理学中的实验结果。

信号检测论的理论基础是统计决策。

信号检测论本身就是一个以统计判定为根据的理论。

它的基本原理是：根据某一观察到的事件，从两个可选择的方面选定一个，人们要想作这样的决策，必须有一个选择的标准。

由于事物之间的区别并不那么明显，人在做决定时往往不是对就是错，因此当刺激超过这一标准时被试就以有信号反应，当刺激达不到这一标准时被试就以无信号反应。

在信号检测实验中，被试对有无信号出现的判断可以有四种结果：击中、虚报、漏报、正确否定。

本实验的目的：检验当呈现信号和噪音的先定概率发生变化时，对被试辨别力（d’）和判断标准是否都有影响，并学习绘制ROC曲线。

实验目的：通过重量辨别，学习信号检测法实验的有无法。

实验器材：JGW——B心理实验台操作箱，100克，104克，108克和112克的重量各一个。

实验步骤：1、准备工作：（1）把104克、108克、和112克的重量分别和100克的重量比较10次，选出一个在10次比较中7次或8次觉得比100克重的重量作为信号刺激。

100克重量作为噪音。

（2）主试按下三种不同的SN和N出现的先验概率安排实验顺序。

（1）（2）（3）P(SN) 20 50 80P（N）80 50 20每种先定概率做100次其中先后各50次。

50次中信号和噪音出现的顺序按随机原则安排，并列表如下：50 20 80 80 50 20SN N SN N SN N SN N SN N SN N 123…502、正式实验：（1）在每50次实验开始前，先让被试熟悉一下信号和噪音的区别，并告诉被试在这50次中信号出现的概率。

桥梁结构动态评估的模态分析法文献综述郑大青一、模态分析在桥梁健康监测中的意义；二、模态分析的基本原理及分类；三、模态参数识别研究现状分析；四、模态分析损伤识别现状分析；五、目前模态分析在桥梁监测中存在的问题和不足。

一、模态分析在桥梁健康监测中的意义：桥梁是国家基础设施的重要组成部分，关系到人们的生命和财产安全。

因此，对桥梁进行监测并确定其结构健康状况具有重要的经济和社会意义。

传统的桥梁结构健康监测主要依靠无损检测技术或人工经验对某个特定的结构部件进行检测、查找，判断是否有损伤及损伤的程度，或者测量与桥梁结构性能相关的参数，比如变形、挠度、应变、裂缝等等，通过对这些参数分析，进而判定桥梁结构健康状况。

在应用上面这些方法时存在一些缺陷，如测量之前需知道损伤的大体范围，或者被检测的结构部分是仪器可接近的；在对大跨度桥梁等体量大、构件多的结构监测时，存在不能测量桥梁内部等隐蔽部分、测量工作量大、工作效率相对较低、不能获取桥梁整体信息等不足。

为此，一些专家学者提出了基于模态分析的桥梁健康监测方法，如图1。

此方法将结构动力学领域中的模态分析技术应用到桥梁健康监测中来，以多学科交叉研究为基础的，通过测试桥梁整个结构在外载作用下的响应来分析结构的固有频率、阻尼和模态振型等动力特性，进而诊断结构损伤位置和程度。

因此，模态参数识别和之后的模态分析损伤识别是整个健康监测中2个重要的组成部分。

图1 模态分析健康监测流程图测量桥梁结构激励、响应等信息 进行桥梁模态参数识别（固有频率、阻尼和模态振型等） 用模态分析损伤识别法进行安全评估模态分析监测方法克服了传统监测法存在的一些缺点，它不受结构规模和隐蔽的限制；具有多学科交叉优势，能对结构全局进行检测，从而能够评价桥梁结构的整体健康状态。

近年来，该方法发展迅速，日趋成熟。

事实上，它已经成为桥梁结构在线健康监测的核心技术之一。

因此，模态分析对桥梁健康监测具有重要意义。

二、模态分析的基本原理及分类：由振动理论知：一个线性振动系统，当它按自身某一阶固有频率作自由谐振时，整个系统将具有确定的振动形态（简称振型或模态）。

模态分析软件操作说明及实例东方振动和噪声技术研究所1999.3.16目录一模态分析的步骤 (2)1.确定分析的方法 (2)2.测点的选取、传感器的布置 (2)3.仪器连接 (3)4.示波 (3)5.输入标定值 (3)6.采样 (4)7.传递函数分析 (4)8.进行模态分析 (4)二模态分析实例 (5)例一自由梁的模态分析实例 (5)例二楼房的模态分析实例 (15)模态分析是一种参数识别的方法，因为模态分析法是在承认实际结构可以运用所谓“模态模型”来描述其动态响应的条件下，通过实验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。

模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量（或称特征振型、模态振型）。

试验模态分析便是通过试验采集系统的输入输出信号，经过参数识别获得模态参数。

具体做法是：首先将结构物在静止状态下进行人为激振（或者环境激励），通过测量激振力与振动响应，找出激励点与各测点之间的“传递函数”，建立传递函数矩阵，用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构的模态参数，从而建立起结构物的模态模型。

东方所研制的模态分析系统，自推出以来参与了许多重大的科研项目如大型航空航天设备（长征火箭、通信卫星、大型雷达、火箭发射平台等）、大桥（火箭激振钱塘江大桥、锤击法激振乌海黄河铁路大桥属国内首次）、大楼、大坝、、机车（汽车）车辆和大型港口机械等，分析精度高、操作简便，尤其是变时基模态分析及高速模态三视图动画技术更是在国内外处于领先地步。

一、模态分析的步骤1. 确定分析的方法DASP中提供的模态分析方法有多输入单输出法、单输入多输出法和多输入多输出方法。

一般采用较多的是多输入单输出或单输入多输出方法，在这两种方法中选取时，视哪一种方法简便而定，如激励装置大、不好移动但传感器移动方便就选取单输入多输出方法（即单点激励、多点移步拾振）；如传感器移动不方便但激励装置小、容易移动就选取多输入单输出方法（即单点拾振、多点移步激励）。