1 LT10030-20K-MODAL系統(tǒng)組成及功能
1.1 系統(tǒng)組成
1.1.1 錘擊法
錘擊法結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗，以簡明、直觀的方法測量和處理輸入力和響應(yīng)數(shù)據(jù)，并顯示結(jié)果。提供兩種錘擊方法：固定敲擊點(diǎn)移動響應(yīng)點(diǎn)和固定響應(yīng)點(diǎn)移動敲擊點(diǎn)。用力錘來激勵結(jié)構(gòu)，同時進(jìn)行加速度/位移信號和力信號的采集和處理，實時得到結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)矩陣。能夠方便地設(shè)置測量參數(shù)，如觸發(fā)量級、測量帶寬和加窗類型，同時對最優(yōu)的設(shè)置提供建議指導(dǎo)。
1.1.2激振器法
主要是通過分析儀輸出信號源來控制激振器，激勵被測試件，輸出信號有先進(jìn)掃頻正弦，隨機(jī)噪聲，正弦，調(diào)頻脈沖等信號。支持單點(diǎn)激勵（SIMO）與多點(diǎn)同時激勵法(MIMO)。
非接觸法激光測振系統(tǒng)組成：筆記本計算機(jī)＋激振器＋單點(diǎn)激光測振儀＋VSM-DQ1002動態(tài)信號分析儀+ MODAL2模態(tài)分析軟件
1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)及功能
1.2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
1.運(yùn)用該系統(tǒng)可進(jìn)行常規(guī)的噪聲和模態(tài)測量分析研究。
2．該系統(tǒng)可在PC臺式機(jī)和筆記本電腦上運(yùn)行，這不僅為用戶節(jié)省了投資，而且使得系統(tǒng)簡單化，同時在軟件升級時可以保護(hù)用戶的投資。
3．該系統(tǒng)具有重量輕、便攜等特點(diǎn)，不僅可在室內(nèi)使用，而且可在外場使用。
4.該系統(tǒng)具有高度的集成性,它的采集分析軟件和硬件均來自于國際著名的SD公司,所以系統(tǒng)沒有不協(xié)調(diào)問題,同時也保證了將來軟件和硬件同時升級的問題。該系統(tǒng)也具有高度的開放性,它不僅與SD MODAL2軟件和測試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞,而且也可與其他著名的軟硬件，如MSC/NASTRAN和ANSYS等有限元分析軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
5.該系統(tǒng)軟件和硬件模塊化使得其具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力,可隨著用戶將來的應(yīng)用深入而進(jìn)行擴(kuò)展。
1.2.2 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)具有以下主要功能：
1. 實現(xiàn)2通道并行實時數(shù)據(jù)采集和分析,并進(jìn)行各種振動噪聲及其它動態(tài)信號的統(tǒng)計、譜分析及函數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算處理;
2. 可進(jìn)行錘擊法和激振器模態(tài)試驗, 和多種模態(tài)參數(shù)識別方法;
3. 包含有多種模態(tài)參數(shù)質(zhì)量評價工具，提高試驗?zāi)B(tài)模型的可信程度；
4. 該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的幾何顯示功能。測試模型可從有限元計算模型直接提取，也可在該系統(tǒng)中進(jìn)行自定義，并可進(jìn)行各種函數(shù)數(shù)據(jù)和模態(tài)振型數(shù)據(jù)的顯示。
5. 該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的報告功能，測量數(shù)據(jù)可粘貼在Word 和Powerpoint中，而且圖形是動態(tài)的，可加光標(biāo)讀取數(shù)值和振型動畫。
1.3 系統(tǒng)詳細(xì)配置框圖
系統(tǒng)詳細(xì)配置框圖如下表所示
系統(tǒng)主要配置表
編號 | 貨物名稱 | 性能參數(shù)指標(biāo) | 生產(chǎn)公司 |
1 | VSM-DQ-4 | 4通道輸入 最高采樣速率102.4KHz 24位分辨率， 輸入通道動態(tài)范圍優(yōu)于120dB 輸出通道動態(tài)范圍優(yōu)于110dB | JULIGHT公司 |
2 | VSM-TEST采集軟件 | 可用 作為數(shù)據(jù)采集軟件，與VSM-DQ-4配套使用。主要功能是作為錘擊法，隨機(jī)法，瞬態(tài)隨機(jī)法，正弦掃描及用戶定義的方法來激勵結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗過程中的數(shù)據(jù)采集。還提供MODAL2，I—DEAS等軟件的接口。 | JULIGHT公司 |
3 | VSM-MODAL2模態(tài)分析軟件 | 包括時域分析，結(jié)構(gòu)建模，工作模態(tài)（ODS）分析，峰值曲線擬合，SDOF及MDOF總體曲線擬合，自動曲線擬合，模態(tài)評判準(zhǔn)則（包括MAC和MIF），動畫顯示，結(jié)構(gòu)動力修改（SDM），強(qiáng)迫響應(yīng)模擬（FRS） | JULIGHT公司 |
4 | LT10030 | 激光位移傳感器，含1個激光位移傳感器和一個控制單元，相關(guān)附件 工作距離：100mm，頻率范圍：0-20KHZ | JULIGHT公司 |
5 | VSM730 | 力錘 靈敏度：1.5 mV/N 測量范圍：±5000N 頻率響應(yīng)：≥ 5 kHz 接頭：BNC | JULIGHT公司 |
6 | VSM-STAND | 懸掛和調(diào)節(jié)裝置, 可以360°調(diào)節(jié)角度，伸縮長度為2米, 可以測量同心度
| 意大利JULIGHT公司 |
隨著我國火電機(jī)組的裝機(jī)容量日益擴(kuò)大,發(fā)電機(jī)單機(jī)容量已由原來的300MW 發(fā)展到600 MW、1 000 MW ,對于發(fā)電機(jī)定子端部動態(tài)特性的設(shè)計、改進(jìn)以及試驗研究已經(jīng)具備一定的規(guī)模,尤其是利用各種新式的測試手段對發(fā)電機(jī)繞組端部進(jìn)行固有頻率及模態(tài)試驗分析的方法越來越成熟。發(fā)電機(jī)定子繞組端部是發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的最為薄弱的部位,發(fā)電機(jī)定子端部繞組漸開線部分的不規(guī)則形狀決定它不可能象槽中線棒那樣牢靠固定,由于制造工藝等問題,許多墊塊與線棒間只是點(diǎn)接觸,不能形成剛體結(jié)構(gòu)。運(yùn)行中形成兩種頻率的振動效應(yīng),一種是轉(zhuǎn)頻效應(yīng),振動頻率與轉(zhuǎn)速有關(guān);另一種是由轉(zhuǎn)子磁場在定子鐵心和定子繞組線棒上引起的倍頻(100 Hz) 振動,受到二倍工頻徑向交變力的作用,與電流的二次方成正比。定子繞組端部諧振或其他原因造成綁繩、支架固定螺栓和槽內(nèi)緊固件松動及線棒絕緣磨損的現(xiàn)象時有發(fā)生,使得發(fā)電機(jī)的事故日益頻繁。因此準(zhǔn)確測量定子繞組端部的振動特性,預(yù)測發(fā)電機(jī)在實際工作狀態(tài)下的振動特性,及早采取防范措施尤為重要。通過對發(fā)電機(jī)模態(tài)進(jìn)行分析,評價發(fā)電機(jī)繞組端部整體結(jié)構(gòu)動態(tài)特性,是近年來發(fā)展起來的一種行之有效的方法。
模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動特性。每個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。通過模態(tài)分析,掌握結(jié)構(gòu)在某一頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性,就可預(yù)計結(jié)構(gòu)在此階段內(nèi)的實際振動響應(yīng)。模態(tài)試驗就是通過測量各部位的固有頻率,再用計算機(jī)模態(tài)軟件以數(shù)學(xué)方法確定整體的固有頻率和不同頻率下的振動形態(tài)。通過定子繞組端部固有頻率測試及模態(tài)分析試驗，以確定發(fā)電機(jī)定子繞組端部的動態(tài)特性，確認(rèn)定子繞組端部是否存在95Hz~110Hz范圍內(nèi)的固有頻率及橢圓振型模態(tài)；同時測量引出線的固有頻率，確認(rèn)是否存在95Hz~108Hz范圍內(nèi)的固有頻率。
發(fā)電機(jī)勵端和氣端激光非接觸式模態(tài)測試系統(tǒng)，由模態(tài)力錘，一套激光測儀VSM4000L-EXTRA，專用支架和數(shù)據(jù)采集器組成。通過力錘敲擊勵端和氣端激發(fā)振動，通過單點(diǎn)激光測振儀測量激勵引起的振動位移響應(yīng)，得到激勵點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。通過專用支架上的自動旋轉(zhuǎn)裝置，可以把激光測振儀準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)動角度，改變響應(yīng)點(diǎn)的測點(diǎn)位置，直到測量完所有測點(diǎn)響應(yīng)。這樣，敲擊點(diǎn)可以是固定的一點(diǎn)，不必移動，只要旋轉(zhuǎn)激光測振儀，也就是改變響應(yīng)點(diǎn)，就可以輕易地完成發(fā)電機(jī)勵端和氣端所有點(diǎn)的傳遞函數(shù)。
另外，通過激光測振儀上的遙測儀，可以輕松地測量所有的測點(diǎn)坐標(biāo)以及所有測點(diǎn)的同心度 。可以非常方便地建立實驗?zāi)Ｐ汀?/p>
2系統(tǒng)配置及主要技術(shù)規(guī)格
2.1 VSM-DQ-4數(shù)據(jù)采集前端
2.1.1 VSM-DQ-4外觀圖
外觀圖
2.1.2 VSM-DQ-4的技術(shù)指標(biāo)
【概 述】
VSM-DQ總線是PVIB總線精簡后的標(biāo)準(zhǔn)子集，通過FPGA實現(xiàn)總線管理和通訊，以適應(yīng)小型化測控儀器的需要。
VSM-DQ-1000系列小型數(shù)字化測量儀是8/4通道同步并行數(shù)據(jù)采集儀器，采用14/16/24Bit高精度A/D，每通道最高采樣率覆蓋100KSps～250MSps；配有最高256M/4G字節(jié)的板載緩存及32K字節(jié)FIFO，支持DMA實時數(shù)據(jù)傳輸。支持PVIB1.0標(biāo)準(zhǔn)，支持USB3.0標(biāo)準(zhǔn)，兼容USB2.0。動態(tài)范圍超過100dB。適合實驗室、外場等分布式測試應(yīng)用。
支持二次開發(fā)，滿足用戶開發(fā)專用測控系統(tǒng)的需求。
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l 輕巧便攜、實用方便
l 可靠性、穩(wěn)定度、性價比高
l 多通道高速并行采集，最高可達(dá)250MSps/CH
l 多通道可同步實時采集、實時存儲
l USB3.0高速總線接口，兼容USB2.0
l 連接上位機(jī)可實現(xiàn)高速通訊與程控
l 配套上位機(jī)iDM智能設(shè)備管理軟件和測試應(yīng)用程序，輕松勝任測試任務(wù)
l 基于VC++、Labview二次開發(fā)資源，可定制專業(yè)應(yīng)用
l 數(shù)據(jù)存儲格式MODAL2?, MATLAB?, I-DEAS?, 和UniversalFile Format
l 帶直通盤,可將信號長時間記錄,用于后處理如ODS分析。
l 帶低通濾波，高通濾波和帶通濾波功能。
2軟件介紹
2.2.1 軟件配置及特點(diǎn)
該套測試系統(tǒng)的軟件是配置了美國VTI公司的VSM-TEST采集軟件及MODAL2模態(tài)分析、噪聲分析軟件。其特點(diǎn)如下所述：
（1）功能齊全：
VSM-TEST數(shù)采軟件： 可適用于錘擊法，隨機(jī)法，瞬態(tài)隨機(jī)法，正弦掃描及用戶定義的方法來激勵結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗過程中的數(shù)據(jù)采集；旋轉(zhuǎn)機(jī)械分析試驗的數(shù)據(jù)采集；噪聲試驗的數(shù)據(jù)采集。同時可提供MODAL2，I—DEAS等軟件的接口。
MODAL2軟件提供完整的噪聲和振動測試解決方案，包括時域分析，結(jié)構(gòu)建模，工作模態(tài)（ODS）分析，峰值曲線擬合，SDOF及MDOF總體曲線擬合，自動曲線擬合，模態(tài)評判準(zhǔn)則（包括MAC和MIF），動畫顯示，結(jié)構(gòu)動力修改（SDM），強(qiáng)迫響應(yīng)模擬（FRS），MODAL2聲學(xué)分析（ACOUSTICS），MODAL2報告軟件等。
（2）界面簡單易學(xué)：MODAL2軟件安裝在WINDOWS98/2000，界面采用直拉式菜單，直觀易學(xué)易懂。
（3）開放性好：MODAL2軟件可直接控制許多硬件中測量得到FRF，也可打開已有的FRF，再進(jìn)行模態(tài)分析。用戶也可以編程，參與介入MODAL2里的圖形及數(shù)據(jù)的處理、編緝等。
（4）提供專業(yè)的報告格式：MODAL2 Report 軟件使你極其方便地生成試驗報告。
（5）良好的聯(lián)網(wǎng)功能：支持網(wǎng)上多用戶同時使用MODAL2軟件。
2.2.2 采集軟件
? 操作界面完全Window化；
? 2/4或更多通道測量信號并行實時采集，處理和存儲；
? 輸入信號調(diào)制：自動增益/放大，抗混和數(shù)字濾波；
? 多通道示波器功能，測量前在時域/頻域中檢查各通道信號是否正常；
? 實時在線顯示功能：交互式窗口數(shù)目沒有限制，每窗口顯示6條曲線；
? 多達(dá)12800條在線FFT譜線,具有很高的頻率分辨率；
? 各種標(biāo)準(zhǔn)的或用戶定義的窗函數(shù)和幅值/能量修正；
? 每通道分析頻率范圍：80kHz；
? 多種在線或后處理測量函數(shù)庫(時域/頻域/幅值域分析)，如自譜（PSD,1/1,1/3,1/12,1/24,窄帶），聲強(qiáng)，相干，頻響函數(shù)（H1,H2,Hv）,自/互相關(guān)等。
? 豐富的前后處理功能，包括各種靈活的2/3D，彩色圖顯示和多種繪圖打印輸出等。
應(yīng)用：通用的動態(tài)試驗分析，包括各種振動，噪聲，旋轉(zhuǎn)機(jī)械，應(yīng)力應(yīng)變，壓力，環(huán)境可靠性試驗振動測量等等。
2.2.3模態(tài)分析軟件和聲學(xué)分析軟件
模態(tài)試驗與分析軟件包（MODAL2 PREMIER）
? 結(jié)構(gòu)線架模型生成，節(jié)點(diǎn)數(shù)和部件數(shù)沒有限制，測量點(diǎn)DOF自動加到通道標(biāo)示；支持?jǐn)?shù)碼相機(jī)文件格式，建立幾何模型；
? 力錘激勵模態(tài)試驗；
這是最簡單快速的試驗方法，可以適用于簡單部件的模態(tài)試驗，用激振力錘來激勵結(jié)構(gòu)，和進(jìn)行加速度和力信號的采集和處理，實時得到結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)矩陣。
同樣，軟件也提供了多種幫助工具和試驗引導(dǎo)。提供了很好的用戶界面，專業(yè)化的完成模態(tài)試驗，包括多點(diǎn)響應(yīng)測量和移動激勵點(diǎn)的試驗方法（MIMO），和激勵點(diǎn)不動方法。
模態(tài)參數(shù)識別(模態(tài)分析)：
a) 基本經(jīng)典方法: SDOF峰值和圓擬合；
這是最基本的模態(tài)參數(shù)識別方法，只使用于簡單的結(jié)構(gòu)和模態(tài)密度比較低的情況。也即基本教科書講到的方法。
b) 整體MDOF參數(shù)識別方法：
包括：復(fù)模態(tài)指示函數(shù)法(CMIF)，最小二乘復(fù)指數(shù)法(LSCE，時域)和頻域直接參數(shù)估計法(FDPI)；
這些更為復(fù)雜的分析方法，已得到了工業(yè)用戶的廣泛接受，適用于不同的工程對象，實際上已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的模態(tài)參數(shù)識別方法；對于同一組試驗數(shù)據(jù)，可以使用不同的方法進(jìn)行參數(shù)識別，其結(jié)果可以互相印證，增強(qiáng)對分析結(jié)果的相信程度和可靠性。
c) 模態(tài)參數(shù)：
包括：頻率，阻尼，模態(tài)振型，模態(tài)參與因子，各種廣義參數(shù)等；
d) 模態(tài)參數(shù)質(zhì)量的評價方法：
在得到了比較合理的模態(tài)參數(shù)之后，我們還要用不同的方法從不同的方面進(jìn)一步檢驗。CADA-X模態(tài)分析軟件中提供了十多種方法：比如穩(wěn)態(tài)圖，可以在識別過程中幫助用戶分離物理模態(tài)和計算模態(tài)，MAC模態(tài)置信準(zhǔn)則，可以數(shù)字表格或矩陣圖的方式來檢驗?zāi)B(tài)振型的正交性，檢查模態(tài)的空間幾何泄漏；模態(tài)復(fù)雜性，可以檢驗響應(yīng)測量方向的錯誤（對于大型復(fù)雜的模態(tài)試驗，這種檢查是非常不容易的，振型直接錯誤）；最小二乘誤差表和奇異值圖方法可以驗證模態(tài)模型大?。灰约捌渌B(tài)相位分布圖，正交性檢查，多變量模態(tài)指示函數(shù)，F(xiàn)RF綜合等方法。
e) 多種模態(tài)模型的動畫顯示，便于用戶選擇，比較和解釋試驗?zāi)B(tài)分析結(jié)
果。
ODS 工作變形分析和時域動畫顯示
用于研究結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的時域或頻域變形,所用數(shù)據(jù)包括階次和頻率截面、頻響函數(shù)和互譜函數(shù)等。結(jié)構(gòu)動畫可以在設(shè)定的范圍進(jìn)行掃描。
工作模態(tài)分析
用于由于工作激勵和環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)識別。相關(guān)函數(shù)作為輸入，識別方法有最小二乘復(fù)指數(shù)法和子空間法。它包括相關(guān)函數(shù)的前處理，模型的有效性及振形動畫顯示。
旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征試驗分析
用于分析與轉(zhuǎn)速有關(guān)的振動噪聲問題,提供了數(shù)據(jù)采集,實時和后處理功能。數(shù)據(jù)采集包括:交互式轉(zhuǎn)速脈沖信號調(diào)制;多轉(zhuǎn)速信號處理和準(zhǔn)靜態(tài)測量通道;固定采樣率的特征分析;在線階次跟蹤測量分析;實時、緩存和直通采集模式。實時處理有:譜采集、1/N倍頻程(包括ANSI標(biāo)準(zhǔn)) 、階次采集、窄帶或?qū)拵Э偭考?、參考曲線、積分/微分,加權(quán),標(biāo)尺、導(dǎo)出通道等。后處理有:時域、頻域、階次域、轉(zhuǎn)速域處理;交互式頻/階次/倍頻程剖面;不同次測量之間的平均;帶彎曲線和隱線消除的瀑布圖;階比和分?jǐn)?shù)倍頻程圖;用戶定義的彩色圖和坎貝爾圖;從直通采集或磁帶記錄的數(shù)據(jù)中提取階次信息;Kalman 濾波;角度域數(shù)據(jù)重采。
說明：如上各種分析軟件和硬件平臺的更詳細(xì)指標(biāo)，可參見對應(yīng)的規(guī)格文件Product informationSheet,這些文件也是系統(tǒng)最后驗收的標(biāo)準(zhǔn)。如果結(jié)合項目服務(wù)工程培訓(xùn)，這些功能會得到更詳細(xì)的講解和發(fā)揮，可以更好的掌握使用。
傳感器部分
激光測振儀介紹：
詳見單獨(dú)文檔
力錘VSM730
主要技術(shù)參數(shù)：1kg力錘，測量范圍＋/-5000N，靈敏度 1.5 mV/N (3.3mV/lbf)，硬性錘頭頻響（－10dB) 1kHz，中性錘頭頻響（－10dB) 700kz，軟性錘頭頻響（－10dB) 450Hz，超軟性錘頭頻響（－10dB) 400Hz，諧振頻率>=12kHz，力錘重量 1.1kg，錘頭直徑 5.1cm，錘尖直徑 5.1cm，力錘長度 37cm，BNC接頭，提供 硬性、中性、軟性和超軟錘頭。
力錘外觀圖