一种无线模态测试分析系统及测试方法与流程

本发明涉及模态分析，具体涉及一种无线模态测试分析系统及测试方法。

背景技术：

1、模态分析技术在土木、水利、航空航天等工程领域具有重要应用价值。通过对桥梁、水坝、油井等大型结构进行模态分析可监测结构的振动特性和响应情况，对结构健康进行评估，有助于保障大型结构安全性，减少事故风险。在对大型结构进行模态分析时存在一些客观问题。其一，常用模态测试分析方法需要通过激振器、力锤等工具在结构件上施加一定的激励信号，通过测试分析结构件的响应信号来获取模态信息。大型结构件难以使用设备激励，而且大型结构件通常是关键生产设备或是基础建筑设施，在做模态测试分析过程中应尽可能不影响其正常使用。其二，大型结构件测点数目较多，在做模态分析时需要整合多测点数据，保持各测点数据时序一致。多测点测试也要求模态分析系统中的采集终端具有便携安装、信号方便传输等功能特征。现有采集终端多为加速度计、速度传感器等传感设备，采集终端的时序同步困难，线缆较多，不利于现场多测点使用。

技术实现思路

1、针对上述存在问题，本发明提出一种无线模态测试分析系统及测试方法，避免了激励大型结构件所带来的测试操作繁琐、影响结构件正常使用等问题，提高了测试分析的效率。

2、上述的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明首先提供一种无线模态测试分析系统，包括：采集器、第一传输中介、第二传输中介、计算机，所述采集器安装于结构上用于获取待测面处的环境激励响应，所述采集器包括磁电式速度传感器、硬件积分电路、主控模块、通讯模块、电源模块，其中所述磁电式速度传感器用于测试速度信号并将测试得到的速度信号送至硬件积分电路中进行一次积分，所述硬件积分电路将速度信号进行一次积分转换为位移信号并将输出的位移信号送入主控模块中进行数模转换、滤波、降噪、去除趋势误差项、灵敏度系数校准后转换为经过调理的数字位移信号；所述通讯模块将主控模块输出的数字位移信号传输至第一传输中介中，所述第一传输中介将数字位移信号直接传输至计算机中或者传输至第二传输中介中，所述第二传输中介能够同时接收二路以上的第一传输中介输出的数字位移信号并能够将多路信号传输至计算机中。

4、进一步地，所述第一传输中介采用无线ap或者控制器，所述第二传输中介采用交换机。

5、进一步地，所述磁电式速度传感器的频率响应范围应当包括0.05hz～50hz，所述频响范围指的是+1～-3db范围。

6、进一步地，所述磁电式速度传感器中存在校准线圈，所述采集器上具有自校准功能按键，用于主动开启磁电式速度传感器的自校准模式。

7、进一步地，所述无线模态测试分析系统采用无线工作模式或者有线工作模式或者采用有线工作模式、无线工作模式并存的混合工作模式；

8、当无线模态测试分析系统处于无线工作模式时，采集器和第一传输中介之间通过wifi无线连接，第一传输中介采用无线ap，所述无线ap直接与计算机通过网线连接；

9、当无线模态测试分析系统处于有线工作模式时，采集器通过有线方式与传输介质进行连接，第一传输中介采用控制器，所述控制器同时采集不超过8个采集器的信号，所述控制器直接与计算机通过网线连接或者将信号传输至第二传输中介后再传输至计算机中；所述第二传输中介同时采集多路控制器的输出数据，所述第二传输中介能够直接与计算机通过网线连接；

10、当无线模态测试分析系统处于有有线工作模式、无线工作模式并时，第一传输中介采用无线ap，采集器通过无线wifi与所述无线ap连接；或者所述第一传输中介采用控制器，采集器通过有线方式与所述控制器连接。

11、进一步地，当所述无线模态测试分析系统处在无线工作模式时，各测点数据通过采集器gps天线进行同步；当所述无线模态测试分析系统处在有线工作模态时，各测点数据通过控制器进行同步，当所述处于有线工作模态时的无线模态测试系统中存在二台或者二台以上的控制器时，控制器之间通过控制器gps模块进行同步；当所述无线模态测试分析系统处于混合工作模态时，系统中处于无线工作模式下的采集器通过采集器gps天线进行同步，系统中处于有线工作模式下的采集器通过控制器gps模块进行同步。

12、本发明还提供一种基于上述系统的无线模态测试分析方法，该方法包括如下步骤：

13、步骤s1，将1个或者1个以上的采集器布置在大型结构件的待测点上；

14、步骤s2，按下采集器上的自校准按钮，完成磁电式速度传感器的自校准；

15、步骤s3，连接采集器、第一传输中介、第二传输中介、计算机；

16、步骤s4，采集器将经过调理后的数字位移信号传输至传输中介中去；

17、步骤s5，传输中介设备将各采集终端的输出信号进行时钟同步；

18、步骤s6，传输中介将经过同步时钟处理后的位移信号传输至计算机中；

19、步骤s7，计算机通过模态分析算法对各采集器输出的信号进行实时数据处理，利用模态分析算法获取模态参数信息；所述模态分析算法采用峰值拾取法、频域分解法、自然激励技术、随机减量技术、希尔伯特-黄变换中的一种。

20、进一步地，步骤s2所述的磁电式速度传感器的自校准具体实现方法是：所述磁电式速度传感器中存在校准线圈，在启动原位自校准模式时，采集器中的主控模块产生校准线圈激励信号，并将其施加在校准线圈上，校准线圈上的激励信号会驱动磁电式速度传感器内的可动部件移动产生位移，从而使得磁电式速度传感器输出电信号，电信号直接送入主控模块中进行分析，获取灵敏度校准系数，并被存入主控模块中。

21、进一步地，步骤s4所述调理过程包括：磁电式速度传感器输出模拟速度信号；模拟速度信号经过硬件积分电路进行一次积分，转换为模拟位移信号；模拟位移信号经过数模转换后转换为数字位移信号；数字位移信号经过滤波、趋势误差项去除、灵敏度系数校准转换为经过调理的数字位移信号；所述滤波采用中值滤波或平均滤波；所述灵敏系数校准所采用的系数为主控模块中存储的有磁电式速度传感器自校准生成的灵敏度校准系数。

22、进一步地，步骤s5所述传输中介设备将各采集终端的输出信号进行时钟同步，具体地：

23、当无线模态测试系统处于无线工作模式时，通过采集器gps天线进行同步；

24、当无线模态测试系统处于有线工作模式时，通过控制器gps模块进行同步；

25、当无线模态测试系统处于有线工作模式，且测试网络中只有一套控制器时，通过控制器进行同步；

26、当无线模态测试系统处于混合工作模式时，测试网络中处于有线工作模式的采集器通过采集器gps天线进行同步，测试网络中处于无线工作模式的采集器通过控制器gps模块进行同步。

27、与现有技术相比，本发明的益处在于:

28、1.本发明的测试系统通过测试分析大型结构件的环境激励响应数据，获取结构模态信息，避免了激励大型结构件所带来的测试操作繁琐、影响结构件正常使用等问题，提高了测试分析的效率。

29、2.本发明的测试系统具有无线模式、有线模式、混合模式等多种工作模式可适应各类复杂工况，提高了系统的适应性。

30、3.本发明的测试系统通过采集器gps天线、控制器gps模块等多种技术手段同步时钟，保证各个采集器的数据时序一致，进一步提高了测试分析的精度。