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试验概述

    2011年12月5日北京东方振动和噪声技术研究所与中航工业631所四室对某型号电路板进行了模态测试，通过模态分析，识别出该型号电路板的模态参数。

试验仪器

    本次声模态试验所用设备采用北京东方振动和噪声技术研究所研制的INV3020C-CPCI型24位智能信号采集处理分析仪、INV9206 ICP型声压传感器和MSC-1试验用小力锤等其它设备，具体配置如下：

1）DASP V10专业版信号处理和模态分析软件。

2）INV3020C-CPCI型24位智能信号采集处理分析仪  1台

指标：24位AD/全并行/CPCI总线/102.4kHz每通道/程控1、10、100倍放大/ICP,电压DC,AC输入/抗混叠滤波/110dB动态范围

3）INV9206 ICP型声压传感器   1只；

指标：I型/1/2英寸/ 20～20kHz频响范围/20～146dB动态范围/极化电压0V/ICP供电

4）MSC-1试验用小弹性力锤     1只

指标：带500kg力传感器/尼龙锤头1个

5）INV1841A袖珍电荷放大器   1只

指标：1通道/电荷输入/输出恒流源型/通带0.3Hz～50KHz/ICP/输出±4V/增益1mV/pc

6）ThinkPad笔记本电脑        1台。

测点布置

    根据本次试验所测电路板呈矩形特征（120mm×174mm）、各阶模态频率的变形特征及关心的模态阶数，在电路板上匀布测点，分为11行×13列，共143个测点。

试验方案

    对于一个自由状态下的对称结构而言，如该试验中的所测对象电路板，如果只采用一个声压传感器测电路板通过小力锤敲击所发出的声音响应信号，当声压传感器放在对称的轴上的位置时，所有的反对称模态在频响函数中都将无法反映。从而造成模态阶数的丢失。所以本次试验采用两个声压传感器测声音响应的MIMO(多输入多输出)模态试验方法。

    由于响应信号的信噪比，频响函数的相干性完全由声压传感器的位置决定，所以要将声压传感器放置于电路板的正面且距离要尽可能的靠近电路板。

测试过程

    由于本次试验要求在自由边界条件下对电路板进行模态测试，所以需用弹性绳将电路板悬挂起来，以此来模拟自由边界条件。又由于电路板质量很轻，用弹性绳悬挂会导致电路板在力锤敲击后晃动较大，因为声压传感器必须要放置于电路板尽可能近的位置，所以改用具有一定柔韧性的轻质棉绳来代替弹性绳来悬挂电路板，以防止电路板与声压传感器触碰。

    采样方式采用多次触发方式，该方式适合于锤击试验，运用北京东方所自主研制并获得国家专利的变时基技术，可以实现同时用高频采力锤激励信号，用低频采响应信号。从而达到激励和响应信号兼顾的效果，获得更好的分析结果。

模态分析结果

    模态拟合时，先使用特征系统实现算法（ERA）进行数据拟合，和传统方法相比ERA算法通过稳定图的方式进行计算，对复杂结构密集模态具有更好的识别能力，通过稳定图也可以对由于信噪比偏低造成的谱峰不清晰的模态参数进行更有效识别。

    使用ERA算法进行拟合时得到的稳定图，发现存在模态频率的位置都出现了一列计算结果稳定的稳定图，稳定图清晰明了。

    然后再用PolyIIR模态拟合方法进行拟合，该方法的特点是拟合同时考虑所有的频响函数或互功率谱，为总体拟合的方法，计算速度快，精度高，可识别密集模态的参数。和特征系统实现算法（ERA）的拟合结果相互比较、验证。最后，得出该电路板前18阶模态的频率、阻尼比和振型。

    通过对该电路板进行的这次模态试验，准确的得到了该电路板在自由边界条件下的模态参数。通过观察各阶频率下的振型，可以清楚的知道电路板上某一点在各阶共振频率下的振动情况及其和其它点的相对的振动量，为电路板的优化设计提供参考。