模态激振
试验模态分析的质量好坏与频率响应函数(FRFs)直接相关。其品质又与输入源，即激励输入紧密相关。本文以电磁振动激振器为对象，简述了其中的影响原因，并简单介绍了Brüel & Kjær的新型专用激振器系列。
引言
从非常有用但缺少专家知识的“理论”方法起步，试验模态分析在过去二十年里已发展成为噪声与振动分析的常用工具，大多数测试工程师都会使用。其发展背后的原因并不难理解，个人计算机的进步和廉价的方便易用的模态参数提取软件包的开发是现今试验模态分析广泛推广的主要原因。
然而, 试验模态分析或模态测试， 尽管其近来应用广泛且软件技术大为提升，但在对高精度和高准确度要求十分苛刻的应用方面依然存在着显著的困难。如果缺少深入的结构动力学知识，在开发模型模态时理解和正确应用严格的数学处理方法就不是一件简单的任务。
同时，试验人员所面对的事实是模态试验明确的假设了一个理想的物理模型– 时不变、线性、因果继承和可观测。可是，大多数结构很少是按理想模型来表现，任何一个模态试验装置都必须处理（或预期）多种伴随性问题。典型的问题包括选择何种测试策略？单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)、多输入多输出(MIMO)? 该寻求何种边界条件？选择什么样的传感器技术和工作范围? 需要使用多少传感器且采用哪种安装方式? 最后, 进行的试验采用何种激励类型而且多少激励源是最优的选择?
实现最高品质的频响函数FRFs – 模态激振器的任务
对于选择用一个或多个激振器进行激励的高精度模态试验系统而言，这种激振器的选择与激振器位置和指向一起具有深远的含意。
与很多的试验人员的想法相反，输入（力）的测量是成功的模态试验的最为关键的因素之一。此处产生的误差不仅影响每一个频率响应函数的测量，但更糟糕的是，这些误差通常是隐藏的偏移误差而不是与输出响应测试有关的随机误差类型，随机误差能清楚地显示出来，易于被发现。在输入方面，还有其它重要问题需要试验人员来面对。
降低激振器/测试结构的相互作用
试验结构和模态激振器之间的有效解耦能降低激振器引起的机械阻抗"干扰" 。
在共振频率上，模态参数相应地在此被提取，力的离散不可避免, 从而降低留数 (模态振型位移)的测量精度。
力的离散是由于在共振时结构变得高度柔顺 (在低输入力时却具有高振幅) 所引起。激振器因此会将所有可用的能量用于加速其机械构件，而没有剩余的力去
驱动被测结构。因此输入结构的力很小，力的信号水平会降到仪器的正常噪声水平。激振器的运动元件越轻，该问题就越小。
获取有效的测量力
任何力传感器/阻抗头，在一定程度上会对不需要的环境因素以及弯矩和横向运动敏感。在模态测试装置中有许多引起侧向负载力和弯矩的因素需要处理：
.被测结构上力传感器位置上的旋转运动。
· 除去沿驱动轴线方向的被测结构在各方向上的平移运动。
· 模态激振器在基座或悬置系统上的旋转或平移运动，以及顶杆的弯曲。
顶杆(连接模态激振器和力传感器/结构的元件)的用途是忠实地传递轴向力，同时对力传感器/阻抗头和侧向载荷及弯矩间进行隔离和解耦。当今技术的顶杆设计全都是基于张力绳概念。
细金属(钢琴)丝具有零压缩刚度和可忽略不计的弯曲刚度。张力绳试验装置因此应用这样一种方法，在钢丝上保持一定的张力，在其上附加震荡力(通常是随机猝发信号)。压电力传感器/阻抗头是有源传感器，需要有动态力输入才能得到输出。因此，恒定的拉力在输入传感器上不会有输出，仅是震荡部分信号被测量得到。
实际上, 张力绳技术是通过在激振器及其夹具上采用"通孔"技术来实现,由此激振器能沿绳"滑行"。卡紧装置能在要求的位置将激振器和绳卡住，代替了普通的激振器台面。与侧向激振器基座连接时，张力绳方式就特别简洁方便。钢琴绳丝穿过激振器，然后绕过滑轮与弹簧相连，弹簧固定在激振器基座台上。在弹簧和台座之间有一个双头螺纹，能实现预紧力可调。
这种预紧特性也可以采用1056型直流静态对中单元来实现-可选功率放大器2732 和2720，但对2721是必选。因此可以使用钢琴丝顶杆技术，省去如上所述的激振器水平固定专用结构，在空间狭小或斜交安装时特别有用。
1056型直流静态对中单元对模态测试而言还有另一显著优点,即能为被测试件提供预紧载荷的能力。许多结构需要有准确可控的预加载荷以便张紧轴承、齿轮或连接头。如果不能施加这样的预紧载荷，将会对模态参数提取造成显著问题。
分散并降低动态力的量级
在多个位置用尽可能小的激励力来对结构进行激振有多个方面的原因。首先, 过高的激振力大小会引起结构的非线性行为。第二, 大的激励需要更大的激振器，也就需要更重的动圈，导致在共振频率上增加力的分散。第三, 具有局部模态的大型复杂结构一般需要在多个位置的激励以便能充分地激励起所有模态。
除此之外, 同一频率下的两个模态，通常称为"重根"现象，可能在某些双对称结构中出现。在这种情况下获取有效模态模式的唯一办法就是采用多输入的模态试验(即MISO 或MIMO 试验方案)。
选择最佳激振器位置
在理论上, 任意位置上的激振都应该能激励出所有的模态，除非激振器位置刚好是在节点上。然而，实际上某一模态需要有一个好的激振器位置，这比简单地希望避免选择象节点这样不好位置的要求更高。因此，通常需要评估多个激振器位置，从中挑选最好且数量最少的方案，这个过程一般叫做激振器位置勘测，其中的关键之一就是尝试尽可能多的激振器位置。
很显然, 使用重量较轻的模态激振器优点明确，因为移动和搭建系统更为快捷简便。采用牢固专用的侧向激振器台，能方便在几个自由度上的定位，是非常有好处的。
低频模态测试性能
正如前面所讨论的，做模态试验时更小更分散的激振力输入通常会是首选，但仪器的信噪比明显的会带来测试极限，从而决定这一原则的延伸长度。
如果已知仪器的残余噪声并已知(或更可能的是假设)输入与输出之间的刚度，就能容易计算出获得某一频率下最小加速度的力的大小。依据众所周知的振动位移和加速度之间的频率平方关系，要得到同样大小的加速度量级所需要施加的力与频率的倒数呈指数增长关系。
在低频情况下, 获得的输入力的大小相应地由激振器的最大峰- 峰位移行程值所决定。由于模态试验通常在低频下进行(如, 4 kHz以下), 激振器的高位移行程能力是十分重要的。常用模态激振器峰- 峰位移行程值的实际行业标准似乎是在1英寸(2.54 cm)左右。
结论
通过以上介绍可以明显看出，基于电磁激振器的模态试验的输入(力测量)对于试验模态分析来说具有极为重要的作用。
新系列的Brüel & Kjær激振器采用整体的模态试验方式，保证了尽可能高的质量、正确性和频响函数FRF测量的一致性。
整个系列有五种专用的激振器，都具有以下重要特性:
-力/重量比高
-力/价格比高
· 1英寸峰–峰位移行程，具有最佳低频性能
· 动圈(运动部件)具有高刚度和小质量
· 激振器总重量轻，相对测试目标更便于确定位置和方向
·激振器专用横式基座，便于位置和方向的确定。钢琴丝式顶杆的附件和预紧技术
· 频率范围宽
· 通孔式设计，能选择钢琴丝式顶杆或普通顶杆
· 完整的附件系列,包括各种规格的顶杆和附加惯性质量块
