上海北智电子技术有限公司/上海标智电子科技有限公司（英文简称B&W）

传感器在小型结构模态分析中的应用是通过测量结构在激励下的响应来确定其模态参数，从而了解结构的动态特性。

1、工作原理

• 激励与响应测量：对小型结构施加一定的激励力，使其产生振动响应。激励方式可以是力锤敲击、振动台激励等。传感器则负责测量结构在激励下的各种响应信号，如加速度、应变、位移等。通过分析这些响应信号与激励力之间的关系，来获取结构的模态信息。

• 模态参数识别：基于测量得到的响应数据，运用各种信号处理和数学分析方法，如快速傅里叶变换（FFT）、功率谱密度分析、频响函数估计等，识别出小型结构的固有频率、振型和阻尼比等模态参数。这些参数能够表征结构的固有振动特性，反映其在动态载荷下的行为表现。

2、应用领域

• 航空航天：

  • 飞行器结构设计：小型飞行器的机翼、机身结构等在飞行过程中会受到复杂的空气动力和发动机振动激励。通过传感器进行模态分析，可确定其固有频率和振型，避免与激励频率发生共振，确保飞行安全，提高结构的疲劳寿命和可靠性。

  • 航空发动机部件测试：航空发动机中的小型涡轮叶片、燃烧室等部件，在高温、高速运转条件下的模态特性对发动机的性能和稳定性至关重要。传感器测量其模态参数，有助于优化部件设计，防止因振动导致的损坏和故障。

• 汽车工业：

  • 汽车零部件研发：汽车的悬挂系统、传动轴、发动机支架等小型结构件，其模态特性直接影响汽车的行驶舒适性和操控稳定性。利用传感器进行模态分析，可优化零部件的结构和材料，降低振动和噪声，提高汽车的整体性能。

  • 新能源汽车电池包设计：新能源汽车的电池包作为关键部件，其结构模态会影响电池的使用寿命和安全性。通过模态分析，使用传感器监测电池包在不同工况下的振动响应，优化其结构设计，提高电池包的抗振性能。

• 机械制造：

  • 精密机床部件分析：小型精密机床的主轴、刀具等部件的模态特性会影响加工精度和表面质量。利用传感器进行模态分析，可优化部件的结构和材料，提高机床的动态性能，减少加工误差。

  • 微纳制造设备研发：在微纳制造领域，如微机电系统（MEMS）等小型结构的模态特性对其制造精度和性能有重要影响。传感器可用于测量和分析这些结构的模态参数，为设备的设计和优化提供依据，提高微纳制造的质量和效率。

• 建筑与桥梁：

  • 古建筑保护：对于小型古建筑结构，如木构架、砖石砌体等，通过传感器进行模态分析，可了解其在环境激励下的振动特性，评估结构的健康状况，为古建筑的保护和修复提供科学依据。

  • 小型桥梁结构监测：小型桥梁在使用过程中会受到车辆荷载、风荷载等激励。传感器可实时监测桥梁结构的模态参数变化，及时发现结构的损伤和病害，为桥梁的维护和管理提供技术支持。