力锤模态测试

力锤模态测试模块是一套引导式的端到端工作流程，用于使用带传感器的力锤和一个或多个加速度计采集频率响应函数（FRF），然后将实测的 FRF 矩阵直接送入试验模态分析（EMA）。它涵盖几何与测点规划、传感器设置、带实时质量反馈的实时冲击采集、验证检查以及导出。该工作流程与默认参数遵循业界通行的力锤测试实践。

何时使用本模块：当您想用力锤从结构中测量 FRF 时，使用力锤模态测试。若您已有计算好的 FRF（UFF、CSV、HDF），请改为通过第 2 步：导入测试数据直接导入。

该模块在窗口顶部的步骤条中呈现七个编号步骤。使用下一步 / 上一步（或点击某一步骤）进行导航。已完成的步骤会被标记，当前步骤会高亮显示。

第 1 步：方法

选择您将如何在结构上移动。这决定了各次测量之间什么保持固定、什么移动。

方法	保持固定	移动	最适合
移动力锤（默认）	固定参考点处的加速度计。	力锤——您依次敲击每个激励点。	大多数冲击测试；便于保持传感器安装不受干扰。
移动响应	位于一个固定驱动点的力锤。	加速度计——您将传感器移动到各响应点。	难以触及或对称的结构；力锤位置较少。

对称点锁定：在移动响应模式中，固定激励充当每个移动传感器位置的参考，因此产生的 FRF 行/列标签保持一致，且互易对齐整以供互易性检查。

第 2 步：几何 — 测点

在只读 3D 模型上，使用两个并排的表格定义测试点。同一个点可以同时出现在两个表格中—— 这使其成为一个驱动点（在同一位置敲击并测量）。

表格	含义	列
激励点（绿色）	力锤敲击之处。	坐标系、名称以及三个方向开关（D1/D2/D3）。
响应点（蓝色）	加速度计测量之处。	与激励表相同的列。

每一个测点行提供一个坐标系和最多三个活跃方向：

坐标系	D1	D2	D3
笛卡尔	±X	±Y	±Z
柱坐标	±R（径向）	±T（切向）	±Z（轴向）
球坐标	±R	±T	±P

每个活跃方向成为一个自由度（DOF）。例如，一个名为 P10、激活 +X 和 +Z 的激励点会产生两个激励 DOF： P10+X 和 P10+Z。在 3D 视图中，仅激励点为绿色，仅响应点为蓝色，驱动点（同时在两个表格中）为橙色。右键单击某行可通过添加为响应点或添加为激励点将其复制过去。

DOF 与 FRF 命名

谛耳按测点标签、符号和轴来标记 DOF 与 FRF——与几何相匹配，使名称在端到端全程保持可读：

项目	格式	示例
DOF	`{Point}{Sign}{Axis}`（轴为大写）	`P21+Z`、`P10-X`、`P5+R`
FRF 通道	`{Response DOF} / {Reference DOF}`	`P21+Z / P10+X`

提示：若某点没有显式名称，谛耳会自动生成一个，为 P + 点号。重命名一个点会在各处更新其 DOF 和 FRF 标签而不破坏下游曲线拟合，因为求解器按结构化字段而非显示字符串追踪 DOF。

第 3 步：传感器

连接您的数据采集器(DAQ)并映射通道。点击 连接前端扫描设备并自动填充通道表，然后设置每个通道的角色：

列	用途
开	启用/禁用通道。仅启用的通道参与测量。
名称	来自设备的通道名称。
类型	力、Acc、Trial Acc 或 Mic。选择力会将单位设为 `N`；Acc 设为 `m/s²`；Mic 设为 `Pa`。
灵敏度	用于缩放的传感器灵敏度（每单位的 mV）。

力通道规则（重要）：力（力锤）通道是那个既已启用、其单位又为力（N）的通道。仅允许有一个力通道——指定第二个会将第一个恢复为 Acc。弄错会将力信号绘制为响应，因此测量前请确认力通道。

第 4 步：自动确定

自动设置观察几次试敲，并提出合理的默认值，让您无需手动逐项设定：

力通道和响应通道被识别出来。
触发阈值根据观察到的力峰值设定（默认目标约为峰值的 30%，钳制到安全范围）。
输入量程被缩放，使冲击填满约 80% 的量程而不过载。
指数响应窗衰减根据实测振铃衰减自动调节（块末衰减在 1 dB 到 40 dB 之间）。

第 5 步：检查

在投入完整的移动测量活动之前验证测量质量。可用三项检查：

检查	验证内容	通过判据
驱动点	统计候选 FRF 中的共振峰数量，以找到能看到最多模态（节点最少）的位置，从而合理放置固定传感器。	清晰分辨的峰越多越好（默认突出度 ≥ 6 dB）。
线性度	在不同力级下重新测量同一 DOF 并比较 FRF——线性结构无论敲击强度如何都给出相同的 FRF。	偏差在容差内（默认在 40 dB 动态范围上 ≤ 3 dB）。
互易性	比较 `H_ij` 与 `H_ji`（交换力锤和传感器）；对于线性时不变结构它们应匹配。	偏差在容差内（默认 ≤ 3 dB）。

第 6 步：测量

实时采集。敲击当前点；每次冲击被触发、加窗、变换并平均到累积的 FRF 中。屏幕给出即时反馈，让您知道是继续敲击还是重敲。

触发与数据块

上升沿触发器（带迟滞以防止在振铃衰减时重复触发）在每次敲击周围捕获一个数据块，包含一段短的预触发段以保留脉冲前沿。在默认的 24 kHz 采样率和 4096 采样块下，频率分辨率约为 5.86 Hz；调整块大小和采样率可获得更精细的分辨率或更宽的带宽。

窗

窗	应用于	默认值	用途
力窗（Cut 或 Tukey）	力（力锤）通道	Cut，门偏移为块的 0.1	将冲击后的拖尾置零，使力锤线缆抖动和回弹噪声不污染频谱。
响应窗（指数或均匀）	响应通道	指数，块末 10 dB 衰减	衰减被截断的振铃以减少泄漏。均匀窗不施加衰减。

FRF 估计器与平均

各次敲击通过线性（等权）平均组合——默认目标是每点 5 次被接受的冲击。选择与您的噪声相匹配的估计器：

估计器	公式基础	何时使用
H1（默认）	G_xy / G_xx	响应噪声占主导——力锤测试的常规选择。
H2	G_yy / G_yx	力（输入）噪声占主导；在共振峰处更稳健。
Hv	H1 与 H2 的几何平均	两个通道上都存在噪声。

相干性与 FRF 一同计算，并作为逐频率的质量指标实时显示（1.0 = 完全相干）。

实时质量反馈

每次敲击都被即时检查。问题会以标志显示并以不同的可听提示播放，让您的目光可以专注于结构：

标志	含义	默认触发条件
双击	力锤回弹并在一个块内敲击了两次。	出现第二个高于峰值约 10% 的力脉冲（灵敏度 0.9）。
过载	力或响应削波超出输入量程。	任何采样达到通道量程的约 99%。
欠载	相对于量程敲击过弱。	力峰值低于量程的约 5%。
相干性差	关注频带内的平均相干性较差。	多次敲击的平均相干性低于配置的下限。

测量屏幕显示捕获的力和响应时间块（叠加了活跃的窗）、以 dB 表示的累积 FRF 幅值、实时相干性曲线，以及一个已接受敲击计数器（例如"敲击已接受 (3/5) — 继续敲击。"）。开启自动剔除 （默认）时，好的敲击被自动接受，坏的被丢弃；关闭它可用接受 / 剔除手动确认每次敲击。当达到目标敲击数时，会响起完成提示音，工作流程推进到下一个移动测点。

FRF 显示量与模态指示器

实测 FRF 可以任一以下工程量显示和导出（均由实测加速度导纳导出）：

量	比值	单位
加速度导纳（默认）	a / F	(m/s²) / N
速度导纳	v / F	(m/s) / N
柔度（位移导纳）	x / F	m / N
动刚度	F / x	N / m
机械阻抗	F / v	(N·s) / m
视在质量	F / a	(N·s²) / m

累加 FRF模态指示器（以 dB 或线性）叠加所有实测 FRF 的功率和，让您能发现共振峰以及任何缺少响应能量的频带——这是活动期间的快速完整性检查。

第 7 步：导出

当移动计划完成后，导出组装好的 FRF 矩阵或直接交给模态分析：

操作	格式 / 目标	说明
导出 UFF	UFF Type 58 (`.uff`)	节点处函数式 FRF；所有主流模态软件均可读取。
导出 Excel	`.xlsx`	频率列加上每个 FRF 通道一列，用于电子表格后处理。
导出 HDF5	`.h5`	标准 HDF5 数据集（非 HEAD 专有的 `.hdf`）。
保存实测 FRF	谛耳 FRF 文件	完整往返保存结果（移动步骤、时间块、元数据），使您日后可重新加载并重算窗，而无需重新敲击。
发送到模态分析	EMA 工作区	将 FRF 矩阵发布到第 3 步：算法以进行极点拾取和验证。

无需重测即可重算：加载已保存的测量后，您可以更改力/响应窗、FRF 估计器或显示量， FRF 会从存储的时间块中重新计算——无需再次敲击结构。