频响函数（FRF）的测量对于获取结构的动力学特性具有重要意义。在大多数情况下，我们的测试目的是对系统进行测量分析，或者确定动态特性用于验证仿真模型。
在结构动力学中广泛使用的获取频响的方法是用脉冲锤进行系统激励，用加速度计测量响应。这种方法的缺点是，粘贴式传感器存在附加质量和和刚度（电缆）影响，尤其是在测量轻质结构时，会造成被测结构的动力学特性的显著变化。
为此，一种新型振动测试设备-激光多普勒测振仪（LDV）闪亮登场，这是一种采用非接触式的测试方法，避免了传统接触式传感器的附加质量影响。与加速度计相比，以前的激光测振系统的缺点是在振动节点区域或串扰成分（垂直于激励方向的响应自由度）中，信噪比不高，这限制了其在频域子结构（FBS）中的应用。
下文将讨论QTec多通道干涉技术在工艺结构频响采集中的应用。在两种不同的应用案例中，展示出QTec与加速度计、单通道探测技术（PSV-400）的对比。
例1:车辆的输入导纳测量
系统结构动力学评估的一项重要任务是检测被测结构与其它部件耦合点的导纳（速度/力）。例如，对接触面的机械导纳进行分析，可以评估和识别测试夹具可能会对被测结构特性造成影响的频率范围，这对不变载荷试验台架的设计和表征中起着重要作用。
一般来说，对界面的完整评估需要考虑所有三向平动和三个旋转自由度。换句话说，在大多数测试中，串扰分量 （垂直于激励）与主要自由度 （与激励方向一致） 的数据一样重要，都必须记录下来。我们在靠近激励位置的车辆侧构件上进行了输入导纳测量，以评估QTec多通道干涉技术的适用性。测试位置以及扫描头的定位如图1所示。
左图：被测对象和扫描头定位的全局图
右图：粘贴上铝块和加速度计的细节图
图1的右侧显示了测点的详细视图。为了能够激发出全部三个平移自由度，将铝制的辅助块粘在被测面上，并在该处粘上PCB加速度计（型号：365A45），以便于与激光测振仪数据进行对比。此外，为保证最佳光学信号质量，我们在辅助块上贴了反光膜。进一步的试验表明，即使不贴反光膜，QTec也能获取理想测试结果。测试过程中，我们使用PCB力锤（型号：086C03）来激励被测结构，力锤可切换不同锤头。
除了PSV QTec外，我们还使用了”PAK MKII”系统（德国米勒贝姆振动与声学系统有限公司）进行数据采集，以便分别评估锤击的冲击响应。除了加速度计（X/Y/Z）输出外，力信号也被传送到PSV QTec，以便两个传感器（加速度计和激光测振仪）的测试数据可以进行无缝对比。为确保两套系统在相同条件下获取测试数据，我们在这两套系统中设置相同了窗函数（矩形窗用于力信号；指数窗用于响应信号）。图2为不同激励方向的导纳比较。
左图：主对角线元素（激励和响应在同一方向）
右图：对角线外元素（激励和响应在正交方向上）
图2的左侧部分显示了主对角线元素，检测的是y向的激励和频响（横跨车辆纵轴），右侧的三个图包括z向（车辆垂向轴）的激励导纳和y向的频响检测。图中所示的频响曲线是由使用两个不同硬度的锤头进行激励的两次测试结果组合而成，以覆盖尽可能宽的频率范围（软锤头可达约200 Hz；硬锤头覆盖200~3000Hz。
如图所示，所选导纳在幅频响应和相频响应的测试结果吻合度很高。本案例研究表明，这两种测试方法对主成分和串扰成分的测试结果高度相似。这证明了采用多通道干涉技术来获取实际工艺结构的输入导纳是可行的，不论是主对角线元素还是非对角线元素均可行。
例2:塑料件的试验模态分析
第二个案例旨在比较两种扫描式激光测振系统：PSV QTec（多通道干涉技术）和PSV-400（单通道干涉技术）。为此，我们使用这两种测试系统对塑料部件进行试验模态分析（EMA）。试验搭建如图3所示。
除坐标系外，图中还可见系统的自由-自由悬挂，自动模态力锤的定位（制造商Maul-Theet GmbH，型号为vImpact-60）以及在被测表面上的反光膜。
两次试验使用的是相同的测点布置（大约120个测点）和参数设置，以及类似的激励源。首先，以测得的导纳的实部为例，对获取的频响进行比较，如图4所示。左侧和右侧分别是PSV QTec和PSV-400获取的频响曲线。上面的两图是y向（面内）响应。下图则显示了z向（面外）响应。这些图用于对实部进行定性比较，因此单个响应显示得稍微透明一些，较暗的区域表明在某些频率频响重合。
上部两图是y向响应（与激励方向正交，“面内”分量）
下部两图是z向响应（激励方向，“面外”分量）
首先，两种测量系统在z向上的频响曲线表现出较好的一致性。但共振峰会出现偏差，例如在大约在2 kHz处。这可以用塑料部件是否进行过预处理来解释。PSV-400是在环境仓中对被测样品进行预处理后进行测试的。而PSV QTec在测量时并没有对被测样品进行预处理，这可能是由于材料中含水量的变化而导致其固有频率发生变化。
从上面的两个频响函数可以看出，与面外（z向）数据相比，面内（y向）数据差异显著。尤其体现在本底噪声上，与QTec系统相比，PSV-400的本底噪声要明显得多，要高出几倍。如此高的本底噪声，在模态密度较高的频率范围内（750- 1500Hz）以及面内分量占主导地位的频率范围内，会导致很难甚至无法识别模态参数。最后，使用这两种系统进行模态阻尼估算的对比如图5所示。
如上图所示，可以发现PSV QTec可以确定更多的模态，尤其是在750~1500 Hz的频率范围内。该图还显示出第四阶模态，它是一个面内振型，但两个系统给出的阻尼比明显不同。这是由于PSV-400（单通道干涉技术）在面内具有较高的本底噪声。总之，通过对比表明，在进行EMA测试时，多通道干涉技术具有明显的技术优势。
总结和展望
根据上述测试对比表明，QTec多通道干涉技术具有无与伦比的动态范围，测得的振动位移可以从很小到很大，是获取频响函数的理想光学振动测试系统。此外，与单通道干涉技术相比，尤其是在面内分量较多和测试中存在串扰时，有巨大的提升，为新应用提供更多的可能。
例如，这种创新型技术非常适合前面提到的频域子结构（FBS）测试。FBS的一个重要组成部分是耦合点的表征，与传统加速度计相比，激光测振仪可以在空间细节上更好地对耦合点进行测试，并在后续的仿真模型中将这些耦合点考虑在内。这可以拓展现有的试验分析方法，尤其是在耦合点在一定频域内表现出弹性变形的情况。
Images courtesy: Images courtesy of the authors unless otherwise specified. Cover image: Gorodenkoff/shutterstock.com
