人工激励是各种噪声与振动技术的基础，涵盖从实验模态分析、传递路径分析、载荷识别、仿真模型关联到混合建模等多个方面。结构激励可通过多种方式实现，包括手动冲击锤、自动冲击锤、外支撑振动台（图1）以及自支撑振动台等。
随着测试生态系统的变化，激励机制也在随之调整
我们将首先讨论人工激励领域的一些最新进展。无论是运行测试还是人工激励测试，振动和噪声传感设备的分辨率都得到了提升。商用加速度计、通用测量前端以及Polytec 的激光扫描系统现在都能以可靠的方式检测更微弱的信号。 此外，力与尺寸/重量之比也显著提高。这两项改进的结合，使得在广泛的应用领域中使用非常小巧且自支撑的振动台成为可能。图2展示了其尺寸。
尽量减少质量负荷
下一项创新对于自支撑式振动台的应用至关重要。安装振动台时，可能会影响被试件的动态行为。因此，自支撑式振动台内部的悬挂系统必须将被试件与振动台的质量解耦。对于传统的外部悬挂式振动台，外部振动杆可提供这种解耦作用。Qsources 振动台采用专利悬挂系统，可在实现所有六个自由度解耦的同时，仍保持激励方向的一致性。该内部悬挂系统在核心应用频率范围内，可将振动台质量的±95%（26克）与被试件解耦。
该内部悬挂系统可在约270 Hz至最高约13,000 Hz的频率范围内将振动台本体与被测对象解耦。由此产生的质量负载约为1.5克，小于大多数传统的连接杆附件，甚至小于许多传感器。该悬挂系统具有很高的柔韧性，可实现足够低的频率解耦。 但对于外部支撑式振动台和锤击测量而言，正确的轴向或表面垂直力对准是主要关注点。为实现这一点，Qsources Qlws振动台的内部悬挂系统具有自对准功能，无需测量技术人员进行任何调整。
激励源处的力测量
最后一项创新涉及力测量。将力传感器集成到振动台的悬挂部分中，从而无需使用外部力传感器。这进而降低了被测对象所承受的质量负荷。
自支撑振动台的一些潜在优势包括：
- 体积非常小，可在狭窄或难以进入的位置灵活使用
- 在宽频范围内具有充足的力水平
- 在任何应用场景和倾斜角度下均可自动对准
- 对中精度高且重复性好
- 在宽频率范围内显著降低质量载荷
- 与手动或自动冲击试验中观察到的情况不同，该振动器不会导致松散悬挂的测试对象发生摆动——而手动或自动冲击试验通常需要等待摆动衰减至可接受水平
- 与手动冲击激励相比，在任何测量情况下，技术人员所需的时间和精力都得到了减少
特别是在扫描应用中（如上图所示），与自动化或手动冲击激励相比，振动台激励能显著提高效率。实际上，这使得扫描能够以更高的点密度、更高的频率或更短的测量时间进行。
适用范围——带宽和样品质量
Qsources Qlws 悬挂系统和力传感器针对 270 至 10,000 Hz 的核心频率范围进行了优化。在此频率范围内，即使是重量约为 0.5 kg 且具有一定内部阻尼的轻质被测物，也能进行精确测量。不过，在使用自支撑振动台时，仍需考虑一些限制因素。
高频限制。在10 kHz至13 kHz的应用中，对于模态密度较高且重量极轻的被测物体，振动台±1.5 gr的耦合部分仍可能产生影响。当物体重量在±2 kg范围内时，10,000 Hz以上的响应可能发生超过1 dB的偏移。当物体重量超过2 kg时，该效应可忽略不计。
低频限制。对于重量在±100 kg或更重的较大被试件，Qsources 的Qlws振动台可在低于其核心频率范围（270 Hz至100 Hz）的频段内使用。在100 Hz至270 Hz的频率范围内，由于振动台的耦合效应较弱，可能无法达到核心频率范围内所获得的高精度。 对于改型分析、激振响应测量、故障排查以及传递路径等应用，这一点可能并不十分重要，因为这些应用的要求通常较低，且重复性不受影响。但对于模态分析和有限元模型关联，用户应意识到这一风险。
需要提到的第三个限制是阻尼分辨率。任何传感器、电缆、蹦极绳以及 Qlws 振动台都会在一定程度上增加被测物的阻尼。在模态阻尼低于 1% 的小型被测物上，这一点在峰值传递函数响应中可见。固有频率不受影响，但在测量轻型被测物时，阻尼分辨率仅限于 ±1%。
轻质物体的例子：碳纤维自行车车架
下述应用是实验模态分析或有限元模型关联分析的典型案例。测试对象为一个重1.6 kg的碳纤维自行车车架。测量频率范围为100至2,000 Hz。图中所示曲线分别采用了在曲柄轴承处（A）和后轴支点处（B）施加的激励，并在两端均测量了响应。 如本文首张照片所示，传统的支承式振动台测量方法，由于力传感器质量、激振杆刚度载荷以及激振杆模态等因素，无法获得稳定的数据。因此，本文对手动安装式冲击锤与 Qlws 振动台进行了对比。
我们重点关注互易性验证，将其作为对重复性、力值、传感器对准以及灵敏度稳定性的严格测试。虽然被测对象中的非线性可能也会限制互易性，但该测试框架本身具有很高的线性度。下图中的第一张图表显示，通过结合锤式测量进行的仔细测试，可以获得良好的互易性。
如下图所示，使用两台Qlws振动台重复进行了测量。测量时采用频率范围在100至2,000 Hz之间的带限随机信号。先启动其中一台振动台，然后在另一台振动台所在位置测量加速度响应。如此交替进行，所得结果与锤击测量结果一致。此外，还验证了测量的重复性，其误差范围控制在±0.5 dB以内。
Qsources Qlws振动台的互易性测试结果显示，其精度明显高于锤击测量法。这证实了被测对象具有良好的线性度，同时也表明该振动台在100至2,000 Hz频率范围内能够获取准确数据。 如下所示的精确传递函数数据，使得测量数据能够与有限元模型建立关联。此外，在进行模态分析的参数提取时，该稳定特性可避免获得错误的复模态，从而确保高度的可靠性并降低对操作人员依赖性。
该自行车车架具有极低的阻尼和较轻的重量。这在100至270 Hz频率范围内的Qlws测量中可能是一个潜在问题。下图展示了在270 Hz以下（即核心频率范围之外）的带传感器锤与Qlws振动台的对比结果。事实上，在130 Hz模态下，与锤测结果相比，Qlws测量的阻尼明显增大。 如预期所料，该测试对象的下一个模态（375 Hz）未显示出任何差异。
框架后端的横向摆动模态发生在130 Hz。在此情况下，固有频率没有明显偏移。尽管如此，这仍证实了在轻质试件上应谨慎使用270 Hz以下的频率范围。此外，建议始终将激励点设置在试件结构强度较高的位置，而非突出部位，也不应位于薄壁或轻质试件面板的中心附近。
大型物体示例——传输路径分析
在一辆中型整车上，测量了动力总成支撑附近主前梁（图10）所受的力与挡风玻璃（图9）上的加速度响应之间的传递函数。该车辆的完全装配且内饰完备的车身重量约为700千克。
该应用在传递路径分析、改型分析及故障排查方面更具代表性。对于传递路径和载荷识别应用而言，能否接触到难以触及的位置是最关键的因素，只要在正确位置施加激励，即使存在较高的测量不确定度也是可以接受的。在对车辆进行改型分析时（例如支架、支撑结构变体或挡风玻璃变体），对数据可重复性的要求很高。
首先，使用粉红噪声激励 100 至 2,000 Hz 的频率范围。下图首先展示了重复性。
接下来，针对车辆上的相同测量位置，使用白噪声覆盖了 1,000 至 10,000 Hz 的频段。车辆的传递函数较低，尤其是在本例中 6,000 Hz 以上的频段。因此，预计结果中还会出现一些随机误差（噪声）。尽管如此，在 15 秒的数据平均过程中，FRF 数据仍保持了相当稳定的状态。 如下图所示，尽管Qlws振动台的激励力水平有限，但响应曲线中所有峰值处的重复性均表现良好。
下图中的互易性表明，在6,000 Hz以下的频率范围内，该整车的非线性效应仍然有限。在6,000 Hz以上，互易性存在不确定性，主要是因为在挡风玻璃处施加激励时，横梁处的加速度响应非常低。 尽管如此，激励对准和响应对准仍得到了良好控制。峰值已充分稳定，并展现出整车应有的良好互易性。在如此笨重的结构上，Qlws 与挡风玻璃及横梁之间的耦合效应并未产生显著影响。
所获得的重复性和互易性表明，在270至10,000 Hz的频率范围内，即使对于混合试验-有限元（FE）混合建模和仿真模型关联等高精度应用，也可以基于自悬式振动台测量数据进行。
简历
在Qsources ，我们致力于使振动台激励技术在所有位置和倾斜角度下（包括难以触及的应用场景）都能切实可行、更高效、更精准。Qsources Qlws凭借其极小的体积、集成式力传感器以及获得专利的解耦系统，为提升效率以及开拓新的应用和技术开辟了广阔前景。
任何测量都存在不准确的风险，且所有可能的激励方式都存在局限性，因此对潜在偏差的认识具有重要价值。 在270–10,000 Hz的核心频率范围内，针对0.5至500 kg的被测物体，Qsources Qlws无疑能够提供高精度测量结果；在某些情况下，对更轻或更重的物体同样适用。扩展频率范围100–13,000 Hz也可实现，但精度会有所降低，或仅适用于部分较重的物体。
Qsources Qlws 提供的稳定连续激励无需担心对准问题，这是在高密度测量点扫描测量中的主要优势。与其他激励方法相比，其时间效率显著更高，从而可实现更高的空间分辨率，展现更多局部细节。
