人工激振是各類噪音與振動技術的基礎，涵蓋實驗模態分析、傳遞路徑分析、載荷辨識、模擬模型關聯性分析、混合建模等領域。結構激振可透過多種方式實現，從手動衝擊錘、自動衝擊錘、外部支撐式激振器（圖 1）到自支撐式激振器皆可。
因應不斷變化的測試生態系統，調整激發機制
我們將首先探討人工激振技術的近期發展。無論是針對運行測試還是人工激振測試，振動與噪音感測設備的分辨率均有所提升。商用加速度計、通用測量前端，以及Polytec 的雷射掃描系統，現已能夠以可靠的方式偵測更微弱的訊號。 此外，力與尺寸／重量之比亦可大幅提升。這兩項改進的結合，使得在廣泛的應用領域中使用極小且自支撐的激振器成為可能。圖 2 顯示了其尺寸。
將質量負荷降至最低
下一項創新對於自支撐式振動台的應用至關重要。由於振動台的安裝可能影響被測物件的動態行為，因此自支撐式振動台內的懸掛系統必須將振動台的質量與被測物件進行解耦。對於傳統的外部懸掛式振動台而言，外部傳動桿即提供此類解耦功能。Qsources 振動台採用專利懸吊系統，可在實現所有六自由度解耦的同時，仍維持激振方向的一致性。此內部懸吊系統能在核心應用頻率範圍內，將振動台質量的±95%（26 克）與被測物體解耦。
內部懸吊系統可將激振器本體從約 270 Hz 至最高頻率約 13,000 Hz 的範圍內與被測物體解耦。這導致約 1.5 格拉姆的質量負載，比大多數傳統的激振棒附件更小，甚至比許多感測器還小。該懸吊系統具有極高的靈活性，可實現足夠低的頻率解耦。 然而，對於外部支撐式激振器及錘擊測量而言，正確的軸向或表面垂直力對準是主要考量。為此，Qsources Qlws 激振器的內部懸掛系統具備自對準功能，無需測量技術人員進行任何調整。
在激發源處進行力測量
最后一項創新涉及力值測量。將力感測器整合至振動台的懸掛部分，從而無需使用外部力感測器。這進一步降低了測試物件所承受的質量負荷。
自支撐式振動台的潛在優勢包括：
- 體積極小，可靈活應用於空間受限的場所
- 在寬廣的頻率範圍內具備充足的力值
- 在任何應用情境及傾斜角度下皆能自動對準
- 對準結果可重複且一致
- 在寬廣的頻率範圍內顯著降低質量負荷
- 與手動或自動衝擊測試不同，此振盪器不會導致鬆散懸掛的測試物件產生擺動，因此無需等待擺動衰減至可接受的程度
- 相較於手動衝擊激振，無論在何種測量情境下，皆能減少技術人員所需的時間與精力
特別是針對如上圖所示的掃描應用，相較於自動化或手動衝擊激振，振動台激振能帶來顯著的效率提升。實際上，這使得掃描能夠以顯著更高的點密度、更高的頻率，或大幅縮短的測量時間進行。
適用範圍——頻寬與樣品質量
Qsources Qlws 懸吊系統與力感測功能，已針對 270 至 10,000 Hz 的核心頻率範圍進行優化。在此頻率範圍內，即使是重量約 0.5 公斤且具有一定內部阻尼的輕型測試物體，也能進行精確測量。然而，在使用自支撐式振動台時，仍需考量某些限制。
高頻限制。在 10 kHz 以上至 13 kHz 的應用中，對於模態密度極高且重量極輕的測試物件，激振器 ±1.5 gr 的耦合部分仍可能產生影響。當物件重量低於 ±2 kg 時，10,000 Hz 以上的響應可能發生超過 1 dB 的偏移；當物件重量超過 2 kg 時，此效應則可忽略不計。
低頻限制。對於重量在±100 kg或更重的較大被測物，可將Qsources Qlws激振器應用於低於核心頻率範圍（270 Hz 至 100 Hz）的頻段。在此 100 Hz 至 270 Hz 的頻率範圍內，由於激振器的耦合效應較弱，可能無法達到核心頻率範圍內所獲得的高精度。 對於修改分析、強制響應測量、故障排除以及傳遞路徑等應用而言，這可能影響不大，因為相關要求通常較低，且重複性不受影響。但針對模態分析與有限元素模型關聯性分析，使用者應留意此風險。
第三項需提及的限制是阻尼解析度。任何感測器、纜線、彈力繩，以及 Qlws 激振器都會在某種程度上增加被測物的阻尼。此現象在模態阻尼低於 1% 的小型被測物之峰值傳遞函數響應中可見。固有頻率雖不受影響，但在測量輕型被測物時，阻尼解析度將受限於 ±1%。
輕量物件範例：碳纖維自行車車架
以下應用案例是實驗模態分析或有限元素模型對比的典型範例。測試對象為一個重達 1.6 公斤的碳纖維自行車車架。測量頻率範圍介於 100 至 2,000 Hz 之間。圖中所示的曲線分別採用曲柄軸承處（A）及後軸支撐處（B）的激振信號，並在兩端同時測量了響應。 如本文首張照片所示，傳統的支撐式激振台測量方法，由於力感測器的質量、激振桿的剛度載荷以及激振桿的模態等因素，無法獲得穩定的數據。因此，本文針對手動儀器化錘與 Qlws 激振台進行了比較。
我們將重點放在互易性驗證上，以此作為對重複性、力值、感測器對準度以及靈敏度穩定性進行嚴格測試的依據。雖然測試對象中的非線性可能也會限制互易性，但此測試框架本身具有極佳的線性特性。下圖第一張圖顯示，透過仔細的測試並搭配錘測法，可獲得良好的互易性。
如下方照片所示，使用兩台 Qlws 振動台重複進行測量。測量時採用頻率範圍介於 100 至 2,000 Hz 之間的帶限隨機訊號。先啟動其中一台振動台，並在另一台振動台的位置測量加速度響應，反覆進行此操作，以獲得與錘擊測量相同的结果。此外，亦驗證了測量的重複性，結果顯示其誤差範圍維持在 ±0.5 dB 內。
Qsources Qlws 振動台所得的互易性結果，其準確度明顯高於錘擊測量。這證實了測試對象具有良好的線性度，也顯示出該振動台在 100 至 2,000 Hz 頻率範圍內獲取精確數據的潛力。 如下所示的精確傳遞函數資料，可將測量資料與有限元素模型進行關聯。此外，在進行模態分析的參數提取時，其穩定性可避免獲得錯誤的復數模態，並能提供高度的可靠性，同時降低對操作員的依賴性。
這輛自行車的車架具有極低的阻尼和輕量化特性。這在 100 至 270 Hz 頻率範圍內的 Qlws 測量中，可能構成潛在問題。下圖顯示了在 270 Hz 以下（即核心頻率範圍之外）的裝有感測器的錘子與 Qlws 激振器之間的比較。事實上，在 130 Hz 模態下，相較於錘子測量，Qlws 測量結果確實顯示出明顯增高的阻尼。 如預期所料，該測試物件的下一模態（375 Hz）並未顯示任何差異。
框架後端的橫向擺動模態發生於 130 Hz。在此情況下，固有頻率並未出現顯著偏移。儘管如此，這仍證實了在輕質物件上應謹慎使用 270 Hz 以下的頻率範圍。此外，建議始終將激振點設置於測試結構的結構強度較高處，而非突出部位，亦不應設置於薄型或輕質測試物件面板的中心位置。
大型物體範例——傳輸路徑分析
在一輛中型整車上，會測量動力傳動系統支撐點附近主前橫樑（圖 10）所受的力，與擋風玻璃（圖 9）上的加速度響應之間的傳遞函數。該車輛的完整裝配車身重量約為 700 公斤。
此應用在傳遞路徑、改裝分析及故障排除方面更具代表性。對於傳遞路徑與載荷識別應用而言，能否接觸到難以觸及的位置是最關鍵的因素；只要激振位置正確，較高的不確定度是可以接受的。若針對車輛進行改裝分析（例如支架、支撐結構變體或擋風玻璃變體），則對數據可重複性的要求極高。
首先，以粉紅噪聲激勵 100 至 2,000 Hz 的頻率範圍。下圖首先展示了其重複性。
接著，針對車輛上的相同測量位置，使用白噪聲涵蓋 1,000 至 10,000 Hz 的頻率範圍。在此範例中，車輛的傳遞係數較低，特別是在 6,000 Hz 以上。因此，預期結果中會再次出現一些隨機誤差（噪聲）。儘管如此，在 15 秒的數據平均處理期間內，FRF 數據仍保持相當穩定的狀態。 如下圖所示，儘管 Qlws 振動台的激振力水準有限，但響應曲線中所有峰值的重複性均表現良好。
下圖中的互易性顯示，在 6,000 Hz 以下的頻率範圍內，這輛完整車輛的非線性效應仍屬有限。在 6,000 Hz 以上，互易性則難以確定，主要是因為在前擋玻璃處受激時，橫梁的加速度響應極低。 儘管如此，激振對準與響應對準仍控制得相當良好。峰值已充分穩定，並展現出對整車而言尚可的互易性。在如此笨重的結構上，Qlws 對擋風玻璃及橫梁的耦合效應均未產生顯著影響。
所獲得的重複性與互易性表明，在 270 至 10,000 Hz 的頻率範圍內，即使對於混合測試-有限元素（FE）混合建模及模擬模型相關性分析等高精度應用，亦可基於自懸式振動台的測量數據來進行。
履歷表
在Qsources ，我們致力於讓振動激發技術在任何位置與傾斜角度下——包括難以觸及的應用場景——都能實現、更高效且更精準。Qsources Qlws 憑藉其極小的體積、整合式力感測功能以及專利解耦系統，為提升效率以及開拓新應用與技術開闢了廣闊前景。
任何測量都可能存在不精確之處，且所有可行的激振方式皆有其局限，因此對潛在偏差的認知至關重要。 在 270 至 10,000 Hz 的核心頻率範圍內，針對 0.5 至 500 公斤的測試對象，Qsources Qlws 確實能夠提供高精度的測量結果；在某些情況下，對於更輕或更重的物體亦能達成。此外，亦可擴展至 100 至 13,000 Hz 的頻率範圍，但此時精確度會略低，或僅適用於特定類別的較重物體。
Qsources Qlws 能提供穩定且持續的激振，無需擔心對準問題，這在進行高密度測量點的掃描測量時是一大優勢。相較於其他激振方法，其時間效率顯著更高，從而能實現更高的空間解析度，呈現更豐富的局部細節。
