频率响应函数（FRF）的测量对于结构的动态表征起着重要作用。在大多数情况下，其目的是对系统进行基于测量的分析，或确定动态特性以验证仿真模型。
结构动力学中一种广泛采用的FRF采集方法是使用脉冲锤对系统进行激励，并利用加速度计测量响应。该方法的缺点在于，所使用的传感器（包括其质量和刚度，如连接线缆）会导致被分析系统发生变化，例如在非常轻的结构中，这可能会引起结构动力学行为的显著变化。
一种用于非接触式获取系统响应并消除接触式传感器质量加载效应的替代方案是使用激光多普勒振动计（LDV）。 与加速度计相比，以往的激光振动计测量系统存在一个缺点：例如在振动节点区域或对于串扰分量（垂直于激励方向的响应自由度）而言，其信噪比不够“干净”。这限制了其应用于基于频率的子结构分析（FBS）等领域的应用，这一情况一直持续至今。
下文将探讨QTec 多路径干涉测量技术在技术结构频率响应函数（FRF）采集中的应用。文中针对两个不同的应用案例，分别与加速度计以及单路径干涉仪（PSV-400 ）进行了对比分析。
示例 1：对车辆进行输入导纳测量
对系统进行结构动力学评估的一项重要任务，是检测与其他组件耦合点处的导纳（速度/力）。例如，对接口处的机械导纳进行分析，有助于评估和识别测试夹具可能影响被测结构行为的频率范围。这在“阻尼力”试验台的设计和特性分析中起着尤为重要的作用。
一般而言，要对接口进行全面评估，必须考虑所有三个平移和旋转自由度。 换言之，串扰分量（垂直于激励方向）与主要自由度（沿激励方向）同样重要，在大多数测试情况下都必须予以记录。为评估QTec 多路径干涉测量法的适用性，在靠近激励位置的车辆侧梁上进行了输入导纳测量。测量位置以及扫描头的定位如图1所示。
图1的右侧展示了该测量点的细节图。为了能够激发全部三个平移自由度，将一个由铝制成的辅助块粘贴在该位置上，并在其上安装了一个加速度计（制造商：PCB Piezotronics，型号：365A45），用于与振动计数据进行对比。 此外，还在该块体上贴有逆反射胶带，以确保光学测量的信号质量达到最佳。后续测试表明，即使不使用该胶带，也能获得非常好的结果。该结构使用配备不同锤头的冲击锤（制造商：PCB Piezotronics，型号：086C03）进行激励。
除了PSVQTec 之外，还使用了“PAK MKII”系统（Müller-BBM VibroAkustik Systeme GmbH）进行数据采集，以便分别评估各个锤击。除了加速度计（X/Y/Z）的输出信号外，力信号也被发送至PSVQTec ，从而能够无缝比较来自两个传感器（加速度计和振动计）的频率响应函数（FRF）测量结果。 为确保“同等条件”下的比较，两个系统均采用了相同的窗函数设置（力信号采用矩形窗；响应信号采用指数窗）。图2展示了不同激励方向下的导纳对比。
图2的左侧部分显示了主对角线上的一个元素，其中激励和响应检测均在y方向（车辆纵轴的横向）进行。相比之下，右侧的三幅图显示了激励方向为z方向（车辆垂直轴）而响应检测方向为y方向的导纳。 所示的频率响应函数（FRF）是基于使用两种硬度不同的锤头进行的两次测量结果综合而成的，旨在覆盖尽可能宽的频率范围（软锤头覆盖约200 Hz以下；硬锤头覆盖200 Hz至3000 Hz）。
如图所示，所选导纳在幅值和相位频率响应方面均高度吻合。本案例研究表明，两种响应采集方法在主分量和串扰分量方面均能得出可比的结果。这证明，利用多路径干涉法采集实际技术结构的输入导纳，对于主元素和非对角元素均是可行的。
例 2：对塑料部件进行的实验模态分析
本文介绍的第二个示例旨在比较两种振动计测量系统：PSVQTec （多路径）和PSV-400 （单路径）。 为此，使用这两套系统对一个塑料部件进行了实验模态分析（EMA）。实验装置如图3所示。除坐标系外，图中还显示了系统的自由-自由悬挂结构、自动模态锤（制造商Maul-Theet GmbH，型号vImpact-60）的定位，以及用逆反射胶带对被测物进行标记的情况。
两项实验均采用相同的扫描点网格（约120个测量点）、测量设置以及可比的激励源。首先，以测定的导纳的实部为例，对获得的频率响应函数（FRF）进行比较，如图4所示。图中左侧和右侧分别显示了来自PSVQTec 和PSV-400 的FRF。 上方两幅图展示了y方向（平面内）的响应。下方图示则展示了z方向（平面外）的系统响应。这些图用于对实部进行定性比较，因此各响应曲线略微呈半透明状。因此，颜色较深的区域表示多个FRF发生重叠的频率点。
首先，对 z 方向上频率响应函数（FRF）的比较表明，这两个测量系统在定性上具有良好的一致性。 共振频率中可辨别的偏移（例如在约2 kHz处），可归因于塑料部件的预处理。使用PSV-400 进行的测量是在将样品置于环境试验箱中进行预处理后进行的。另一方面，使用PSVQTec 进行的测量则未进行预处理，这可能导致材料中含水率的变化，从而引起固有频率的偏移。
与面外（z）方向的数据相比，面内（y）方向的频率响应函数（FRF）中可观察到显著差异——如前两幅图所示。这一点在噪声底线上尤为明显：与QTec 系统相比，PSV-400 的噪声底线更为显著，且高出数倍。 显著的噪声底限——特别是在模态密度较高（本例中为750-1500 Hz）且平面分量占主导的频段——可能会导致难以甚至无法以可接受的置信度确定模态参数。最后，图5展示了使用这两种系统进行模态阻尼估计的比较结果。
根据图中所示的数据点可以观察到，使用PSV（QTec ）可以测定出显著更多的模态，这一点在750–1500 Hz的频率范围内尤为明显。图中还展示了第四模态的示意图，该模态具有显著的平面分量，且测得的阻尼值明显不同。这是由于PSV-400 （单路干涉仪）在平面方向上的噪声底更高所致。 综上所述，该比较表明，在进行EMA时，采用多路径干涉测量技术可获得显著优势。
结论与展望
上述对比表明，QTec 多路径干涉测量技术使得光学激光振动计测量系统能够获取具有无与伦比动态范围（从极小位移到极大位移）的频率响应函数（FRF）。此外，与单路径干涉测量相比，该技术在面内和串扰测量方面的改进，为全新的应用领域开辟了可能性。
例如，前文提到的基于频率的子结构化（FBS）技术，正是利用这项创新技术的理想应用场景。FBS的一个重要组成部分是耦合点的表征，与加速度计相比，光学方法能够以更高的空间分辨率检测耦合点，并将其纳入后续的数值分析中。这使得现有的实验分析方法得以扩展，特别是在耦合点表现出弹性变形的频率范围内。
