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電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法
【專利摘要】提供了一種電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)（10）和方法。所述系統(tǒng)（10）具有控制器裝置（12）和聯(lián)接至控制器裝置（12）的沖擊器組件（20）。沖擊器組件（20）具有外殼（22）和設(shè)置在所述外殼（22）內(nèi)的永磁體（70）。沖擊器組件（20）進(jìn)一步具有設(shè)置在外殼（22）內(nèi)在磁軛外殼（50）的磁隙（94）內(nèi)的音圈（112）。音圈（112）由控制器裝置（12）驅(qū)動。沖擊器組件（20）進(jìn)一步具有由兩個或者更多支撐元件（174）支撐的驅(qū)動軸（130）。驅(qū)動軸（130）附連至音圈（112）并且由音圈（112）驅(qū)動。沖擊器組件（20）進(jìn)一步包括附連至驅(qū)動軸（130）的自由端（142）的測力傳感器（144）和設(shè)置在磁軛外殼（50）內(nèi)的偏置裝置（96）。
【專利說明】電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及模態(tài)分析系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及自動的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模態(tài)分析日益成為航空航天、汽車行業(yè)和結(jié)構(gòu)工程與設(shè)計工業(yè)以及其他工業(yè)的結(jié)構(gòu)和零部件的開發(fā)與測試的重要部分。模態(tài)分析測量和分析當(dāng)由輸入激勵時結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)。在結(jié)構(gòu)分析和測試中，模態(tài)分析可以被用于確定在自由振動期間結(jié)構(gòu)的固有振型和頻率。詳細(xì)的模態(tài)分析可以被需要以評估結(jié)構(gòu)動態(tài)問題的可能性，例如疲勞、振動和噪音。
[0003]已知的手動沖擊激勵的模態(tài)分析測試方法和系統(tǒng)存在。然而，當(dāng)在測試期間沖擊之間產(chǎn)生的沖擊力改變和/或者沖擊位置和沖擊角度均勻輕微改變時，這種已知的手動方法和系統(tǒng)提供低質(zhì)量的數(shù)據(jù)。此外，這樣的已知的手動的方法和系統(tǒng)可以具有長的測試時間，由于沖擊之間增加的時間，這可以在操作者試圖控制錘子時需要，以及由于從可能的雙重沖擊增加的時間，其從數(shù)據(jù)立場是不可接受的并且用錘子是幾乎不可避免的。
[0004]此外，已知的自動沖擊激勵模態(tài)分析裝置和系統(tǒng)存在。然而，這樣的自動裝置和系統(tǒng)可能太大而不能適合于許多有利于測試的區(qū)域、可能由于它們的較大尺寸而不能靈活操控、可能通過使用正在被測試的結(jié)構(gòu)與沖擊裝置之間的接觸點而使數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和/或可能具有沖擊特征的限制可控性。例如，已知的自動沖擊激勵模態(tài)分析裝置，例如儀表模態(tài)測試錘不能提供可靠地控制力或者沖擊位置或者沖擊角度。此外，一種這樣的已知的自動沖擊激勵模態(tài)分析裝置使用專用控制電路驅(qū)動電磁線圈。然而，這樣的電磁線圈的使用僅可以調(diào)整振幅而不可以調(diào)整脈沖寬度。而且，這樣的電磁線圈的使用可能具有限制的可控性并且可能扭曲正在被測試結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，例如當(dāng)其放置在正在被測試的結(jié)構(gòu)上時。
[0005]因此，在本領(lǐng)域需要改進(jìn)的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法，其提供優(yōu)于已知系統(tǒng)和方法的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]這個對于改進(jìn)的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法的需要被滿足。如在下面的【具體實施方式】中所討論的，改進(jìn)的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)和方法的實施例可以提供優(yōu)于現(xiàn)有系統(tǒng)和方法顯著的優(yōu)點。
[0007]在本公開的一個實施例中，提供了一種電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括控制器裝置。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括聯(lián)接至控制裝置的沖擊器組件。所述沖擊器組件包括外殼。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括設(shè)置在外殼內(nèi)的永磁體。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括設(shè)置在外殼內(nèi)磁軛外殼的磁隙內(nèi)的音圈。所述音圈由控制器裝置驅(qū)動。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括由兩個或者更多支撐元件支撐的驅(qū)動軸。所述驅(qū)動軸附連至所述音圈并且由音圈驅(qū)動。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括附連至驅(qū)動軸的自由端的測力傳感器。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括設(shè)置在磁軛外殼內(nèi)的偏置裝置。[0008]在本公開的另一實施例中，提供一種自動的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括音頻放大器。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括通過多個沖擊信號線聯(lián)接至音頻放大器的沖擊器組件。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括外殼，其包括第一外殼部分和第二外殼部分。所述第二外殼部分包括磁軛外殼。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括安放在磁軛外殼內(nèi)的磁組件。所述磁組件包括永磁體，其聯(lián)接在磁軛基板與磁軛中心極之間并且由磁軛外部極包圍。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括設(shè)置在磁軛外殼內(nèi)的偏置裝置。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括設(shè)置在外殼內(nèi)磁軛外殼磁隙內(nèi)的音圈。所述音圈由音頻放大器驅(qū)動。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括由兩個或者更多支撐元件支撐的驅(qū)動軸。所述驅(qū)動軸被整體加工至音圈的電樞支撐。所述驅(qū)動軸由音圈驅(qū)動，所述沖擊器組件進(jìn)一步包括附連至驅(qū)動軸自由端的測力傳感器。所述沖擊器組件進(jìn)一步包括附連至測力傳感器的沖擊尖端。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括鉸接安裝裝置，所述沖擊器組件被安裝在上面。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括計算機裝置以檢查并分析用所述系統(tǒng)測量的電動模態(tài)沖擊測試測量。
[0009]在本公開的另一實施例中，提供一種執(zhí)行電動模態(tài)沖擊測試的方法。所述方法包括以下步驟:在被測試動態(tài)模態(tài)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)上施加持續(xù)時間大約I毫秒到大約10毫秒的之間的短持續(xù)時間力沖擊。所述方法進(jìn)一步包括使得音圈和由磁隙內(nèi)的音圈驅(qū)動的驅(qū)動軸居中。所述方法進(jìn)一步包括偏置音圈和驅(qū)動軸在靜止的位置以提供長的向外行程和最小的向內(nèi)行程。所述方法進(jìn)一步包括使用附連至驅(qū)動軸的自由端的測力傳感器測量沖擊力。
[0010]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點能夠在本公開的不同實施例中獨立獲得或者可以與其他實施例結(jié)合獲得，其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)能夠參照下面的說明書和附圖被顯現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參照下面的【具體實施方式】結(jié)合附圖，本公開能夠更好地被理解。【專利附圖】

【附圖說明】優(yōu)選的和示例的實施例，但是其不必按照尺寸繪制，其中:
[0012]圖1A是可被用在本公開的系統(tǒng)和方法中的沖擊器組件的實施例的透視說明圖，所述沖擊器組件被示為安裝在鉸接安裝裝置上處于第一位置；
[0013]圖1B是安裝在鉸接安裝裝置上處于第二位置的圖1A的沖擊器組件的透視說明圖；
[0014]圖1C是安裝在鉸接安裝裝置上處于第三位置的圖1A的沖擊器組件的透視說明圖；
[0015]圖2A是可以用在本公開的系統(tǒng)和方法中并且被示出處于未裝配位置的沖擊器組件的實施例的透視分解圖；
[0016]圖2B是被示出處于裝配位置的圖2A的沖擊器組件的透視說明圖；
[0017]圖3是可以用在本公開的系統(tǒng)和方法的磁組件的實施例的特寫前視圖；
[0018]圖4是在本公開的系統(tǒng)和方法中使用的具有偏置設(shè)備的實施例的沖擊器組件的實施例的透視說明圖，其被示出帶有處于斷開位置的外殼部分；
[0019]圖5是在本公開的系統(tǒng)和方法中使用的具有偏置設(shè)備的另一實施例的沖擊器組件的實施例透視說明圖，其被示出帶有處于斷開位置的外殼部分；
[0020]圖6是在本公開的系統(tǒng)和方法中使用的音圈的實施例的特寫說明圖；
[0021]圖7A是在本公開的系統(tǒng)和方法中使用的沖擊尖端、測力傳感器和驅(qū)動軸連接的實施例的側(cè)視透視圖；
[0022]圖7B是可以用在本公開的系統(tǒng)和方法的沖擊尖端和具有應(yīng)變計(166)的驅(qū)動軸的另一實施例的側(cè)視透視圖；
[0023]圖8A是第一外殼部分的內(nèi)部的俯視透視圖，其示出帶有第一支撐元件例如襯套的第一端板；
[0024]圖SB是第一外殼部分的內(nèi)部的俯視透視圖，其示出帶有第二支撐元件例如襯套的第二端板；
[0025]圖9是說明本公開的系統(tǒng)的一個實施例的框圖說明；
[0026]圖10是使用小型音頻放大器的鋼沖擊尖端、塑料沖擊尖端和橡膠沖擊尖端的最大力測量力隨時間變化的曲線圖；
[0027]圖11是使用小型音頻放大器的鋼沖擊尖端、塑料沖擊尖端和橡膠沖擊尖端的最小力測量力隨時間變化的曲線圖；
[0028]圖12是使用中等音頻放大器的鋼沖擊尖端的最大力測量力隨時間變化的曲線圖；
[0029]圖13是使用大的音頻放大器的剛沖擊尖端的最大力測量力隨時間變化的曲線圖；
[0030]圖14是由于手動錘沖擊和使用本公開的系統(tǒng)和方法的自動沖擊的“標(biāo)準(zhǔn)化”(也就是，除以力的響應(yīng))力沖擊隨測量的頻率變化，結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)的曲線圖；
[0031]圖15是說明本公開的方法的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]公開的實施例在下文將參照附圖更加全面地被描述，其中一些但不是全部公開的實施例被示出。確實，一些不同的實施例可以被提供并且不應(yīng)被視為局限于文中闡述的實施例。相反，這些實施例被提供以便本公開將更加深入和完整并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本公開的內(nèi)容。
[0033]現(xiàn)在參照附圖，在本文中公開的一個實施例中，提供了 一種用于執(zhí)行電動模態(tài)試驗和測試的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)10 (文中也稱為“系統(tǒng)10”)(見圖9)。如本文中所使用的，“電動模態(tài)測試”意思是要被測試的結(jié)構(gòu)的振動試驗的形式，其中被測試的結(jié)構(gòu)197(見圖9)的固有(模態(tài))頻率、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼比和模態(tài)振型被確定。在另一實施例中，如本文中所公開的，提供了一種用于執(zhí)行電動模態(tài)沖擊試驗和測試的方法300 (見圖15)。優(yōu)選地，系統(tǒng)10和方法300是自動的。
[0034]系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例的教示可以用于執(zhí)行在商用飛行器、貨用飛行器、軍用飛行器、旋翼飛機和其他類型的飛行器或者航空器以及航天器、衛(wèi)星、航天發(fā)射器、火箭和其他的航天器的制造和生產(chǎn)中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件上的電動模態(tài)沖擊試驗和測試。還將理解的是，系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例可以用于執(zhí)行汽車、卡車、公共汽車、輪船、小船、火車或者其他合適的交通車輛的制造和生產(chǎn)中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件上的電動模態(tài)試驗和測試。
[0035]圖9是說明本公開的系統(tǒng)10的一個實施例的框圖說明。如圖9所示，系統(tǒng)10包括控制器裝置12?？刂破餮b置12可優(yōu)選地包括音頻放大器14(見圖9)，例如針對聲音、振動和電聲的應(yīng)用優(yōu)化的高性能功率放大器?，F(xiàn)有的商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)音頻放大器可以被用于本文中公開的系統(tǒng)10內(nèi)。如圖9所示，系統(tǒng)10進(jìn)一步包括連接至控制器裝置12的連接器16。連接器16可以優(yōu)選地包括多個沖擊信號線18 (見圖1B、圖9)，例如導(dǎo)線或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他合適的信號輸入機構(gòu)。
[0036]如圖9所示，系統(tǒng)10進(jìn)一步包括沖擊器組件20。沖擊器組件20優(yōu)選地通過連接器16聯(lián)接至或者連接至控制器裝置12。圖2A是在可以在系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)中使用的沖擊器組件20的實施例的透視分解圖，其被示出處于未裝配位置。圖2B是示出圖2A的沖擊器組件處于裝配位置示出的透視圖。如圖2B所示，沖擊器組件20包括外殼22。如圖2A-2B所不,夕卜殼22可以包括第一外殼部分24a和第二外殼部分24b。如圖2A所不,第一外殼部分24a包括第一端26a和第二端26b。如圖2A進(jìn)一步所不,第一外殼部分24a可以包括具有開口 30的蓋部分28和具有一個或更多緊固件開口 33 (見圖4)的基座部分32 (見圖4)和基座缺口部分34 (見圖4)。蓋部分28和基座部分32可以以一體配置構(gòu)造或者可以是用合適的粘接或者附連工具粘接或者附連至一起的分離的零件。第二外殼部分24b配置為當(dāng)沖擊器組件20裝配以供使用時滑動并且與第一外殼部分24a的基座部分32配合。
[0037]如圖2A進(jìn)一步所示，第一外殼部分24a的基座部分32可以具有安裝并形成在基座部分32的外部36的控制器連接器組件36。如圖2A所示，控制器連接器組件36可以包括一對具有用于附連輸入終端38至基座部分32的附連元件40 (見圖2B)的輸入終端38。如圖2A進(jìn)一步所示，控制連接器組件36可以包括具有開口 43和支撐表面44的焊接片42。沖擊信號線18可以被附連至焊接片42(見圖1A和圖5)。如圖2A和圖6所示，控制器連接器組件36進(jìn)一步包括穿過在基座部分32的凹陷區(qū)47形成的孔46。如圖2A進(jìn)一步所示，沖擊器組件20可以包括緊固件48。
[0038]如圖6所示，沖擊信號線18可以從輸入終端被引導(dǎo)穿過孔46。沖擊信號線18優(yōu)選地聯(lián)接信號至控制器裝置12，例如以音頻放大器14的形式，并且音頻放大器14放大低電平信號為高電平電壓和電流，其優(yōu)選地傳遞到在下面詳細(xì)討論的音圈112 (見圖2A)，其導(dǎo)致音圈112移動，從而導(dǎo)致沖擊尖端154 (見圖2A)通過驅(qū)動軸130 (見圖2A)和測力傳感器144 (見圖2A)碰撞或沖擊要被試驗或者正在試驗的結(jié)構(gòu)197 (見圖9)。沖擊信號線18優(yōu)選地以繞組120 (見圖6)的形式聯(lián)接來自音頻放大器14的信號穿過外殼22至音圈112(見圖6)。
[0039]如圖2A進(jìn)一步所示，第二外殼部分24b可以優(yōu)選地包括具有第一端52a、第二端52b和圓柱形的主體部分54的磁軛外殼50。圓柱形的主體部分54可以具有一個或更多穿過主體部分54形成的緊固件開口 106 (見圖2A)，用于一個或者更多緊固件108 (見圖2B)的插入。圓柱形的主體部分54可以進(jìn)一步具有形成在磁軛外殼50的第一端52a的槽部分104 (見圖4),用于便于磁軛外殼50附連至第一外殼部分24a。磁軛外殼50優(yōu)選地具有開放頂部56 (見圖2A)和封閉底部58 (見圖2A)。如圖4所不,磁軛外殼50具有用于安放磁組件61的內(nèi)部60 (見圖3)。
[0040]圖3是可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300中使用的磁組件61的實施例的特寫前視圖。如圖3所示，磁組件61包括具有第一側(cè)64a、第二側(cè)64b、直徑66和高度68的磁軛基板62 (見圖2A)。當(dāng)磁組件61被插入磁軛外殼50時,磁軛基板62的第二側(cè)與磁軛外殼50的內(nèi)部60的底面鄰接。如圖3進(jìn)一步所示，磁組件61包括具有第一側(cè)72a、第二側(cè)72b、直徑74和高度76的永磁體70 (見圖2A)。永磁體70的第一側(cè)72b優(yōu)選地附連或者粘接至磁軛基板62的第一側(cè)64a。如圖3進(jìn)一步所示，磁組件61包括具有第一側(cè)80a、第二側(cè)80b、直徑82和高度84的磁軛中心極78 (也見圖2A)。所述磁軛中心極78的第二側(cè)優(yōu)選地附連或者粘接至永磁體70的第一側(cè)72a。
[0041]因此永磁體70夾在磁軛基板62 (見圖3)與磁軛中心極78 (見圖3)之間。永磁體70可以包括釹硼鐵磁鐵和另一合適的磁鐵。釹硼鐵磁鐵可以用于在磁隙94 (見圖5)內(nèi)提供非常高的磁通密度同時保持緊湊的設(shè)計和尺寸。例如，永磁體70可以具有大約4英寸直徑乘6英寸長度的緊湊總封裝尺寸。然而，其他合適的緊湊尺寸也可以使用。永磁體70可以優(yōu)選具有45Mg0 (兆高斯奧斯特)的磁通密度。永磁體70具有南北朝向的磁通路徑，朝北的磁通路徑離開永磁體70的第一側(cè)72a并且穿過磁軛中心極78并且隨后變?yōu)樗降夭⑶冶粠щx至磁軛外部極(見圖2A)。磁軛外部極86聯(lián)接磁通因此圓形的磁通路徑形成。在另一實施例中，磁極可以被顛倒，以便環(huán)流通量也可以被顛倒，因為音圈112的信號的極性的顛倒可以提供音圈112和驅(qū)動軸130的必要的向外運動。
[0042]如圖2A進(jìn)一步所示，磁組件61可以進(jìn)一步包括具有第一側(cè)88a、第二側(cè)88b、中心開口 89、直徑90和高度92的磁軛外部極86。磁軛外部極86優(yōu)選地插入到磁軛外殼50的內(nèi)部60 (見圖4)，其中磁軛外部極86的第二側(cè)88b與磁軛外殼50的內(nèi)部60的底面鄰接。磁軛外部極86具有足夠的尺寸和形狀以便緊密地配合在磁軛外殼50的內(nèi)部里面并且安放磁組件61在磁軛外殼50的內(nèi)部60內(nèi)。
[0043]圖4是具有偏置裝置96的實施例的沖擊器組件20的實施例的立體圖說明，所述偏置裝置包括第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b，二者接合并相反地工作，其可以被用在本公開的系統(tǒng)10和方法300中。圖4不出在未連接位置93的第一外殼部分24a和第二外殼部分24b。如圖4所示，當(dāng)?shù)诙鈿げ糠?4b被裝配時，磁軛外部極86位于磁軛基板62上并且圍繞永磁體70和磁組件61的磁軛中心極78。優(yōu)選地,磁軛外部極86的第一側(cè)88a與磁軛中心極78的第一側(cè)80a平齊。如圖4所示，磁隙94或者空間形成在磁軛外部極86與磁軛中心極78之間。磁隙94可以優(yōu)選地具有大約0.25英寸到大約0.5英寸的高度，并且音圈112 (見圖6)優(yōu)選地具有大約I英寸到大約1.2英寸的高度。優(yōu)選地，即使音圈112正在移動，音圈112也位于磁隙94內(nèi)。本文中公開的系統(tǒng)10和方法300具有相對于磁隙94的高度和尺寸優(yōu)化的音圈112高度。如圖4所示，包括第一螺旋彈簧98a的偏置裝置96優(yōu)選地附連至磁軛中心極78的第一端80a，并且包括第二螺旋彈簧98b的相對偏置裝置96優(yōu)選地附連至第一外殼部分24a的內(nèi)表面。在一個實施例中，偏置裝置96可以包括螺旋彈簧98 (見圖4)。在另一實施例中，偏置裝置96可以包括泡沫塊100 (見圖5)。圖5是具有偏置裝置96的另一實施例(例如以第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b的形式)的沖擊器組件20的實施例的透視圖，其可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300中使用。圖5不出在未連接位置93的第一外殼部分24a和第二外殼部分24b。優(yōu)選地,偏置裝置96具有高度102 (見圖5)，其從磁軛中心極78向上伸出足夠且期望的距離。偏置裝置96優(yōu)選地用于設(shè)置音圈112 (見圖5)在磁隙94 (見圖5)內(nèi)并且在每個沖擊被執(zhí)行后將電樞支撐126 (見圖6)返回至相同的位置。
[0044]如圖2A所示,沖擊組件20進(jìn)一步包括音圈驅(qū)動軸組件110。音圈驅(qū)動軸組件110包括具有電樞支撐126 (見圖2A和圖6)的音圈112 (見圖2A和圖6)和驅(qū)動軸130 (見圖2A)。驅(qū)動軸130優(yōu)選地與電樞支撐126和音圈112整體加工，因此省略零件并且提供結(jié)構(gòu)地整合。圖6是可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300中使用的音圈112的實施例的特寫透視圖。如圖2A和圖6所示，音圈112優(yōu)選地以繞組120 (見圖6)的形式。繞組120優(yōu)選地包括線122 (見圖6)，其優(yōu)選地非常細(xì)并且其將圍繞并且粘接或者附連至電樞支撐126 (見圖6)的外部118 (見圖6)。線122優(yōu)選地具有30量規(guī)或者更多量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)(也就是，線直徑較小，數(shù)量越多，量規(guī)越小)，其更優(yōu)選地具有30量規(guī)。沖擊器組件20優(yōu)選地設(shè)計為低占空比沖擊器，所以所述沖擊器組件可以使用測量器線122，否則的話所述測量線將在被測試期間被期望水平的連續(xù)電流破壞。例如，由于沖擊器組件20將是低占空沖擊器，其可以具有電壓穿過低于1%的時間，并且因此更多的電流可以被攜帶穿過沖擊器組件20，其在其他情況下能夠熔化繞組120的測量線122。優(yōu)選地，沖擊組件20可以使用的電流范圍可以從大約0.1安培到大約10安培。如圖2A所示，音圈112具有高度124。繞組120可以通過粘合劑材料例如膠水或者另一合適的粘合劑被附連至音圈112。音圈112由控制器裝置12 (見圖9)例如以音頻放大器14 (見圖9)的形式驅(qū)動。
[0045]如圖2A和圖6所示，音圈驅(qū)動軸組件110進(jìn)一步包括具有第一端114a、第二端114b、主體部分116、外部118 (見圖6)和內(nèi)部134 (見圖5)的電樞支撐126。如圖6所示，以繞組120形式的音圈112優(yōu)選地將圍繞并粘接至電樞支撐126的外部118。電樞支撐126(見圖2A)的第二端114b (見圖2A)優(yōu)選地具有合適的尺寸和形狀以使其能配合在磁軛外殼50 (見圖5)內(nèi)。音圈112和電樞支撐126 (見圖2A)優(yōu)選地形成為一體零件。然而，音圈112和電樞支撐126也可以是分離的但可以被附連或者粘接到一起的零件。在這個實施例中，電樞支撐126具有中間的開口 128(見圖2A)，用于驅(qū)動軸130的插入。電樞支撐126進(jìn)一步具有多個開口 132 (見圖2A-圖6)，其降低移動的電樞支撐126和驅(qū)動軸130的重量，并且隨著電樞支撐126移動允許空氣從其一側(cè)傳到另一側(cè)，因此消除任何滯留的空氣質(zhì)量。
[0046]音圈驅(qū)動軸組件110進(jìn)一步包括優(yōu)選地與電樞支撐126 (見圖2A)整體加工的驅(qū)動軸130 (見圖2A)。如圖2A所示，驅(qū)動軸130包括第一端136a、第二端136b和細(xì)長的主體部分138。如圖2A所示，驅(qū)動軸130的第二端136b插入電樞支撐126 (見圖2A)的中心開口 128 (見圖2A)。如圖2A進(jìn)一步所示，第一端136a優(yōu)選地是自由端142，用于連接到測力傳感器144 (見圖2A、圖7A)或者用于直接連接到?jīng)_擊尖端154 (見圖7B)。如圖2A所示，第一端136a可以具有螺紋的內(nèi)部部分140，用于形成螺紋連接至測力傳感器144 (見圖2A、圖7A)或者用于形成螺紋連接至沖擊尖端154 (見圖7B)。
[0047]驅(qū)動軸130優(yōu)選地由兩個或者更多支撐元件174 (見圖2A、圖8A-8B)支撐，其包括例如以襯套175a形式的第一支撐元件174a (見圖8A)并且包括例如以襯套175b形式的第二支撐元件174b (見圖8B)。圖8A是第一外殼部分24a的蓋部分28的內(nèi)部30的俯視透視圖，其示出帶有第一支撐元件174a (例如以襯套175a的形式)的第一端板27a。圖8A還示出基座部分32和輸入終端擋塊38。圖8B是第一外殼部分24a的蓋部分28的內(nèi)部30的俯視透視圖，其示出帶有第二支撐元件174b (例如以襯套175b的形式)的第二端板27b。圖SB還示出緊固件開口 33、孔46和輸入終端條38。支撐元件174還包括線性循環(huán)球襯套(未示出)或者另一種本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的合適的支撐元件。[0048]支撐元件174(包括例如以襯套175a形式的第一支撐元件174a(見圖8A)，并包括例如以襯套175b形式的第二支撐元件174b (見圖8B))協(xié)助促進(jìn)音圈112和驅(qū)動軸130的長的向外行程137 (見圖9)，其可以協(xié)助阻止多重沖擊(也就是沒有限制軸向運動的彎曲)。例如包括襯套175a (見圖8A)的例如以第一支撐元件174a (見圖8A)形式和例如包括襯套175b (見圖8B)的以第二支撐元件174b (見圖8B)的形式的支撐元件174 (見圖8A-8B)優(yōu)選地是鋁合金加工的零件，其被加工以匹配驅(qū)動軸130的尺寸。例如以第一支撐元件174a和第二支撐元件174b (見圖2A)形式的支撐元件174引導(dǎo)驅(qū)動軸130以提供無摩擦安裝并且最小化或者消除任何的驅(qū)動軸130的一側(cè)到一側(cè)的移動。
[0049]驅(qū)動軸130優(yōu)選地由音圈112驅(qū)動。如圖4所示，第二螺旋彈簧98b可以設(shè)置圍繞外殼22與電樞支撐126之間的驅(qū)動軸130。電樞支撐126可以輔助偏置音圈112至期望的位置并且可以預(yù)壓第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b以便第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b在音圈112的移動期間不到完全放松的位置。第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b優(yōu)選地互相以相反方向工作以保持音圈112在期望的中立位置并且在沖擊已經(jīng)完成后協(xié)助音圈112返回至那個位置。另一個合適的實施例可以包括使用懸臂彈簧(未示出)，例如單葉片懸臂彈簧或者葉片彈簧代替第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b。
[0050]可替代地,偏置裝置96可以包括第一泡沫塊100 (見圖5)和第二泡沫塊178 (見圖6)。第一泡沫塊100 (見圖5)可以設(shè)置在電樞支撐126與磁軛中心極78之間，并且第二泡沫塊178 (見圖6)可以設(shè)置圍繞驅(qū)動軸130在外殼22與電樞支撐126和音圈112之間。偏置裝置96，例如以軸泡沫環(huán)178和泡沫塊100的形式也優(yōu)選地互相以相反方向工作以保持音圈112在期望的中立位置并且在沖擊已經(jīng)完成后返回音圈112至那個位置。包括第一泡沫塊100和第二泡沫塊178的泡沫材料可以優(yōu)選地降低音圈112在沖擊完成后的振動趨勢。
[0051]如圖2A和圖7A所示，沖擊器組件20可以進(jìn)一步包括測力傳感器144。測力傳感器144可以包括合適的商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)測力傳感器146。圖7A是可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300中使用的沖擊尖端154和驅(qū)動軸130聯(lián)接具有測力傳感器連接在其之間的實施例的側(cè)視透視圖。如圖7A所示，測力傳感器144可以包括第一端148a、第二端148b、用于附連至驅(qū)動軸130的驅(qū)動軸附連開口 150、用于附連至沖擊尖端154的沖擊尖端附連開口152和信號連接器部分153。
[0052]如圖2A和圖7A-圖7B所示，沖擊器組件20可以進(jìn)一步包括沖擊尖端154。如圖7A-圖7B所示，沖擊尖端154可以包括具有尖端部分150的第一端156a并且可以進(jìn)一步包括具有螺紋連接器部分160 (見圖7B)的第二端156b。對于本文中使用的在電動模態(tài)沖擊測試的沖擊器組件20的實施例，尖端部分158可以具有不同的材料作為實際的沖擊表面以允許尖端部分158的柔軟度或者硬度如果期望時改變。例如，尖端部分158可以包括橡膠尖端、鋼尖端、塑料尖端或者另一種合適的材料。如圖7A所示，沖擊尖端154連接到測力傳感器144。
[0053]在另一實施例中，如圖7B所示，驅(qū)動軸130與沖擊尖端154之間的測力傳感器144可以移除，并且沖擊尖端154可以直接連接到驅(qū)動軸130。圖7B是可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300中使用的沖擊尖端154和驅(qū)動軸130連接而測力傳感器144移除的另一實施例的側(cè)視透視圖。在這個實施例中，如圖7B所示，沖擊尖端154和驅(qū)動軸130可以以整體測力裝置162的形式，其中驅(qū)動軸130可以具有一個或者更多平側(cè)164 (見圖7B)，一個或者更多應(yīng)變計166可以被附連或者嵌入到所述平側(cè)上。如圖7B所示，應(yīng)變計166可以與在驅(qū)動軸的對側(cè)面另一應(yīng)變計(未示出)配合并且可以與可提供與由沖擊施加到驅(qū)動軸130的力成比例的信號的合適的電子連接(未示出)而被電子連接。優(yōu)選非常細(xì)的應(yīng)變計線168 (見圖7B)可以附連至應(yīng)變計166并且類似于沖擊信號線18如何被引導(dǎo)至音圈112，可從驅(qū)動軸130的一個或者更多平側(cè)164被向下引導(dǎo)(通過粘合劑例如膠水附連)至位于電樞支撐126 (見圖6)上的終端條(未示出)。應(yīng)變計線168可以通過外殼22 (見圖2B)內(nèi)的孔46(見圖2B)輸出至合適的信號調(diào)節(jié)器172 (見圖7A)，沖擊信號線18 (見圖5)可以被引導(dǎo)穿過所述孔，所述信號調(diào)節(jié)器可以提供在電動模態(tài)沖擊測試期間與測量的力成比例的高電平電壓。這樣的實施例可以降低移動的音圈112的重量并且驅(qū)動軸130可以增強整體測力裝置162的性能。
[0054]如圖9所示，系統(tǒng)10可以進(jìn)一步包括鉸接安裝裝置180以在電動模態(tài)沖擊測試期間安裝沖擊器組件20。合適的鉸接安裝裝置180可以從內(nèi)華達(dá)州里諾市的PanaviseProducts, Inc.獲得。然而，其他合適的提供相似的鉸接和沖擊器20設(shè)置的商業(yè)現(xiàn)貨(COTS)鉸接安裝裝置也可以使用。
[0055]沖擊器組件20的設(shè)計優(yōu)選地允許沖擊器組件20直接被小的鉸接安裝裝置180支撐，其可以提供沖擊器組件20相對于要被試驗或者正被試驗的結(jié)構(gòu)197 (見圖9)的位置和朝向的完整自由度。鉸接安裝裝置180可以提供三(3)個旋轉(zhuǎn)自由度。平移的三(3)個自由度可以由鉸接安裝裝置180被支撐其上或附連至其上的任何支撐結(jié)構(gòu)(未示出)提供，例如鉸接安裝裝置180可以固定到其上的桌面(未示出)、鉸接安裝裝置180可以安裝到上面的三腳架(未示出)、鉸接安裝裝置180可以附連至上面的步梯(未示出)、鉸接安裝裝置180可以附連至其上的使用滑動管夾具的液壓升降機的手軌(未示出)或者可伸展桿機構(gòu)(未示出)或者另一種合適的支撐結(jié)構(gòu)。
[0056]圖1A是可以在本公開的系統(tǒng)10和方法300內(nèi)使用的沖擊器組件的透視圖。沖擊器組件20在圖1A被示出完全裝配并且安裝到鉸接安裝裝置180的一個實施例上。圖1A示出具有包括第一外殼部分24a和第二外殼部分24b的外殼22的沖擊器組件20。圖1A進(jìn)一步使出第一外殼部分24a的蓋部分28，其中蓋部分28具有第一支撐元件174a。圖1A進(jìn)一步不出第一外殼部分24a的蓋部分28,其中蓋部分28具有第一支撐云間174a。圖1A進(jìn)一步示出第一外殼部分24a的基座部分32和磁軛外殼50。圖1A進(jìn)一步示出安裝到第一外殼部分24a的基座部分上的控制器連接器組件36的一個實施例。控制器連接器組件36示出附連元件40和連接至輸入終端條38的焊接片42。沖擊信號線18在一端被連接至輸入終端條38并且在另一端具有端連接器部分19，其可被連接至例如以音頻放大器14 (見圖9)形式的控制器裝置12(見圖9)。圖1A進(jìn)一步示出連接至測力傳感器144的驅(qū)動軸130，其可以被連接到具有尖端部分158的沖擊尖端154。
[0057]如圖1A所示，鉸接安裝裝置180可以包括第一附連端182a、第二支撐基座端182b、用于鉸接沖擊器組件20的鉸接部分184和用于附連沖擊器20到鉸接安裝裝置180的附連部分186。鉸接安裝裝置180進(jìn)一步包括定位把柄189以及放松和收緊元件190。第二支撐基座端部182b可以通過用放松和收緊元件190松開把柄189允許沖擊器組件20的鉸接或者移動并且移動沖擊器組件20至期望的角度或者位置，隨后再通過移動定位把柄189返回至鎖定的位置188 (見圖1A-1C)再次收緊夾緊機構(gòu)192 (見圖1C)。如圖1A所示，沖擊器組件20被示出在向前傾斜位置194a并且鉸接部分184在第一位置196a。
[0058]圖1B是示出為安裝在鉸接安裝裝置上的圖1A的沖擊器組件的透視圖。如圖1B所示，沖擊器組件20被示出在向后傾斜位置194b并且鉸接部分184在第二位置196b。圖1C是示出為安裝在鉸接安裝裝置圖上的圖1A的沖擊器組件的透視圖。如圖1C所示，沖擊器組件20被示出在旋轉(zhuǎn)位置194c并且鉸接部分184在第三位置196c。
[0059]在本公開的一個實施例中，提供了一種自動電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)10(見圖9)。系統(tǒng)10包括音頻放大器14 (見圖9)。系統(tǒng)10進(jìn)一步包括通過多個沖擊信號線18 (見圖1A)聯(lián)接至音頻放大器14的沖擊器組件20 (見圖2A)。沖擊器組件20包括包含第一外殼部分24a (見圖1A)和第二外殼部分24b (見圖1A)的外殼22。第一外殼部分24a可以包括蓋部分28 (見圖1A)和基座部分32 (見圖1A)。第二外殼部分24b包括磁軛外殼50 (見圖2A)。沖擊器組件20進(jìn)一步包括安放在磁軛外殼50內(nèi)的磁組件61(見圖3)。磁組件61包括聯(lián)接在磁軛基座底板62 (見圖3)與磁軛中心極78 (見圖3)之間并且由磁軛外部極86(見圖3)包圍的永磁體70 (見圖3)。永磁體70可以包括具有大約2英寸直徑乘0.5英寸長的緊湊尺寸的釹硼鐵磁鐵。沖擊器組件20進(jìn)一步包括偏置裝置96 (見圖4、5、6)的實施例，其包括設(shè)置在磁軛外殼內(nèi)的第一螺旋彈簧98a (見圖4)或者第一泡沫塊100 (見圖5)，它們在電樞支撐126與磁軛中心極78之間分別連同第二螺旋彈簧98b (見圖4)或者第二泡沫塊178 (見圖6)工作。
[0060]沖擊器組件20進(jìn)一步包括設(shè)置在外殼22內(nèi)磁軛外殼50的磁隙94 (見圖5)內(nèi)的音圈112 (見圖2A)。音圈112優(yōu)選地由音頻放大器14驅(qū)動。音圈112優(yōu)選地以繞組120(見圖6)的形式，其包括繞在并且粘接到電樞支撐126的外部118的測量線122。測量線122優(yōu)選地具有30號或者或更大的規(guī)格。沖擊器組件20進(jìn)一步包括由兩個或者更多支撐元件175 (見圖8A-8B)支撐的驅(qū)動軸130 (見圖2A)。支撐元件174 (見圖2A、圖8A-8B)優(yōu)選地包括例如以襯套175a形式的第一支撐元件174a和例如以襯套175b形式的第二支撐元件174b。第一支撐元件174a可以具有開口 176a (見圖8A)，并且第二支撐元件174b可以具有開口 176b (見圖8B)。開口 176a (見圖8A)的直徑和開口 176b (見圖8B)的直徑優(yōu)選地對應(yīng)于驅(qū)動軸130的外徑，以便支撐元件174引導(dǎo)驅(qū)動軸130穿過開口 176a (見圖8A)和開口 176b (見圖8B)。驅(qū)動軸130優(yōu)選地整體機加工到音圈驅(qū)動軸組件110的電樞支撐126 (見圖2A)。驅(qū)動軸130優(yōu)選地由音圈112驅(qū)動。沖擊器組件20進(jìn)一步包括附連至驅(qū)動軸130的自由端142 (見圖2A)的測力傳感器144 (見圖2A)。沖擊器組件20進(jìn)一步包括附連至測力傳感器144的沖擊尖端154 (見圖2A)。系統(tǒng)10可以進(jìn)一步包括整體測力裝置162 (見圖7B)，其包含一個或者更多應(yīng)變計166 (見圖7B)和附連至驅(qū)動軸130的一個或者更多應(yīng)變線168 (見圖7B)，所述整體測力裝置可以代替測力傳感器144被使用，并且沖擊尖端154 (見圖7B)被直接附連至驅(qū)動軸130的自由端142。
[0061]系統(tǒng)10進(jìn)一步包括鉸接安裝裝置180(見圖1A)，沖擊器組件10可以安裝在上面。系統(tǒng)10進(jìn)一步包括計算機裝置195 (見圖9)例如計算機裝置和處理單元以檢查并分析用系統(tǒng)10測量的電動模態(tài)沖擊試驗測量值198 (見圖9)。
[0062]如上面部分地討論的，圖9是說明本公開的電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)10的一個實施例的框圖說明。如圖9所示，系統(tǒng)10包括例如以音頻放大器14形式的控制器裝置12、例如以沖擊信號線18形式的連接器16和通過連接器被連接至控制器裝置12的沖擊組件20。如圖9進(jìn)一步所不,沖擊器組件20包括帶有第一外殼部分24a和第二外殼部分24b的外殼22。第二外殼部分24b包括具有帶有偏置裝置96的永磁體70的磁軛外殼50，所述偏置裝置可以是第一螺旋彈簧98a和第二螺旋彈簧98b (見圖2A)的形式或者是第一泡沫塊100 (見圖5)和第二泡沫塊178 (見圖6)的形式。音圈112優(yōu)選地以安裝在磁隙94內(nèi)繞組120的形式并且被附連至驅(qū)動軸130或者與驅(qū)動軸130成為整體。驅(qū)動軸130優(yōu)選地用支撐元件174(見圖8A-8B)支撐，其優(yōu)選地包括例如以襯套175a形式的第一支撐元件174a和例如以襯套175b形式的第二支撐元件174b，從而允許音圈112和驅(qū)動軸130的長向外行程137并且最小化向內(nèi)行程。如圖9所示，沖擊器組件20進(jìn)一步包括附連至驅(qū)動軸130的自由端142的測力傳感器144和沖擊尖端154，所述沖擊尖端154施加力沖擊155到要被測試的結(jié)構(gòu)197上以便采取電動模態(tài)測試測量值198。如圖9進(jìn)一步所示，沖擊器組件可以被安裝在鉸接安裝裝置180上。系統(tǒng)10可以進(jìn)一步包括計算機裝置和/或處理器單元以檢查并分析測試數(shù)據(jù)。計算機裝置195可以使用已知的模態(tài)分析軟件用于進(jìn)一步分析測試數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生和顯示動畫或者圖像的模態(tài)振型。
[0063]在本公開的一個實施例中，還提供了一種執(zhí)行電動模態(tài)沖擊測試的方法300。圖15是說明本公開的方法300的一個實施例的流程圖。如圖15所示，系統(tǒng)300包括步驟302，即在被測試動態(tài)模態(tài)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)197 (見圖9)上施加持續(xù)時間大約I毫秒到大約10毫秒的短持續(xù)時間力沖擊155 (見圖9)。優(yōu)選地，當(dāng)結(jié)構(gòu)在使用中或者在運行時，被測試的結(jié)構(gòu)197用包含在期望頻帶上分布的能量的力輸入激勵。
[0064]如圖15進(jìn)一步所示，方法300包括步驟304，即:使得例如以繞組120 (見圖6)形式的音圈112 (見圖6)在磁隙(94)(見圖5)內(nèi)居中。居中可以通過沖擊器組件20的精確制造和組裝實現(xiàn)。特別地，例如以繞組120形式的音圈112在磁隙94內(nèi)的居中可以通過精確地機加工襯套175a、175b (見圖8A-8B)、外殼22 (見圖2A)、磁軛基座底板62 (見圖2A)、磁軛中心極78 (見圖2A)和磁軛外部極86 (見圖2A)實現(xiàn)，以便當(dāng)裝配時，例如以繞組120形式的音圈112在磁隙94內(nèi)居中。
[0065]如圖15進(jìn)一步所示，方法300包括步驟306，即:偏置音圈112 (見圖6)和由音圈驅(qū)動的驅(qū)動軸130在期望的靜止的位置(也就是，不運動、靜止、不活動或者處于靜止?fàn)顟B(tài))以提供長向外行程137(見圖9)和最小向內(nèi)行程139(見圖9)。偏置音圈112和驅(qū)動軸130的步驟306可以進(jìn)一步包括用包括螺旋彈簧98 (見圖4)或者泡沫塊100 (見圖5)偏置裝置96 (見圖5)保持音圈112和驅(qū)動軸130在靜止位置。音圈112優(yōu)選地在磁隙94 (見圖5)內(nèi)被軸向偏置。
[0066]如圖15進(jìn)一步所示，方法300包括步驟308，即:使用附連至驅(qū)動軸130 (見圖9)的自由端142 (見圖9)的測力傳感器144 (見圖9)測量沖擊力。測量沖擊力的步驟308優(yōu)選地包括能夠測量大于100磅的沖擊力。在方法300中使用的實際的力水平可以由操作者確定并且可以在電動模態(tài)測試沖擊器組件20的工作極限和由被測試的結(jié)構(gòu)197和方法裝置允許的極限內(nèi)的任何地方。
[0067]方法300可以進(jìn)一步包括在大約10赫茲(Hz)到高于10千赫茲(kHz)的范圍的頻率激勵被測試的結(jié)構(gòu)197。方法300可以進(jìn)一步包括用大約0.1安培到大約10安培范圍的電流給音圈112供電。[0068]示例
[0069]各種電動模態(tài)沖擊測試使用本文中公開的沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的實施例進(jìn)行。測試結(jié)果在圖10-14中展示。進(jìn)行的測試在下面描述。
[0070]示例 I
[0071]沖擊器組件20 (見圖2A)被建立以沖擊三(3)英尺厚并且螺栓固定到其表面的具有二(2)英寸厚的鋼筋的剛性、鋼筋增強的混凝土壁。鋼筋的表面被沖擊。半正弦脈沖被使用以驅(qū)動沖擊器組件20，并且脈沖的幅值是改變的，沖擊器組件20上的尖端與壁表面的初始距離是改變的，并且制成尖端的材料的硬度是改變的。使用的音頻放大器是小型70瓦的音頻放大器。
[0072]圖10是使用小型70瓦特功率音頻放大器對于鋼沖擊尖端202、塑料沖擊尖端204和橡膠沖擊尖端206的最大力測量的牛頓(N)力(I磅等于4.448牛頓)隨毫秒(ms)時間變化的曲線圖。對于鋼沖擊尖端202測量的最大力測量值是450磅(沖擊時間是0.3ms),對于塑料沖擊尖204是300膀(沖擊時間是0.4ms )并且對于橡I父沖擊尖纟而是20膀(沖擊時間是1.2ms)。根據(jù)沖擊尖端的不同硬度，脈沖長度的接近4.1差異被看出。如所看到的，對于被沖擊結(jié)構(gòu)的給定的剛度(在這個示例中，最大剛度)，脈沖長度主要是沖擊尖端硬度的函數(shù)。額外的測試將示出正在被沖擊的結(jié)構(gòu)的剛度如何影響脈沖長度和最大可達(dá)到幅值。
[0073]示例 2
[0074]沖擊器組件20 (見圖2A)被建立以沖擊三(3)英尺厚并且具有螺栓固定到其表面上的二(2)英寸厚度的鋼筋的剛性、鋼筋加強的混凝土壁。鋼筋的表面被沖擊。半正弦脈沖被使用以驅(qū)動沖擊器組件20，并且脈沖的幅值是改變的，沖擊器組件20上的尖端與壁表面的初始距離是改變的并且制成尖端的材料的硬度是改變的。所用的音頻放大器是小型70瓦特的音頻放大器。
[0075]圖11是使用小型70瓦特的音頻放大器對于鋼筋沖擊尖端212、塑料沖擊尖端214和橡膠沖擊尖端216的最小力測量值以牛頓(N)的力(I磅等于4.448牛頓)隨毫秒(ms)的時間變化的曲線圖310。對于鋼筋沖擊端頭212測量的最小力測量值是32磅(沖擊時間是3ms),對于塑料沖擊尖纟而214是22膀(沖擊時間是0.5ms)并且對于橡I父尖纟而是12膀(沖擊時間是3.5ms)。根據(jù)沖擊尖端的硬度，接近10.1的脈沖長度差距被看出。
[0076]示例 3
[0077]沖擊器組件20 (見圖2A)被建立以沖擊三(3)英尺厚并且具有螺栓固定到其表面的兩(2)英寸厚的鋼筋的剛性、鋼筋加強的壁。鋼筋的表面被沖擊。半正弦脈沖被使用以驅(qū)動沖擊器組件20，并且脈沖的幅值是變化的，沖擊器組件20上的尖端與壁表面的初始距離是改變的，并且制成尖端的材料的硬度是改變的。音頻放大器是中等150瓦特的音頻放大器。
[0078]圖12是使用中等音頻放大器對于鋼筋沖擊尖端222的最大力測量值以牛頓(N)(I磅等于4.448牛頓)的力隨毫秒(ms)的時間變化的曲線圖220。對于鋼沖擊尖端222的最大力測量值是550磅(沖擊時間是0.3ms)。
[0079]示例 4[0080]沖擊器組件20 (見圖2A)被建立以沖擊三(3)英尺厚并且具有螺栓固定到其表面上的兩(2)英寸的鋼筋的鋼筋加強混凝土壁。半正弦脈沖被使用以驅(qū)動沖擊器組件20，并且脈沖的幅值是變化的，沖擊器組件20上的尖端與壁表面的初始距離是變化的，并且制成尖端的材料硬度是變化的。音頻放大器是大型600瓦特音頻放大器。
[0081]圖13是使用大型音頻放大器的對于鋼沖擊尖端226的最大力測量值的以牛頓(N)(I磅等于4.448牛頓)的力隨毫秒(ms)的時間變化曲線圖224。對于鋼沖擊尖端226的最大力測量值是600磅(沖擊時間是0.3ms)。高很多的力的水平可以獲得，但是在某些條件下將導(dǎo)致雙重沖擊,這是在實際測試中要避免的。
[0082]示例5
[0083]沖擊器組件20 (見圖2A)被建立以沖擊典型的航空航天結(jié)構(gòu)，其自由-自由地被懸掛在彈簧上，以提供已知的邊界條件。如本文中所使用的，“自由-自由”指的是支撐方法，其允許支撐的結(jié)構(gòu)在平移(第一個“自由”)和轉(zhuǎn)動(第二個“自由”)二者以三(3 )個自由度自由移動，并且可以用于指示支撐的結(jié)構(gòu)不是“固定的” “夾緊的”或者“壓住的”以這樣一種方式約束其運動，并且這些詞語可以用于指明結(jié)構(gòu)的“邊界條件”。半正弦脈沖可以用于驅(qū)動沖擊器組件20。脈沖的幅值是變化的以確保被測試的結(jié)構(gòu)的合適響應(yīng)被看到，并且沖擊器組件20上的尖端與被測試的結(jié)構(gòu)表面的初始距離是改變的以保證結(jié)構(gòu)不搖擺返回到?jīng)_擊器組件20并且不收到雙重沖擊。制成尖端的材料被選擇以保證所關(guān)注的整個頻率范圍被激勵并且最大的可用力被獲得。被使用的音頻放大器是小型70瓦特的音頻放大器。
[0084]圖14是對于手動錘沖擊的測量值和使用沖擊器組件20 (見圖2A)自動沖擊被測試的結(jié)構(gòu)由于以logmag (g/lb (g’s/磅))的“標(biāo)準(zhǔn)化”(即，除以力的響應(yīng))力沖擊隨赫茲(Hz (每秒的循環(huán)))的頻率變化的測量值的曲線圖230。從手動錘沖擊234收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量被與從使用本文中公開的沖擊器組件20 (見圖2A)沖擊232收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量比較。來自手動錘沖擊測試的額外的數(shù)據(jù)峰值由于在測量期間沖擊的不連續(xù)引起的非線性的指示。錘的操作者盡可能連續(xù)地沖擊測試結(jié)構(gòu)，但是仍然以破壞的數(shù)據(jù)告終。
[0085]沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例，與現(xiàn)有的模態(tài)測試系統(tǒng)和方法相比，可以改進(jìn)數(shù)據(jù)質(zhì)量、可以通過最小化沖擊之間的時間(當(dāng)手動操作被用于試圖控制垂直時是需要的)降低測試時間并且可以消除雙重沖擊，所述雙重沖擊從數(shù)據(jù)立場是不可接受的并且用錘子是幾乎不可避免的。此外，沖擊器組件20(見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的沖擊器組件的公開的實施例與用于脈沖形狀和幅值控制的方法結(jié)合，與沖擊器組件20 —起，其在尺寸和支撐上是小且緊湊的并且是可調(diào)整的以配合要被測試或者正在測試的結(jié)構(gòu)197。而且，沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例提供可以設(shè)計為低占空比沖擊器的沖擊器組件20，所以其使用非常小的音圈繞組120(見圖6)，其將否則被期望的水平的連續(xù)電流破壞。
[0086]此外，沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例提供一種沖擊器組件20，其中驅(qū)動軸130 (見圖2A)可以與電樞支撐126 (見圖2A)整體機加工，因此省略部件并且提供結(jié)構(gòu)整體性,并且提供一種沖擊器組件20，其中驅(qū)動軸130 (見圖2A)可以優(yōu)選地在支撐元件174 (見圖8A-8B)內(nèi)支撐，所述支撐元件包括例如以襯套175a形式的第一支撐元件174a和例如以襯套175b形式的第二支撐元件174b，因此允許音圈112 (見圖2A)和驅(qū)動軸130 (見圖2A)的長的投擲或者長向外行程137 (見圖9)，其可以協(xié)助防止多重沖擊(例如，沒有軸向運動的彎曲約束)。
[0087]進(jìn)一步地，沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的沖擊器組件的公開的實施例提供一種使用永磁體70例如釹硼鐵磁鐵的沖擊器組件20 (見圖2A)，其可以被用于提供磁隙94 (見圖5)內(nèi)的非常高的磁通密度同時保持緊湊的設(shè)計(總封裝尺寸是接近4英寸直徑和6英寸長)，并且提供允許沖擊器組件20直接被支撐在小型鉸接安裝裝置180 (見圖1A)上的設(shè)計，所述鉸接安裝裝置可以提供沖擊器組件20相對于要被試驗或者正在被試驗的結(jié)構(gòu)197 (見圖9)的定位和朝向的完全自由度。而且，沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例提供能產(chǎn)生大于600磅的力并且能激勵結(jié)構(gòu)進(jìn)入千赫茲(kHz)頻率范圍的沖擊器組件20 (見圖2A)，例如，在大約10赫茲(Hz)到大于10千赫茲(kHz)的范圍激勵被試驗的結(jié)構(gòu)。沖擊器組件20、系統(tǒng)10和方法300可以用于施加相對輕微的力沖擊155 (見圖9)至被試驗結(jié)構(gòu)197的離散位置以便檢測結(jié)構(gòu)197在其整個表面上的響應(yīng)。結(jié)構(gòu)197振動模態(tài)可以被測量。
[0088]此外，沖擊器組件20 (見圖2A)、系統(tǒng)10 (見圖9)和方法300 (見圖15)的公開的實施例，與現(xiàn)有的模態(tài)測試系統(tǒng)和方法相比，可以具有增加的對于沖擊方向的可控性、可以具有增加的可調(diào)整性、可以具有通過沖擊信號線聯(lián)接外部驅(qū)動信號至沖擊器組件20內(nèi)的能力、并且通過不使用要被試驗的或者正在被試驗的結(jié)構(gòu)與沖擊器組件20之間的接觸點(例如，避免放置沖擊裝置例如螺線管到要被測試或者正在測試的結(jié)構(gòu)上)可以避免或者消除測試數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。本文公開的沖擊器20除了在實際的沖擊期間沖擊尖端154的接觸，其在電動模態(tài)測試期間不附連至或者接觸正在試驗的結(jié)構(gòu)197。
[0089]自動電動模態(tài)測試系統(tǒng)(10)還可以被配置具有音頻放大器(14)和通過多個沖擊信號線(18)聯(lián)接至音頻放大器(14)的沖擊器組件(20)。在這種布置中，沖擊器組件(20)包括具有第一外殼部分(24a)和第二外殼部分(24b)的外殼。第二外殼部分(24b)具有磁軛外殼(50 )和安放在磁軛外殼(50 )內(nèi)的磁組件(61)。磁組件(61)包括聯(lián)接在磁軛基座底板(62)與磁軛中心極(78)之間并且被磁軛外殼(50)圍繞的永磁體(70)。偏置裝置(96)被設(shè)置在磁軛外殼(50)內(nèi)，并且音圈(112)被設(shè)置在外殼(22)內(nèi)磁軛外殼(50)的磁隙內(nèi)，音圈(112)由音頻放大器(114)驅(qū)動。驅(qū)動軸(130)也被包含并且由兩個或者更多支撐元件(174 )支撐，其中驅(qū)動軸(130 )整體地被機加工到音圈(112 )的電樞支撐(126 )上，并且驅(qū)動軸(130)由音圈(112)驅(qū)動。測力傳感器(144)被附連至驅(qū)動軸(130)的自由端(142)并且沖擊尖端(154)被附連至測力傳感器(144)。一種鉸接安裝裝置(180)也被包括，沖擊器組件(20)被安裝在其上面。進(jìn)一步，計算機裝置(195)也被包括以檢查并分析用系統(tǒng)(10)測量的電動模態(tài)沖擊測試測量值(198)。
[0090]系統(tǒng)(10)進(jìn)一步被改裝，其中具有一個或者更多應(yīng)變計(166)的整體的測力裝置(162)被包括，并且一個或者更多應(yīng)變計線(168)被附連至代替測力傳感器(144)使用的驅(qū)動軸(130)。沖擊尖端(154)同樣被直接附連至驅(qū)動軸(130)的自由端(142)。
[0091]本公開的許多修改或者其他的實施例將被本領(lǐng)域技術(shù)人員想到，本公開屬于這些，其具有前面的說明書和相關(guān)聯(lián)的附圖呈現(xiàn)的教義的優(yōu)點。本文中公開的實施例旨在說明并且不打算限制或者詳盡。盡管特定的詞語在本文中被使用，他們只是以通用的和描述性的意義使用的并且不是為了限制的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種電動模態(tài)測試沖擊器系統(tǒng)(10),所述系統(tǒng)包括: 控制器裝置(12)； 聯(lián)接至所述控制器裝置(12)的沖擊器組件(20)，所述沖擊器組件(20)包括: 外殼(22)； 設(shè)置在所述外殼(22)內(nèi)的永磁體(70)； 設(shè)置在所述外殼內(nèi)在磁軛外殼(50)的磁隙(94)內(nèi)的音圈(112),所述音圈(112)由所述控制器裝置(12)驅(qū)動； 由兩個或者更多支撐元件(174)支撐的驅(qū)動軸(130)，所述驅(qū)動軸(130)被附連至所述音圈(112)并且由所述音圈(112)驅(qū)動； 附連至所述驅(qū)動軸(130)的自由端(142)的測力傳感器(144)； 和 設(shè)置在所述磁軛外殼(50)內(nèi)的偏置裝置(96)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述控制器裝置(12)包括音頻放大器(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10),其中所述外殼包括第一外殼部分(24a)和第二外殼部分(24b)，所述第一外殼部分(24a)包括蓋部分(28)和基座部分(32)，并且第二外殼部分(24b)包括所述磁軛外殼(50)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的系統(tǒng)(10)，其中所述永磁體(70)聯(lián)接在磁軛基板(62)與磁軛中心極(78)之間并且由磁軛外部極(86)圍繞，其中所述永磁體(70)、所述磁軛基板(62)、所述磁軛中心極(72)和所述磁軛外部極(86)包括安放在所述磁軛外殼(50)內(nèi)的磁組件(61)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述音圈(112)包括圍繞電樞支撐(126)的外部(118)纏繞的繞組(120)，所述繞組(120)包括30號或更大規(guī)格的線(112)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述音圈(112)具有與所述驅(qū)動軸(130)被整體機加工的電樞支撐(126)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述支撐元件(174)包括襯套(175a、175b)，其每個具有與所述驅(qū)動軸(130)的外徑相對應(yīng)的開口(176a、176b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述測力傳感器(144)被附連至沖擊尖端(154)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中包括一個或者更多應(yīng)變計(166)和一條或者更多應(yīng)變計線(168)的整體測力裝置(162)附連至所述驅(qū)動軸(130)并且代替所述測力傳感器(144)使用，并且沖擊尖端(154)直接附連至所述驅(qū)動軸(130)的所述自由端(142)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，其中所述偏置裝置(96)包括兩個螺旋彈簧(98a,98b)或者兩個泡沫塊(100、178)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接器(16)，所述連接器包括多條沖擊信號線(18)，所述連接器(16)被附連在所述控制器裝置(12)與所述沖擊器組件(20)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括鉸接安裝裝置(180)，所述沖擊器組件(20)安裝在所述鉸接安裝裝置上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括計算機裝置(195)和/或處理器單元以檢查并分析用所述系統(tǒng)(10)測量的電動模態(tài)沖擊測試測量值(198)。
14.一種執(zhí)行電動模態(tài)沖擊測試的方法(300)，所述方法(300)包括以下步驟: 在被測試動態(tài)模態(tài)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)(197)上施加持續(xù)時間大約I毫秒到大約10毫秒的短持續(xù)時間力沖擊(155)； 使得音圈(112)在磁隙(94)內(nèi)居中； 偏置所述音圈(112)和由所述音圈(112)驅(qū)動的驅(qū)動軸(130)在靜態(tài)位置以提供長的向外行程(137)和最小向內(nèi)行程(139);和 使用附連至所述驅(qū)動軸(130)的自由端(142)的測力傳感器(144)測量沖擊力(199)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法(300)，其中偏置所述音圈(112)和所述驅(qū)動軸(130)進(jìn)一步包括用包括螺旋彈簧(178a、178b)或者泡沫塊(100、178)的偏置裝置保持所述音圈(112)和所述驅(qū)動軸(130)在所述靜止位置； 其中所述測量步驟包括測量大于100磅的沖擊力(199)； 進(jìn)一步包括在大約10赫茲(Hz)到大于10千赫茲(kHz)范圍的頻率激勵被測試的結(jié)構(gòu)(197);并且用大約0·.1安培到大約10安培范圍內(nèi)的電流給所述音圈(112)供電。
【文檔編號】G01M7/02GK103852233SQ201310632645
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月30日
【發(fā)明者】D·E·鮑沃斯, J·C·可斯科拉 申請人:波音公司