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完整的解决方案

1概述

JML系列冲击力锤可广泛应用于航天、机械、交通、建筑和国防工业等各个领域对结构进行动态测量，以及机械阻抗、模态分析、桩基检测等。该系列电荷输出型冲击力锤需经过电荷信号调理后配接数据采集器，IEPE型冲击力锤可直接配接具有IEPE适调功能的数据采集器。

JML系列冲击力锤。具有灵敏度高、非线性误差小、固有频率高；在测量过程中，所需的设备简单、操作方便；特别是不需要激振器和功率放大器，从而使激振器系统大为简化；试验时，力锤对试件没有任何附加质量，附加刚度和附加阻尼；数据准确可靠，且使用寿命长等特点。

2工作原理

JML系列冲击力锤所配力传感器是利用石英晶体的纵向压电效应设计制造的，如图1所示：

图1 JML系列冲击力锤原理图

当其在外力作用时，通过传感器膜片作用于石英晶体上，其表面即产生与被测力成正比的电荷，这就实现了机电转换，其等效电路如图2所示。

Q —  电荷

Ra — 泄漏电阻

Ca — 晶体片中的电容量

理想的脉冲激振力，在数学上可以用狄拉克力函数表示，狄拉克力函数的富里叶变换为一个连续的恒定频谱，这种频谱与白噪声频谱相同。目前流行的脉冲激振是用锤击法来实现的，其测试方框图如3所示。

图3   测试方框图

一个机械系统的转移函数是描绘其响应中的动态情况，每个转移函数包括了输出响应至输入激励的比例，，通过在被测点放置加速度计可以非常方便地测出其响应。输入激励源适用于不同的结构，常用激励结构的方法既可以用脉冲信号控制激振器来实现，也可以用冲击力锤对试件直接施加脉冲力。冲击力锤本身带有力传感器，将输入力脉冲变换成一模拟输出波，该模拟输出波含有必需的振幅及相位信息来描述力的功能。冲击端的材料决定输入脉冲的频率。有了这两个重要的参数，锤击法成为用已知的振幅和频率的输入来激励结构的一种快速、简便的方法。

3结构特征

JML系列冲击力锤结构如图4所示。它由锤头、力传感器、四种不同材料的缓冲头（不锈钢、铝合金、尼龙、橡皮）以及附加锤头（小量程冲击力锤未配）组成。JML系列冲击力锤的电器技术指标由力传感器决定。该传感器利用正压电效应工作原理，当受到外力作用时，产生与外部力量成正比的电荷，力传感器采用全封闭结构、能在长时间或在瞬时高温的条件下工作。该系列力传感器在出厂前都逐个进行校准，压电元件非常稳定，使用时一般不必再对力传感器进行校准。

四种不同材料的锤帽，用来控制试件的脉冲宽度或激振频率范围。图5为不同缓冲材料敲击产生的脉冲谱图。力脉冲的幅值可以通过力锤本身的质量和附加锤头的配重来调整。

图5   不同缓冲材料的力谱特性图

4使用

用JML系列冲击力锤对结构进行诊断时，其测试系统原理图3所示。

1、脉冲高度和宽度的选择：用力锤对试件进行敲击时，通过力传感器测量力脉冲信号，得到一个类似于半正弦脉冲形如图6所示。决定半正弦力脉冲及其频谱主要控制因素有三个：

图6   力脉冲及其频谱

①力锤锤帽的硬度；②力锤的质量；③被击物的刚度。力锤及物体硬度愈高，则碰击时间愈短。力锤质量不但决定了锤击力的大小，也会影响到脉冲宽度，锤头质量大的，碰击时间一般也较大。被测物的刚度愈大、碰击时间愈短。在以上三个因素中，被测物体的刚度由试件决定，无法选择。锤头质量大小，主要用于决定锤击力，由试验对象的大小及要求激振的能量决定。力谱的频带宽度主要通过选择不同的缓冲材料决定。如果试件材料为钢，采用铝锤帽敲击，力频在2 ～ 3KHZ以下基本上是平直的；采用尼龙缓冲头冲击，力频在800HZ ～ 2KHZ以下是直的；采用橡皮缓冲只能用于200～ 500HZ以下的低频试验。图7为不同缓冲材料（铝、尼龙、橡皮）所产生的力脉冲。

图7   不同缓冲产生的力脉冲

图8为不同锤和不同缓冲材料所产生的力脉冲频谱。图中虚线部分分别表示不同锤重时的影响。由图中 可见随着缓冲材料变软或锤重增加，脉冲宽度变大，且频谱平坦段变窄，有用激振频率范围下降。

图8   不同锤体质量和不同锤帽产生的力脉冲频谱

图中：1、3、5锤体质量轻产生的脉冲频谱，其中1为橡皮锤缓冲头、3为尼龙缓冲头、5为铝缓冲头。2、4、6锤体质量大于1、3、5锤体质量轻产生的脉冲频谱，其中2为橡皮、4为尼龙、6为铝。

2、锤击力大小的选择：锤击力的大小取决于冲击锤的质量和试件的运动速度。小试件需要的能量小，大试件需要的能量大，所以施力的大小应根据具体的试件而定。对小试件用力不能过大，否则会引起结构的非线性而致使测试系统过载；对于试件用力不能过小，否则不足以激起各阶模态。锤击法虽然简便实用，但使用起来也要特别注意，因为锤击激振时，名义上在相同的条件下进行一系列的重复测量和实时频谱分析，然后进行平均，实际上很难保证每次冲击的位置相对于法线方向一致，这样将会分析结果带来较大的误差。

5维护和注意事项

为了得到满意的测量结果，必须遵循以下事项：

1)精心使用冲击力锤，保护好锤头的平整、清洁。

2)在液体、高温、潮湿的情况下工作时，必须采取密封措施。

3)JML系列冲击力锤电缆联接后，不可任意拉动，以免接线端点断脱。冲击时应经常检查L5插头处是否松动。

4)测量时，如果有地回路干扰，或是被测物体与电荷放大器壳体不同电位，就需使传感器与被测物体绝缘或在电荷放大器处采取一点接地法解决。如果传感器为IEPE电路产品可直接配接恒流源调理器，如果传感器为PE电荷产品，需配接电荷调理电路。

5)维护好力传感器插座和电缆，使用时严禁用于触摸电缆线的插头，拆除电缆线后拧上保护螺母盖，一旦发现弄脏，应立即用无水乙醇擦洗干净，烘干后再用。

6)使用时发现系统漂移是由于绝缘电阻下降所致，可将石英压电力传感器卸下后防入烘箱烘干，待其绝缘电阻恢复到≥1012Ω以上再使用。

7)切忌超过使用范围的冲击力、撞击力。

8)如果您选择的冲击力锤确因质量问题不能很好的工作，三个月内保护好原物发还本公司，本公司给予更换。

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