CN102818686B - 栅控行波管金属栅网模态试验方法 - Google Patents

栅控行波管金属栅网模态试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种栅控行波管金属栅网模态试验方法，它包括如下步骤：(1)采用逐点激励、单点拾振的方法，在栅网试件上布置测点；(2)用锤击法给栅网结构以激振，同时测出其响应；(3)将得到的信号经A/D转换器进行采样后输入计算机，计算出激励点与响应点的传递函数，得到栅网的频率；(4)用声波激励的方法对栅网结构进行整体激励，用激光测振仪测取各点的响应，并实时在计算机内进行传递函数曲线的拟合得到栅网的模态振型。

Description

栅控行波管金属栅网模态试验方法
技术领域
本发明涉及行波管，尤其涉及一种栅控行波管金属栅网模态试验方法。
背景技术
行波管是广泛使用的最重要电子器件之一。行波管的一些使用环境非常恶劣，需要具有很强的抗振动、冲击性能。为了验证行波管的抗振性能，需要对行波管进行振动试验，而模态试验又是其他振动试验分析的基础，模态试验中检测到产品的模态参数(固有频率和振型)是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
目前国内的模态试验仅是针对一些大型机械结构，如飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑等，行波管的结构一般是比较复杂的微型结构，并且其密封特性也使得内部的模态参数无法通过成品直接检测。目前国内一些单位也仅通过计算机模拟仿真的方法得到行波管微型结构内部的模态参数，并没有一套完整的模态验证***来验证其模拟结果的准确性。
行波管内部部件结构更加非常复杂和微小，如轮辐状栅网是行波管中因振动而失效的薄弱部件，这种轻而柔的微结构的动力学特性已成为行波管稳定性和可靠性研究的重要方向。就微结构动力学研究而言，目前主要还依赖于数值模拟，至今还没有一套***的用于微结构动力学特征参数分析的试验方法。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种栅控行波管金属栅网模态试验方法，用于检测微型结构电子产品的模态参数，掌握其结构的动力特性，检验其抗振性能，解决了行波管这类真空电子器件的微型结构——轮辐状金属栅网的模态验证难题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种栅控行波管金属栅网模态试验方法，它包括如下步骤：(1)采用逐点激励、单点拾振的方法，在栅网试件上布置测点；(2)用锤击法给栅网结构以激振，同时测出其响应；(3)将得到的信号经A/D转换器进行采样后输入计算机，计算出激励点与响应点的传递函数，得到栅网的频率；(4)用声波激励的方法对栅网结构进行整体激励，用激光测振仪测取各点的响应，并实时在计算机内进行传递函数曲线的拟合得到栅网的模态振型。
进一步地，在步骤(1)中，在栅网的薄壳上共布置68个测点，形成栅网的网格结构。
进一步地，将栅网固定在钻孔的夹具上，与实际约束一致。
优选地，所述夹具采用刚性好、重量低、具有较高的刚性质量比和高阻尼特性的铝合金材料，夹具用整块材料加工而成，夹具与试品的重心与试验台面中心重合。
与现有技术相比，本发明采用锤击确定固有频率，声激励确定振型的激励方法，解决了微型结构因频率过高而激振不起来的问题；采用栅网固定在钻孔的夹具上，与实际约束一致的结构支承方法。解决微型结构——行波管栅网的安装与定位的问题；采用激光束代替传统的传感器方法，采集栅网上振动响应信号，解决了因微型结构的尺寸太小、无法表贴传感器而无法获得完成信号探测的难题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是试验***示意图。
图2是行波管栅网试验样品图。
图3是栅网模态试验装置图。
图4是栅网结构模态试验***图。
图5是栅网模型振动测点布置图。
图6是栅网的振动曲线及频谱图。
图7是单频声波激振下栅网的频谱图。
图8是栅网的模态试验振型图。
图9是栅网仿真计算结果图。
具体实施方式
本发明采用频域识别法进行对栅网的薄壳结构的试验模态分析。采用逐点激励，单点拾振的方法，在栅网试件上布置了68个测点，用锤击法给栅网结构以激振，同时测出其响应，接着将信号经A/D转换器进行采样后输入计算机，这些数据经快速Fourier(FFT)变换，则计算出激励点与响应点的传递函数，得到栅网的频率。然后用声波激励的方法对栅网结构进行整体激励，用激光测振仪测取各点的响应，并实时在计算机内进行传递函数曲线的拟合得到栅网的模态振型。试验模态法是直接测量***固有频率和振型的一种试验方法，它通过同时测量***的输入信号和输出信号，根据试验测得的传递函数曲线，进行曲线拟合，从而计算固有频率、模态刚度、模态质量等。在实际结构或模型振动试验中，得出结构的自振频率是许多试验的目的，用锤击法测出结构的自振频率是一种比较经济、理想的测振方法，这种方法可实现多点激振(用力锤对多点敲击)和单点响应，在计算机上实时显示锤击频响曲线，通过多次叠加平均计算出每个锤击测振点的传递函数、自功率谱、互功率谱、相干函数和傅立叶谱。在行波管轮辐状栅网微型结构模态试验验证技术中，针对栅网这种特殊结构——拱形镂空结构、质量轻而柔，无法贴装传感器，其振动试验***的搭建主要解决激励方法、信号采集和结构支承等关键问题。
请参阅图1和图4，振动试验的测试***由三部分组成：(1)激励***。激励***主要包括激振器，由它完成对试件的激励。典型的激励装置有激振器***、冲击锤、阶跃激励装置。激励方式有单点激励、多点激励和单点分区激励。试验中采用的力锤和声波激励两种激励方式，。(2)测量部分。测量部分主要是数据采集，包括传感器、电荷放大器及有关连接部分。其功能是把被测量(力和响应加速度)通过传感器变换成电信号，然后经电荷放大器或衰减后，进入信号分析软件处理***进行处理。由于栅网的特殊结构，用激光束代替加速度传感器，采集栅网上振动响应信号，测出栅网相关点的形变量。试验中采用PSV-300激光扫描***对栅网进行结构模态试验。首先由激光头内部的***头将栅网摄像后把图形传至计算机并进行扫描试验前的布点，启动采集器后，激光将自动按扫描顺序进行扫描试验与测点的数据采集，并实时在计算机内进行频响函数分析处理。试验得到结构的前三阶固有频率与计算值非常接近，最大测量相对误差为3.5％。(3)信号处理***。分析部分主要包括分析仪及微机(软件包)、打印机等***设备。分析仪的作用是测量和分析由传感器或激光器所产生的信号，直至获取传递函数数据，它是以快速傅立叶变换(FFT)技术为核心的数字信号分析***。
请参阅图3，试验用的夹具是一种为栅网微型结构模态试验专门设计的试验夹具，其支撑方式与栅网在行波管枪体中的实际焊接情况一致。其采用刚性好、重量低、具有较高的刚性质量比和高阻尼特性的铝合金材料；夹具用整块材料加工而成，消除夹具的自激振荡；所有接触面达到所需的平整度以保证良好的机械接触，并保证夹具与试品的重心与试验台面中心重合。
请参阅图5，为了全面反映栅网的动态特性，同时考虑其结构的特点，在栅网薄壳的孔节点处共布置了68个测点，形成栅网的网格结构试验中首先由激光头内部的***头将栅网摄像后把图形传至计算机并进行扫描试验的测试布点，启动采集器后，激光将自动按扫描顺序进行扫描试验与数据采集，并实时在计算机内进行频响函数分析处理。
请参阅图2和图3，为了获得行波管振动打火的薄弱部位的振动特性参数，对栅控行波管控制栅网样品进行了模态试验，通过对试验采集的结构的输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，得到模态固有频率、阻尼比和模态振形，搞清楚结构在某一感兴趣的频率范围内各阶主要模态的特性，通过振形动画能够清晰的观察出栅网的变形，这样可以准确的对结构设计做正确的修改，减少结构的不合理性，提高栅网的刚度。
测试结果：
1、栅网振动固有频率。请参阅图6，将栅网固定在夹具上，并用力锤敲击栅网，同时用激光测振仪测量栅网的振动，通过测量得到的栅网振动曲线作频谱分析，获得栅网的固有频率，其频谱峰值数据见表1。
表1  频谱峰值列表(工程单位：mm/s)
  序号   频率   幅值谱Peak   阻尼比
  01   14235.9   11.4748   0.063％
  02   18331.1   5.71416   0.142％
  03   22538.6   1.61977   0.120％
2、振型获取。请参阅图7和图8，用单频声波激振栅网，，用激光测振仪测取各点的振动信息，并经处理得到栅网的前三阶的振型。从图8可知栅网结构自身的模态频率很高，在行波管振动环境考核试验中不会因栅网共振发生大形变而导致阴栅间距过小。栅网在整管中随行波管其他结构发生平动。
请参阅图9，栅网的模拟结果和试验结果非常接近。做栅网这样的镂空结构模型的模态试验比较难做，本专利介绍的金属轮辐状栅网模态试验验证方法解决了这一难题，实际模态试验得到了理想的数据结果，能使模拟计算结果得到较好的验证。

Claims (2)

1.一种栅控行波管金属栅网模态试验方法，其特征在于，它包括如下步骤：
(1)采用逐点激励、单点拾振的方法，在栅网试件上布置测点；将栅网固定在钻孔的夹具上，与实际约束一致，所述夹具采用刚性好、重量低、具有较高的刚性质量比和高阻尼特性的铝合金材料，夹具用整块材料加工而成，夹具与试品的重心与试验台面中心重合；
(2)用锤击法给栅网结构以激振，同时测出其响应；
(3)将得到的信号经A/D转换器进行采样后输入计算机，计算出激励点与响应点的传递函数，得到栅网的频率；
(4)用声波激励的方法对栅网结构进行整体激励，用激光测振仪测取各点的响应，并实时在计算机内进行传递函数曲线的拟合得到栅网的模态振型。
2.根据权利要求1所述的栅控行波管金属栅网模态试验方法，其特征在于，在步骤(1)中，在栅网的薄壳上共布置68个测点，形成栅网的网格结构。
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