锤击测试使用指数窗会引起什么问题吗？
锤击测试使用指数窗会引起什么问题吗？
锤击测试使用指数窗会引起什么问题吗？让我们来讨论它。如果指数窗使用不合理，将会引起一些问题。如果需要使用大指数窗以便最小化泄漏所造成的影响，那么你将冒着丢失密集模态的风险。这儿有几个实例与指数窗的使用有关，明白如果不反复尝试施加不同大小的指数窗，将会产生什么样的结果。
首先，必须明确地指出在许多锤击法测试中，指数窗都是必要的。然而，在加任何窗之前，明智的做法是尝试不同的方法去减小泄漏的影响。在使用指数窗之前，总是需要考虑增加谱线数或者带宽减半，二者本质上都是增加总的采样时间。这种考虑很有帮助，因为这使得系统响应在采样周期结束之前自然地衰减到零。如果这一点能够实现，那么没必要使用指数窗。
然而，如果响应在采样周期结束前仍没有衰减到零，那么可能指数窗是必要的。在应用指数窗之前，应先考虑前面提及的两个方法作为最小化泄漏影响的可能方法。在首先没有观察时域响应的情况下，就任意地施加指数窗作为测量过程的第一步，不推荐这样做。让我们通过一个简单的实例说明这一点。
图1 加小指数窗的FRF
对一个非常简单，小阻尼的结构进行锤击测试。选择的信号处理参数是400Hz的带宽和1秒的时域采样长度。因为结构的响应在采样周期结束前没有衰减到零，那么需要施加一个指数窗，加窗后的响应在采样周期结束前将衰减到相当小的值，这样可以最小化泄漏所带来的影响。
锤击激励、加指数窗的响应和FRF，如图1所示。表面上看，此次测量看起来是可接受的。【注意力谱（图中没有给出）在整个频带内相当平坦，因而可认为充分地激励了结构。同时注意到相干（图中也没给出）认为也是可接受的。】
从各方面来看，这次测量似乎完全可接受。但是我们需要更深层次地考察此次测量。首先，考虑相同的测量，但是对响应信号施加了一个衰减更快的指数窗。图2中给出了相同的数据，但是指数窗的衰减指数较大。这次锤击测量产生的FRF中的阻尼比图1所示的FRF中的阻尼明显要大得多。FRF的峰值显示了这个影响，注意到因为使用了大阻尼指数窗，FRF的峰比较宽胖。
图2 加大指数窗的FRF
现在更深入一点去考察此次测量，并尝试改变一些信号处理参数。为了减少指数窗的使用，要么缩短带宽，要么增加谱线条数。两个方法都将必然导致总的采样时间的增加。如果增加总的采样时间，那么对采集到的数据加大指数窗的需求将会减少。
图3是将谱线条数增加一倍后的结果。时间样本长度由1秒增加到2秒。虽然仍然需要施加指数窗以最小化泄漏的影响，但是此次加窗对测量数据所带来的总的阻尼影响远小于图1和图2加窗所带来的影响。
最重要的是图3中在FRF的第一个峰值处似乎只有一阶模态，但实际上原来是两阶非常靠近的密集模态。图1和图2中使用的指数窗导致FRF第一个峰值处只有一阶模态。这两个指数窗的使用使得FRF两阶明显不同的模态只显示了一个峰值。
虽然加指数窗以最小化泄漏是必须的，但是图1和图2中加窗函数扭曲了真实的FRF，致使在FRF这个频率处很难观测到两个峰值。指数窗的使用，虽然是数字信号处理必须考虑的事项，但是当估计小阻尼结构和密集模态时，如本例中的情况，将会引起一些严重的问题。
图3 增加时间/频率分辨率后的FRF
现在我希望你能明白这个例子中指数窗的一些影响。虽然可能加指数窗对最小化泄漏是必须的，但是窗的使用可能会隐藏或者扭曲FRF中的模态。故锤击法测试时，当需要使用指数窗时，需要极其小心。如果你还有模态分析其他问题，请咨询我。
【转载】https://zhuanlan.zhihu.com/p/24318554
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