Crystal Instruments Spider-80M MIMO 振动控制器(技术概述)
振动控制器 · Crystal Instruments 系列概览
Spider-80M

Crystal Instruments Spider-80M MIMO 振动控制器(技术概述)

一台控制器同步驱动多台激励器,覆盖随机、正弦、冲击、TTH、SRS 与 TWR 六类 MIMO 控制。

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产品概述

MIMO(多输入多输出)振动测试在过去十年间迅速发展,得益于多振动台系统的出现、MIMO 振动控制器的成熟,以及相关标准的就绪,例如 MIL-STD 810G method 527 与 IEST DTE 022 工作组的建议。完整的 MIMO 振动测试系统包含六类控制:MIMO 随机控制、MIMO 正弦控制、MIMO 经典冲击、MIMO 瞬态时程(TTH)、MIMO 冲击响应谱(SRS)与 MIMO 时间波形复现(TWR)。

系统规模从多激励器单轴(MESA,两台或更多激励器)延伸到多激励器多轴(MEMA),即三轴平动振动台(如地震试验台),或 6 自由度多轴振动台(MAST)。在现实中,结构振动测试需要来自各个方向的激励源,而单激励器(SDOF)测试必须依赖受试件自身的动力学来分配能量;当受试件过于细长、或又大又重需要不止一台激励器提供足够能量时,就需要 MIMO。MIMO 以受控方式把振动能量分配到不止一个轴向,不依赖受试件动力学,并允许更多自由度来兼顾阻抗匹配与服役边界条件。

硬件与控制核心方面,Spider-80M MIMO 振动控制器基于高效的 Spider-80Xi 架构,专用于 MIMO VCS 控制与 MIMO 结构测试。一个 Spider 系统可由一个或多个 Spider 前端组成,用户把同一局域网内检测到的前端组合成系统,软件会校验并显示每个前端的硬件属性。系统支持 Black Box 模式:受支持的前端可在无 PC 连接的情况下采集数据,PC 仅在试验前用于配置、试验后用于下载数据,试验期间前端按预设日程运行。

在数据管理上,振动试验通过 MSSQL Server 数据库管理,信号文件、试验设置与 UUT 信息均存入数据库,可按关键词、时间或日期检索,数据库可安装在本地电脑或局域网服务器上。测量量可选加速度、速度、位移、力、应变、扭矩、温度、电压、角度、相位、电阻、转速、压力、频率、角速度、电流、声压、质量等;界面支持英语、俄语、日语、简体与繁体中文,且切换语言无需重装软件。

本系列型号

型号输入通道动态范围D/A 分辨率存储
Spider-80M 16 / 24 / 32 / 48 / 56160 dBFS24 bit250 GB SSD,可升级至 2 TB
Spider-81 / 81B 每台 8 路 BNC160 dBFS24 bit4 GB flash
Spider-101i 4 路电压/IEPE

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核心特性

  • 包含随机、正弦、经典冲击、TTH、SRS、TWR 六类 MIMO 控制
  • 系统从 MESA 两台以上激励器延伸到三轴台与 6 自由度 MAST 台
  • Spider-80M 基于 Spider-80Xi 架构,专用于 MIMO VCS 与结构测试
  • 多个 Spider 前端可在同一局域网组合为一个系统
  • 支持 Black Box 模式,按预设日程无 PC 采集
  • 试验由 MSSQL Server 数据库管理,可按关键词/时间检索

典型应用

  • 大型、重型受试件的多激励器振动试验
  • 三轴与 6 自由度多轴振动台控制
  • 地震模拟振动台试验
  • 军事标准 MIMO 试验(MIL-STD-810G method 527)
  • 单轴测试无法充分分配振动能量的结构

常见问题

振动控制器和动态信号分析仪有什么区别?

两者硬件平台相似,功能定位不同。动态信号分析仪(DSA)只负责测量与分析:采集加速度、力、应变等信号,做时域记录、频谱、传递函数等,输出的是数据。振动控制器则在测量的基础上增加闭环控制能力,实时把测得谱与目标谱比较并修正驱动输出,去控制振动台,输出的是驱动信号。Crystal Instruments 的 Spider-81/80X 是兼具两种角色的平台,同一台硬件可配置为振动控制系统(VCS)或动态信号分析仪(DSA)。如果只需要看振动大小,选分析仪;如果要做能过标准的振动试验,必须有控制器。

振动台选型看哪几个关键参数?

控制器侧看四点:一是通道数,把控制、监测、记录通道分开统计,单台 Spider-81 为 8 输入 2 输出,可组网到 512 通道;二是控制动态范围,随机约 90 dB、正弦可达 100 dB,决定低量级段是否可控;三是输入类型与传感器匹配,IEPE、电荷、TEDS、电压、应变对应不同前置模块;四是时间同步,多台分布式系统靠 IEEE 1588 保证跨机箱相位一致,优于 ±1.0° @20 kHz。振动台本体还需看推力、频率范围、最大位移与台面尺寸。控制模式(随机、正弦、冲击、SRS、TTH、SoR、RoR)属软件选件,按你要过的标准配置。

单轴振动控制、多轴 MIMO 和多台并行控制怎么选?

三种方案解决不同问题。单轴控制一次激励一个方向,标准随机、正弦、冲击都能做,是最常用的方案。多轴 MIMO(含 MESA 单轴多点、MEMA 多轴多点)用多个激振器同时施加激励,适合细长比大、质量大或要求同时多方向激励的试件,能显著缩短试验时间——不必把试件在垂直与水平台面之间反复拆装。多台并行控制(MSC)则是把多台控制器放在同一界面下跑各自独立的试验,最多 12 台,各台之间不要求同步,适合实验室同时并行多个项目。选型先问:试件是否需要多方向能量分布、是否需要严格相位关系,再对应选择。

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