本发明涉及一种特别适用于结构动态特性试验研究和无损探伤研究的脉冲激振器。 脉冲激振法是结构动态特性试验和研究的一种重要方法。和其它的激振方法相比具有独特的优点：试验时间短;所需仪器设备简单，操作方便;对被测试结构不需施加刚度及质量约束，因此可以避免由于接入激振器而影响被测结构的动态特性;适用于自由约束条件的试件，故可对具有复杂表面形状而不易夹固的轻小型试件进行测试;实验不仅可在试验室进行，而且还可在生产车间或使用现场进行;便于对所得试验结果作进一步数学分析，等等。
目前广泛采用的脉冲激振法是使用带力传感器手锤（脉冲锤）进行敲击的“锤击脉冲激振法”。测试时，用脉冲锤敲击构件，同时记录由力传感器测出的力脉冲信号和用其它传感器测出的响应信号，然后进行分析处理。图1是脉冲锤的示意图。用手持手柄，使锤头敲击被测试件的预定部位，从与锤头联接的力传感器上就输出脉冲信号。
用脉冲激振法测试结构的动态特性时，激振力和响应信号中难免混入噪声干扰信号。因此，应在相同条件下进行多次敲击，以便通过多次总体平均，减少噪声的影响。所以，在进行敲击时，如何控制动作使多次敲击的着力点的位置、力的大小和作用方向有较好的重复精度，是一个值得重视的问题。显然，用手握锤丙进行敲击，无论是着力点的位置，还是锤击力的大小和方向，都难以达到较高的重复精度。一种较普遍采用的改进措施是：把原来手持锤柄进行敲击，改进为固定锤柄上的一点，使其成为回转中心，如图2所示。这样使力脉冲地重复精度有所提高。但是这种方法不如“手锤”激振操作简单，不能方便地在试件的任何部位进行激振，每换一个激振点，都要重新调整锤的位置或移动试件，不便于现场测试。而且，在完成每次激振时，还必须及时用手抓住弹回的锤头，防止二次敲击，更增加了操作的复杂性。
随着现代科学技术的发展，脉冲激振法的应用领域日益宽广。因此迫切需要一种简便实用，重复精度高的新型脉冲激振器。本发明的目的就是，研制一种满足上述要求的新型脉冲激振器。使用这种新型脉冲激振器时，能够准确地控制激振速度，激振力的位置、方向和大小，从而具有较高的重复精度。
本发明的目的是通过下列措施实现的：
在所说的脉冲激振器中，有一个冲击系统，它可沿固定轴线射出和缩回。该系统中，有一个用以撞击被测试件的冲击头，其后面可拆卸地与一个力传感器联接，该力传感器又与一冲击杆可拆卸地联接，该冲击杆上安装着一个激振速度和激振力调节及指示机构。
冲击系统运动的能量靠一个储能器提供。在本发明所列举的实施例中，该能量由一个压缩弹簧提供。
为了使冲击头每次与试件碰撞后能离开被测试件，本脉冲激振器中还有一个脱离机构。在本发明列举的实施例中，脱离机构主要由一个较弱的复位弹簧组成，也可以采用其它方式实现所要求的脱离，避免产生二次撞击，比如：利用摩擦副，或惯性力，或其它机构等。
此外，该脉冲激振器还具有一套击发系统和瞄准测点的机构。
为使脉冲的频宽可调，在以上所述的脉冲激振器中还可以增加一个可调节频宽的机构。下面，在简要地介绍说明书附图之后，将详细地叙述本发明的最佳实施例。
图1是一般的脉冲手锤的示意图。
图2是改进后，有固定支点的脉冲锤的示意图。
图4是本发明第二种实施例中频宽调节部分的示意图。
图3是本发明第一实施例的示意图。
图5是可自动调位的平头冲击头的示意图。
图6是用本发明脉冲激振器和脉冲锤分别重复打击试件得到的力脉冲峰值的散点图，其中图6a是脉冲激振器激励的散点图，图6b是脉冲锤激励的散点图。
图7是用本发明第二种实施例脉冲激振器，打击试件时，力脉冲幅值的变化图。
图8是用本发明第二种实施例脉冲激振器打击试件时，脉冲频带宽度的变化图。
图3显示了本发明的第一种实施例，脉冲激振器做成易于抓持的手枪形状。所说的冲击系统、储能装置和脱离机构都布置在枪筒内。击发机构做成复合扳机。瞄准机构位于枪口处。
冲击系统可在枪筒内沿轴向射出或缩回。其前端是一个头部为半球形的冲击头（1），该冲击头可拆卸地与一个力传感器（2）连接，该力传感器另一端与一个冲击杆（3）连接，冲击杆上还可拆卸地安装着调速块（7）。在冲击杆后端有一段螺纹，可以用螺母（4）固定所需的配重块（8），以改变冲击系统的质量。调速块上有一排沿轴向分布的齿，可与复合扳机（9）中的棘爪（10）啮合，以调节激振速度和激振力。
由压缩弹簧（5）构成的储能装置也装在枪筒内，并套在冲击杆上。冲击系统回缩时，弹簧（5）被压缩，从而积聚了弹性能。当击发机构动作时，冲击系统被松开，由于压缩弹簧（5）的作用，使冲击系统向前射出。
脱离机构由一个复位弹簧（6）组成，它也套在冲击杆上并位于枪筒内。与压缩弹簧（5）相反，当冲击系统缩回时，复位弹簧（6）处于接近放松状态，而当冲击系统前冲时，该复位弹簧被压缩，从而积聚起复位能量，当完成激振后，由于复位弹簧的作用，使冲击头复位，防止了二次碰击。复位弹簧（6）的刚度应低于压缩弹簧（5）的刚度。
瞄准机构由一个三爪套（11）组成。该三爪套位于枪口处。三爪园周等距分布。当冲击系统缩回处于待击发状态时，三爪的外端面应高于冲击头（1）的外端，当激振时，即冲击系统射出时，冲击头外端应能超过三爪套的外端面。
冲击头的材料可根据对脉冲宽度和频带的要求选定。例如可用钢，铝等金属材料制成，也可用尼龙，有机玻璃或橡胶等非金属材料制成。
此外，冲击头的形状还可做成前端有小平面的球形。为了使冲击头和被测试件能始终保持较理想的接触姿态，可使该冲击头有自动调位的功能。这种可自动调位的冲击头如图5所示。带有小平面的球头（20）被卧入一个超过半球的球形凹窝（21）内，球头（20）与凹窝（21）间有均匀的微小间隙，因此该球头可在该凹窝内转动，以调整其姿势。这种可自动调位的冲击头的优点是：碰撞时试件和冲击头的局部应力降低，所以变形小，并且减小了试件局部加工硬化，也使重复打击时波形变化小，因而重复性好。
该第一种脉冲激振器的使用方法是，首先拉回冲击系统，使调速块（7）上合适的齿与棘爪（10）啮合，以确定激振的速度和激振力。接着持枪使三爪外端轻触被测试件的表面，使冲击头对准测试点后稍微后撤使三爪与试件脱离接触，然后扣动扳机。
本发明的第二种实施例是在第一种实施例的基础上又增加了一个脉冲频带宽度调节机构。该机构的示意图如图所示。图中省略了与第一实施例相同的部分、只画出了脉冲频带宽度调节部分。
进行结构动态试验时，有时需要了解被测试结构对某一特定频率宽度脉冲激动的响应，因此希望能控制脉冲激励时的频宽。一般的方法是更换不同的冲击头。而使用按照本发明的这种实施例制造的脉冲激振器，可以不必更换冲击头，只需进行简单的操作即可在一定范围内任意选择所需要的脉冲频带宽度。
如图4所示，冲击头1′和力脉冲传感器2′安装在冲击杆3′的前端。调速块7′可滑动地套在冲击杆3′后部直径较细的部分上。在调速块7′前面有一个套在冲击杆3′上的弹簧15，该弹簧的一个端面靠在冲击杆3′的台肩上，另一端与调速块7′的前端面接触。调节旋钮16通过螺纹安在冲击杆3′的后端，该旋钮16的前端面压紧在调速块7′的后端面上。转动旋钮16，就可以改变弹簧15的预紧力，从而改变整个冲击系统的刚度，实现脉冲频带宽度的调节。脉冲激励时，冲击头1′、力传感器2′、冲击杆3′首先冲击试件，而调速块7′则由于惯性和弹簧15的可压缩性而继续前冲一段很小距离。其动能随后转变成冲击能，形成第二次冲击。因此，整个冲击波形是这两次冲击波的迭加。弹簧15预紧力的变化即影响合成的脉冲波形，因而影响了频带宽度。在本实施例中，如果采用如图5所示的那种可调位的平头，则效果更佳。便用一台这种脉冲激振器，就可对不同结构和不同材料的试件在不同频宽范围内进行试验。图7是调节旋钮16于不同位置时，所得力脉冲幅值的变化情况。其中A是弹簧15预紧力较低时的力脉冲波形，B是弹簧15预紧力较高时的力脉冲波形，可以看出它们都是由两次冲击的波形迭加而成。图8是与图7相对应的频谱图，其中A′是力脉冲A′的频谱，B′，是力脉冲B的频谱，f1和f2分别表示脉冲A和B半功率点所对应的频宽。可以看出，当弹簧15预紧力变化时，脉冲的频宽也随之产生了变化。
第二种脉冲激振器的使用方法与第一种脉冲激振器的使用方法相同，只是应事先把调节旋钮转到适当位置，以选定所需的脉冲频带宽度。
按本发明制造的脉冲激振器具有许多优点。首先，它具有脉冲所有的主要优点，即：所需试验设备简单，试验时间短，激振灵活方便，适于现场使用等。而且还具有其独特的优点，如：试验时力脉冲峰值、宽度和频宽可以控制，而且多次打击时所激励出的力脉冲具有较高的重复精度。图6是用本第一种脉冲激振器和脉冲分别重复打击相同的标准试件得到的力脉冲峰值的散点图，其中图（6a）是脉冲锤激励的散点图。表1显示了上述试验结果的对比。其中反映重复精度的变异系数W为测量数据的数学期望 x和标准差S的比值，即W＝
表1
显然，使用本脉冲激振器激振时的重复精度比用脉冲手锤激振的重复精度高得多。
把用本发明脉冲激振器对周边固定薄园扳进行脉冲激振试验摸态分析所得的结果与理论解比较，其固有频率和各阶振型的实测值与理论解之间的误差很小。而且发现，用本脉冲激振器打击园板内刚度相同的点时，实测力脉冲具有较好的重复性;用它打击园扳内刚度不同的点，实测力脉冲发生有规律可循的变化。因此，本发明为用脉冲激振法进行现场无损探伤，提供了理想的仪器。