美國航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）的科學家使用Polytec公司PSV-400-3D型號的掃描式激光測振儀對裝配在火星探測車上的光譜儀進料口進行了動態響應測試。美國航空航天局JPL在2011年11月接到這次有關火星的任務，他們需要將一臺名為“好奇號”的火星實驗室探測車送到火星上，以便對火星迄今為止是否具有可供生命生存的環境進行評估分析。好奇號將作為一臺地質科學家機器人在火星上搜索有關地質、大氣、環境以及潛在的生物特征方面的信息。
好奇號利用攝像機、光譜儀、輻射探測器、環境和大氣傳感器等設備采集火星表面的土壤及環境樣本。美國航空航天局的科學家則對返回的數據進行分析處理。化學與礦物質（CheMin）投放口（如圖1）和儀器上的樣本分析模塊（SAM）都受到位于料斗基座處的壓電式執行器發出的振動激勵，并以這種方式對火星表面采集到的樣本進行篩選，然后放入光譜儀中進行分析。
圖1 土壤樣本入料口
之前使用加速度傳感器測得的數據不準確，主要原因是黏貼加速度傳感器會給被測物體帶來附加質量的影響，并且測量點數也受到了限制。因此JPL的科學家決定采用非接觸式的測量方法來獲取準確的振動數據，通過這些數據來確認光譜儀入口料斗的設計是否滿足要求。
實驗搭建
驗證過程的第一步是獲取工程模型（如圖2）的動態特征，該工程模型已被驗證可以有效地通過料斗移動土壤樣本。描述料斗進口處多個位置的振動水平，可以將這些數據與前期有限元模型的分析結果進行對比分析，也為后期無法使用土壤進行測試的飛行模型的測試對比提供一個參考標準。
圖2 采樣漏斗的工程模型
測試工程模型（如圖3）時，系統的激勵位置是執行器，分析SAM時采用一段長達15秒的頻率范圍在100Hz-500Hz的掃頻信號作為激勵信號，對于CheMin則使用一段5秒的頻率范圍在10.5kHz-12.5kHz的掃頻信號作為激勵信號。這個計劃需要對3個執行器分別進行激勵，然后2個一組進行激勵，最后對3個執行器一起激勵。使用Polytec公司PSV-400-3D型號的激光測振儀獲取工程模型的三維振動數據。測試中需要多次調整工程模型的擺放位置，只有這樣才能保證測試激光可以照射到CheMin的入料口（內外部分）、CheMin的料斗、CheMin的采集屏幕以及SAM的入料口。入料口、采集屏幕和料斗處都布置有大約20~30個測試點，每個測點的時域響應信號都包含X、Y、Z三個方向的數據（如圖4）。
圖3 對工程模型進行振動分析
圖4 模型在X, Y, Z三個方向的頻響函數
為了驗證產品的功能性，必須將工程模型的測試結果與飛行模型進行對比分析。飛行模型指的是裝有CheMin和SAM部件的火星探測車。探測車的組裝是在宇宙飛船組裝廠（SAF）中的無塵室內完成的。為防止探測車受到損傷，探測車1米內的區域是嚴禁進入的。激光測振儀在被帶入SAF前已進行過清潔處理，擺放在距探測車1.5米的位置，從探測車上方僅可照射到CheMin和SAM的入料口（如圖5）。因此在對進料口內外邊緣進行測試時需保證系統激勵和數采參數的設置與先前測試工程模型時的保持一致。
圖5 安裝在探測車上的入料口測試
測試結果與結論
測試數據的分析工作由JPL完成，每一個測點的時域數據在經過低通濾波后會進行速度RMS值的計算。對比工程模型和飛行器的結果數據發現二者的動態特征一致，這一結果增強了JPL科學家對入料口執行器系統功能特性的信心。
