实验模态分析是研究复杂结构动力特性的重要手段,在结构设计、振动控制、损伤识别及健康监测等方面具有重要的作用。目前,在实验模态分析中,主要采用有线连接的方式进行数据测量,但是有线采集系统的现场布线比较复杂、部署成本较高,且部署好之后,系统的可维护性和扩展性较差,特别地对于一些大型结构设备的模态分析,其劣势更加明显。新型的无线传感器网络具有结构简单、维护费用低、安装部署方便、扩展性好等优点,能有效弥补有线数据采集的不足,使用无线传感器网络作为实验模态分析数据采集方式,能更好的为工程实际服务。本文以实验模态分析为应用背景,研究了无线传感器网络的网络拓扑、路由及多测点高速同步数据采集方法,并研究了短样本模态参数识别方法,最后,设计开发了面向实验模态分析的无线传感器网络数据采集系统。分析了实验模态分析中无线传感器网络的关键技术及难点,针对实验模态分析的需要,重点研究了网络拓扑结构、路由协议及多测点同步高速采集机制。提出了基于虚拟簇头节点对的分簇路由协议及时间同步算法,将时间同步与网络路由相结合,能很好的适应实验模态分析数据测量,有效地降低节点能耗。针对高频采样条件下,无线传感器网络只能采集有限的短样本信号,提出了基于分段频谱细化的频响函数优化方法,在不增加分析样本的前提下,有效提高频响函数精度。仿真与实验分析表明,本文方法能有效提高模态参数识别精度。基于MICAz传感器节点及MoteWorks无线传感器网络开发平台,设计开发了高速数据采集、数据可靠传输、基于虚拟簇头节点对的分簇路由及时间同步等组件。并使用模块化的编程方法,设计开发了数据终端面向实验模态分析的无线传感器网络数据采集系统。最后,搭建了无线传感器网络模态分析实验平台,对本系统的有效性进行验证,通过与有线数据采集模态参数识别结果进行对比,验证了本文系统可以应用到实验模态分析中。