Устанавливает методы калибровки акселерометров, а в случае их использования в областях, попадающих в сферу государственного метрологического контроля и надзора, - методы поверки в диапазоне частот 20 - 5000 Гц и диапазоне амплитуд ускорения 10 - 1000 м/с в кв. (в зависимости от частоты).
Идентичен ISO 16063-11:1999
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Аппаратура
4 Окружающие условия
5 Предпочтительные значения амплитуд и частот
6 Метод 1 (метод счета интерференционных полос для диапазона частот 20 - 800 Гц)
7 Метод 2 ( метод минимумов) для диапазона частот 800 - 500 Гц
Приложение А (обязательное) Расчет неопределенности
Приложение Б (обязательное) Формулы расчета ускорения
20 страниц
Дата введения | 01.07.1997 |
---|---|
Добавлен в базу | 01.09.2013 |
Завершение срока действия | 01.11.2014 |
Актуализация | 01.01.2021 |
12.04.1996 | Утвержден | Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации | 9-96 |
---|---|---|---|
17.03.1997 | Утвержден | Государственный комитет Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации | 98 |
Разработан | ТК 183 Вибрация и удар | ||
Издан | ИПК Издательство стандартов | 1997 г. |
Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ВИБРАЦИЯ
КАЛИБРОВКА ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА
Часть 1. ПЕРВИЧНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ КАЛИБРОВКА МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
БЗ 2-95/73
Издание официальное
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
Минск
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 9—96 от 12 апреля 1996 г.)
За принятие проголосовали: | ||||
|
3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст международного стандарта ИСО 5347—1—87 «Вибрация. Калибровка датчиков вибрации и удара. Часть 1. Первичная вибрационная калибровка методами лазерной интерферометрии»
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 17 марта 1997 г. № 98 межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 5347-1-96 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 1997 г.
© ИПК Издательство стандартов, 1997
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания на территории Российской Федерации без разрешения Госстандарта России
Значение коэффициента преобразования следует сопровождать указанием погрешности калибровки и доверительным уровнем, которые вычисляют в соответствии с приложением А.
Должен быть использован доверительный уровень 99 % (или 95 %).
7 МЕТОД 2 (МЕТОД МИНИМУМОВ) ДЛЯ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ
800-5000 Гц
7.1 Процедура
С помощью полосового фильтра с центральной частотой, равной частоте сигнала акселерометра, фильтруется сигнал фотодетектора. Этот отфильтрованный сигнал имеет ряд минимумов, соответствующих определенным амплитудам перемещения акселерометра и приведенных в таблице 1.
После установки частоты амплитуду вибратора регулируют, начиная с нулевого значения до достижения максимума отфильтрованного сигнала фотодетектора и далее до его минимального значения. Это минимальное значение — первый минимум отфильтрованного сигнала — соответствует амплитуде перемещения 0,193 мкм. Амплитуды перемещения для других минимумов указаны в таблице 1. Измерительная система для метода минимумов изображена на рисунке 2.
Таблица 1— Амплитуды перемещения для минимумов | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7 |
1 г
1 — усилитель мощности; 2 — генератор частоты и индикатор; 3 — вибратор; 4 — плоское зеркало; 5—интерферометр; 6 — акселерометр; 7—фотодетектор; 8—оптичес? кий фильтр; 9 —лазер; /0—частотный анализатор; 11 — полосовой фильтр, настроенный на частоту вибратора; 12 — вольтметр; 13 — усилитель; 14— вольтметр; 15 — измеритель нелинейных искажений; 16 — осциллограф
Рисунок 2 — Измерительная система для метода минимумов (метод 2)
7.2 Представление результатов (см. также Б. 1 приложения Б)
Амплитуду ускорения а, м/с2, вычисляют по формуле
а = 39,478 • 10~6 • df2, а коэффициент преобразования 5 — по формуле
5= 0,25331 • 105~,
df2
где V — амплитуда выходного сигнала акселерометра, В;
d — амплитуда перемещения для минимума в соответствии с таблицей 1, мкм;
/ — частота вибратора, Гц.
Полученные этим методом коэффициенты преобразования используют для расчета отклонений от опорного коэффициента преобразования, полученного на частоте 160 Гц (80 Гц) и при ускорении 100 м/с2 (10 м/с2) методом 1 (см. раздел 6).
Значение коэффициента преобразования следует сопровождать указанием погрешности калибровки и доверительным уровнем, которые вычисляют в соответствии с приложением А.
Должен быть использован доверительный уровень 99 % (или 95 %).
9
ПРИЛОЖЕНИЕ Л (обязательное)
РАСЧЕТ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
А. 1 Расчет общей (суммарной) неопределенности
Общую (суммарную) неопределенность калибровки для установленного доверительного уровня CL (для настоящего стандарта CL = 99 или 95 %) XCl рассчитывают по формуле
XCL = ± <Х1 + Х\ , где Хг — случайная неопределенность;
Xs — систематическая неопределенность.
Случайную неопределенность для установленного доверительного уровня Xr(CL ) рассчитывают по формуле
. + е
Xr(CL)
е н + е\г+ егз+
п (п - 1)
где erj, еГ2, ... ,ег„ — дисперсия (отклонение) от среднего арифметического
значения результатов единичных измерений в серии измерений; п — число измерений;
t — коэффициент распределения Стьюдента, соответствующий установленному доверительному уровню и числу измерений.
Систематическая погрешность должна быть исключена или компенсирована. Остаточную неопределенность Xs {CL) рассчитывают по формуле
xs(CL)-j=es,
где К= 2,0 для доверительного уровня 95 % (CL - 95 %) или К= 2,6 для доверительного уровня 99 % (CL = 99 %); es — абсолютная погрешность коэффициента преобразования при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя, В ■ с2/м (см. А.2).
А.2 Расчет абсолютной погрешности коэффициента преобразования es при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя
А.2.1 Расчет es для метода 1
Абсолютную погрешность коэффициента преобразования es при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя рассчитывают по формуле
10
fs
S
= ±
(о ч2
еу
\ /
'е1
I- V 100 |
ч
О г
2 ,
f fly Г 1
100flrm
+
' а„ ^ '
+
В
100
а при использовании счетчика отношения — по формуле
ft
S
= ±
/
'еЛ2 Г2еУ V ' V |
ч>0
2 | ||||||
|
( атТ \ |
Г аН Л |
+ |
Г В) | |
100ormj |
+ |
^rms^ |
,100 ^ J |
где 5 — коэффициент преобразования, В • с2/м;
V — амплитуда выходного сигнала акселерометра, В;
еу — абсолютная погрешность вольтметра акселерометра, В;
/ — частота вибратора, Гц;
€f — абсолютная погрешность частоты вибратора, Гц;
ff — частота полос, Гц;
ef — абсолютная погрешность частоты интерференционных полос, Гц;
Vf — абсолютная погрешность детектирования интерференционной полосы, которая представляет собой изменение выходного напряжения акселерометра, соответствующее единице последнего используемого разряда счетчика частоты интерференционных полос, В;
dtot — суммарное искажение, равное 100 °tot~arms t %,
^ rms
где atot — истинное среднее квадратическое значение суммарного ускорения, м/с2;
агт& ~ истинное среднее квадратическое значение ускорения при возбуждающей частоте, м/с2;
aj— сумма поперечного ускорения, ускорения от изгиба акселерометра и ускорения от качания акселерометра, м/с2;
Т— наибольшее значение поперечной чувствительности акселерометра, % к амплитуде ускорения в направлении измерения;
я# — ускорение, вызываемое шумом, м/с2;
В — погрешность длины волны лазера и интерферометра, % длины волны;
Rf— отношение частоты вибрации к частоте интерференционных полос, измеренное за время, не меньшее 100 периодов вибрации;
е^— абсолютная погрешность отношения.
А.2.2 Расчет е5 для метода 2
Абсолютную погрешность коэффициента преобразования es, В • с2/м, при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя рассчитывают по формуле
11
= ±
\
2
+ |
|
где S— коэффициент преобразования, В • с2/м (см. 7.2);
К— амплитуда выходного сигнала акселерометра, В;
€у абсолютная погрешность вольтметра акселерометра, В;
Vz — разрешающая способность в минимуме, равная изменению выходного сигнала акселерометра, при котором показания вольтметра, используемого для индикации минимума, изменяются от наименьшего значения перед минимумом до наименьшего значения после минимума, В;
dtoJ — суммарное искажение, равное 100 Д/ a^ot~arms %t
’ 2
& rm s
где atot — истинное среднее квадратическое значение суммарного ускорения, м/с2;
arms — истинное среднее квадратическое значение ускорения при возбуждающей частоте, м/с2;
аТ— сумма поперечного ускорения, ускорения от изгиба акселерометра и ускорения от качания акселерометра, м/с2;
Т— наибольшее значение поперечной чувствительности акселерометра, % амплитуды ускорения в направлении измерения;
аи~ ускорение, вызываемое шумом, м/с2;
/— частота вибратора, Гц (см. 7.2);
ef — абсолютная погрешность частоты вибратора, Гц.
А.З Расчет общей абсолютной погрешности коэффициента преобразования esJ и неопределенности для полного амплитудного и частотного диапазонов
Абсолютная погрешность коэффициента преобразования eSt рассчитываемая в соответствии с А.2.1 или А.2.2, имеет место для фиксированных частот, амплитуд и положений переключателей усилителя. Общую погрешность коэффициента преобразования е5/у В • с2/м, и неопределенность для полного амплитудного и частотного диапазонов рассчитывают по формуле
S
=.±'
+
Гг V (I ^ Ь1А , hL 100 100 |
|
2 + |
ч100.
где S— коэффициент преобразования, В • с2/м (см. 6.2 или 7.2);
es ~~ абсолютная погрешность коэффициента преобразования для опорной частоты, амплитуды и фиксированных положений переключателей усилителя, рассчитанная в соответствии с А.2.1 или А.2.2, В • с2/м;
12
LfA — отклонение амплитудно-частотной характеристики усилителя, % коэффициента преобразования;
/^—отклонение амплитудно-частотной характеристики акселерометра, % коэффициента преобразования;
Lqa — нелинейность амплитудной характеристики усилителя, % коэффициента преобразования;
LQp — нелинейность амплитудной характеристики акселерометра, % коэффициента преобразования;
1А — погрешность от нестабильности цепи усилителя и погрешность импеданса источника, % коэффициента преобразования;
1р — погрешность от нестабильности акселерометра, % коэффициента преобразования;
R — погрешность усиления по диапазону усилителя (погрешности усиления для различных настроек усилителя), % коэффициента преобразования;
Ел — погрешность, вызванная воздействием окружающих условий на усилитель, % коэффициента преобразования;
Ер — погрешность, вызванная воздействием окружающих условий на акселерометр, % коэффициента преобразования.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное)
ФОРМУЛЫ для РАСЧЕТА УСКОРЕНИЯ
Б.1 Процедура I
Длина волны X главной линии спектра излучения неона принята равной 0,632815 мкм при давлении 100 кПа.
В интерферометре перемещение, соответствующее расстоянию между двумя соседними полосами (максимальной или минимальной интенсивностями),
Количество максимумов для одного периода вибрации
Ускорение а = 4 я2 ■ /2 • d, где/— частота вибратора, Гц;
ff— частота интерференционных полос, Гц.
Б.2 Процедура 2
Регулируя амплитуду вибрации до уровня, при котором амплитуда составляющей спектра, частота которой равна частоте вибрации, становится равной нулю, амплитуду перемещения d и амплитуду ускорения а определяют по следующим формулам:
а = 4 п2 /2 • d ,
где Jn — аргументы, соответствующие различным нулям функции Бесселя, приведенные в таблице Б.1.
Таблица Б.1— Значения Jn для нулей функции Бесселя | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Редактор Л. В. Афанасенко Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор М.С. Кабашова Компьютерная верстка Е.Н. Мартемьяновой
Изд. лиц. № 021007 от 10.08.95. Сдано в набор 03.04.97. Подписано в печать 23.04.97.
Уел. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 0,90. Тираж 367 экз. С460. Зак. 331._
ИПК Издательство стандартов, 107076, Москва, Колодезный пер., 14.
Набрано в Издательстве на ПЭВМ Филиал ИПК Издательство стандартов — тип. “Московский печатник
Москва, Лялин пер., 6
Содержание
1 Область применения............................... 1
2 Нормативные ссылки.............................. 1
3 Аппаратура...................................... 2
4 Окружающие условия.............................. 4
5 Предпочтительные значения амплитуд и частот........... 4
6 Метод 1 (метод счета интерференционных полос) для диапазона
частот 20—800 Гц................................. 4
7 Метод 2 (метод минимумов) для диапазона частот 800—5000 Гц 7
Приложение А Расчет неопределенности................. 10
Приложение Б Формулы для расчета ускорения............ 13
III
Введение
Настоящий стандарт распространяется на линейные акселеромет-рические датчики, главным образом пьезоэлектрического типа (далее — акселерометры), и устанавливает методы первичной калибровки акселерометров с помощью лазерной интерферометрии и технические характеристики используемой при этом аппаратуры.
Курсивом выделены примечания, позволяющие использовать стандарт в расширенных амплитудном и частотном диапазонах.
IV
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Вибрация
КАЛИБРОВКА ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА
Часть 1. Первичная вибрационная калибровка методами лазерной интерферометрии
Vibration. Calibration of vibration and shock pick-ups. Part 1. Primary vibration calibration by laser interferometry
Дата введения 1997—07—01
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает методы калибровки акселерометров, а в случае их использования в областях, попадающих в сферу государственного метрологического контроля и надзора, — методы поверки в диапазоне частот 20—5000 Гц и диапазоне амплитуд ускорения 10—1000 м/с2 (в зависимости от частоты).
Допускаемая погрешность калибровки:
±0,5 % на опорной частоте (160 или 80 Гц), опорной амплитуде (100 или 10 м/с2) и опорной настройке усилителя;
±1 % для частот до 1000 Гц включительно;
±2 % для частот свыше 1000 Гц.
Примечание — Методы калибровки и технические характеристики применяемой аппаратуры, устанавливаемые стандартом, могут быть использованы в диапазонах частот и амплитуд ускорения, выходящих за рамки указанных. При этом погрешность калибровки, рассчитываемая по формулам, приведенным в приложении А, может иметь другие, нежели указанные, числовые значения.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использована ссылка на
МИ 2060—90 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 1 • 10б — 50 м и длин волн в диапазоне 0,2 — 50 мкм.
Издание официальное
3 АППАРАТУРА
3.1 Аппаратуру следует использовать при окружающих условиях, соответствующих требованиям, указанным в разделе 4.
3.2 Генератор частоты и индикатор, имеющие следующие характеристики:
- допускаемую погрешность по частоте — ±0,01 % показания;
- нестабильность частоты — не менее ±0,01 % показания за время измерения;
- нестабильность амплитуды — не менее ±0,01 % показания за время измерения.
3.3 Комплекс, состоящий из усилителя мощности и вибратора, имеющий следующие характеристики:
- суммарный коэффициент нелинейных искажений — не более 2 %;
- поперечное ускорение, ускорение от изгиба акселерометра и ускорение от качания акселерометра должны быть, по возможности, минимальными и не превышать (в сумме) 10 % значения ускорения в основном направлении (в частотном диапазоне свыше 1000 Гц допускается 20 %);
- шум — не менее чем на 70 дБ ниже выходного сигнала;
- нестабильность амплитуды ускорения — не более 0,05 % показания за время измерения.
Поверхность, к которой крепят акселерометр, не должна вызывать его деформации.
3.4 Сейсмический блок вибратора и лазерного интерферометра (единый блок) должен иметь массу, по крайней мере, в 2000 раз больше суммарной массы движущегося элемента вибратора, крепления и акселерометра.
Сейсмический блок должен быть вывешен на слабодемпфирован-ных пружинах, если вибрация пола оказывает заметное влияние на работу интерферометра или акселерометра; резонансная частота сейсмического блока с пружинами в вертикальном и горизонтальном направлениях должна находиться в пределах 1—2 Гц.
Примечание — Допускаются другие соотношения между массами, если приняты специальные меры, помимо указанных, направленные на демпфирование блока вибратора и лазерного интерферометра.
3.5 Лазер гелий-неонового типа; в лабораторных условиях (давление воздуха 100 кПа, температура 23 °С и относительная влажность 50 %); длина волны 0,6328 мкм.
2
Если лазер имеет устройство ручной или автоматической атмосферной компенсации, оно может быть выключено.
Примечание — Одночастотный стабилизированный лазер должен быть калиброван по длине волны в соответствии с МИ 2060.
3.6 Интерферометр типа Майкельсона с фотодетектором для детектирования интерференционной картины; частотный диапазон 0—15 МГц.
Примечание — Допускается применение модифицированного интерферометра Майкельсона, а также интерферометров с другими интерференционными схемами, в частности использующими трехгранные уголковые отражатели.
3.7 Счетчиковая аппаратура (метод 1, частотный диапазон 20— 800 Гц), имеющая следующие характеристики:
- диапазон частот — 10 Гц — 20 МГц;
- допускаемая погрешность — ±0,01 % показания.
Наряду со счетчиком импульсов может быть использован счетчик отношения с аналогичной погрешностью.
3.8 Перестраиваемый полосовой фильтр или спектроанализатор (метод 2, частотный диапазон 1000—5000 Гц), имеющие следующие характеристики:
- диапазон частот — 100—10000 Гц;
- ширина полосы — менее 12 % центральной частоты;
- наклон — не менее 24 дБ на октаву;
- отношение сигнал/шум — не менее чем на 70 дБ ниже максимального сигнала;
- динамический диапазон — не менее 60 дБ.
3.9 Аппаратура для детектирования нуля (метод 2 — в случае, если не используется спектроанализатор); диапазон частот 30—5000 Гц. Диапазон частот должен быть достаточным для детектирования шума выходного сигнала полосового фильтра.
ЗЛО Аппаратура для измерения истинного среднею квадратического значения выходного сигнала акселерометра, имеющая следующие характеристики:
- диапазон частот — 20—5000 Гц;
- допускаемая погрешность — ±0.01 % показания; при частотах ниже 40 Гц — 0,1 % показания.
Для получения значения амплитуды напряжения его среднее квадратическое значение должно быть умножено на V~2.
3.11 Аппаратура для измерения нелинейных искажений в диапазоне 0—5 %, имеющая следующие характеристики:
3
- диапазон частот — 5 Гц — 10 кГц;
- допускаемая погрешность — ±10 % показания.
3.12 Осциллограф (является необязательным) для контроля формы кривой сигнала акселерометра, имеющий диапазон частот 5-5000 Гц.
3.13 Другие требования
Для достижения погрешности калибровки 0,5 % акселерометр и усилитель акселерометра следует рассматривать как одно целое и калибровать совместно.
Конструкция акселерометра должна быть жесткой. Порог чувствительности акселерометра к механическим напряжениям корпуса должен быть менее 0,2 • 10'8 м/с2; поперечная чувствительность акселерометра должна быть не более 1 %; нестабильность чувствительности акселерометра совместно с усилителем должна быть не более 0,2 % показания в течение года.
4 ОКРУЖАЮЩИЕ УСЛОВИЯ
Калибровку следует проводить при окружающих условиях:
- температура воздуха — (23±3) °С;
- атмосферное давление — (100±5) кПа;
- Относительная влажность воздуха — (50+25) %.
5 ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ АМПЛИТУД И ЧАСТОТ
Шесть значений амплитуд ускорения и шесть значений частоты должны быть выбраны из следующих рядов:
Ускорение (только для метода 1):
10 - 20 - 50 - 100 - 250 - 500 м/с2.
Опорное ускорение — 100 м/с2 (или 10 м/с2)..
Частота:
20 - 40 - 80 - 160 - 315 - 630 - 1250 - 2500 - 5000 Гц.
Опорная частота — 160 Гц (или 80 Гц). 1
тельной частоте 160 Гц (или 80 Гц), при предпочтительном ускорении 100 м/с2 (или 10 м/с2) и стандартном положении переключателя диапазонов усилителя путем измерения частоты полос с помощью счетчика полос (3.7) [используют метод счета интерференционных полос в соответствии с рисунком 1] либо путем измерения отношения частот вибрации и интерференционных полос с помощью счетчика отношения (3.7). Затем определяют коэффициент преобразования при других значениях ускорений и частот. Результаты должны быть выражены как отклонение в процентах от опорного коэффициента преобразования.
Для каждой пары ускорения и частоты- должны быть измерены нелинейные искажения, поперечное ускорение, ускорения от изгиба и от качания акселерометра, шум, значения которых должны быть в пределах, указанных в 3.3.
6.2 Представление результатов (см. также Б.1 приложения Б)
По результатам измерения частоты интерференционных полос вычисляют амплитуду а ускорения акселерометра, м/с2, по формуле
а = 3,1228 ■ 1(Г1 • / ff и коэффициент преобразования S по формуле
S= 0,3202- 101--—,
f ff
где V — амплитуда выходного сигнала акселерометра, В;
/ — частота вибратора, Гц;
ff — число периодов (интерференционных полос) за период времени, намного больший периода вибрации, — число периодов, деленное на время, т.е. частота полос, Гц.
Если используют счетчик отношения, амплитуду ускорения а, м/с2, вычисляют по формуле
а = 3,1228 \0ГЬ f2 Rf, а коэффициент преобразования S — по формуле
5= 0,3202 • 101 • ,
Г Rf
где Rf — отношение частоты полос к частоте вибрации, измеренное за период времени, по крайней мере в 100 раз больший, чем период вибрации.
1 вибратор; 2 — усилитель мощности; 3 — генератор частоты и индикатор; 4 — плоское зеркало; 5-интерферометр; 6 — акселерометр; 7—фотодетектор; <?—оптический фильтр; 9 - лазер; 10- только для счета отношения; 11 - счетчик (или счетчик отношения); 12 - усилитель; 13 - вольтметр; 14 - измеритель нелинейных
искажений; 15 — осциллограф
Рисунок 1 — Измерительная система для метода счета интерференционных полос (метод 1) 3
1
МЕТОД 1 (МЕТОД СЧЕТА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛОС)
ДЛЯ ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ 20-800 Гц
6.1 Процедура
После надлежащей настройки интерференционного устройства определяют опорный коэффициент преобразования на предпочти-
4
2
3