МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

Вибрация

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 41 Калибровка лазерных виброметров

(ISO 16063-41:2011, ЮТ)

Издание официальное

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ФГУП ВНИИМС) и Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации

3    ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 ноября 2014 г. № 72-П)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК(ИСО 3166)004-97 Код страны по МК (ИСО 3166)004-97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Азербайджан AZ Азстандарт Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Киргизия KG Кыргызстандарт Молдова MD Молдова-Стандарт Россия RU Росстандарт Таджикистан TJ Таджикстандарт Узбекистан UZ Узстандарт

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 января 2015 г. № 6-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 16063-41-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2015 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 16063-41:2011 «Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 41. Калибровка лазерных виброметров» (ISO 16063-41:2011 «Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 41: Calibration of laser vibrometers»).

Международный стандарт разработан подкомитетом ISO/ТС 108/SC 3 «Применение и калибровка средств измерений вибрации и удара» технического комитета ЮОЯС 108 «Вибрация и удар» Международной организации по стандартизации (ISO).

Перевод с английского языка (ел).

Официальные экземпляры международного стандарта, на основе которого подготовлен настоящий межгосударственный стандарт, и международных стандартов, на которые даны ссылки, имеются в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии.

Степень соответствия - идентичная (ЮТ).

Сведения о соответствии межгосударственных стандартов ссылочным международным стандартам приведены в дополнительном приложении Д.А.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5-2001 (подраздел 3.6).

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ГОСТ ISO 16063-41-2014

Кроме того, в случае использования общего блока для вибростенда и интерферометра рекомендуется устанавливать виброметр (виброметры) на отдельный блок, изолированный от общего сейсмического блока пружинами с демпфированием (см. рисунок 6).

Для уменьшения искажений вследствие колебаний грунта сейсмический блок (блоки) устанавливают на демпфированных пружинах, чтобы соответствующая составляющая неопределенности измерения не превышала 0,1 %.

5.5 Интерферометрическая система

5.5.1    Общие требования для методов 1,2 и 3

Интерферометрическая система состоит из лазерного оптического преобразователя (интерферометра) и электронной схемы декодирования сигнала.

Интерферометр должен выполнять одно из следующих преобразований:

входного сигнала перемещения s(t) в пропорциональный фазовый сдвиг (p_M(t) выходного сигнала интерферометра;

входного сигнала скорости v(t) в пропорциональный сдвиг частоты /о(0 (доплеровская частота) выходного сигнала интерферометра.

Для этих преобразований могут быть использованы гомодинный или гетеродинный интерферометры (см. рисунки 2, 3, 4, 5 и 7).

Для методов 1 и 2 должен быть использован интерферометр с фотодетектором для детектирования модуляции интенсивности света, связанной с производимой вибростендом вибрацией. Диапазон частот фотодетектора должен включать в себя наибольшую ожидаемую доплеровскую частоту. Для этой цели может быть использован простой интерферометр Майкельсона (см. рисунки 2 и 3).

В методе 3 могут быть использованы гомодинные или гетеродинные интерференционные

схемы.

В случае применения гомодинной схемы для измерений прямолинейной вибрации необходимы два оптических выходных квадратурных сигнала и два фотодетектора. Для этой цели может быть использован модифицированный интерферометр Майкельсона, изображенный на рисунке 5. Четвертьволновая задерживающая пластина преобразовывает падающий линейно-поляризованный свет в два измерительных луча с ортогональной поляризацией и фазовым сдвигом 90°. В результате интерференции с линейно поляризованным опорным лучом, два луча с ортогональной поляризацией должны быть разделены в пространстве при помощи соответствующего оптического элемента (например, призмы Волластона или поляризационного светоделителя) и детектированы двумя фотодиодами.

В гетеродинном интерферометре присутствует оптический элемент, сдвигающий частоту светового излучения проходящего через него луча и этим сдвигом определяющий несущую частоту выходного сигнала. На эту несущую накладывается положительный или отрицательный сдвиг частоты, связанный с эффектом Доплера. В такой схеме необходим только один фотодетектор для получения полной информации о доплеровском сдвиге и его направлении. Для реализации схемы предпочтительно использование модифицированного интерферометра Маха-Цандера, изображенного на рисунке. 7, но допустимы также иные решения, позволяющие генерировать выходной сигнал с несущей частотой в требуемом диапазоне.

Интерферометр Маха-Цандера может быть построен в соответствии с рисунком 7. Его принцип действия описан в приложении В.

Интерферометр для метода 3 (гомодинная и гетеродинная версии) может быть реализован в серийно выпускаемом ЭЛВ. Специальные требования к ЭЛВ установлены в 5.7.

5.5.2    Лазер

Используемый лазер должен иметь известную длину волны, сохраняющую стабильное значение в пределах 10"⁵ в течение 2 лет при температуре (23 ± 5) °С. Предпочтительно использовать в целях калибровки гелий-неоновый лазер. В лабораторных условиях (при атмосферном давлении 100 кПа, температуре 23 °С и относительной влажности 50 %) номинальная длина волны гелий-неонового лазера равна 0,63281 мкм.

5.5.3    Фотодетектор

Ширина полосы фотодетектора должна быть достаточна для передачи фазо- и частотно-модулированного сигнала от интерферометра с ограниченным искажением. Минимальную ширину полосы для гомодинных интерферометров &/_mi_nhom определяют по формуле

7

а для гетеродинных интерферометров ^y_min^_et - по формуле

Vmmhe.=4^ + /j

где v_max - максимальная амплитуда скорости;

Я - длина волны лазера;

/-частота воспроизводимой вибростендом вибрации.

Важными требованиями к системе «фотодетектор - усилитель» являются плоская характеристика времени групповой задержки и низкий шумовой пьедестал. Следует убедиться, что указанные факторы не вносят чрезмерного вклада в неопределенность измерения.

5.5.4 Отражатель лазерного луча и система регулировки

Измерительный отражатель с плоской поверхностью (уголковый отражатель не применяют) устанавливают на столе вибростенда так, чтобы его ось совпадала с осью стола (направлением вибрации). Отражательная способность светоотражателя должна быть не менее 5 %, что достигается при шероховатости его поверхности Rv < 0.2 мм, где Rv - максимальная глубина впадины профиля поверхности.

Регулировка положения оптических элементов калибруемого лазерного виброметра должна выполняться по следующим пяти степеням свободы (трехточечная опора):

перемещения в направлениях х, у и z (ось z совпадает с направлением вибрации, т.е. с направлением измерительного лазерного луча); наклоны вокруг осей х и у .

Рекомендуется, чтобы система регулировки допускала совместное изменение положения светоделителя и регулируемого зеркала (см. рисунки 1 и 6) и перемещение опоры калибруемого виброметра в направлениях х, у и z . Регулировка должна быть выполнена таким образом, чтобы оба лазерных луча падали в одну точку отражателя перпендикулярно его поверхности. Рекомендуется перемещение опор в направлениях х и у осуществлять с разрешением 0,1 мм, в то время как для направления z применима более грубая регулировка в миллиметровом диапазоне.

Должна быть определена точка измерения вибрации на столе вибростенда (обычно это точка, расположенная в центре или близко к центру измерительного отражателя). Распределение интенсивности пятна лазерного луча на отражателе должно быть приблизительно гауссовским с эффективным диаметром пятна приблизительно от 0,1 до 0,5 мм. Оптические элементы ЭЛВ должны обеспечивать проведение измерений на расстояниях, как минимум, от 0,2 мм до 1 м.

На рисунке 6 приведен пример системы калибровки лазерного виброметра с изображением измерительного отражателя и средств виброизоляции.

5.6    Средства обработки сигнала    интерферометра

5.6.1    Общие положения

Выходной сигнал (сигналы) фотодетектора (фотодетекторов) в форме тока или напряжения с фазовой или частотной модуляцией подвергают демодуляции для выделения интересующих параметров вибрации (например, амплитуды перемещения или амплитуды скорости). Для методов 1, 2 и 3 (гомодинная и гетеродинная версии) используется разные средства обработки.

5.6.2    Аппаратура для счета интерференционных полос (метод 1)

Для счета интерференционных полос должна быть использована аппаратура, имеющая следующие характеристики:

a)    диапазон частот от 1 Гц до требуемой максимальной частоты (обычно 20 МГц);

b)    максимальная неопределенность измерения 0,01 % показываемого значения.

Счетчик импульсов может быть заменен измерителем отношения частот при условии соблюдения указанного требования к неопределенности измерения.

5.6.3    Средства детектирования нуля (метод 2)

Применяют настраиваемый полосовой фильтр или анализатор спектра со следующими характеристиками:

a)    диапазоном частот с нижней границей не выше 800 Гц и верхней границей не ниже 50 кГц;

b)    шириной полосы анализа менее 12 % среднегеометрической частоты;

c)    крутизной спада частотной характеристики фильтра не менее 24 дБ на октаву

d)    отношением сигнал/шум более 70 дБ (при максимальном уровне сигнала);

e)    динамическим диапазоном более 60 дБ.

ГОСТ ISO 16063-41-2014

Пр имечание - Если калибровки ограничены максимальной частотой, которая меньше 50 кГц, используемая максимальная частота калибровки является достаточной.

Устройство детектирования нуля (не является необходимым при использовании анализатора спектра) должно иметь диапазон частот от 800 Гц до 10 кГц. Динамический диапазон устройства должен быть достаточным для детектирования выходного шума полосового фильтра.

5.6.4 Аппаратура для синус-аппроксимации (метод 3)

Декодирование допплеровского сигнала в соответствии с методом 3 осуществляют путем вычисления интерференционного фазового угла через функцию арктангенса. Для этого необходимы два квадратурных сигнала вида w₁(^) = t/₁ cos^ (/) и и₂(() = и₂ ^^п(р_мод(^) ■ Синхронизированная

выборка Wj(/) и u₂(t) позволяет получить последовательность данных для цифрового декодирования и выделения параметров движения s(t), v(t) и a(t). Пример схемы обработки входных аналоговых квадратурных сигналов приведен на рисунке 8.

В случае гомодинного интерферометра квадратурные сигналы теоретически могут подаваться непосредственно на синхронизированные аналогово-цифровые преобразователи. На практике необходимо использовать дополнительные средства для стабилизации амплитуды и ограничения ширины полосы, так как искажения формы волны квадратурных сигналов непосредственно влияют на неопределенность измерения, особенно при амплитудах вибрации в нанометровом диапазоне. По этим соображениям часто предпочтительнее использовать гетеродинные интерферометры, поскольку информация, закодированная в сигнале с высокочастотной несущей, менее чувствительна к искажениям.

Если используется гетеродинный интерферометр, то с него снимают один выходной сигнал с высокочастотным заполнением, который преобразуют в два квадратурных сигнала посредством аналоговой цепи, изображенной на рисунке 9, с последующей обработкой квадратурных сигналов, как показано на рисунке 8. Процесс преобразования входного сигнала может быть выполнен также в цифровом виде. Данная технология является наилучшей для получения двух неискаженных квадратурных сигналов для числового декодирования исходного доплеровского сигнала.

Схема, в которой сочетаются аналоговое преобразование частоты с цифровым синтезом квадратурного сигнала для получения сигнала гетеродинного интерферометра, показана на рисунке 10. Выходной сигнал фотодетектора и управляющий сигнал кварцевого генератора, используемый для изменения частоты излучения с помощью ячейки Брэгга и формирования несущей сигнала с фотодетектора, умножаются каждый на сигнал синтезирующего генератора для понижения частоты несущей так, чтобы она соответствовала ширине полосы пропускания устройства регистрации, используемого для аналого-цифрового преобразования. Указанная процедура не вносит дополнительной неопределенности измерения в отношении доплеровского сигнала. Далее в цифровом виде по двум каналам преобразования осуществляется умножение выходного сигнала устройства регистрации соответственно на синусную и косинусную составляющие опорного сигнала, что после низкочастотной фильтрации позволяет получить цифровые последовательности для двух квадратурных сигналов щ(?_{) и u₂(tj).

Разрешающая способность по амплитуде, частота выборки и линейность аналогово-цифрового преобразования должны быть достаточными для проведения калибровки с заданной неопределенностью измерения в требуемых диапазонах амплитуды и частоты. Для квадратурных сигналов 8-битной записи достаточно для достижения разрешающей способности по перемещению в субнанометровом диапазоне. Необходимо, чтобы частота выборки была, по крайней мере, в два раза выше мгновенной частоты сигнала в точке, соответствующей максимальной скорости вибрации. Объем памяти должен быть достаточным для хранения, по крайней мере, одного периода сигнала вибрации при самой низкой частоте калибровки.

При фиксированной амплитуде ускорения с уменьшением частоты вибрации увеличивается амплитуда перемещения, что требует увеличения частоты выборки и большего объема памяти. Для калибровки лазерного виброметра на частоте вибрации 1 Гц при амплитуде ускорения 0,1 м/с², требуется более 4 Мбайт памяти, а частота выборки должна превышать 512 кГц.

Для аналогового выходного сигнала калибруемого объекта может быть использован отдельный канал приема. В любом случае запись сигналов должна начинаться и заканчиваться в одно и то же время и обеспечивать точность, которая удовлетворяла бы требованиям по неопределенности раздела 4. Если должна быть выполнена калибровка по фазе, то необходимы дополнительные технические средства для синхронизации выборок для ЭЛВ и калибруемого виброметра.

5.7 Требования к эталонному лазерному виброметру

5.7.1 Общие требования

Серийно выпускаемые ЭЛВ полностью или частично выполняют процесс преобразования

9

данных, используемый в методе 3. Например, выходными сигналами ЭЛВ может быть пара аналоговых или цифровых квадратурных сигналов, пригодных для дальнейшего преобразования в системе обработки данных. В другом ЭЛВ выходными сигналами могут быть временные реализации параметров вибрации s(Y), v{t), a{t) или их усредненные характеристики, передаваемые по стандартному последовательному интерфейсу. В любом случае программное обеспечение ЭЛВ должно обеспечивать выполнение процедур обработки данных, установленных в разделе 10.

ЭЛВ должен позволять использовать его в качестве эталона для калибровки виброметров, измеряющих прямолинейную вибрацию (включая лазерные виброметры), и преобразователей прямолинейной вибрации в лабораторных условиях. Пример калибровочной установки с использованием ЭЛВ в качестве эталона приведен на рисунке 1.

5.7.2    Лазерный оптический преобразователь

Выходной сигнал оптического приемника может быть оцифрован либо внутри ЭЛВ, либо с помощью внешнего аналого-цифрового преобразователя, на который с выхода ЭЛВ поступает аналоговый доплеровский сигнал (после его предварительного формирования, если оно необходимо), после чего оцифрованный сигнал обрабатывается в соответствии с процедурами, установленными в разделе 10. Таким образом, лазерный оптический преобразователь выполняет цифровое преобразование перемещения s{t) или скорости v(t) гармонической вибрации в выборочные последовательности сигналов перемещения (s(^)}, скорости ма или, при необходимости, ускорения (а(^ )}.

5.7.3    Способ действия

Способ действия должен позволять реализовывать гомодинную или гетеродинную интерференционную схему.

5.7.4    Точка измерений

Параметры движения стола вибростенда измеряют в заданной точке, обычно в центре отражающей поверхности закрепленного на столе адаптера.

5.7.5    Лазер

Лазер ЭЛВ должен иметь известную длину волны, сохраняющую стабильное значение в пределах 10"⁵ в течение 2 лет при температуре (23 ± 5) °С. Предпочтительно использовать гелий-неоновый лазер. В лабораторных условиях (при атмосферном давлении 100 кПа, температуре 23 °С и относительной влажности 50 %) номинальная длина волны гелий-неонового лазера равна 0,63281 мкм.

5.7.6    Фотодетектор

Ширина полосы фотодетектора должна быть достаточна для передачи фазо- и частотно-модулированного сигнала от интерферометра с ограниченным искажением. Минимальную ширину полосы для гомодинных интерферометров &/_тт1ют ^опР^еД^{еляюТ п}° формуле

а для гетеродинных интерферометров ^yminhet ^-п0 формуле

где v_max - максимальная амплитуда скорости;

Л - длина волны лазера;

/-частота воспроизводимой вибростендом вибрации.

Важными требованиями к системе «фотодетектор - усилитель» являются плоская характеристика времени групповой задержки и низкий шумовой пьедестал. Следует убедиться, что указанные факторы не вносят чрезмерного вклада в неопределенность измерения.

5.7.7    Оптические элементы

Оптические элементы ЭЛВ должны обеспечивать проведение измерений на расстояниях, как минимум, от 0,2 мм до 1 м.

5.7.8    Пятно лазерного излучения

Распределение интенсивности пятна лазерного луча на отражающей поверхности адаптера на столе вибростенда должно быть приблизительно гауссовским с эффективным диаметром пятна приблизительно от 0,1 до 0,5 мм.

ГОСТ ISO 16063-41-2014

5.7.9    Формирование доплеровского сигнала

Амплитуда и ширина полосы сигнала на выходе фотодетектора должны находиться в пределах рабочих диапазонов аналого-цифрового преобразователя.

Примечание - Флуктуации амплитуды доплеровского сигнала могут привести к ошибкам при декодировании. Требования к полосе сигнала - в соответствии с 5.7.6.

5.7.10    Цифровая обработка сигнала

Декодирование допплеровского сигнала должно быть основано на методе 3 (метод синус-аппроксимации в гомодинной или гетеродинной версии). Разрешающая способность аналого-цифрового преобразования, линейность и другие характеристики должны соответствовать требуемой точности измерений. Числовые погрешности, связанные с алгоритмами демодуляции и фильтрации, не должны превышать 0,1 %.

5.7.11    Цифровой интерфейс

Предпочтительно, чтобы сигнал с ЭЛВ поступал на стандартный цифровой интерфейс, позволяющий осуществлять передачу синхронизованных данных с высокой скоростью. Результаты измерений (обычно это амплитуда перемещения, скорости или ускорения), может отображаться на показывающем устройстве.

5.7.12    Измерения фазы

В случае, если ЭЛВ предназначен для измерений сдвига фазы, следует руководствоваться процедурами и рекомендациями Приложения D.

5.7.13    Прослеживаемость

Должна быть установлена прослеживаемость результатов измерений к единицам СИ посредством калибровки ЭЛВ с использованием соответствующих национальных эталонов.

5.8 Приборы для измерения электрического напряжения

Методы 1 и 2 требуют применения вольтметра для измерений среднеквадратичного значения напряжения.

При использовании метода 3 применяют специальные средства измерения напряжения в соответствии с 5.6.4. Дополнительно может быть использован вольтметр для измерений среднеквадратичного значения напряжения. Амплитуду напряжения получают умножением

среднеквадратичного значения на yfl .

При использовании метода 4 измерения проводят одним из следующих способов.

а) Применяют один вольтметр последовательно для измерений истинного среднеквадратичного значения на выходе сигнала усилителя эталонного преобразователя и калибруемого лазерного виброметра, причем сигнал усилителя эталонного преобразователя измеряют по крайней мере дважды. Вольтметр должен удовлетворять требованиям, указанным в таблице 6.

Таблица 6 -Требования к характеристикам вольтметра

Параметр Пример 1 Пример 2 Диапазон частот, Гц От 1 до 50000 От 1 до 50000 Максимальное отклонение от линейности, % 0,1 0,3 Максимальное отклонение между двумя последовательными измерениями эталонного преобразователя, % 0,1 0,3 Примечание 1 - Значения в последней строке характеризуют повторяемость измерений. Они представляют собой общие требования к повторяемости, включая повторяемость показаний вольтметра. Примечание 2 - Верхняя граница диапазона частот может быть понижена в зависимости от требуемой максимальной частоты калибровки.

Ь) Используют измеритель отношения напряжений выходных сигналов усилителя эталонного преобразователя и лазерного виброметра. Характеристики измерителя должны удовлетворять требованиям, указанным в таблице 7.

Таблица 7 - Требования к измерителю отношения напряжений

Параметр Пример 1 Пример 2 Диапазон частот, Гц От 0,4 до 50000 От 0,4 до 50000 Максимальная неопределенность, % 0,2 0,5

5.9 Устройство измерения коэффициента гармоник

Устройство для измерения значения коэффициента гармоник в диапазоне от 1 % до 10 % должно удовлетворять требованиям, установленным в таблице 8.

Таблица 8- Требования к измерителю коэффициента гармоник

Параметр Пример 1 Пример 2 Диапазон частот, Гц От 1 до 50 000 От 1 до 50 000 Максимальная неопределенность, % 10 10

Примечание - Измерения коэффициента гармоник не входит в процедуру калибровки. Их выполняют только для проверки качества используемого вибростенда перед проведением калибровки, а затем повторяют через определенные интервалы времени или по мере необходимости, чтобы убедиться, что оборудование продолжает удовлетворять установленным требованиям.

5.10    Осциллограф

Осциллограф или аналогичное устройство может быть использовано для наблюдения формы сигналов интерферометра, а в методе 4 также для контроля формы сигнала эталонного преобразователя в диапазон частот, как минимум, от 0,4 Гц до 2 МГц. Использование данного устройства рекомендуется, но не является строго обязательным.

5.11    Эталонный преобразователь

Эталонный преобразователь должен быть калиброван первичным методом в диапазоне от 0,4 Гц или ниже до 5 кГц в соответствии с ISO 16063-11 или методом сравнения в соответствии с ISO 16063-21. Допускается применение эталонного преобразователя, калиброванного в соответствии с ISO 16063-11 на более высоких частотах (до 10 кГц), если эта калибровка была выполнена тем же способом, что используется для калибровки методом сравнения лазерного виброметра.

На частотах выше 10 кГц эталонный преобразователь должен быть калиброваться с применением метода 1, 2 или 3 настоящего стандарта. Калибровка эталонного преобразователя должна быть выполнена тем же способом, что используется для калибровки методом сравнения лазерного виброметра. Эталонный преобразователь измеряет параметр движения в той же точке (обычно в центре отражателя на столе вибростенда), что и калибруемый лазерный виброметр.

В случае первичной калибровки эталонного преобразователя измерение модуля его частотной характеристики на заданной калибровочной частоте при заданной амплитуде ускорения должно быть выполнено с расширенной неопределенностью, не превышающей 0,5 % при значении коэффициента охвата, равном двум. При калибровке эталонного преобразователя методом сравнения расширенная неопределенность не должна превышать 1 % при том же значении коэффициента охвата. На высоких и низких частотах допустимы большие значения неопределенности (см. ISO 16063-11 и ISO 16063-21).

Допускается использовать установку эталонного преобразователя обычными средствами крепления под адаптером отражателя соосно с ним. Преобразователь не может быть удален или повторно закреплен на столе вибростенда в промежутке времени между его калибровкой и применением для калибровки лазерного виброметра. Эталонный преобразователь может конструктивно составлять единое целое с подвижной частью вибростенда. В этом случае ось эталонного преобразователя также должна совпадать с осью адаптера отражателя.

5.12    Другие требования

Все факторы, связанные со средствами измерений и испытательным оборудованием и влияющие на результат калибровки, должны быть учтены при расчете неопределенности (см. приложение А).

12

ГОСТ ISO 16063-41-2014

1 - генератор сигналов; 2 - усилитель мощности; 3 - вибростенд; 4 - стол с отражателем;

5 - светоделитель; 6 - ЭЛВ; 7 - оптический преобразователь; 8 - сигнальный процессор;

9 - регулируемое зеркало; 10 - калибруемый лазерный виброметр; 11 - оптический преобразователь; 12 - сигнальный процессор; 13 - система управления и сбора данных; а - шина управления; b - сигнальная шина; с - цифровой интерфейс Рисунок 1 - Пример установки для калибровки лазерных интерферометров с цифровым выходом

13

ГОСТ ISO 16063-41-2014

1 - генератор сигналов; 2 - усилитель мощности; 3 - вибростенд; 4 - стол вибростенда 5 - отражатель; 6 - светоделитель; 7 - интерферометр; 8 - опорное зеркало; 9 - фотодетектор; 10-лазер; 11 - измеритель отношения; 12 - калибруемый лазерный виброметр; 13 - счетчик полос (или измеритель отношения); 14 - вольтметр; 15 - осциллограф Рисунок 2 - Пример установки для калибровки методом счета полос (метод 1)

14

ГОСТ ISO 16063-41-2014

1 - генератор сигналов; 2 - усилитель мощности; 3 - вибростенд; 4 - стол вибростенда;

5 - отражатель; 6 - светоделитель; 7 - интерферометр; 8 - опорное зеркало; 9 - фотодетектор; 10 - лазер; 11 - калибруемый лазерный виброметр; 12 - полосовой фильтр, настроенный на частоту вибрации; 13 - анализатор частоты; 14 - вольтметр; 15 - вольтметр; 16 - осциллограф Рисунок 3 - Пример установки для калибровки методом точек минимума (метод 2)

15

ГОСТ ISO 16063-41-2014

1 - генератор сигналов; 2 - усилитель мощности; 3 - вибростенд; 4 - стол вибростенда;

5 - отражатель; 6 - светоделитель; 7 - интерферометр; 8 - опорное зеркало; 9 - фотодетектор; 10 - лазер; 11 - калибруемый лазерный виброметр; 12 - цифровое устройство записи сигнала;

13 - вольтметр; 14 - осциллограф Рисунок 4 - Пример установки для калибровки методом синус-аппроксимации (метод 3, гомодинная

версия)

16

ГОСТ ISO 16063-41-2014

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2015

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ ISO 16063-41-2014

1 - стол вибростенда; 2 - отражатель; 3 - светоделитель; 4 - опорное зеркало; 5 - поляризатор; 6 - четвертьволновая {Л/4) пластина; 7 - телескоп; 8 - лазер; 9 - призма Волластона;

10 - фотодетекторы; г/j, г/₀ - два квадратурных сигнала Рисунок 5 - Модифицированный интерферометр Майкельсона с квадратурными выходами

1 - возбудитель высокочастотной вибрации; 2 - отражатель; 3 - оптический преобразователь ЭЛВ; 4 - оптический преобразователь калибруемого лазерного виброметра Рисунок 6 - Устройство калибровки с отражателем и системой виброизоляции

17

ГОСТ ISO 16063-41-2014

Содержание

1    Область применения..................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки.................................................................................................................1

3    Классификация лазерных виброметров и методы испытаний...............................................2

4    Неопределенность измерения..................................................................................................4

5    Требования к испытательному оборудованию и средствам измерений...............................5

6    Предпочтительные значения амплитуд и частот калибровки..............................................19

7    Требования, общие для всех первичных методов (методы 1,2 и 3)..................................19

8    Метод счета полос (метод 1)...................................................................................................20

9    Метод точек минимума (метод 2)...........................................................................................21

10    Метод синус-аппроксимации (метод 3, гомодинная и гетеродинная версии)..................22

11    Метод сравнения с эталонным преобразователем (метод 4)............................................23

12    Протокол калибровки.............................................................................................................25

Приложение А (обязательное) Составляющие неопределенности измерения при

калибровке лазерных виброметров....................................................................................................26

Приложение В (справочное) Три варианта реализации метода 3 с использованием

лазерного доплеровского измерителя скорости................................................................................31

Приложение С (справочное) Пример расчета неопределенности измерения при

калибровке лазерного виброметра.....................................................................................................35

Приложение D (рекомендуемое) Определение фазового сдвига при калибровке лазерного

виброметра............................................................................................................................................37

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии межгосударственных стандартов

ссылочным международным стандартам...........................................................................................39

Библиография..............................................................................................................................40

IV

ГОСТ ISO 16063-41-2014 СТАНДАРТ

Вибрация

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 41 Калибровка лазерных виброметров

Mechanical vibration. Methods for the calibration of vibration and shock transducers. Part 41. Calibration of laser vibrometers

Дата введения — 2015—11—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к средствам измерений и методам первичной калибровки и калибровки сравнением лазерных виброметров для измерений прямолинейной вибрации в диапазоне частот преимущественно от 0,4 Гц до 50 кГц, включая эталонные лазерные виброметры, предназначенные для калибровки лазерных виброметров или механических преобразователей вибрации. Калибровка сравнением осуществляется с использованием эталонного лазерного виброметра или эталонного преобразователя, калиброванного методом лазерной интерферометрии. Требования к средствам измерений включают в себя требования к эталонным лазерным виброметрам.

Настоящий стандарт распространяется на лазерные виброметры, предназначенные для выполнения функций лазерных оптических преобразователей (с показывающим устройством или без него), осуществляющих линейное преобразование характеристик движения (перемещения или скорости) в параметры электрического сигнала. Обычно выходной сигнал лазерного виброметра является аналоговым, а эталонного лазерного виброметра - цифровым. При калибровке лазерных виброметров определяют амплитудно-частотную характеристику преобразователя, а при необходимости также его фазочастотную характеристику (см. приложение D) в отношении разных величин, включая ускорение.

Примечание - Существуют лазерные виброметры для измерений вибрации в мегагерцовых и гигагерцовых диапазонах. В настоящее время возбудители вибрации для столь высоких частот отсутствуют. Для таких лазерных виброметров можно ограничиться калибровкой только их электронных подсистем с использованием соответствующих синтезированных доплеровских сигналов при выполнении следующих условий:

—    подтверждено, что оптическая подсистема калибруемого лазерного виброметра соответствует требованиям, аналогичным содержащимся в 5.5.3.

—    существует возможность синтеза доплеровских сигналов, эквивалентных тем, что поступают с выхода фотодетектора.

Более подробно калибровка лазерных виброметров, работающих в мегагерцовом и более высоком диапазонах частот рассматривается в [25].

2    Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).

ISO 266 Acoustics - Preferred frequencies (Акустика. Предпочтительные частоты)

ISO 5348 Mechanical vibration and shock - Mechanical mounting of accelerometers (Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров)

ISO 16063-1:1998 Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 1: Basic concepts (Метод калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 1. Основные положения)

ISO 16063-11:1999 Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry (Метод калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 11. Первичная вибрационная калибровка методами лазерной интерферометрии)

ISO 16063-21 Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 21: Vibration calibration by comparison to a reference transducer (Метод калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 21. Вибрационная калибровка сравнением с эталонным преобразователем)

ISO/IEC Guide 99 International vocabulary of metrology - Basic and general concepts and associated terms (VIM) (Международный словарь по метрологии. Основные и общие понятия и связанные с ними термины)

3    Классификация лазерных виброметров    и методы испытаний

3.1    Классификация лазерных виброметров

3.1.1    Эталонный лазерный виброметр (ЭЛВ) - эталон, содержащий лазерный интерферометр и предназначенный для использования в качестве инструмента сравнения при калибровке лазерных виброметров или преобразователей вибрации.

Примечание - Для первичной калибровки ЭЛВ используют методы 1, 2 или 3 настоящего стандарта.

3.1.2    Лазерный виброметр - измерительный прибор, содержащий лазерный интерферометр и предназначенный для измерений вибрации.

Примечание - Для первичной калибровки лазерных виброметров используют методы 1, 2 или 3 настоящего стандарта, а для калибровки сравнением - метод 4. Эталонный акселерометр, используемый в методе 4, калибруют методами 1, 2 или 3. Дополнительные требования установлены в 5.11.

3.1.3    Лазерный оптический преобразователь - измерительный преобразователь, воспринимающий при помощи лазерного луча изменяющиеся во времени характеристики движения объекта (перемещение или скорость) и преобразующий их в пропорционально зависимый выходной сигнал.

3.2 Методы калибровки

3.2.1    Общие положения

В настоящем стандарте устанавливаются четыре метода калибровки: три по аналогии с ISO 16063-11 (метод лазерной интерферометрии) и один по аналогии с ISO 16063-21 (метод сравнения с эталонным преобразователем). Методы 1, 3 и 4 обеспечивают калибровку для предпочтительных амплитуд перемещения, скорости или ускорения на разных частотах. В методе 2 калибровка осуществляется на фиксированных амплитудах перемещения (при этом амплитуды скорости и ускорения соответствующим образом изменяются с изменением частоты калибровки).

Каждому интерференционному методу, установленному настоящим стандартом, соответствует свой диапазон частот калибровки. Применимость того или иного метода зависит, в первую очередь, от возможности обеспечить измерение перемещения или скорости с требуемой неопределенностью. Последняя, в свою очередь, зависит не только от применяемого метода, но также от свойств применяемого вибростенда (вибровозбудителя). Если вибростенд обладает возможностью достаточно точного воспроизведения вибрации с требуемыми значениями амплитуд перемещения и скорости, то верхняя граница диапазона частот применимости всех методов настоящего стандарта может составить 100 кГц и выше. Метод 3 (см. 3.2.4) и метод 4 (см. 3.2.5) применимы для калибровки на частотах ниже 0,4 Гц.

3.2.2    Метод счета полос (метод 1)

Метод счета полос предполагает измерение вибрации с использованием гомодинного интерферометра с единственным выходным сигналом (см. примечание 2) в сочетании с устройством для счета полос интерференционного сигнала. Принимая во внимание, что перемещение, соответствующее расстоянию между двумя полосами (максимумами или минимумами световой интенсивности), соответствует половине длины волны главных линий в спектре излучения неона в гелий-неоновом лазере, амплитуда перемещения может быть определена исходя из количества полос в течение заданного числа периодов (например, 1000) вибрации.

Подробности метода приведены в разделе 8 (см. также раздел В.1 ISO 16063:1999).

Примечание 1 - Метод 1 используют для первичной калибровки лазерного виброметра (определения модуля комплексной частотной характеристики) в диапазоне частот от 1 ГЦ до 800 Гц и, в особых случаях, на более низких или более высоких частотах. В [26] рассмотрены условия применимости метода 1 на частотах до 347 кГц.

Примечание 2 - Допускается в качестве сигнала гомодинного интерферометра использовать один из двух выходных сигналов квадратурного интерферометра.

Примечание 3 - Электронный счет полос может быть заменен методом совпадения (см. [1], [23], [24]),

ГОСТ ISO 16063-41-2014

который указывает амплитуду перемещения, равную четверти длины волны, А/4, лазерного излучения (т.е.

158,2 нм для красного гелий-неонового лазера). В общем случае интерференционный сигнал показывает максимумы и минимумы в моменты времени, когда вибрационное перемещение достигает положительного и отрицательного пиковых значений соответственно. В случае дискретной меры (158,2 нм) по относительным максимумам и минимумам регистрируются одни и те же значения сигнала («совпадения») при движениях вибрирующей поверхности в положительном и отрицательном направлениях. При наблюдении интерференционного сигнала как функции времени на осциллографе регулировка амплитуды сигнала до появления четкой яркой линии означает, что значение амплитуды равно 158,2 нм. Яркая линия изменяется со временем, поскольку начальная фаза сигнала интерферометра изменяется вследствие низкочастотного движения. В [26] использование метода совпадения продемонстрировано на частотах до 160 кГц.

3.2.3    Метод точек минимума (метод 2)

Метод точек минимума предполагает измерение вибрации с использованием гомодинного интерферометра с единственным выходным сигналом в сочетании с устройством для обнаружения отсутствия в интерференционном сигнале составляющей на заданной частоте. Наблюдая частотный спектр интенсивности и регулируя амплитуду вибрации до уровня, при котором составляющая спектра на частоте вибрации становится раной нулю, вычисляют амплитуду перемещения по значению аргумента, соответствующего нулевому значению функции Бесселя первого рода первого порядка.

Подробности метода приведены в разделе 9 (см. также раздел В.2 ISO 16063-11:1999).

Примечание 1 - Метод 2 используют для первичной калибровки лазерного виброметра (определения модуля комплексной частотной характеристики) в диапазоне частот от 800 Гц до 10 кГц в случае применения электродинамического возбудителя вибрации и до 50 кГц и выше в случае применения возбудителя (обычно пьезоэлектрического типа), позволяющего получать колебания большой амплитуды в области высоких частот. В [27] показана применимость метода 2 на частотах до 50 кГц.

Примечание 2 - Для амплитуд перемещения меньше той, что соответствует точке первого минимума

(193 нм для функции Бесселя первого порядка Jj или 121 нм для функции Бесселя нулевого порядка Jq)

может быть использован метод вычисления отношения функций Бесселя (см., например, [22]), если при этом выполняются требования к неопределенности измерения раздела 4.

3.2.4    Метод синус-аппроксимации (метод 3)

В методе синус-аппроксимации измерения вибрации осуществляют с использованием гомодинного или гетеродинного интерферометра с двумя выходными сигналами, находящимися в квадратуре друг по отношению к другу (т. е. сдвинутыми по фазе на 90°), совместно с устройствами дискретизации и обработки сигналов. Результатом процедуры синус-аппроксимации, примененной к эквидистантной выборочной последовательности значений перемещения или скорости, являются значения амплитуды и сдвига начальной фазы одной из характеристик вибрации.

Подробности метода приведены в разделе 10 (см. также раздел В.З ISO 16063-11:1999).

Примечание - Метод 3 может быть использован для определения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик лазерного виброметра. Метод 3 в версиях гомодинного и гетеродинного интерферометров обеспечивает калибровку в диапазоне частот от 0,4 Гц до 50 кГц и выше. В [26] показана применимость метода 3 в частотном диапазоне до 347 кГц.

3.2.5    Метод сравнения с эталонным преобразователем (метод 4)

В методе сравнения осуществляют сравнение результата измерений калибруемым лазерным виброметром с результатом измерений эталонным акселерометром, калиброванным соответствующим первичным методом (лазерной интерферометрии) или методом сравнения (с эталонным преобразователем). Амплитуду ускорения а вычисляют по формуле

1 „

а =-и

S_a,R

где S_{a R} - коэффициент преобразования по ускорению эталонного акселерометра;

и - амплитуда выходного сигнала акселерометра, полученная в процессе калибровки лазерного виброметра.

Подробности метода, включая вычисление амплитуды перемещения и скорости, приведены в

разделе 11.

Примечание 1 - Метод 4 применим для калибровки лазерных виброметров (по амплитуде и фазе) в диапазоне частот от 0,4 Гц до 50 кГц и более. Для измерений на частотах выше 5 кГц следует применять эталонный преобразователь должен быть калиброван методом лазерной интерферометрии (см. 5.11). Диапазон частот метода 4 ограничивается диапазоном калибровки эталонного преобразователя.

3

Примечание 2 - Метод калибровки сравнением с эталонным преобразователем подробно изложен в ISO ИСО 16063-21. Этот же метод может быть использован для калибровки лазерных виброметров, выполняющих функции лазерных оптических преобразователей (см. 3.1.3).

4 Неопределенность измерения

Пользователям настоящего стандарта следует составлять бюджет неопределенности измерения при калибровке в соответствии с Приложением А и указывать достигнутые значения параметров неопределенности.

Примечание 1    -    Численно неопределенность измерения выражают в виде расширенной

неопределенности (далее, для краткости, неопределенность) в соответствии с ISO 16063-1.

Поскольку настоящий стандарт распространяется на измерения трех величин (перемещение, скорость и ускорение), характеризующих вибрацию в широких диапазонах амплитуд и частот, с различными требованиями по точности в отношении калибруемого оборудования, неопределенность измерения может варьироваться от относительно малых до относительно больших значений. Расширенная неопределенность может быть вычислена на основе методов, установленных настоящим стандартом, на основе знания всех существенных источников неопределенности, влияющих на результаты калибровки.

В настоящем стандарте рассматриваются два примера, отражающих типичные условия калибровки. Данные примеры могут быть использованы в качестве ориентиров при выборе пользователем испытательного оборудования. Пример 1 характерен для калибровки в лабораторных условиях при хорошо контролируемых факторах окружающей среды, что позволяет обеспечить высокую точность измерений. Пример 2 типичен для калибровок, допускающих меньшую точность измерений или проводимых в условиях, где не удается соблюсти узкие допуски на влияющие величины.

Пример 1. Эталонный лазерный виброметр калибруют одним из первичных методов (метод 1, 2 или 3 настоящего стандарта) с документированной малой неопределенностью. Температуру и другие влияющие величины поддерживают в узких пределах в течение всей процедуры калибровки. На рисунках 1 - 4 приведены примеры испытательного оборудования, позволяющего удовлетворить высокие требования к точности калибровки согласно Примеру 1.

Пример 2. Лазерный виброметр калибруют с использованием эталонного лазерного виброметра, калиброванного в соответствии с Примером 1.

Для обоих примеров минимальным требованием к эталонному преобразователю является его калибровка при требуемых значениях опорных частот и амплитуд при требуемом значении температуры. Обычно выбирают значения, указанные в разделе 5.

Для параметров движения, указанных в таблице 1, обычно достижимы неопределенности, приведенные в таблице 3.

Таблица 1 - Типичные д	иапазоны перемещения, скорости и ускорения
Характеристика вибрации	Диапазон измерений
Частота	От 0,4 Гц до 50 кГц
Перемещение	От 1 нм до 1 м
Скорость	От 0,1 мм/с до 1 м/с (в зависимости от частоты)
Ускорение	От 0,1 м/с^ до 20 km/cz (в зависимости от частоты)
Примечание - Указанные диапазоны не являются обязательными. Калибровка может быть выполнена в одной точке диапазона или в ограниченных диапазонах частот и/или амплитуд.

При любой частоте и амплитуде ускорения, скорости или перемещения динамический диапазон измерений ограничивается шумом и уровнем искажений, вызываемых генерирующим вибрацию оборудованием (если не используется соответствующая фильтрация) и энергетическими характеристиками этого оборудования (развиваемой им максимальной мощностью). В случае вибростендов на регулируемых пружинах может быть использован специальный способ компенсации искажений, возникающих при больших перемещениях, путем подачи соответствующего несинусоидального напряжения на вход усилителя мощности.

Типичные диапазоны частот и максимальные амплитуды вибрации для электродинамических и пьезоэлектрических вибростендов приведены в 5.3.

Неопределенности методов калибровки, указанных в таблице 2, приведены в приложении А.

Таблица 2    -    Особенности    методов    калибровки,    влияющие    на    неопределенность измерения__

Метод Краткая характеристика метода Метод 1 Гомодинный интерферометр (единственный выходной сигнал/ счет полос) Метод 2 Гомодинный интерферометр (единственный выходной сигнал/ спектральный анализ) Метод 3 (гомодинный) Гомодинный интерферометр (два выходных сигнала/ синус-апроксимация) Метод 3 (гетеродинный) Гетеродинный интерферометр (выходной сигнал со сдвигом частоты/ синус-апроксимация) Метод 4 Сравнение с опорным преобразователем, откалиброванным методом 1,2 или 3.

Примечание 2 - Калибровка должна обеспечивать прослеживаемость к национальным эталонам единиц ускорения, скорости или перемещения и выполняться компетентными лабораториями, например, подтвердившими свою компетентность в соответствии с [21].

Типичные неопределенности, достижимые для Примеров 1 и 2, указаны в таблице 3. На практике значения неопределенности могут отличаться в ту или другую сторону в зависимости характеристик испытательного оборудования и величин, влияющих на результат калибровки. Ответственность за указание достоверных значений неопределенности несет лаборатория, проводившая калибровку, или конечный пользователь. Эти значения могут быть получены в результате расчетов согласно приложению А, а также приложению А в ISO 16063-1:1998.

Таблица 3 -Типичные достижимые неопределенности.

Диапазон частот Пример 1 Пример 2 0,4 Гц до 1 Гц 0,25 % 1 % От 1 Гц до 5 кГц 0,25 % 0,5 % От 5 кГц до 10 кГц 0,3 % 1 % От 10 кГц до 20 кГц 0,5 % 3% От 20 кГц до 50 кГц 1 % 5% Примечание - Приведенные в таблице примерные значения неопределенности (например 0,5 % при 20 кГц) основаны на конкретных бюджетах неопределенности, составленных в соответствии с Приложением А.

5 Требования к испытательному оборудованию и средствам измерений

5.1    Общие положения

В настоящем разделе приведены требования к испытательному и измерительному оборудованию, позволяющему проводить калибровку в соответствии с областью применения настоящего стандарта и обеспечивающего соблюдение требований к неопределенности измерения раздела 4.

При необходимости может быть использовано испытательное и измерительное оборудование, позволяющее реализовать требования к калибровке лишь в некотором ограниченном диапазоне частот и амплитуд. В этом случае, чтобы охватить диапазоны измерений полностью, используют разные виды испытательного оборудования.

Примечание - В настоящем разделе рассматриваются испытательное оборудование и средства измерений, применяемые для всех четырех методов калибровки настоящего стандарта, с указанием метода, в котором применяют то или иное оборудование.

При соблюдении всех рекомендаций настоящего раздела следует ожидать, что требования к неопределенности, указанные в разделе 4, будут соблюдены во всем диапазоне частот калибровки. Для удовлетворения требований к неопределенности на частотах ниже 1 Гц и выше 10 кГц может потребоваться применение специального оборудования. Расширенную неопределенность следует рассчитывать и указывать в соответствии с приложением А.

5.2    Условия окружающей среды

Калибровку выполняют при условиях окружающей среды, указанных в таблице 4.

5

Таблица 4 - Условия окружающей среды

Влияющие величины Пример 1 Пример 2 Температура воздуха (23 ± 3) °С (23 ± 5) °С Относительная влажность Не более 75 % Не более 90 %

Необходимо принять меры к тому, чтобы внешняя вибрация и шум не влияли на качество измерений.

5.3 Оборудование для воспроизведения вибрации

5.3.1 Общие положения

Оборудование для воспроизведения вибрации должно удовлетворять требованиям, указанным в Таблице 5.

Таблица 5 -Требования к оборудованию для воспроизведения вибрации

Характеристика Пример 1 Пример 2 Неопределенность частоты, % <0,1 <0,2 Нестабильность частоты во время измерений, % <0,1 <0,2 Нестабильность амплитуды ускорения во время измерений, % <0,1 <0,3 Общие гармонические искажения сигнала ускорения на частотах выше 20 Гц, % <5 < 10 Общие гармонические искажения в диапазоне частот, % < 10 <20 Ускорение поперечных, изгибных и угловых колебаний, % <10 при f < 1 кГц < 30 при f > 1 кГц Превышение выходного сигнала над уровнем шума и помех (на частотах 10 Гц и выше), дБ >50 >40 Превышение выходного сигнала над уровнем шума и помех (на частотах ниже 10 Гц), дБ >20 > 10

Влияние шума и помех имеют значение, только если они находятся в пределах полосы частот калибровки. Для каждого сочетания частоты и амплитуды характеристики вибрации (ускорения, скорости или перемещения), используемого в процессе калибровки, значения ускорения поперечных, изгибных и угловых колебаний, а также уровень шума и помех должны быть совместимы с требованиями к неопределенности, указанными в разделе 4.

5.3.2    Электродинамический вибростенд

Типичные максимальные амплитуды для электродинамических возбудителей вибрации, предназначенных для использования в диапазоне частот от 10 Гц до 10 кГц, составляют 5 мм для перемещения, от 0,5 до 1 м/с для скорости и от 200 м/с² до 1 км/с² для ускорения. На частоте 1 Гц типичные значения для длинноходовых возбудителей вибрации составляют 80 мм для амплитуды перемещения, 0,5 м/с для амплитуды скорости и 1 м/с² для амплитуды ускорения. С использованием резонансов подвижной системы электродинамические возбудители вибрации могут обеспечивать достаточно большие амплитуды вибрации в диапазоне от 200 м/с² до 5 км/с² на частотах до 50 кГц, но при этом повышается риск повреждения конструкции вибростенда.

5.3.3    Пьезоэлектрический вибростенд

Пьезоэлектрический возбудитель вибрации может воспроизводить вибрацию с большими амплитудами на высоких частотах (от 1 до 50 кГц и выше).

Примечание - Для метода 2 (метод точек минимума с использованием функции Бесселя первого порядка) для достижения первой точки минимума требуется амплитуда перемещения, по крайней мере, 193,0 нм. На частоте 50 кГц этой амплитуда перемещения соответствует амплитуда ускорения приблизительно 19 км/с².

5.4 Сейсмический блок (блоки) вибростенда и лазерного интерферометра

Вибростенд и интерферометр устанавливают на общем или отдельных массивных блоках с целью предотвратить их относительное перемещение друг относительно друга из-за колебаний грунта, а также для предотвращения чрезмерного влияния реакции опоры вибростенда на результаты калибровки.

При использовании общего блока его масса должна быть, по меньшей мере, в 2000 раз больше массы подвижной системы вибростенда. При соблюдении данного условия вибрация интерферометра, обусловленная воспроизводимой вибростендом вибрацией, не будут превышать 0,05 % вибрации на столе вибростенда. Если масса сейсмического блока меньше, то колебания блока следует учитывать при расчетах.

6