ГОСТ ИСО 5347-1-96

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ВИБРАЦИЯ

КАЛИБРОВКА ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 1. ПЕРВИЧНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ КАЛИБРОВКА МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Издание официальное

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Минск

ГОСТ ИСО 5347-1-%

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:

Наименование государства Наименование национального органа по стандартизации Республика Белоруссия Республика Казахстан Республика Молдова Российская Федерация Республика Таджикистан Туркменистан Украина Белстандарт Госстандарт Республики Казахстан Молдовастандарт Госстандарт России Таджикский государственный центр по стандартизации, метрологии и сертификации Главгосинспекция Туркменистана Госстандарт Украины

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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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

Номер минимума Амплитуда перемещения d, мкм Номер минимума Амплитуда перемещения d, мкм 0 0,0000 16 2,5704 1 0,1930 17 2,7286 2 0,3533 18 2,8868 3 0,5123 19 3,0450 4 0,6709 20 3,2030 5 0,8294 21 3,3615 6 0,9878 22 3,5197 7 1,1461 23 3,6779 8 1,3044 24 3,8361 9 1,4627 25 3,9943 10 1,6210 26 4,1525 11 1,7792 27 4,3107 12 1,9375 28 4,4689 13 2,0957 29 4,6271 14 15 2,2539 2.4122 30 4,7853

7

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)

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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 %) X_Cl рассчитывают по формуле

X_CL = ± <Х1 + Х\ , где Х_г — случайная неопределенность;

X_s — систематическая неопределенность.

Случайную неопределенность для установленного доверительного уровня Xr(CL ) рассчитывают по формуле

^е н ⁺ е\г+ ^егз⁺

п (п - 1)

где e_rj, е_Г2, ... ,е_г„ — 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 X_{s {CL)} рассчитывают по формуле

^xs(CL)-j=e_s,

где К= 2,0 для доверительного уровня 95 % (CL - 95 %) или К= 2,6 для доверительного уровня 99 % (CL = 99 %); e_s — 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 e_s при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя

А.2.1 Расчет e_s для метода 1

Абсолютную погрешность коэффициента преобразования e_s при фиксированных частотах, амплитудах и положениях переключателей усилителя рассчитывают по формуле

10

ГОСТ ИСО 5347-1-96

Lf_A — отклонение амплитудно-частотной характеристики усилителя, % коэффициента преобразования;

/^—отклонение амплитудно-частотной характеристики акселерометра, % коэффициента преобразования;

L_qa — нелинейность амплитудной характеристики усилителя, % коэффициента преобразования;

L_Qp — нелинейность амплитудной характеристики акселерометра, % коэффициента преобразования;

1_А — 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;

Е_л — 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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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 J_n — аргументы, соответствующие различным нулям функции Бесселя, приведенные в таблице Б.1.

Таблица Б.1— Значения Jn для нулей функции Бесселя

Номер нуля А Номер нуля Л 1 3,83170 16 51,04353 2 7,01559 17 54,18556 3 10,17346 18 57,32753 4 13,32369 19 60*46945 5 16,47063 20 63,61136 6 19,61586 21 66,75323 7 22,76009 22 69,89507 8 25,90368 23 73,03690 9 29,04683 24 76,17870 10 32,18968 25 79,32049 11 35,33230 26 82,46227 12 38,47477 27 85,60402 13 41,61709 28 88,75477 14 44,75932 29 91,88752 15 47,90146 1 30 95,02924

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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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 • 10^б — 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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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 • / f_f 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 \0Г^Ь f² R_f, 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.

ГОСТ ИСО 5347-1-96

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