GB T 13823.1-2005 振动与冲击传感器的校准方法 第1部分;基本概念.pdf

1、ICS 17. 160 N 73 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 13823. 1-2005/ISO 16063斗:1998 代替GBjT13823.1-1993 振动与冲击传感器的校准方法第1部分:基本概念Methods for the calibration of vibration and shock transducers -Part 1 : Basc concepts CISO 16063-1 :1 998 , IDT) 2005-05-13发布中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会2005-10-01实施发布GB/T 13823. 1-2005/ISO

2、 16063-1: 1998 目次EWH1113334666口UMM达表的度定确不量捆mM准法校表)件uuuuuuu的录文u准准度附用义川应应-u校校定性引定量响响法法法确料性和测则接真方则对较不资tu围范语性总直乱准总绝比量umu言空间范规术特123校123测录勒前引1234AhAKAt515.6附参I GB/T 13823. 1-2005/ISO 16063-1: 1998 目。昌GB/T 13823(振动与冲击传感器的校准方法由以下四类组成:一一第1类z基本概念;第2类:绝对校准;一一第3类:比较校准;一一一第4类t环境模拟校准。本部分为GB/T13823的第1部分。本部分等同采用ISO

3、16063-1: 1998(振动与冲击传感器的校准方法第1部分:基本概念(英文版)。根据我国国情，在磁灵敏度一节中，引入注解，表明所对应的国家标准(GB/T13823.的采用了旋转磁场方向的测试方法。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改:a) 本国际标准词改为本部分;b) 删除国际标准的前言。本部分代替GB/T13823.1-1993(振动与冲击传感器的校准方法基本概念。本部分与GB/T13823.1-1993相比主要变化如下:新增了第6章和附录A;对参考文献进行了扩展。本部分的附录A为资料性附录。本部分由中国计量科学研究院提出。本部分由全国机械振动与冲击标准化技术委员会归口。本部分起草单位:

4、中国计量科学研究院、北京市计量科学研究所。本部分主要起草人:马明德、冯源、李学瑞、张宏宇、谷毅。E GB/T 13823. 1-2005/ISO 16063-1 : 1998 引对于人或各类设备所遭受的冲击和振动进行精确测量的要求日益迫切，所以振动与冲击传感器的校准已变得格外重要。关于这些校准己采用或推荐了一些方法，GB/T13823的本部分对其中一些方法进行了阐述。第5章介绍了几种方法，这些方法在振动与冲击传感器的绝对校准中已被证明是可靠的。本部分包含有振动与冲击两类传感器共同的校准方法，事实证明按照振动测量或冲击测量来区分传感器是不切实际的。本部分仅限于线性运动加速度、速度和位移传感器的校

5、准;不涉及用于力、压力或应变测量的传感器，当然其中一些传感器可能使用类似的方法进行校准。此外，本部分也不包括用于测量旋转振动的传感器，因为目前此类传感器数量较少，其校准硬件和方法与本标准涉及的线运动传感器也有所不同。本部分包括定义并叙述了作为基础的绝对校准方法。此外，在总则中还概括叙述了振动与冲击传感器的多种校准方法，以及除灵敏度外其他测量特性的校准方法。为能实现已知准确度的校准，必须详细规定仪器的技术要求和操作步骤。有关各种校准方法的上述信息将在GB/T13823的后续部分详细介绍。传感器本身可作为一个单元进行校准，它可以包括连接电缆和/或一个适配装置。对校准系统必须始终进行明确地说明。本部

6、分包括一个参考文献目录，正文中引用参考文献时以方括号中的数字表示。W GB/T 13823. 1-2005/150 16063-1 : 1998 振动与冲击传感器的校准方法第1部分:基本概念1 范围GB/ T 13823的本部分规定了振动与冲击传感器的校准方法，包括灵敏度以及其他特性的测量方法。种方法已被证明能给出可本部分不适用于旋其随后所有的修改的各方研究是否可GB/ T 1182-GB/ T 13824 3 术语和定义ISO 2041: 1990 3. 1. 1 工作范围operating range 3. 1.2 互易传感器reciprocal transducer 5347第19到第2

7、3部分。，并邀了优先采用的方法，这双向机电传感器。对此类传感器施加的电流与其产生的力之比(此时传感器被约束使其速度为零)等于对其施加的速度与其产生的电压之比(此时传感器处于开路状态，使其电流为零)。例如:磁电与压电传感器。3.1.3 不可逆传感器unilateral transducer 应变片作为敏感元件的传感器，此类传感器对施加的电激励不产生明显的机械响应。GB/T 13823. 1一2005/18016063-1:19983.2 3.3 3.4 输入信号input signal 作用于传感器输入端的信号。例如:作用于安装面的加速度。输出信号output signal 传感器对给定输入信号

8、所产生的响应信号。注1:对单端传感器，加速度矢量指向传感器安装面时被视为正方向。对背靠背安装的参考加速度计，加速度矢量从上表面指向被比较校准的加速度计时被视为正方向。注2:输出量(如电压、电荷、电流、阻抗等)的相位规定以所定义的正加速度矢量或导山量(速度或位移)为参考。灵敏度sensitivity 对线性传感器，灵敏度为正弦激励作用于安装面且平行于灵敏轴时，输出量与输入量之比。注:一般情况下，灵敏度包括幅值与相位两个信息，因此是随频率变化的复数量。正弦输入运动可以由以下方程组表示:5 = sexpj(叫+伊I)J=汇cos(wt+伊1)十jsin(wt十伊I)J.( 1 ) V=Js = ve

9、xpj(wt +轨十12)J=cos(wt十伊1十12)十jsin(叫十1+12)J(2 ) a=j1.1 = expj(叫+伊1十)J=斗cos(ett十伊1+的+jsin(ett +伊l十)J.(3) u = expj(wt + CJJF1059)，校准测量不确定度应使用扩展不确定度U来表达，该表示指南以国际称重与测量委员会(CIPM)推荐的方法为依据。13 GB/T 13823. 1一2005/ISO16063-1:1998 附录A(资料性附录)校准测量不确定度的表达A.l 总则见第6章。U的用途是提供一个区间y-u到y+u。由y评估的被校准的特定值Y在此区间可期望以高概率存在。为充分判

10、定y-u:(y:(y+u，应按下述方法评定扩展不确定度uoA.2 测量扩展不确定度的计算A. 2.1 必须设法对明显影响测量结果的各个分量进行确定，并且对这些分量的影响用估计修正值或修正因子来修正。如果某一分量对测量结果的影响可以用一个具有明确的期望值(特别是不对称分布)的概率分布(最好是概率密度，见A.2. 2)来表示。那么可以作为系统误差来对待，并且用修约来修正。A.2.2 每个对测量结果有影响的不确定度分量，以标准偏差u，来表示，即所谓的标准不确定度，等于变量旷的正平方根。有些标准不确定度可以从统计理论估算的标准差得到。这一标准差可由一系列观察值的统计分析得到(参见JJF1059中标准不

11、确定度的A类评定)。评估另一些标准不确定度可以某种概率分布的标准偏差来表示，该分布应能描述对相关量的所有可能取值的科学判断(B类)。这一评价是基于所有的有用信息量作出的。作为特例，如果没有数据表明某量的可能取值具有系统效应，仅知道这些估算值在b与h范围之间，则可以b_;b+ 间的平均分布来描述这些数据。它的标准不确定度是blJ言，其中b=(轧-b_)/2。在这种情况下期望值(b+十b一)/2可用做修正值。如果一个影响量是均匀分布(矩形概率密度)，但它转换为对测量结果的影响又是非线性的(例如:正弦信号、二阶或三阶多项式)，这样就要选择相关的分布模型来处理这种情况。实例在正弦加速度标称测量方向上，

12、加速度灵敏度S是通过它的输出电压或电荷幅值止，以及振动激励产生的加速度幅值斗，按公式s=土/马来计算的。在多种对校准结果有影响的分量中，有一个来自振动台的明显横向运动分量，其加速度幅值为aT与加速度计的横向灵敏度ST结合，转换为输出信号中的误差分量勺。对这个例子来说，假设被测加速度和横向加速度频率相同并且没有相位差。由于横向灵敏度通常取决于最大横向灵敏度(鸟.max)方向与横向激励方向夹角卢的正弦，其误差分量可以表示为:气TST. aT - ST.max 0 T.max cos 如果已知其最大横向灵敏度鸟.max和最大横向加速度aY.max而角度卢是不知道的，这时假设卢在一，之间按矩形分布是很

13、合理的。这样，这一影响量在角度卢满足矩形分布的情况下，将产生测量误差分量气?其概率密度为:b1t J1一(于f式中:-b气Tb, b= ST.maxaT.max (通常也称为反正弦分布)，相应的标准不确定度为:u(exT)=b/.;2 14 GB/T 13823. 1-2005/ISO 16063-1 : 1998 期望值E(XT在这时为零，这是对误差exT的最佳估计。A. 2. 3 根据不确定度传播定律，由各标准不确定度分量(有时也包括协方差)合成确定的合成标准不确定度饵，作为测量值Y的标准不确定度。因此，合成标准不确定度由下式得到:。N-j仇)= )(去)乙归)十22JEZffu(j).

14、. . . . . . ( A.l ) 这一方程式基于一阶泰勒级数的近似:Y=j(Xj ,X2, XN) ( A. 2 ) 这里Y是由N个输入量，凡，几，XN通过函数关系f确定的被测对象。被测量Y的估算值用y来表示。这样测量结果的输出评估可由下是Xi、码的协方差估没有明显互相采用式(A.2) 量汇，则不属碍，这里介绍这里Y这里U(斗)/斗是输出电确定度，由于实例中u(exT)=的相对误差来表示，那么，该量可以作为一A. 2. 4 将U，乘以扩展因子走得到扩展不确定度。U=kuc . ( A. 3 ) j=Xi时的估计值。U(Xi，Xj). ( A.4 ) 充分线性的，那么可角度卢被视为输入量，

15、为克服这个障模型，将因子(1一2表示加速度幅值，一阶泰勒级数近似是加速度幅值测量的相对标准不，如果某量与1的偏差同样可由该量，从而可分别将一系列不确定来源考虑进来。这里优先选取扩展因子走=2。如果能假设校准结果的估算值服从具有近似标准差矶的近似正态分布，就能断定未知值位于由U限定的区间内，其置信水平或概率约为95%。A. 2. 5 当给出测量结果y、扩展不确定度及所用包含因子的报告时，如果h不等于2，要加以说明。另外，包含概率的近似值或取值区间的置信水平也应加以说明。15 GB/T 13823. 1一2005/1S016063-1:1998 16 参考文献lJ IS05347-1:1993 振

16、动与冲击传感器校准方法第1部分:激光干涉法振动绝对校准2J ISO 5347-2: 1993 振动与冲击传感器校准方法第2部分:光切割法冲击绝对校准3J ISO 5347-3: 1993 振动与冲击传感器校准方法第3部分:二次振动校准4J ISO 5347-4 :1 993 振动与冲击传感器校准方法第4部分:二次冲击校准5J ISO 5347-5: 1993 振动与冲击传感器校准方法第5部分:地球重力法校准6J ISO 5347-6: 1993 振动与冲击传感器校准方法第6部分:低频振动绝对校准7J ISO 5347-7: 1993 振动与冲击传感器校准方法第7部分:离心机绝对校准8J ISO

17、 5347-8:1993 振动与冲击传感器校准方法第8部分:双离心机绝对校准9J IS05347-9:1993 振动与冲击传感器校准方法第9部分:相位角比较法振动二次校准10J ISO 5347-10:1993 振动与冲击传感器校准方法第10部分:高冲量冲击绝对校准l1J IS05347-11:1993 振动与冲击传感器校准方法第11部分:横向振动灵敏度的测试口2JISO 5347-12 :1 993 振动与冲击传感器校准方法第12部分:横向冲击灵敏度的测试13J ISO 5347-13 :1 993 振动与冲击传感器校准方法第13部分:基座应变灵敏度的测试14J ISO 5347-14:19

18、93 振动与冲击传感器校准方法第14部分:安装在钢块上无阻尼加速度计的共振频率测试口5JISO 5347-15 :1 993 振动与冲击传感器校准方法第15部分:声灵敏度测试16J ISO 5347-16:1993 振动与冲击传感器校准方法第16部分:安装力矩灵敏度的测试17J ISO 5347-17 :1 993 振动与冲击传感器校准方法第17部分:固定温度灵敏度的测试18J ISO 5347-18: 1993 振动与冲击传感器校准方法第18部分:瞬变温度灵敏度的测试19J ISO 5347-19:1993 振动与冲击传感器校准方法第19部分:磁灵敏度的测试20J IS05347-20:19

19、97 振动与冲击传感器校准方法第20部分:互易法振动绝对校准21J ISO 5347-22 :1 997 振动与冲击传感器校准方法第22部分:加速度计共振频率测试的一般方法22J ISO 5347-23 :1 9932) 振动与冲击传感器校准方法第23部分:激光干涉法冲击一次校准23J HOHMANN , P. Schwingungsmessungen mit Laserinterferometern zur Kalibrierung von Aufnehmern, Acustica, 26 , pp. 122-136(972). 24J HOHMANN, P. and MARTIN , R.

20、 Kalibrieru吨einesSchwi吨ungsaufnehmer-Ver-gleichsnormals , Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Braunschweig ( 1968 ), VDI Berichte Nr. 135(969). 25J DERERRARII. H.儿，DARBY，R.A. and ANDREWS, F. A. 利用激光干涉仪测量振动位移与模态Journal of the Acoustical Society of America, 52 , No. 5 , p. 982(967). 26J ACTLEY , R

21、. A. and LOGUE , S. H. 有关振动位移测量的激光干涉仪与应用，Institute of Environmental Sciences Annual Meeting, pp. 235-240(1967). 27J LICHT, T. , BRUEL and KJAER. Technical Review , No. 1(971). 28J 冲击和振动手册HARRIS，C.M. and CREDE, C. E. 3rd edn. , McGraw-Hill(987). 29J 振动传感器互易法校准LEVY，S. and BOUCHE, R. R. J. Research NBS

22、 , 57 , No. 4 , pp. 227-243(956) . 30J 用互易法校准后的加速度计标准在日常实验室做比较校准的应用BOUCHE，R. R. and 2)即将出版。G/T 13823. 1-2005/ISO 16063-1: 1998 ENSOR,L. C. (Ap 440-502 Bull ,34 ,Part 4) (February 1965). 31J 确定加速度计动态特性的一种基本方法一旋转法WILDHACK，W. A. and SMITH , R. O. Proceedngs of the nstrument Socety of America , 9 , Part

23、 V (1 995) , P. 4 (Paper 54 40-3) . 32J 用双离心机产生低频正弦加速度SMITH，R. O. , WILLIS, E. A. and HIL TEN , J. S. NBS Journal of Research , 66d , No. 4 (1 962) . 33J WITTKOWSKI, U. Stosspendelverfahrenzum Kalibrieren und Prfen von Beschleunigungsmessgerten , Technsches Messen tm , No. 9. pp. 323-328 (1 979). 34

24、J 弹道式落球冲击机对传感器的绝对校准BOUCHE，R. R. Endevco Corporation TP 206 (Apri1 1961). 35J LAUER. G. Interferometrische Bestimmung der Belastungsabhngigkeit von Beschleuni-gungsaufnehmer-Vergleichsnormalen, Fortschrtte der Akustik- F ASE/DAGA82 , Gttingen. 36J 衍射光栅干涉仪对旋转传感器的动态校准v.MARTENS, H , -J. PTB Mitteilungen

25、 103 (1 993)1 , pp. 19-27. 37J 对参考加速度计校准的一种改进方法CLARK，N. H. Metrologia 20 (1983) , pp. 103-107. 38J 测量位移范围从10-91m的干涉计数法v.MARTENS, H .-J. Metrologia, 24 (1987) , pp. 163-170. 39J 激光多普勒干涉仪在汽车工业的应用LEWIN，A. C. ROTHE.飞，SELBACH. H. Proc. of the 25th ISATA Symposium, Florence 1992. 40J 直线和旋转运动的干涉测量v.MARTENS

26、, H，上，T A UBNER, A. S. Gomez et al. (eds) , Balkema, Rotterdam , 1994. 41J v. MARTENS, H ,-J SCHLAAK , H. -J. TUBNER, A. Interferometrische KaiU山erung von Translations-und Rotationsaufnehmern mit Sinus-und Stossanregung. Fortschritte der Akustik-DAGA 94. Teil B. pp. 681-684. 42J 德国振动量的单位转换和表示方法v.MAR

27、TENS. H ,-J and ROGAZEWSKI , P. Bulletin OIML No. 108. Sept. 1987. ggJt的OFSMBON-气的N的FH筒。华人民共和国家标准振动与冲击传感器的校准方法第1部分:基本慨念GB/T 13823. 1 2005/1S0 16063-1 :1 998 国中9略中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销9唔印张1.5字数39千字2005年9月第一次印刷开本880X1230 1/16 2005年9月第一版定价14.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)685335339峰书号:155066 1-26035 GB/T 13823. 1-2005