WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ ГОСТ Р исо НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ 16063- 11— РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Вибрация МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА Часть 11 Первичная ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТ Р исо

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

16063- 11—

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ

ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 11 Первичная вибрационная калибровка методами лазерной интерф ерометрии ISO 16063-11:1999 Methods for the calibration of vibration and shock transducers — Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry (IDT) Издание официальное s СП s i n Москва Стандартинформ строительство домов под ключ ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 Предисловие Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0—2004 «Стандартизация в Российской Федерации .

Основные положения»

Сведения о стандарте 1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием Всероссийский на­ учно-исследовательский институт метрологической службы (ФГУП ВНИИМС) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4. с участием Автономной неком­ мерческой организации «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических сис­ тем» (АНО «НИЦ КД») 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация, удар и контроль техни­ ческого состояния»



3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому ре­ гулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. № 870-ст 4 Настоящий стандарт является идентичным по отношению к международному стандарту ИСО 16063-11:1999 «Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 11. Первичная вибрацион­ ная калибровка методами лазерной интерферометрии» (ISO 16063-11:1999 «Methods for the calibration of vibration and shock transducers — Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry»)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом ука­ зателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых ин­ формационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издава­ емом 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

–  –  –

1 Область применения

2 Неопределенность измерений

3 Требования к испытательному оборудованию и средствам измерений о -ч сл сл сл сл ю 4 Условия окружающей среды

5 Предпочтительные значения опорных ускорений и ч а с т о т

6 Требования, общие для всех методов

7 Метод счета полос (метод 1 )

8 Метод точек минимума (метод 2 )

9 Метод синус-аппроксимации (метод 3 )

10 Протокол кали бровки

Приложение А (обязательное) Составляющие неопределенности измерений при первичной калиб­ ровке акселерометров методами лазерной интерференции

Приложение В (обязательное)Расчетные формулы



Библиография

–  –  –

1 Область применения Настоящий стандарт устанавливает три метода первичной вибрационной калибровки преобразо­ вателей прямолинейного ускорения (далее — акселерометров) совместно с усилителями или без них для определения комплексного коэффициента преобразования посредством возбуждения гармоничес­ кой вибрации и измерения амплитуды колебаний методами лазерной интерферометрии .

Установленные методы применяют в диапазоне частот от 1 Гц до 10 кГц и в диапазоне амплитуд ускорения от 0.1 до 1000 м/с2 (в зависимости от частоты) .

Неопределенность измерений в соответствии сданными методами указана в разделе 2. Метод си­ нус-аппроксимации (метод 3) позволяет проводить калибровку на частотах ниже 1 Гц (например, на час­ тоте 0.4 Гц. используемой в качестве опорной частоты в некоторых стандартах) с амплитудами ускорения менее 0,1 м/с2 (например. 0.04 м/с2 на частоте 1 Гц) при наличии соответствующего низкочас­ тотного вибростенда (см. раздел 9) .

Метод счета полос (метод 1) применяют для определения модуля коэффициента преобразования в диапазоне частот от 1 до 800 Гц и. в особых случаях, на более высоких частотах (см. раздел 7). Метод точек минимума (метод 2) применяют для определения модуля коэффициента преобразования в диа­ пазоне частот от 800 Гц до 10 кГц (см. раздел 8). Метод синус-аппроксимации может быть применен для определения модуля и фазового сдвига коэффициента преобразования в диапазоне частот от 1 Гц до 10 кГц .

Методы 1 и 3 обеспечивают калибровку при фиксированных значениях амплитуд ускорения на разных частотах. Метод 2 обеспечивает калибровку для фиксированных значений амплитуд перемеще­ ний (амплитуда ускорения изменяется в зависимости от частоты) .

2 Неопределенность измерений Применение методов, установленных настоящим стандартом, должно обеспечивать неопреде­ ленность измерений, не превышающую следующие значения:

a) для модуля коэффициента преобразования:

- 0.5 % измеряемого значения на опорных частотах и ускорениях (опорных точках);

- не более 1 % измеряемого значения вне опорных точек;

b) для фазового сдвига коэффициента преобразования .

- 0.5е в опорных точках:

- не более 1° вне опорных точек .

Рекомендуются следующие опорные точки:

И зд ани е о ф и ц и а л ь н о е ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009

- частота: 160, 80. 40. 16 или 8 Гц (или круговая частота: 1000. 500. 250. 100 или 50 рад/с),

- ускорение (амплитуда или среднеквадратическое значение): 100, 50. 20. 10. 2 или 1 м/с1 .

Параметры усилителя выбирают так. чтобы минимизировать влияние шума, искажений и спада частотной характеристики на низких и высоких частотах на его функционирование .

П р и м е ч а н и е — Н еопределенность изм ерений представляю т в виде расш иренной неопределенности изм ерений в соответствии с (2J .





3 Требования к испытательному оборудованию и средствам измерений

3.1 Общие положения В настоящем разделе приведены требования к аппаратуре, позволяющей проводить калибровку в соответствии с областью применения данного стандарта и обеспечивающей выполнение требований к неопределенности измерений (раздел 2) .

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

П р и м е ч а н и е — А ппаратура, указанная в настоящ ем разделе, вклю чает в себя оборудование и сре­ дства измерений, прим еняем ы е для лю бого и з трех методов калибровки настоящ его стандарта, с указанием, в ка­ ком методе она применяется .

3.2 Генератор частоты с показывающим устройством

Следует использовать генератор частоты, имеющий следующие характеристики:

a) неопределенность измерений частоты не более 0.05 % показываемого значения:

b) отклонение частоты в процессе измерений не более 1 0,05 % показываемого значения;

c) отклонение амплитуды сигнала в процессе измерений не более ± 0.05 % показываемого значения .

3.3 Вибростенд с усилителем мощности

Следует использовать вибростенд с усилителем мощности, имеющий следующие характеристики:

a) коэффициент гармоник по ускорению не более 2 %,

b) малые поперечные и угловые колебания стола вибростенда, чтобы не оказывать существенно­ го влияния на результаты калибровки. При больших амплитудах колебаний, преимущественно в низко­ частотном диапазоне от 1 до 10 Гц. колебания в поперечном направлении должны быть не более 1 % колебаний в основном направлении; в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц — не более 10 %; свыше 1 кГц — не более 20 %;

c) собственный электронный шум испытательной установки должен быть не менее чем на 70 дБ ниже максимального значения выходного сигнала;

d) отклонение амплитуды ускорения в процессе калибровки не более 0.05 % показываемого значения .

Поверхность стола вибростенда, на которую устанавливают акселерометр, не должна деформи­ ровать его основание .

3.4 Сейсмический блок (блоки) вибростенда и лазерного интерферометра Вибростенд и интерферометр устанавливают на общем или отдельных массивных блоках с целью предотвратить их относительное перемещение 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 выполнении данного условия реактивная вибрация аксе­ лерометра и интерферометра не будут превышать 0.05 %. Если масса сейсмического блока меньше, то колебания блока следует учитывать при расчете вибрации .

Для уменьшения искажений вследствие колебаний грунта при измерениях в диапазоне от 10 Гц до 10 кГц сейсмический блок (блоки) устанавливают на демпфированных пружинах, чтобы соответствую­ щая составляющая неопределенности измерений не превышала 0,1 % .

3.5 Лазер Для калибровки используют гелий-неоновый лазер .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 В лабораторных условиях (при атмосферном давлении 100 кПа. температуре 23 °С и относитель­ ной влажности 50 %) номинальная длина волны лазера равна 0,63281 мкм .

Если лазер имеет ручную или автоматическую компенсацию влияния условий окружающей среды, то она должна быть установлена на нуль или отключена .

Допускается использовать одночастотный лазер с другой стабильной и известной длиной волны .

3.6 Интерферометр Для приема интерференционного сигнала применяют интерферометр Майкельсона совместно с фотодетектором, имеющим частотную характеристику, перекрывающую необходимую ширину полосы частот .

Необходимая ширина полосы частот fm Гц, может быть вычислена по амплитуде измеряемой ax .

скорости м/с, по формуле •3.16 10* .

f =V Для метода 1 (см. рисунок 1) и метода 2 (см. рисунок 2) используют простой интерферометр Май­ кельсона с одним фотодетектором. Для метода 3 (см. рисунок 3) используют модифицированный интер­ ферометр Майкельсона с квадратурными выходными сигналами и с двумя фотодетекторами для приема сигнала интерферометра. Может быть использован интерферометр Майкельсона. модифици­ рованный в соответствии с рисунком 4. Четвертьволновая пластина преобразует падающий линейно поляризованный свет в два измерительных луча со взаимно ортогональной поляризацией и фазовым сдвигом 90°. После интерференции с линейно поляризованным опорным лучом две компоненты со вза­ имно ортогональными поляризациями пространственно разделяют при помощи соответствующих опти­ ческих элементов (например, призмы Волластона или поляризационного светоделителя) и детектируют двумя фотодиодами .

Два выходных сигнала модифицированного интерферометра Майкельсона должны иметь сдвиг нуля не более ± 5 % амплитуды сигнала, относительную разность амплитуд менее i 5 % и отклонение разности фаз от номинального угла 90° не более ± 5°. Чтобы удовлетворить этим требованиям, должны быть предусмотрены средства регулировки нуля, амплитуды сигнала и сдвига фаз между двумя сигналами интерферометра .

В случае больших амплитуд перемещений соблюдение указанных допусков может быть затрудне­ но. Чтобы удовлетворить требованиям раздела 2 к неопределенности измерений, требования по допус­ кам должны быть соблюдены, по крайней мере, для амплитуд перемещений до 2 мкм. Для больших амплитуд возможны большие допуски .

П р и м е р — Д л я а м п л и т у д ы п е р е м е щ е н и я 2,5 м м (к о т о р о й с о о т в е т с т в у е т а м п л и т у д а у с к о р е н и я 0,1 м /с 2 н а ч а с т о т е 1 Г ц ) д о п у с к и м о г у т б ы т ь р а с ш и р е н ы d o t 10 % д л я о т н о с и т е л ь н о й р а з н о с т и а м п л и ­ т у д и д о 2 20“ д л я о т к л о н е н и я с д в и г а ф аз о т н о м и н а л ь н о г о угл а 90° (см. т а кж е п р и м е ч а н и е 1 к 9.2) П р и м е ч а н и е — М одиф ицированны й интерф ером етр М айкельсона для методов 1.2 или 3 может быть заменен другим подходящ им двухлучевы м интерф ером етром, наприм ер, модиф ицированны м интерф ерометром М аха-Цандера .

3.7 Аппаратура для счета интерференционных полос (метод 1) Для счета интерференционных полос должна быть использована аппаратура, имеющая следую­ щие характеристики:

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

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

Счетчик импульсов может быть заменен измерителем отношения частот при условии обеспечения требований к неопределенности измерений .

3.8 Перестраиваемый полосовой фильтр или спектроанализатор (метод 2)

Используемая аппаратура должна иметь следующие характеристики:

a) диапазон частот от 800 Гц до 10 кГц;

b) ширина полосы анализа не более 1/6 октавы (12 % среднегеометрической частоты):

c) спад частотной характеристики фильтра более 24 дБ на октаву;

d) отношение полезный сигнал/шум более 70 дБ (определяют по максимальному значению полез­ ного сигнала):

e) динамический диапазон более 60 дБ .

з ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009

3.9 Устройство детектирования нуля (метод 2) Устройство детектирования нуля (не является необходимым при использовании спектроанализа­ тора) должно иметь диапазон частот от 800 Гц до 10 кГц. Диапазон должен быть достаточен для детек­ тирования выходного шума полосового фильтра .

3.10 Устройство измерения истинного среднеквадратического значения выходного сигна­ ла акселерометра Вольтметры, используемые для измерения истинного среднеквадратического значения выходно­ го сигнала акселерометра, должны иметь следующие характеристики:

a) диапазон частот от 1 Гц до 10 кГц;

b) неопределенность измерений 0.1 % показываемого значения .

Для вычисления амплитуды сигнала среднеквадратическое значение умножают на -*/2 .

Вольтметры среднеквадратического значения применяют в методах 1 и 2. В методе 3 для измере­ ния напряжения следует использовать специальную аппаратуру (см. 3.13). Вольтметр среднеквадрати­ ческого значения в данном случае может быть использован как вспомогательное средство .

3.11 Устройство измерения коэффициента гармоник Для измерения искажений должно использоваться устройство, позволяющее определить коэффи­ циент гармоник в диапазоне до 5 % и имеющее следующие характеристики:

a) диапазон частот от 1 Гц до 10 кГц с возможностью измерения до 5-й гармоники;

b) неопределенность измерений 10 % показываемого значения в диапазоне коэффициента гар­ моник от 0.5 % до 5 % .

3.12 Осциллограф Применение осциллографа не является обязательным, но он может быть использован для луч­ шей настройки интерферометра и контроля формы сигнала акселерометра. Диапазон частот осциллог­ рафа — от 1 Гц до. как минимум. 2 МГц .

3.13 Записывающее устройство с компьютерным интерфейсом (метод 3) Метод 3 требует применения записывающего устройства с компьютерным интерфейсом, позволя­ ющего выполнять аналого-цифровое преобразование и хранить в памяти два квадратурных выходных сигнала интерферометра и выходной сигнал акселерометра. Разрешающая способность по амплитуде, частота выборки и объем памяти должны быть достаточными для калибровки в требуемом диапазоне амплитуд с неопределенностью измерений, указанной в разделе 2. Обычно для выходного сигнала ак­ селерометра достаточно разрядности аналого-цифрового преобразования 10 бит, а для квадратурных сигналов на выходе интерферометра — 8 бит. Возможно использование двух регистрирующих устройств: двухканального для выходных сигналов интерферометра и устройства с более высокой раз­ решающей способностью и более низкой частоты выборки для выходного сигнала акселерометра. Оба регистрирующих устройства должны начинать и заканчивать запись сигналов одновременно. Допусти­ мое расхождение в моментах начала записи следует оценить с учетом требований к неопределенности измерений (см. раздел 2) .

Для наиболее короткого периода выходного сигнала интерферометра, который соответствует максимальной скорости вибрации, следует обеспечить достаточное число выборочных значений. При заданной амплитуде ускорения меньшей частоте соответствуют большие амплитуды перемещения, что требует большей частоты выборки и большего объема памяти. При невозможности обеспечить указан­ ные требования амплитуду ускорения следует уменьшить .

П р и м е р — Д л я к а л и б р о в к и а кс е л е р о м е т р а на ч а ст о т е в и б р а ц и и 1 Г ц и п р и а м п л и т у д е у с к о р е н и я

0.1 м /с * т р е б у ю т с я о б ъ е м п а м я т и б о л е е 4 М ба йт и ча ст о т а в ы б о р к и б о л е е 512 к Г ц

3.14 Компьютер с программой обработки данных (метод 3) Компьютер с программой обработки данных используют при расчетах по 9.4 .

3.15 Другие требования Чтобы удовлетворить требованию к неопределенности измерений не превышать 0.5 %, рекомен­ дуется акселерометр калибровать совместно с усилителем .

При расчете неопределенности измерений (см. приложение А) должны быть приняты во внимание чувствительность акселерометра к деформации основания, коэффициент поперечного преобразова­ ния и стабильность характеристик системы «акселерометр — усилитель» .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 При калибровке эталонного акселерометра, который впоследствии предполагают применять для калибровки методом сравнения в положении «спина к спине», измерение коэффициента преобразова­ ния (как модуля, так и фазового сдвига) следует проводить с использованием имитатора, масса которо­ го равна массе акселерометра, калибруемого методом сравнения. Обычно используют имитатор массой 20 г. Луч лазера должен падать на верхнюю поверхность имитатора (внешняя поверхность) или на верхнюю поверхность калибруемого акселерометра .

Если измеряют вибрацию верхней поверхности имитатора, то она должна быть отполирована, и пятно лазерного луча должно находиться вблизи геометрического центра этой поверхности. В случаях, когда имитатор нельзя считать абсолютно твердым телом, следует учитывать относительное движение верхней и нижней поверхностей имитатора. В качестве имитатора типичного акселерометра массой 20 г может быть использован шестигранный стальной стержень длиной 12 мм с размером под ключ 16 мм .

При частоте 5 кГц, например, относительное движение между верхней и нижней поверхностями такого имитатора приводит к систематической погрешности около 0,26 % при измерениях амплитуды и 4.2° при измерениях фазового сдвига .

Если используемый метод калибровки предполагает измерения вибрации верхней поверхности калибруемого акселерометра через продольные отверстия в имитаторе, то при этом могут иметь место акустические резонансы в отверстиях на соответствующих частотах, что увеличивает неопределен­ ность измерений на этих частотах и в их окрестности. Влияние акустических резонансов должно быть учтено при расчете неопределенности измерений .

4 Условия окружающей среды

Калибровку проводят при следующих условиях окружающей среды:

a) комнатная температура (23 ± 3) °С;

b) относительная влажность не более 75 % .

Должны быть приняты меры к тому, чтобы на результат измерений не оказывали влияние фоно­ вые шум и вибрация .

5 Предпочтительные значения опорных ускорений и частот Предпочтительные значения опорных ускорений (амплитуд или среднеквадратических значе­ ний) и частот, соответствующие диапазонам измерений акселерометра, выбирают из следующих рядов:

a) ускорение (методы 1 и 3): 0.1; 0.2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 50; 100; 200: 500; 1000 м/с2 (последнее значе­ ние — только для амплитуды);

b) частоты выбирают из стандартизованного ряда частот для третьоктавных полос (см. [1]) в диа­ пазоне от 1 Гц до 10 кГц .

6 Требования, общие для всех методов Для каждого сочетания опорных частот и ускорений гармонические искажения сигнала, попереч­ ные и угловые колебания стола вибростенда, помехи и шумы измерительной аппаратуры должны быть в границах, позволяющих удовлетворить требованиям к неопределенности измерений .

Параметры используемого с акселерометром усилителя (коэффициент усиления и диапазон час­ тот) должны быть установлены в соответствии с требованиями процедуры калибровки и указаны в про­ токоле испытаний .

7 Метод счета полос (метод 1)

7.1 Общие положения Метод используют для определения модуля коэффициента преобразования в диапазоне частот от 1 до 800 Гц .

П р и м е ч а н и е — М етод 1 можно прим енять д л я калибровки в диапазоне частот выше установленного, если погреш ность квантования устраняю т специальны м и средствам и (см. [2]. (4J). Это позволяет проводить кал иб­ ровку при заданной ам плитуде ускорения (например. 100 м/с2) на более вы соких частотах .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009

7.2 Испытания После настройки интерферометра (см. 3.6) определяют коэффициент преобразования при задан­ ных амплитудах ускорения и частотах вибрации (см. раздел 5) путем измерения частоты полос при по­ мощи счетчика полос или отношения частоты вибрации к частоте полос при помощи измерения отношения частот (см. 3.7). Измерительная система для метода 1 показана на рисунке 1 .

1 ~ генератор частоты (3.2); 2 — усилитель мощности (3.3); 3 — вибростенд (3.3); 4 — подвижная система вибростсмда .

5 — имитатор; б — акселерометр; 7 — усилитель; 8 — интерферометр (3.6); 9 — лазер (3.5). 10 — фотодетектор; I I — связь с измерителем отношения частот (3.7); J 2 — счетчик или измеритель отношения частот (3.7); 13 — вольтметр (3.10); 14 — измери­ тель коэффициента гармоник (3.11); 75— осциллограф (3.15)

–  –  –

7.3 Представление результатов Теоретические основы метода изложены в разделе В.1 приложения В .

Рассчитывают амплитуду ускорения а. м/с2, на входе акселерометра по показаниям счетчика по­ лос по формуле

–  –  –

где й — амплитуда напряжения на выходе акселерометра. В;

f — частота вибрации, возбуждаемой вибростендом. Гц;

f, — частота следования интерференционных полос (т. е. число полос, измеренное за достаточно продолжительный период времени, деленное на длительность периода времени). Гц .

Если используют измеритель отношения частоты, то амплитуду ускорения а, м/с?, рассчитывают по формуле

–  –  –

где R, — отношение частоты следования полос f, к частоте вибрации f. измеренное на достаточном чис­ ле периодов вибрации (число периодов измерения зависит от частоты; например, при частоте 160 Гц период измерений должен составлять, по меньшей мере. 100 периодов вибрации) .

В протоколе калибровки указывают результаты калибровки с расширенной неопределенностью измерений, полученной в соответствии с приложением А .

8 Метод точек минимума (метод 2)

8.1 Общие положения Метод используют для определения модуля коэффициента преобразования в диапазоне частот от 800 Гц до 10 кГц .

П р и м е ч а н и е — М етод 2 основан на изм ерении перем ещ ения с использованием значений аргументов ф ункции Бесселя первого рода первого порядка в точках ее пересечения с осью абсцисс (см. раздел В.2 прилож е­ ния В). Т от же принцип может бы ть прим енен с использованием ф ункции Бесселя первого рода нулевого порядка, однако в таком случае необходимо обеспечить модуляцию положения опорного зеркала (см. (5) .

8.2 Испытания Сигнал с фотодвтектора (см. 3.6) пропускают через полосовой фильтр (см. 3.8). среднегеометри­ ческая частота которого совпадает с частотой возбуждения вибростенда. Отфильтрованный сигнал имеет точки минимума, соответствующие амплитудам перемещения, указанным в таблице 1 .



Устанавливают частоту калибровки и регулируют амплитуду перемещения стола вибростенда от нуля до значения, при котором сигнал с фотодетектора после достижения максимального значения воз­ вращается к минимальному. В данной точке минимума No 1 амплитуда перемещения равна 0,1930 мкм .

Амплитуды перемещений для точек минимума других порядков приведены в таблице 1. Измерительная система для метода точек минимума показана на рисунке 2 .

–  –  –

0.9878 0.1930 7 1.1461 1.3044 0.3533 8 0.5123 9 1.4627 4 0.6709 1.6210 0.8294 ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 О кончание т аблицы 1

–  –  –

1.7792 22 3.5197 12 1.9375 3.6779 13 2.0957 24 3.8361 14 2.2539 25 3.9943 15 2.4122 26 4.1525 16 2.5704 27 4.3107 17 2.7286 28 4.4689 18 2.8868 29 4.6271 19 3.0450 30 4.7853 3.2033 3.3615 П р и м е ч а н и е 1 — Коэф ф ициент преобразования акселером етра может бы ть также определен с и с­ пользованием ф ункции Бесселя первого рода нулевого порядка посредством м одуляции положения о порного зер­ кала с частотой, которая мала по сравнению с частотой вибрации, и подстройкой среднегеометрической частоты полосового ф ильтра или частотного анализатора д о значения, равного частоте модуляции зеркала (см. (6J) .

П р и м е ч а н и е 2 — М одуляция положения опорного зеркала может бы ть также прим енена для улучш е­ ния эф ф ективности метода с использованием ф ункции Бесселя первого рода первого порядка (см. [7]) .

1 — генератор частоты (3.2); 2 — усилитель мощности (З.Э). 3 — вибростенд (3.3). 4 — подвижная система вибрестенда;

5 — имитатор: в — акселерометр; 7 ~ усилитель: 8 — интерферометр (3.6); 9 — лазер (3.5); 10 — фотодетектор; 11 — анализа­ тор частоты (3.8); 12 — полосовой фильтр, настроенный на частоту вибрации (3.8); 13— вольтметр. (4 — вольтметр (3.10) .

15 — измеритель коэффициента гармоник (3.11); 16 — осциллограф (3.15)

–  –  –

В протоколе испытаний должна быть указана неопределенность измерений в соответствии с при­ ложением А .

8.3 Представление результатов Теоретические основы метода изложены в разделе В.2 приложения В .

Вычисляют амплитуду ускорения акселерометра а, м/с2, по формуле

–  –  –

где й — амплитуда напряжения на выходе акселерометра. В;

s — амплитуда перемещения для разных точек минимума в соответствии с таблицей 1;

f — частота вибрации, возбуждаемой вибростендом. Гц .

9 Метод синус-аппроксимации (метод 3)

9.1 Общие положения Метод используют для определения модуля и/или фазового сдвига коэффициента преобразова­ ния в диапазоне частот от 1 Гц до 10 кГц .

9.2 Испытания Измерительная система для метода синус-аппроксимации показана на рисунках 3 и 4 .

1 — генератор частоты (3.2); 2 — усилитель мощности (3.3): 3 - вибростенд (3.3). 4 — подвижная система вибростенда;

5 — имитатор; б — акселерометр. 7 — усилитель, в — интерферометр (З.б); 9 — лазер (3.5); 10 — фотодетекторы. 11 — запи­ сывающее устройство (3.13; 12— вольтметр (3.10); 13 — измеритель коэффициента гармокик{3.11); 14 — осциллограф (3.15) Рисунок 3 — И змерительная система для метода синус-аппроксимации (м етод 3) ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 1 — опорное зеркало. 2 — подвижная система вибростеида; 3 -• акселерометр; 4 — имитатор; 5 — светоделитель, в — поляри­ затор. 7 — лазер; В — призма Волластона. 9 — фотодетекторы

–  –  –

Лазерный интерферометр настраивают так. чтобы его выходные квадратурные сигналы ц, и и2 были в пределах допусков, указанных в 3.6 .

После настройки остальной аппаратуры проводят измерения модуля и фазового сдвига коэффи­ циента преобразования и при заданных значениях частоты вибрации и амплитуды ускорения (см. раз­ дел 5) следующим образом .

Акселерометр должен совершать гармонические колебания. Амплитуда перемещения должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать, по крайней мере, образование одной интерференцион­ ной полосы .

П р и м е ч а н и е 1 — При ам плитудах перем ещ ения менее 0.5 мкы погреш ность измерений, обусловлен­ ная изм енениями квадратурны х сигналов в пределах допусков, установленны х в 3.6. не будет превыш ать 0.3 % для модуля коэф ф ициента преобразования и 0.3‘ д л я ф азового сдвига. Уменьш ить погреш ность можно путем более тщ ательной регулировки д л я достижения значений, меньш их чем установлено в 3.6 (см. (8)). или применением про­ цедуры коррекции {см. [9]) .

П р и м е ч а н и е 2 — Чтобы изм ерить модуль и ф азовы й сдвиг ком плексного коэф ф ициента п реобразова­ ния акселером етра при ам плитудах перем ещ ения в нанометровом диапазоне, метод синус-аппроксимации может быть применен с использованием соответствую щ ей гетеродинной техники, как указано в (10J и [11]- Это позволяет проводить калибровку при средних уровнях ам плитуд ускорения (например. 100 м/с2) на вы соких частотах вибрации (например. 20 кГц) .

П р и м е ч а н и е 3 — Чтобы повысить эф ф ективность метода, может бы ть использована процедура ум но­ жения значений перем ещ ения или ф азовой модуляции на весовую ф ункцию окна (см. (12)). если при этом будут со ­ блюдены требования к неопределенности измерений, установленные в разделе 2 .

9.3 Сбор данных Частоты среза низкочастотных и, если используются, высокочастотных фильтров должны быть выбраны таким образом, чтобы искажающие влияния от низкочастотной и высокочастотной фильтра­ ции на результаты калибровки находились в пределах допусков (см. [8]). Частота выборки должна быть не ниже удвоенной максимальной частоты в спектре сигнала в соответствии с теоремой Найквиста-Ко­ тельникова .

Частота выборки выходного сигнала акселерометра может быть равна или ниже частоты выборки выходных сигналов интерферометра. Начало и конец выборки всех трех сигналов должны быть синхро­ низированы. а для выходных сигналов интерферометра процессы выборки должны быть точно синхро­ низированы. для чего используют один и тот же генератор тактовых импульсов .

Выборку квадратурных сигналов интерферометра осуществляют на периоде измерений Tmoai .

Интервал выборки д*« tt - 1,_, поддерживают постоянным. В результате процедуры выборки получают ю ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 последовательности значений квадратурных сигналов интерферометра {*/,(/,)} и {и2())}, а также выход­ ного сигнала акселерометра {off,)}, которые заносят в память компьютера .

9.4 Обработка данных 9.4.1 Определяют модуль и фазовый сдвиг коэффициента преобразования акселерометра, вы­ полняя следующие действия .

9.4.2 По выборочным значениям квадратурных сигналов интерферометра {u,(Q} и [u2)t)) вычис­ ляют последовательность значений сигнала фазовой модуляции по формуле

–  –  –

где Аа = 0 cos 8,= iis in Vo;

и — амплитуда выходного сигнала акселерометра;

Ф0 — начальный фазовый угол выходного сигнала акселерометра .

9.4.7 Рассчитывают амплитуду о выходного сигнала акселерометра и начальный фазовый угол фи по формулам:

–  –  –

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 9.4.8 На основе результатов 9.4.5 и 9.4.7 рассчитывают модуль S, и фазовый сдвиг Др комплек­ сного коэффициента преобразования акселерометра по формулам .

–  –  –

В протоколе калибровки результаты расчетов указывают с расширенной неопределенностью из­ мерений. полученной в соответствии с приложением А (где для обозначения модуля коэффициента преобразования акселерометра для простоты вместо символа Sa использовано обозначение S) .

10 Протокол калибровки В протоколе калибровки в нем, кроме указания использованного метода калибровки, приводят следующую информацию:

a) условия окружающей среды:

- температуру акселерометра .

- температуру окружающего воздуха;

b) сведения об условиях крепления акселерометра:

- материал поверхности, на которую устанавливают акселерометр .

- момент затяжки акселерометра (если его устанавливают на шпильку),

- материал смазки, наносимой на монтажную поверхность (если такая использовалась) .

- способ закрепления кабеля .

- ориентацию акселерометра:

c) сведения об имитаторе (если использовался):

- материал, из которого он изготовлен, размеры (длина, ширина), масса .

- момент затяжки при установке .

- значения корректирующего множителя для модуля коэффициента преобразования и коррекции по фазовому сдвигу, используемые для компенсации эффектов относительного движения верхней и ни­ жней поверхности имитатора (при необходимости);

d) средства отражения луча лазера:

- используемый рефлектор (полированная поверхность или зеркало) .

- положение лазерного пятна на отражающей поверхности;

e) настройки усилителя (если использовались), например:

- положение регулятора коэффициента усиления,

- значения частот среза фильтров;

f) результаты калибровки:

- амплитуды и частоты ускорения, на которых проводилась калибровка .

- значение коэффициента преобразования (модуля и. если измерялся, фазового сдвига) .

- расширенную неопределенность измерений и используемое значение коэффициента охвата к (если было использовано значение к. отличное от двух) .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009

–  –  –

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 А.1.2 В ы ч и с л е н и е Or.i(S ) д л я м е то д а 2 Вычисление вы полняю т аналогично А.1.1 с и спользованием составляю щ их неопределенности, указанны х в таблице А.2

–  –  –

А.1.3.2 В ы ч и с л е н и е Щ Л о) Расш иренную н еопределенность измерений ф азового сдвига коэф ф ициента преобразования и(Дц) для час­ тот.

ам плитуд и настроек усилителя, при которых проводилась калибровка, вы числяю т в соответствии с [2J по ф ор­ мулам:

–  –  –

А.2.2 В ы ч и с л е н и е Расш иренная н еопределенность измерений сдвига ф аз коэф ф ициента преобразования U(Дф ), вычисленная согласно А.1.3.2. справедлива только для частот, ам плитуд и настроек усилителя, при которых бы ла проведена ка­ либровка. Р асш иренную неопределенность изм ерений сдвига фаз коэф ф ициента преобразования 1/(Дф, )д л я все­ го диапазона частот и ам плитуд в любой момент времени между последовательны ми калибровками вы числяю т по ф ормулам

–  –  –

В.1 М е то д 1 Д лина волны /.о с н о в н о й линии в спектре излучения неона равна 0.63281 мкм при д авлении 100 кПа .

П ерем ещ ение a s на входе акселером етра, соответствую щ ее расстоянию между двумя соседними полосами (между соседними максимумами или миним умам и) интерф ером етра, определяю т по д лине волны А по формуле Таким образом, число м аксим умов за один период вибрации, и.

соответственно, ам плитуду п е рем ещ ен и яз можно определить по ф ормулам:

–  –  –

где х „ — аргументы ф ункции Бесселя в точках ее пересечения с осью абсцисс, указанны е 8 таблице В.1 .

Т а б л и ц а В.1 — Значения аргументов х, ф ункции Бесселя первого рода первого порядка в точках пересече­ ния с осью абсцисс

–  –  –

0 41.61709 3.83170 14 44.75932 2 7.01559 15 47.90146 3 10.17346 16 51.04353 4 17 54.18556 13.32369 16.47063 18 57.32753 6 19.61586 19 60.46945 7 22.76009 20 63.61136 25.90368 21 66.75323 29.04683 22 69.89507 10 32.18968 23 73.03690 35.33230 24 11 76.17870 12 38.47477 25 79.32049 ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 Окончание т аблицы В 1

–  –  –

26 82,46227 91.88752 27 85,60402 95.02924 28 88.74577 В.З М е тод 3 В соответствии с (2] ком плексны й коэф ф ициент преобразования преобразователя по ускорению S# можно определить ф ормулой

–  –  –

модуль коэф ф ициента преобразования;

й — ам плитуда вы ходного сигнала акселерометра (или усилителя, если акселером етр калибрую т совместно с усилителем);

а — амплитуда ускорения стола вибростенда а;

— начальны й ф азовы й угол вы ходного сигнала .

Ф# — начальны й ф азовы й угол ускорения;

–  –  –

сдвиг ф аз коэф ф ициента преобразования .

Амплитуда а и ф аза ф и ускорения могут бы ть получены по значениям амплитуды перемещ ения s. частоты f (угловой частоты со = 2 я / ) и начальной фазы перем ещ ения ф, по ф ормулам .

–  –  –

состоящ ая из начальной фазы сигнала ф отодетектора v 0 и модуляционной составляю щ ей амплитуда

w которой пропорциональна перем ещ ению :

p

–  –  –

Предполагаю т, что сдвиг ф аз между перем ещ ением 8(f) и синусоидальной ф азой v w(r) отсутствует .

Выходной сигнал второго ф отодетектора находится в квадратуре по отнош ению к первому и вы ражается ф ормулой

–  –  –

причем й 2 - й. .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 Квадратурны е сигналы подвергаю т вы борке с постоянным значением периода выборки A t = tt - в течение периода измерения Т „нш позволяющ ей получить серии вы борочны х значений {/,(!,)} и и2(Г,)) .

, .

По обоим квадратурны м сигналам последовательно в кажды й момент времени в течение периода измерений вы числяю т qimBj(fJ по ф ормуле

Ч»**,( 0 s arctg ^ Т Г 7 + Л ** в -13

где п - 0,1. 2,.. .

Требуемы е д л я расчета процедуры, в том числ е вы числения ф ункции арктангенса (см. (13)). являю тся стан­ д артны м и в циф ровой обработке сигналов. По значениям o mod{f,) м огут бы ть получены парам етры и ф, м одуля­ ционной составляю щ ей ф азы ф „ ( 0 подгонкой методом наименьш их квадратов (синус-алрроксимации) ф ункции

–  –  –

и постоянной С .

N 1 — число синхронизированны х вы борочны х значений в квадратурны х сигналах на вы ходе ф отодетектороа на периоде измерений .

По значениям парам етров А и В рассчиты ваю т ам плитуду фм ф азовой м одуляции и начальны й ф азовы й угол Ф,п о ф ормулам

–  –  –

П р и м е ч а н и е — Д ля упрощ ения записи в ф ормулах настоящ его приложения не делается различия меж­ д у оценкой величины [например. фм в ф ормуле (В.16)). и ее «истинным» значением (например. o v в ф орму­ ле (В.11)]. Там. где это необходимо д л я выражения неопределенности измерений, такое различие необходимо учиты вать (см., наприм ер. [8)) .

Для получения значения ам плитуды ускорения а ф ормулу (В.1 1) следует подставить в ф ормулу (В.4). Рас­ четная ф ормула имеет вид

–  –  –

Ф азу ускорения рассчиты ваю т по ф ормуле (В.5). Амплитуда й и ф аза ф выходного сигнала акселером етра м о­ гут бы ть определены таким же путем, как соответствую щ ие парам етры модуляции фазы и ф, посредством си ­ нус-аппроксим ации выборки значений вы ходного сигнала {u (f)} с использованием ф орм ул, аналогич­ ных (В.14) — (В.17). Подстановкой в ф ормулы (В.2) и (В.З) полученны х значений й. и. а и ф,. можно определить р модуль и ф азовы й сдвиг Дф коэф ф ициента преобразования акселером етра .

Ф орм улы, приведенны е вы ш е, в особенности (В.8) и (В.12). предполагаю т идеальны е условия, которые невы ­ полнимы на практике. В реальности сигналы ф отодетекторов могут иметь несколько отличаю щ иеся друг от друга амплитуды о, и ц2. а ф азовы й сдвиг м ежду квадратурны ми составляю щ ими может бы ть несколько отличен от * 12 .

Кроме т ого, на практике могут наблю даться сдвиги нулевого уровня сигналов ф отодетекторов. Влияние неидеальности квадратурны х сигналов в пределах д опустим ы х значений, указанны х в 3.6. кратко описаны а 9.2 (прим еча­ ние 1) (более подробно д анны й вопрос исследован в [8]) .

ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009

–  –  –

(1) ISO 266. Acoustics — Preferred frequencies J2] ISO 16063-1. M ethods for the calibration o f vibration and shock transducers — Part 1. Basic concepts [3 ] ISO 5348. M echanical vibration and shock — M echanical m ounting of accelerom eters [4] von Martens H.-J. Interferom etric counting m ethods fo r m easuring displacem ents In the range 10-9m to 1 m .

M etrologia. 24. No. 4.1987. pp. 163— 170 [5] Robinson D.C.. S erbyn M R. and Payne B.F. A description of NBS Calibration S ervices in m echanical vibration and shock. N B S Technical N ote. 1232. 1987 [6] Sm ith V.A., Edelm an S.. S m ith E.R. and P ierce E.T. Modulated photoelectric m easurem ent of vibration. Jou rnal o f the A coustica l S ociety o f A m erica. 34, No. 4. 1962. pp. 45 5—458 (7] C lark N.H. An Improved m ethod for calibrating reference standard accelerom eters. Metrologia. 19. 1983, pp. 103— 107 (8] Link A. and von Martens H.-J. Proposed prim ary calibration m ethod fo r am plitude and phase response of accelerom eters. ISO/ТС 108/SC 3/W G 6 N 59. Sept. 1995 (9] H eydem enn P.L.M. Determinabon and correction o f quadrature fringe m easurem ent errors In interferom eters. A pplied Optics. 20. No. 19.1981. pp. 3382— 3384 (10] Link A.. G ernard! J. and von M artens H.-J. A m plitude and phase calibration o f accelerom eters in the nanom eter range by heterodyne Interferom etry. SPIE. 2868. 1996, pp. 37— 48 |11] W abm ski W. and von Martens H.-J. Tim e interval analysis of interferom eter signals for measunng am plitude and phase o f vibrations. SPIE. 2868.1996. pp. 166— 177 12] Sill R.D. A ccelerom eter calibration to 50 kH z w ith a quadrature laser Interferom eter. P roceedings NCSL. W orkshop & Symposium. Session ТВ. A tlanta GA. pp. 767— 773. July 1997 (13] Tnbolet J.M. A new phase unwrapping algorithm. IEEE Transactions o n A coustics. Speech, an d S ignal Processing .

ASSP-25. No. 2. pp. 170— 177. A pnl 1977 (14) von Martens H.-J. Investigations into the uncertainties of interferom etric m easurem ents of linear and torsional vibrations. S hock a n d vibration. 4. No. 5/6.1977. pp. 327— 340 ГОСТ Р ИСО 16063-11—2009 УДК 620.178.5.05:006.354 ОКС 17.160 П18 Ключевые слова: вибрация, акселерометр, калибровка, лазер, интерферометр

–  –  –

Сдано о набор 01.07.2010- Подписано в печать 16.08.2010. Формат 60x047». Бумага офсетная Гарнитура Ариап Печать офсетная. Уел. печ. п. 3.26. Уч. иэд. л. 2,30. Тираж 112 экз Зак 640.




Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ГО С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й В С Е С О Ю З Н Ы Й Д О РО Ж Н Ы Й Н А УЧН О -И С С Л ЕД О ВА ТЕЛ ЬС КИ Й И Н СТИ ТУТ (С О Ю З Д О Р Н И И ) МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПОЛИМЕРНО БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО (НА ОСНОВЕ ДСТ) ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОЖНЫХ, МОСТОВЫХ И АЭРОДРОМНЫХ АСФАЛЬТОБЕТ...»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФИЗИКИ Исакова Л.Е. Макарычева О.Н. Плещева Л.В.ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ОЦЕНКИ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ Методические указания для студентов всех специальностей Екатеринбург 2010 Утверждены на з...»

«Шутиков Александр Викторович 0 0 3 1G3B55 ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ МОЩНОСТИ ЭНЕРГОБЛОКОВ АЭС С ВВЭР-1000 (НА ПРИМЕРЕ БАЛАКОВСКОЙ АЭС) Специальность 05 14 01 Энергетические системы и комплексы Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд...»

«c'f-99106 БАРСЕГЯН ЭДГ АР АРТУРОВИЧ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ВЫВЕДЕНИЯ ПРОДУКТОВЫХ ИННОВАЦИЙ ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ НА РЫНОК Спеu11альность Экономика и управ;~ение народным хозяйством 08.00.05 управлен...»

«Кинетика и термодинамика взаимодействия изотопов водорода. 145 Т-С ДИАГРАММА ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ СИСТЕМЫ Pd-D А. Н. Морозов Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт", Харьков, Украина morozov@kipt.kharkov.ua Представлена Т-С диаграмма фазовых состояний системы Pd-D и предложена...»

«Министерство общего и профессионального образования Свердловской области ГАПОУ СО "Карпинский машиностроительный техникум"Утверждаю: Директор ГАПОУ СО "КМТ" _Е.Ю.Исакова ""2015 г. Методические указания к оформлению пояснительной записки курсовых и дипломных работ 2015 г. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХ РАБОТ/ПРОЕ...»

«"Ученые заметки ТОГУ" Том 5, № 4, 2014 ISSN 2079-8490 Электронное научное издание "Ученые заметки ТОГУ" 2014, Том 5, № 4, С. 505 – 509 Свидетельство Эл № ФС 77-39676 от 05.05.2010 http://pnu.edu.ru/ru/ejournal/about/ ejournal@pnu.edu.ru УДК 343.8 © 2014 г. Е. Ю....»

«Стр.1 AV РЕСИВЕР ONKYO TX-NR747 Инструкция по эксплуатации (Basic Manual) Инструкция по эксплуатации (Basic Manual) разъясняет вам все основные шаги, необходимые для начала использования AV ресивера – от подсоединения до всех необходимых функций управления...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.