GB/T 20485.13-2007 振动与冲击传感器校准方法 第13部分：激光干涉法冲击绝对校准

ICS

17．160

J04

a亘

中华人民共和国国家标准

20485．11

GB／T6063-13：2001

3--2007／IS0

振动与冲击传感器校准方法

第13部分：激光干涉法冲击绝对校准

Methodsforthecalibrationofvibrationandshock

Part1shockcalibrationlaser

3：Primarybyinterferometry

(IS0

16063—13：2001，IDT)

2007-07-02发布

宰瞀髁鬻瓣警矬赞星发布中国国家标准化管理委员会及111

GB／T20485．13--2007／150

目次

前言……………·

引言……………-

1范围………“ⅢⅣ1

2规范性引用文件…………”1

3测量不确定度……………”l

4仪器设备要求……………-·1

4．1总则……………………--1

4．2基于砧体(刚体)运动的冲击机………--1

4．3基于细长棒中波传播的冲击机………“2

4．4冲击机和激光干涉仪的隔振块………”4

4．5激光器…………………”4

4．6干涉仪…………………一4

4．7示波器……………………5

4．8带计算机接口的波形记录仪……………5

4．9带数据处理程序的计算机………………5

4．10滤波器……………………5

4．11其他要求…………………5

5环境条件……………………6

6优选的加速度及脉冲持续时间……………6

7方法…………6

7．1测量步骤…………………6

7．2数据采集…………………6

7．3数据处理…………………6

8校准结果报告………………9

附录A(规范性附录)校准中测量不确定度的表述………·

附录B(资料性附录)程序介绍……………·

附录C(资料性附录)复灵敏度幅值和相移计算的替代方法

参考文献………·m坨坫¨

GB／T20485．13--2007／ISO

前言

GB／T20485<<振动与冲击传感器的校准方法》主要由以下几大类组成：

——第1类：基本概念；

——第2类：绝对法校准(如：激光干涉法振动绝对校准、激光干涉法冲击绝对校准等)}

——第3类：比较法校准(如：振动比较法校准、冲击比较法校准等)，

——第4类：环境模拟校准(如：磁灵敏度、声灵敏度、基座应变灵敏度、横向振动灵敏度等)；

本部分是GB／T20485<<振动与冲击传感器的校准方法》第2类中的一个部分。

本部分等同采用ISO

对校准》(英文版)。

16063—13：2001。为使用方便，本部分作了如下编辑性修改：

本部分等同翻译ISO

——“国际标准的本部分”一词改为“本部分”。

——删除国际标准的前言。

——用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”。

——对IsO

的国际标准，未被采用为我国标准的直接引用国际标准。

本部分的附录A为规范性附录，附录B、附录C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：中国航空工业第一集团公司北京长城计量测试技术研究所、中国计量科学研

究院。

本部分主要起草人：李新良、曾吾、于梅、孙桥。

本部分为首次制定。

Ⅲ

GB／T20485．13--2007／IS016063-13：2001

引言

按照定义，冲击灵敏度s“由加速度计输出峰值和输入加速度峰值关系来决定。s“不是一个唯一

的量，是随着冲击脉冲持续时间、冲击波形、被校传感器的带宽、配套信号适调仪的频响而变化。

在频域计算某一个频率点对应的复灵敏度可以确定加速度计的线性。本部分提出了计算复灵敏度

幅值s。和相移△吼的数据处理程序，再计算冲击灵敏度s。“(见附录c)。

20485．1介绍的

本部分给出了运动的时间历程的绝对法测量运动的方法，从根本上不同于GB／T

5347—4(将

速度改变冲击校准法。因此，得到的冲击灵敏度不同于后者得到的冲击校准因子，但和I$O

转换为ISO16053—22)所得到的校准因子一致。

Ⅳ

GB／T20485．13--2007／IS0

振动与冲击传感器校准方法

第13部分：激光干涉法冲击绝对校准

1范围

本部分规定了用激光干涉法测量冲击过程时间一位移信号对直线加速度计进行绝对法冲击校准的

ms～lOn1／s2～

仪器设备和操作程序。该方法适用的冲击脉冲持续时间范围为0．05ms，峰值范围为102

105

rn／s2(与脉冲持续时间有关)，给出的是冲击灵敏度。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB／T20485的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文

件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分。然而，鼓励根据本部分达成

协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

部分。

16063—1：1998，IDT)

GB／T20485．1振动与冲击传感器校准方法第1部分：基本概念(Iso

GB／T振动与冲击传感器校准方法第1l部分：激光干涉法振动绝对校准

20485．1l一2006

(IS016063—11：1999，IDT)

ISO

5347—22：1997振动与冲击传感器校准方法第22部分：加速度计共振测试通用方法

3测量不确定度

冲击灵敏度的测量不确定度：

m／s2，参考冲击脉冲持续时间2ms和放大器参考增益时，为读数

——在设定参考加速度峰值i03

的l％；

——对所有冲击峰值、脉冲持续时间，不超过读数的2％。

上述规定适用于高精度等级传感器(例如，参考标准加速度计)的校准，这样的校准应仔细操作以确

保给出的全部不确定度分量应足够小到符合相应的规定(不确定度的分量参看附录A)。特别是由传感

器或冲击机的固有模态激发的频谱能量应比校准频率范围内的频谱能量要小得多，传感器固有频率的

测试按照ISO

本部分的所有使用者应按照附录A编制实际的不确定度分量表。

注：根据GB／T20485．1，测量不确定度表示为测量的扩展不确定度(简称不确定度)。

4仪器设备要求

4．1总则

为了满足第1章中的测量范围及达到第3章中的不确定度要求，本章给出了所需仪器设备的推荐

技术指标。

4．2基于砧体(刚体)运动的冲击机

该冲击机是用一个能自由移动的锤(弹体)来撞击安装有加速度计的砧体(目标)。锤撞击砧体后，

砧体能够自由直线加速，同时锤被自动锁住。为获得期望的脉冲宽度和脉冲波形，在锤和砧之间应安装

钢弹簧或缓冲垫(由橡胶、纸等某种可实现脉冲波形的材料制成)，所得冲击脉冲应是一个近似半正弦、

】

16063—13：2001

GB／T20485．13--2007／ISO

为了避免冲击机结构共振的影响，锤和砧应尽量与结构隔离。锤和砧的安装中心线间距最大值为

±o．2

mm。砧应由对称力支撑，而非对称力支撑会导致其旋转、偏离于直线运动。

安装加速度计的表面的粗糙度，用算术平均偏差Ra表示，其值小于l,um。

表面平面度的要求是：在对应于任何被校准传感器的最大安装表面内，该表面应包容在距离为

5,um两个平行平面之间。

pm，即该孔的轴线允许在一个直径为

联接传感器用的螺纹孔与安装表面的垂直偏差应小于10

10

pm的柱体区域内，并且柱面的高度与孔的深度相同。

生半正弦平方加速度波形。

注2。按照ISO

精确测量的运动。

l——冲击机(4．2)}

2——弹簧单元l

ram)；

3——空气轴承冲击锤(钢，直径30minx长200

4——垫f

turn)I

5——空气轴承砧体(钢．直径30rnm×长200

6——加速度计}

7——放大器，

8——数字波形记录仪(4．8)l

9——激光器(4．5)；

10——干涉仪(4．6)}

11——光电接收器(4．6)}

12--隔振块1(4．4)I

13——隔振块2(4．4)。

图1基于砧体(刚体)运动的冲击校准测量系统实例

m／s2)

(加速度峰值范围102m／s,z一5×103

4．3基于细长棒中波传播的冲击机

该冲击机主要由一个可运动部件构成，例如，被加速的钢球(弹体)撞击和棒连接的缓冲件(如另一

个相同直径的钢球)，而棒的另一端面安装了加速度计。这里．棒以柔性支撑来避免冲击机结构共振的

2

GB／T20485．13--2007／ISO

影响。钢球和棒应尽量安装在同一直线上以满足第3章中的不确定度要求。

为达到第3章中所述不确定度，在测量期间，即数据采集的最重要时间段(最大值：lms)，应尽量保

证由加速度计安装表面引起的相对于直线运动的偏差最小。冲击机应具备数据采集的触发功能。

Ixm。

安装加速度计的表面的粗糙度，用偏差的算术平均Ra表示，小于1

表面平面度的要求是：在对应于任何被校准传感器的最大安装表面内，该表面应包容在距离为

5pm两个平行平面之间。

连接传感器用的螺纹孔与安装表面的垂直偏差应小于10／．Lm，即该孔的轴线允许在一个直径为

10pm的柱体区域内，并且柱面的高度与孔的深度相同。

棒的尺寸设计(见参考文献[4]、Is])应考虑以下两个因素：校准单端安装加速度计时，激光光束必

须能够射到棒的端面；保证足够的时间长度。

最大冲击持续时间和可用数据采集测量时间是从主脉冲开始时刻到该脉冲在安装表面发生反射的

时刻之间的时间长度(例如，如图2所示，棒长2m时，时间间隔0．8ms)。

1——冲击机}

2——阀门(压缩空气)f

3——空气腔I

4——碰撞球对(tr径50mm)，

5——硅橡胶；

6——铝管l

7——o形环，

000

8——棒(钛金属，直径25nlm．长2mm)；

9——加速度计l

10--放大器}

1l——数字波形记录仪(4．8)I

12——应变片I

13——桥路放大器；

14——触发单元，

15——干涉仪(4．6)}

16——激光器(4．5)t

17——光电接收器(4．6)。

圈2基于细长棒中应力波传播的冲击校准测量系统实例

(加速度峰值范圈103m／s2—105m／s2)

16063-13：2001

GB／T20485．13--2007／IS0

图2是一个基于应力波在细长棒中传播的冲击机的实例。为了获得触发信号，在棒的柱面对称位

置上贴两个应变片。带有两个钢球的冲击激励装置(图2所示)可产生所需加速度波形，用高斯函数的

微分(即高斯速度脉冲)来描述(见参考文献[6])。这种装置的优点是：在多次冲击校准中，具有良好的

重复性；在不同加速度峰值上冲击频谱的频谱分量变化相对小(见参考文献[13])。为满足不同校准条

件，也可使用与图2尺寸不同的棒。

通常，棒内轴向位移是径向位置和频率的复杂函数，而频率取决于棒的材料特性和直径。这样，对

于被校传感器可能会带来和频率有关的基座应变，或增加校准的不确定度，或二者都有。

4．4冲击机和激光干涉仪的隔振块

为了避免大地脉动引起的相对运动，以及冲击激励源支撑结构的反冲力对校准结果产生过大的影

响，冲击机和干涉仪应安装在起隔振作用的同一个或两个不同的大质量块上。

4．5激光器

kPa，温度23℃，相对湿度50％)，

应使用发红光的氨氖激光器。在实验室条件下(即：大气压为100

81

激光波长为0．632pm。

如果激光器具有手动或自动气压补偿，应