中華人民共和國國家計量技術規范1沖擊響應譜試驗機校準規范kmgs3發布 3實施國家市場監督管理總局 發布1沖擊響應譜試驗機校準規范kmgs

1歸 口 單 位:全國振動沖擊轉速計量技術委員會主要起草單位:中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所北京中元環試機電設備技術有限公司參加起草單位:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司陜西科瑞迪機電設備有限公司北京東方計量測試研究所蘇州福艾斯振動系統有限公司西安捷盛電子技術有限責任公司本規范委托全國振動沖擊轉速計量技術委員會負責解釋本規范主要起草人:曹亦慶中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所)李善明中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所)王永強北京中元環試機電設備技術有限公司)參加起草人:徐 曼蘇州東菱振動試驗儀器有限公司)郁 南陜西科瑞迪機電設備有限公司)劉敬敏北京東方計量測試研究所)許 堅蘇州福艾斯振動系統有限公司)目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術語……………………4概述……………………5計量特性………………6校準條件………………7校準項目和校準方法…………………8校準結果表達…………9復校時間間隔…………

1)1)1)1)2)2)3)5)5)附錄A 沖擊響應譜幅值測量結果的不確定度評定…………………

6)附錄B 沖擊響應譜試驗機校準證書內頁格式………

9)附錄C 沖擊響應譜試驗機配套測量系統的示值誤差………………

)附錄D 標準信號的沖擊響應譜………

)Ⅰ引 言本規范依據0國家計量校準規范編寫規則》規定的規則編寫。》本規范在制定過程中充分考慮了6振動 沖擊 轉速計量術語及義 中的術語、符號與定義,以及9環境試驗 第2部分:試驗》法 試驗a和導則:沖擊9軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分:沖擊試驗》中對沖擊響應譜試驗及試驗設備的技術要求。本規范為首次發布。Ⅱ沖擊響應譜試驗機校準規范范圍本規范適用于z頻率范圍內,實現最大絕對加速度沖擊響應譜的沖擊響應譜試驗機的校準。引用文件本規范引用了下列文件:6振動 沖擊 轉速計量術語及定義9環境試驗 第2部分:試驗方法 試驗a和導則:沖擊9軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分:沖擊試驗凡是注日期的引用文件僅注日期的版本適用于本規范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改單適用于本規范。術語參考譜形e用于校準或試驗設定的絕對加速度譜曲線。最大絕對加速度沖擊響應譜 mem以絕對加速度作為響應參數的,

具有最大值的沖擊響應譜。注:本規范中提及的沖擊響應譜均指最大絕對加速度沖擊響應譜。沖擊響應譜參考允差m規定測量所得沖擊響應譜曲線偏離參考譜形的最大允許誤差,用以確定沖擊響應譜試驗機工作狀態基線。注:參考允差范圍可選用5,3、3,3、6,6、,、,,也可分段使用不同允差。概述沖擊響應譜試驗機應用于產品的沖擊試驗,通過獲得產品的沖擊響應譜來確定其在沖擊環境下的性能。實現沖擊響應譜試驗的設備有兩大類:機械式沖擊響應譜試驗機和電動振動臺式沖擊響應譜試驗機。機械式沖擊響應譜試驗機主要原理是用一個錘頭撞擊響應臺面,使被撞的響應臺面產生模擬沖擊的響應環境。其由響應臺面、錘頭、電控系統、測量系統及其他輔助裝置組成。響應臺面是試驗機的本體結構,用以安裝受試樣件,承受沖擊激勵;電控系統主要通過計算機根據設定的參數控制錘頭,擊打響應臺面產生沖擊響應譜;測量系統在試驗機工作時,對各個檢測點的時域及響應譜曲線進行測量;其他輔助裝置主要包括驅動1裝置、機架及支撐緩沖裝置等,其典型原理框圖如圖1所示。圖1機械式沖擊響應譜試驗機典型原理框圖電動振動臺式沖擊響應譜試驗機基于電磁感應原理,通過計算機及控制器使用各種不同的時域波形組合成瞬態沖擊信號,發出后經功率放大器放大并驅動振動臺完成相應動作,從而產生所需沖擊響應譜的時域波形。電動振動臺式沖擊響應譜試驗機的典型原理框圖如圖2所示。計量特性

圖2電動振動臺式沖擊響應譜試驗機典型原理框圖沖擊響應譜幅值的示值誤差沖擊有效持續時間的示值誤差臺面沖擊響應譜曲線重復性臺面沖擊響應譜幅值不均勻度校準條件環境條件環境溫度℃相對濕度:5;裝置及其周圍環境應無明顯影響校準結果的振動源,干擾;用于校準的設備應接地良好。

無強電場

、強磁場

、強聲場的校準用設備 。校準用設備見表12表1校準用設備表設備名稱計量性能沖擊加速度測量系統包括加速度傳感器、信號適調器及數據采集系統)加速度測量相對擴展不確定度5)測量系統應具有沖擊響應譜計算功能傳感器工作頻率范圍內的幅值誤差不超過0校準項目和校準方法校準項目沖擊響應譜試驗機的校準項目見第5章。校準方法校準前準備沖擊響應譜試驗機上應標有銘牌

,銘牌上應標明試驗機的型號規格

、編號

、制造廠家等基本信息;標明試驗機最大響應加速度等性能指標。校準時,測量系統計算的沖擊響應譜類型為最大絕對加速度譜阻尼比設置為5或品質因數設置為倍頻程設置不大于。測量系統的采樣時間長度需保證沖擊時域曲線的零線長度與試驗機配套測量儀采集的零線長度近似相等,采樣頻率不應低于沖擊時域波形最窄脈沖寬度的5倍。測量系統濾波器的上限頻率應不低于沖擊響應譜試驗機的最高頻率,下限頻率應不高于沖擊響應譜試驗機的最低頻率。沖擊響應譜幅值的示值誤差臺面處于空載狀態,將校準用沖擊加速度傳感器與試驗機配套測量系統的傳感器可靠地剛性連接在試驗機臺面中心位置。參照圖3設定參考譜形。圖3沖擊響應譜參考譜形注G為加速度f為頻率,。參考譜形是由上升段和平直段組成13為試驗機分析頻率的上下限;2為拐點頻率,通常取試驗機最高拐點頻率的3左右1為曲線斜率,通常取;2為平直段加速度幅值,通常取試驗機最大響應加速度的00。調整試驗機,直至校準用設備計算得到的沖擊響應譜曲線在沖擊響應譜參考允差范圍內。校準用設備與試驗機配套測量系統采用相同的濾波及采集設置,沖擊一次,分別記錄沖擊時域曲線并計算其沖擊響應譜曲線,按照式)計算沖擊響應譜幅值的示值誤差a,取計算值絕對量最大值作為校準結果。3式中

a=1

x

)0f校準用設備計算的頻率f處的沖擊響應譜幅值g;1f試驗機配套測量系統計算的頻率f處的沖擊響應譜幅值g。沖擊有效持續時間的示值誤差對2中記錄的沖擊時域曲線,按照式)計算沖擊有效持續時間的示值誤差e,取計算值絕對量最大值作為校準結果。t ee0 )式中:

e= ee校準用設備計算的沖擊有效持續時間,;e試驗機配套測量系統顯示的沖擊有效持續時間,。注:沖擊有效持續時間的定義算法可參見9附錄A中E的定義包含絕對值超過3最大峰值P的所有時間歷程幅值所對應的最小時間長度。臺面沖擊響應譜曲線重復性臺面處于空載狀態,將校準用沖擊加速度傳感器可靠地剛性連接在試驗機臺面中心位置。校準用試驗量級可根據試驗機使用要求進行選擇,應包括最小、最大量級,并不少于三個試驗量級,參照2的圖3設置沖擊響應譜參考譜形。調整試驗機,直至校準用設備采集計算得到的沖擊響應譜曲線在沖擊響應譜參考允差范圍內。重復沖擊三次,記錄每次試驗機臺面中心位置的沖擊時域波形,并計算其沖擊響應譜。將每次計算得到的沖擊響應譜曲線、參考譜形及沖擊響應譜參考允差繪制在同一坐標系中。并按照式)逐個頻率點計算試驗機臺面沖擊響應譜曲線重復性,取所有計算值絕對量最大值作為校準結果。gas=ljfga

)式中:

f xj

fj次沖擊時,校準用設備計算的頻率f處的沖擊響應譜幅值j,g;af設定的參考譜形頻率f處的沖擊響應譜幅值g。臺面沖擊響應譜幅值不均勻度臺面處于空載狀態。在臺面工作區域內按照均勻分布選擇3~5個工作點,將沖擊加速度傳感器分別可靠、剛性地連接在工作點位置上。參照2的圖3設置沖擊響應譜參考譜形,調整試驗機,直至校準用設備采集計算得到的沖擊響應譜曲線在沖擊響應譜參考允差范圍內沖擊一次,同時記錄各個位置的沖擊時域波形,并分別計算各自的沖擊響應譜。將計算得到的各個位置的沖擊響應譜曲線、參考譜形及沖擊響應譜參考允差繪制在同一坐標系中。4按照式)逐個頻率點計算試驗機臺面沖擊響應譜幅值不均勻度N,取所有計算值絕對量最大值作為校準結果式中:

N=l0

x

)0f校準用設備測量臺面各位置頻率f處的沖擊加速度響應譜幅值i,…g;1f校準用設備測量臺面中心位置頻率f處的沖擊加速度響應譜幅值g。校準結果表達校準結果應在校準證書上反映,校準證書應至少包括以下信息:標題,校準證書;實驗室名稱和地址;進行校準的地點如果與實驗室的地址不同證書的唯一性標識如編號每頁及總頁數的標識;客戶的名稱和地址;進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關時,應說明被校對象的接收日期;校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;校準環境的描述;校準結果及其測量不確定度的說明;校準證書簽發人的簽名、職務或等效標識,以及簽發日期;校準結果僅對被校對象有效的聲明;未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。推薦的校準證書的內容格式見附錄。復校時間間隔沖擊響應譜試驗機的復校時間間隔建議為1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸多因素所決定,因此送校單位可根據實際使用情況自主決定復校時間間隔。5附錄A測量模型

沖擊響應譜幅值測量結果的不確定度評定,沖擊響應譜曲線由沖擊加速度測量系統直接測量得到沖擊加速度時域曲線處理后得到。

經數據不確定度的來源測量不確定度的主要來源如下:沖擊加速度測量系統靈敏度校準引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統靈敏度幅值線性度引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統靈敏度穩定性引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統中傳感器橫向靈敏度比引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統中傳感器靈敏軸與試驗機主沖擊方向不同軸引入的相對標準不確定度分量環境溫度對沖擊加速度測量系統引入的相對標準不確定度分量數據處理引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統中傳感器安裝引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度測量系統頻響特性引入的相對標準不確定度分量其他影響包括噪聲、線纜抖動等)引入的相對標準不確定度分量0;因測量重復性引入的相對標準不確定度分量1。12=

)取包含因子k,則相對擴展不確定度l計算如下: ( )相對標準不確定度的評定

lcc

2沖擊加速度測量系統靈敏度校準引入的相對標準不確定度分量U靈敏度校準不確定度假定其校準不確定度不超過k則因靈敏度校準不確定度引入的相對標準不確定度分量為:Ur=2r

)沖擊加速度測量系統靈敏度幅值線性度引入的相對標準不確定度分量幅值線性度由不同加速度幅值下傳感器靈敏度的不同導致,影響加速度幅值測量結果。假定傳感器靈敏度幅值線性度<γ,假定按均勻分布,則因線性度引入的相對標準不確定度分量為:36

)沖擊加速度測量系統靈敏度穩定性引入的相對標準不確定度分量靈敏度穩定性不超過S,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度3為:S=S

)3沖擊加速度測量系統中傳感器橫向靈敏度比引入的相對標準不確定度分量沖擊加速度傳感器最大橫向靈敏度比為T1,試驗機臺面橫向運動不超過T2,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度分量為:u

)4= 3沖擊加速度測量系統中傳感器靈敏軸與試驗機主沖擊方向不同軸引入的相對標準不確定度分量傳感器靈敏軸與試驗機主沖擊方向不同軸產生的測量誤差不超過θ,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度為:=5 θ )=3環境溫度對沖擊加速度測量系統引入的相對標準不確定度分量環境對測量系統中傳感器及放大器增益和相移影響產生的測量誤差T的相對標準不確定度為:

,則引入T=T

)3數據處理引入的相對標準不確定度分量沖擊響應譜計算產生的最大允許誤差為,假設為均勻分布,則引入的相對標準不確定度分量為:=η3沖擊加速度測量系統中傳感器安裝引入的相對標準不確定度分量

)傳感器因安裝力矩、基座應變等安裝效應引入的測量誤差為P,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度分量為:P=P

)3沖擊加速度測量系統頻響特性引入的相對標準不確定度分量測量系統因傳感器安裝諧振頻率、采樣頻率、濾波等引入的測量誤差為f,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度分量為:

u f=9 3=其他影響包括噪聲線纜抖動等)引入的相對標準不確定度分量其他影響包括噪聲線纜抖動等)引入的相對標準不確定度分量

)0測量系統因包括噪聲、線纜抖動等在內的其他因素引入的測量誤差為Q,假定為均勻分布,則引入的相對標準不確定度分量0為:7Q=0 δ )Q=3因測量重復性引入的相對標準不確定度分量1因重復測量產生的重復性為,則引入的相對標準不確定度分量1為:1s )相對合成標準不確定度的計算1ii1ii2相對擴展不確定度的計算

=

)取則相對擴展不確定度為: ( )lc 58附錄B沖擊響應譜試驗機校準證書內頁格式校準前檢查

: 。沖擊響應譜幅值的示值誤差

。沖擊有效持續時間的示值誤差 臺面沖擊響應譜曲線重復性: 。需附圖表示圖形中需包括實測沖擊響應譜曲線、參考譜形及規定的允差帶。臺面沖擊響應譜幅值不均勻度: 。需附圖表示圖形中需包括實測沖擊響應譜曲線、參考譜形及規定的允差帶。校準結果的不確定度: 。校準人員: 核驗人員: 9附錄C沖擊響應譜試驗機配套測量系統的示值誤差時域峰值的示值誤差采用信號發生器輸出標準半正弦電壓信號

,將其接入試驗機配套測量系統的電壓輸入端,并將該輸入通道電壓靈敏度設置為1g;對于具有單獨電荷輸入通道的測量系統,需通過標準電容將標準電壓信號轉換為電荷信號接入系統的電荷輸入端,并將該輸入通道電荷靈敏度設置為g。校準工作原理如圖1所示。圖1測量系統校準示意圖注:信號發生器輸出信號的電壓幅值可為測量系統最大輸入電壓的0左右;對于電荷輸入端應根據標準電容值盡量選擇為測量系統輸入電荷范圍的0左右;輸出信號的最大持續時間約為l,最小持續時間約為h。其中:l試驗機最小拐點頻率,;h試驗機最大拐點頻率,。比較信號發生器輸出的標準信號與試驗機配套測量系統的電壓輸出,按照式計算測量系統時域峰值的示值誤差,取計算值絕對量最大值作為校準結果。a 100 )式中:

= 0信號發生器輸出信號的時域峰值g;1試驗機配套測量系統顯示的時域峰值g。脈沖持續時間的示值誤差對圖1中信號發生器輸出信號的脈沖持續時間與試驗機配套測量系統輸出的脈沖持續時間進行比較,按照式)計算時域脈沖持續時間的示值誤差,取計算值絕對量最大值作為校準結果。t 100 )=00式中:0信號發生器輸出信號的持續時間,;1試驗機配套測量系統顯示的持續時間,。沖擊響應譜拐點頻率的示值誤差用校