ГОСТ Р ИСО 16063-15-2012

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Вибрация

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И УДАРА

Часть 15

Первичная калибровка датчиков угловой вибрации методами лазерной интерферометрии

Mechanical vibration. Methods for the calibration of vibration and shock transducers. Part 15. Primary angular vibration calibration by laser interferometry

ОКС 17.160

Дата введения 2013-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГУП "ВНИИМС") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4, с участием Автономной некоммерческой организации "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АНО "НИЦ КД")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 "Вибрация, удар и контроль технического состояния"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2012 г. N 1380-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16063-15:2006* "Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 15. Первичная калибровка датчиков угловой вибрации методами лазерной интерферометрии" (ISO 16063-15:2006 "Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 15: Primary angular vibration calibration by laser interferometry", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "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 (www.gost.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к методам и средствам испытаний и измерений, используемым для первичной калибровки датчиков угловой вибрации (в том числе, со встроенными усилителями) для определения модуля и фазы комплексного коэффициента преобразования при возбуждении датчика постоянной гармонической вибрацией с применением методов лазерной интерферометрии.

Настоящий стандарт распространяется на измерения в диапазоне частот от 1 Гц до 1,6 кГц и динамическом (амплитудном) диапазоне от 0,1 до 1000 рад/с (в зависимости от частоты). Для этих диапазонов неопределенность измерения указана в разделе 3. При наличии соответствующего вибростенда для возбуждения низкочастотной угловой вибрации допускается калибровка на частотах менее 1 Гц (например, 0,4 Гц, что является опорной частотой, используемой в ряде стандартов) с амплитудами углового ускорения менее 0,1 рад/с методами 3А и 3В, установленными настоящим стандартом.

Метод счета полос с применением интерферометра типа А (метод 1А; см. раздел 8) и метод счета полос с применением интерферометра типа В (метод 1В; см. раздел 8) используются для определения модуля комплексного коэффициента преобразования в диапазоне частот от 1 до 800 Гц и в особых случаях на более высоких частотах. Метод точек минимума с применением интерферометра А (метод 2А; см. раздел 9) и метод точек минимума с применением интерферометра В (метод 2В; см. раздел 9) могут быть использованы для определения модуля коэффициента преобразования в диапазоне частот от 800 Гц до 1,6 кГц. Метод синус-аппроксимации с применением интерферометра А (метод 3А; см. раздел 10) и метод синус-аппроксимации с применением интерферометра В (метод 3В; см. раздел 10) могут быть использованы для определения модуля и фазы коэффициента преобразования в диапазоне частот от 1 Гц до 1,6 кГц. Методы 1 А, 1В и 3А, 3В обеспечивают калибровку при фиксированных амплитудах углового ускорения на разных частотах. Методы 2А и 2В обеспечивают калибровку при фиксированных амплитудах углового перемещения (при этом амплитуды угловой скорости и углового ускорения будут изменяться в зависимости от частоты).

Примечание 1 - Нумерация методов от 1 до 3 характеризует способ обработки выходного сигнала (сигналов) интерферометра по аналогии с [17]: номер 1 - для метода счета полос, номер 2 - для метода точек минимума и номер 3 - для метода синус-аппроксимации. Процедуры обработки каждого из этих сигналов могут использоваться совместно с применением интерферометров типа А и В по настоящему стандарту.

Интерферометр типа А является интерферометром Майкельсона или Маха-Цендера с уголковым отражателем, расположенным на расстоянии от оси вращения углового возбудителя. Интерферометр этого типа допускает измерения при амплитуде углового перемещения не более 3°. Интерферометр типа В является интерферометром Майкельсона или Маха-Цендера, использующим круговую дифракционную решетку, встроенную в боковую поверхность круглого измерительного стола. Этот тип интерферометра не ограничивает амплитуду углового перемещения, если дифракционные решетки нанесены на всю боковую поверхность диска (360°). Как правило, максимальное угловое перемещение в этом случае ограничивается применяемым для возбуждения угловой вибрации вибростендом.

Примечание 2 - Хотя методы калибровки, установленные настоящим стандартом, могут быть применены как к преобразователям угловой вибрации, так и к другим средствам измерения углового движения, в настоящем стандарте для упрощения описания в качестве объекта калибровки используется датчик угловой вибрации. Некоторая дополнительная информация по калибровке поворотных лазерных интерферометров приведена в 4.11 (см. также рисунок 11).

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 266, Acoustics - Preferred frequencies (Акустика. Предпочтительные ряды частот)

ISO 2041:1990, Mechanical vibration, shock and condition monitoring - Vocabulary (Вибрация, удар и контроль технического состояния. Словарь)          

________________

Заменен на ISO 2041-2009.

ISO 16063-1:1998, Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Part 1: Basic concepts (Методы калибровки датчиков вибрации и удара. Часть 1. Основные положения)

     3 Неопределенность измерения

Применение методов, установленных настоящим стандартом, должно обеспечивать неопределенность измерения, не превышающую следующие значения:

a) для модуля коэффициента преобразования:

- 0,5% измеренного значения на опорных значениях частоты и углового ускорения,

- не более 1% измеренного значения для значений частоты и углового ускорения, отличных от опорных;

b) для фазового сдвига коэффициента преобразования:

- 0,5° на опорных значениях частоты и углового ускорения,

- не более 1° для значений частоты и углового ускорения, отличных от опорных.

Рекомендуемыми опорными значениями являются следующие:

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

- угловое ускорение (амплитуда или среднеквадратичное значение): 100, 50, 20, 10, 5, 2 или 1 рад/с.

Регулировка усилителя должна быть выбрана исходя из оптимального проведения калибровки, принимая во внимание искажения и влияние частот среза.

Под неопределенностью измерения понимается расширенная неопределенность в соответствии с ИСО 16063-1 с коэффициентом охвата 2.

     4 Требования к испытательному оборудованию и средствам измерений

4.1 Общие положения

В настоящем разделе приведены рекомендуемые характеристики средств испытаний и измерений, соответствующие области применения (раздел 1) и требованиям к неопределенности измерения (раздел 3).

При необходимости может быть использовано испытательное оборудование, позволяющее реализовать требования к калибровке лишь в некотором ограниченном диапазоне частот и амплитуд. В этом случае, чтобы охватить диапазоны измерений полностью, используют разные виды испытательного оборудования (например, вибростенды).

Примечание - Аппаратура, указанная в настоящем разделе, включает в себя оборудование и средства измерений, применяемые для любого из трех методов калибровки настоящего стандарта, с указанием, в каком методе она применяется.

4.2 Генератор частоты и индикатор

Следует использовать генератор частоты, имеющий следующие характеристики:

a) неопределенность измерения частоты не более 0,05% показываемого значения;

b) стабильность частоты в пределах ±0,05% показываемого значения в течение всего времени измерения;

c) стабильность амплитуды в пределах ±0,05% показываемого значения в течение всего периода измерения.

4.3 Вибростенд для возбуждения угловой вибрации с усилителем мощности
     

    4.3.1 Общие положения

Следует использовать вибростенд с усилителем мощности, имеющие следующие характеристики:

a) коэффициент гармоник не более 2%.

Примечание 1 - Это требование относится к возбуждению на входе калибруемого датчика.

Примечание 2 - Для метода 3А или 3В допустимы искажения;

b) малые поперечные и угловые колебания стола вибростенда, чтобы не оказывать существенного влияния на результаты калибровки. Для интерферометра типа А может потребоваться, чтобы величина, характеризующая движение в поперечном направлении, была менее 1% тангенциальной составляющей той же величины при минимальном измеряемом угловом перемещении. Для интерферометра типа В допускается максимальное смещение стола вибростенда в поперечном направлении (с учетом эксцентриситета) 2 мкм, что может быть обеспечено, только если в качестве опоры стола вибростенда используется высокоточный подшипник с воздушным трением;

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

d) стабильность амплитуды углового ускорения должна быть в пределах ±0,05% показываемого значения в течение всего времени измерения.

4.3.2 Электродинамический вибростенд для возбуждения угловой вибрации

Работа электродинамического вибростенда основана на возникновении силы Лоренца, воздействующей на электрически заряженные носители при их движении в магнитном поле.

По аналогии с обычными электродинамическими вибростендами для возбуждения поступательной вибрации катушка возбуждения, расположенная в воздушном зазоре, где действует постоянное магнитное поле, может быть сконструирована таким образом, что сила Лоренца будет создавать момент силы, воздействующей на стол вибростенда с установленным на нем калибруемым датчиком. В рабочем диапазоне частот (т.е. от 1 Гц до 1,6 кГц) амплитуда угловой вибрации пропорциональна амплитуде электрического тока, проходящего через катушку. Пример вибростенда для возбуждения угловой вибрации показан на рисунке 1. Для такого вибростенда максимальная амплитуда углового перемещения не будет превышать 30° (т.е. максимальная удвоенная амплитуда будет 1 рад). Другой пример возбудителя угловой вибрации (с амплитудой 60°, т.е. 1 рад) приведен в [14].

4.3.3 Возбудитель угловой вибрации с бесколлекторным электродвигателем

В целях калибровки датчиков угловой вибрации используют специально спроектированные и изготовленные возбудители угловой вибрации на основе серийно выпускаемых электродвигателей.

Для калибровки датчиков инерционного типа, применяемых в навигационных системах, разработаны так называемые вращающиеся стенды, в которых обычно используются бесколлекторные трехфазные электродвигатели с полым валом с электронной системой управления, в частности, по угловой скорости (регуляторы угловой скорости). С помощью таких стендов удается создать сигнал гармонической угловой скорости с малым искажением. Прогресс, достигнутый за последние годы, позволяет использовать этот тип возбудителя и для возбуждения углового ускорения. Основным требованием при этом является использование подшипника с воздушным трением, как и в вибростенде, рассмотренном в 4.3.2.

Поскольку дифференцирование сигнала ведет к дополнительным искажениям формы, при калибровке угловых акселерометров может потребоваться частотно-избирательное измерение их выходного сигнала, что обеспечивается использованием методов 3А и 3В (синус-аппроксимацией).     

1 - калибруемый акселерометр; 2 - дифракционная решетка; 3 - подшипник с воздушным трением; 4 - корпус вибростенда; 5 - катушка; 6 - постоянный магнит

Рисунок 1 - Пример вибростенда для возбуждения угловой вибрации