ГОСТ Р 59368.1-2021 Вибрация и удар. Экспериментальное определение механической подвижности. Часть 1. Общее руководство и требования к преобразователям

     5 Общие принципы измерений

5.1 Способы возбуждения и выбор испытательного оборудования

5.1.1 Возбуждение

Экспериментальное определение механической подвижности конструкции может быть проведено с использованием разных видов возбуждения, таких как:

- гармоническое возбуждение с изменением частоты возбуждения по всему диапазону измерений;

- случайное возбуждение с заданной спектральной плотностью мощности процесса;

- возбуждение импульсами (одиночными или множественными) или переходным процессом.

При возбуждении случайным или переходным (импульсным) процессом спектр сигнала возбуждения должен охватывать весь диапазон измерений.

При выборе способа возбуждения приходится искать компромисс. С одной стороны, чем выше уровень возбуждения, тем больше отношение сигнал/шум и, следовательно, выше точность измерения. С другой стороны, увеличение уровня возбуждения может привести к выходу из диапазона линейности отклика конструкции. Чтобы снизить риск нелинейного поведения конструкции, предпочтительно выбирать гармоническое возбуждение, поскольку при случайном и импульсном возбуждениях требуется передать на конструкцию больше энергии, чтобы обеспечить ее вибрацию на всех частотах диапазона измерений при заданном отношении сигнал/шум. С другой стороны, случайное или импульсное возбуждение позволяют сократить время проведения испытаний, поскольку не требуют перестройки частоты возбуждения.

Каждому способу возбуждения соответствует свой алгоритм обработки сигналов силы и вибрации, как указано в приложении Б.

Возбуждение осуществляют для каждой точки и каждого направления последовательно. Таким образом, для получения полной матрицы подвижностей для каждого сочетания точек возбуждения и отклика требуется приложить возбуждение в разных направлениях шесть раз.

5.1.2 Выбор испытательного оборудования

От выбранного способа возбуждения зависит выбор испытательного оборудования, которым может быть как испытательный стенд со штангой, прикрепляемой к конструкции (см. [3]), так и силоизмерительный молоток (см. [4]). Оборудование первого вида является более универсальным, позволяющим реализовать все виды возбуждения для любых направлений возбуждения, включая приложение моментов сил. Испытания с применением силоизмерительного молотка наименее затратные, но предъявляют повышенные требования к квалификации лиц, выполняющих эксперимент, и не позволяют передать на конструкцию момент силы.

Некоторые рекомендации по выбору оборудования для испытаний с целью определения динамических характеристик конструкции см. в [5], [6].

5.2 Измерительная система и точность измерений

5.2.1 Общие положения

Измерительная система для экспериментального определения механической подвижности включает в себя преобразователи силы и вибрации (или импедансные головки для испытаний в целях определения входной подвижности), а также систему с числом каналов не менее двух для обработки сигналов, поступающих с этих преобразователей.

Требования к обработке сигналов силы и вибрации зависят от способа возбуждения (см. [3], [4]). При соблюдении этих требований погрешностями, обусловленными обработкой сигнала, можно пренебречь. Основной вклад в инструментальную неопределенность измерения механической подвижности вносят преобразователи силы и вибрации, поэтому при подготовке к испытаниям необходимо оценить характеристики преобразователей с точки зрения обеспечения точности получения модуля и фазового угла механической подвижности во всем диапазоне измерений. Общие требования к преобразователям силы и вибрации установлены в разделе 6.

5.2.2 Проверка измерительной системы

Способность системы к проведению измерений проверяют до и после проведения каждой серии измерений посредством подачи на вход преобразователей сигналов с известными характеристиками. При необходимости такая проверка может быть выполнена в середине серии измерений.

Проверку выполняют посредством возбуждения свободно подвешенной известной массы и измерения отклика этой массы на приложенное возбуждение. При этом коэффициенты усиления каналов измерения силы и вибрации должны быть теми же, что будут использованы в серии измерений подвижности. Результатом проведенной проверки будет кривая подвижности, соответствующая данной испытательной массе.

Примечания

1 Пример результата проверки измерительной системы, включающей в себя импедансную головку, приведен в приложении В.

2 При проведении проверки измерительной системы в целом обычно ограничиваются построением зависимости модуля подвижности от частоты. Это обосновано, если преобразователи силы, вибрации и усилители имеют плоскую характеристику во всем диапазоне частот измерений, а акселерометры кроме того обладают малым демпфированием.

5.2.3 Требования к точности измерений

Требования к точности измерений механической подвижности зависят от измерительной задачи. Такие измерения могут служить одним из этапов (например, определения модальных характеристик) в более сложной измерительной задаче или использоваться для получения предварительных, ориентировочных данных (например, на этапе натурных испытаний при проектировании изделий). Специальных требований к точности таких измерений (так называемых скрининговых измерений) обычно не предъявляют. В то же время частотная характеристика конструкции может быть одной из характеристик изделия, заявляемых изготовителем. В этом случае представление результатов измерений (см. 5.3) должно сопровождаться указанием их неопределенности. Способ оценивания неопределенности зависит от конструкции и метода испытаний (см., например, [2]).

5.3 Представление результатов измерений

5.3.1 Общие положения

Интерпретация данных, полученных в результате испытаний на подвижность, может быть значительно облегчена при использовании соответствующего графического изображения. Обычно используют способы представления данных, указанные в 5.3.2 и 5.3.3.