ICS 17. 160 J04
中华人民共和国国家标准
GB/T20485.15—2010/ISO16063-15:2006
振动与冲击传感器校准方法
第15部分：激光干涉法角振动绝对校准
Methods for the calibration of vibration and shock transducers- Part 15 : Primary angular vibration calibration by laser interferometry
(ISO16063-15:2006,IDT)
2011-06-01实施
2010-12-23发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T20485.15--2010/ISO16063-15:2006
目 次
前言范围 2 规范性引用文件 3 测量不确定度
1
.
仪器设备要求环境条件优选的角加速度及频率值六种测量方法的通用步骤条纹计数法（方法1A和方法1B)
4
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6
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8
最小点法（方法2A和方法2B)
9
15
10正弦逼近法（方法3A和方法3B） 11校准结果报告附录A（规范性附录） 振动和冲击传感器激光干涉法角振动绝对校准的不确定度分量附录B（规范性附录） 角位移Φ，角速度2，角加速度α和角振动传感器的灵敏度（包括角位
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移传感器S、角速度传感器Sn和角加速度传感器S.）的计算公式
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参考文献 GB/T20485.15--2010/ISO16063-15:2006
前 言
GB/T20485《振动与冲击传感器校准方法》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第2类中的一个部分。 本部分等同采用ISO16063-15：2006《振动与冲击传感器校准方法第15部分：激光干涉法角振动
绝对校准》（英文版）。
本部分等同翻译ISO16063-15：2006。 为使用方便，本部分作了如下编辑性修改：
用“本部分”代替“本国际标准”；删除国际标准的前言；一用小数点“”代替作为小数点的逗号“，”；
——第11章IsO原文有a)、b))三项，其中b）项在本部分中拆分为“b)安装方法"和"放大器的
所有设置…，相应地ISO中原来的)项变为本部分的d)项； -对ISO16063-15：2006中引用的其他国际标准，用等同采用的我国标准代替对应的国际标准。
本部分的附录A、附录B为规范性附录。 本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53）提出并归口。 本部分起草单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所、广州市计量检测技术研
究院。
本部分主要起草人：薛景锋、李新良、张大治、周伦彬。 GB/T20485.15—2010/ISO16063-15.2006
与一般电动振动激振器产生直线振动相似，置于磁场中的磁空气间隙的线圈，洛仑兹力激发动态扭矩激励装有被校角振动传感器的测量台面实现角振动。在工作频率范围内（1Hz～1.6kHz），角加速度的幅值与通过线圈的电流成比例。图1所示是角振动激振器的实例，其最大转动幅值是30°（即两倍振幅为1rad）。参考文献[14给出了角加速度激励器的另外一个示例（幅值60°即振幅为1rad)。
一角加速度计； 2- 衍射光栅；
空气轴承；外壳：一线圈：磁体。
X
4
5- 6-
图1角振动激励器示例（功能示意图）
4.3.3基于无电刷电动机的角振动激励器
采用商用电动机设计和制造的特殊角振动激励器，用于角振动传感器的校准。 对于惯性导航传感器的测试，所谓的“速率台”已使用多年，通常装配有电子整流及伺服控制的无刷
三相空心轴电机，特别是适合角速度即角速率的运行模式。一般情况下产生不变的角速度，并能获得失真小的正弦角振动。
随着控制技术的进步，使得该类激励器可以产生角加速度。但要求采用和平面线圈型的激励器（见
3 GB/T20485.15—2010/IS016063-15:2006
文献[6])进行修正，允许更大一些的允差。
方法1A、方法1B、方法2A、方法2B、方法3A或方法3B中使用的（改进的）迈克尔逊干涉仪可用其他适当的干涉仪代替，如（改进的）马赫-泽德外差干涉仪。
A型（见4.6.2）或B型干涉仪（见4.6.3）可以用一个光检测器检测干涉仪信号，其频率响应覆盖必需的带宽。所需最大带宽（频率fmax）可由最大角速度幅值Qmax计算：
fmax = mxR
....(1)
As
式中： R—有效半径（见4.6.2中A型干涉仪和4.6.3中B型干涉仪的定义）： △s——干涉仪的位移量化间隔。 对于A型干涉仪，单光束装置中△s二A/2，双光束装置中As=入/4.^是激光波长。对于B型干涉
仪，单测量光束装置s-g，双光束装置中As=g/2.g是光栅常数。 4.6.2A型干涉仪（后向反射器干涉仪）
方法1A和方法2A采用带有后向反射器的迈克尔逊干涉仪，该后向反射器作为测量反射镜使用，光检测器用来检测干涉信号，其频率响应覆盖所需带宽（见4.6.1）。为补偿干扰运动的影响，采用双光束装置（示例见图3和图5），两个后向反射器在距离转轴R处对称安装（即移动180°）。
激光器发出的激光束通过分光镜后分成两束，平行射向后向反射器。反射光彼此重合，相干的部分形成的光强变化由光电检测器转变为电信号（简单说来就是干涉信号）。
注：双光束装置不仅可以进行干扰（如地面振动）补偿，还使灵敏度加倍（量化间隔用入/4替代^/2）。后向反射器
（代替平面镜）补偿（在一定范围，见附录B)转动的倾斜影响。另外，干涉仪允许（在一定范围》横向干扰运动而不影响测量不确定度。
方法3A采用带后向反射器、测量反射镜、参考反射镜的正交干涉仪。如图7和图9所示的零差干涉仪，光源是稳定的单频激光器。激光束的直径由透镜组扩大，以减少光的发散。偏振激光束由分光镜分成参考光和测量光。参考光被后向反射器（参考反射镜）平移反射。由于两次经过入/8波片，光程差变为入/4。同时，该反射光被分成两个偏振互相成直角的光（即圆偏振光）。测量光束被测量台面上的后向反射器平移反射，仍然保持线偏振状态。该线偏振测量光和圆偏振参考光重合。当通过与反射测量光偏振方向成45°的沃尔斯顿棱镜，得到两束线偏振光，其偏振方向互相垂直。在空间中分离了两束光后，得到两个不同的干涉系统，彼此间有相移90°的关系。两个光电探测器将光强强弱转换为电信号，显示为反映测量反射镜位移的正弦和余弦波。 4.6.3B型干涉仪（衍射光栅干涉仪）
干涉仪（如迈克尔逊干涉仪）用衍射光栅作为测量反射镜，光检测器检测干涉信号的频带，其频响覆盖所需带宽（见4.6.1）。
方法1B和方法2B采用带衍射光栅的改进型迈克尔逊干涉仪（见图2、图4和图6）。 用特殊衍射光栅干涉仪测量角加速度，角速度或角位移，该干涉仪基于高分辨率的光栅（例如以全
息术制造的2400线/毫米或3000线/毫米正弦相位光栅，见参考文献[12]、［13]）。光学反射光栅置于角振动激励器的气浮测量台上，环绕于旋转轴（见图2）。由稳频的单频氨氛激光器发出的光分成两束平行光，以一级反射衍射角度（根据斜人射的光栅衍射公式）相对于旋转轴对称地射向光栅并以人射方向衍射返回。两束一级衍射光在光学装置中重合。当运动部分旋转时，光束产生一个数量相等、符号相反、与切线速度成比例的频率变化，因而与角速度也成比例。干涉光光强强度随着转动角度的正弦变化而变化。
方法3B采用带衍射光栅的零差正交干涉仪（见图8）。 在单束测量光装置中，正交衍射光栅干涉仪的光束被分为参考光和测量光。测量光以一级反射衍
射角度射向旋转轴承上的光栅并以入射方向衍射返回。两束一级衍射光在光学装置中重合。干涉光光
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