ICS 17.160 N 71
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T20485.412015/ISO16063-41:2011
振动与冲击传感器校准方法第41部分：激光测振仪校准
Methods for the calibration of vibration and shock transducers-
Part 41 :Calibration of laser vibrometers
(ISO16063-41:2011.IDT)
2015-12-10发布
2016-07-01实施
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/T20485.41—2015/ISO16063-41:2011
目 次
前言
范围规范性引用文件
2
激光测振仪的分类及测试原理
3
测量不确定度仪器要求与其他条件优选幅值和频率绝对法校准（方法1、方法2、方法3）的通用程序条纹计数法（方法1）最小点法（方法2） 10正弦逼近法［方法3（零差式）和方法3（外差式） 11 参考传感器比较法（方法4） 12校准结果报告附录A（规范性附录）激光干涉振动与冲击传感器绝对法校准的不确定度分量附录B（资料性附录）基于激光多普勒速度测量学的方法3的三种方式附录C（资料性附录）激光测振仪校准的测量不确定度计算示例· 附录D（资料性附录） 激光测振仪的相移校准参考文献
+
广
12
广
1.2
8
16
16
27
31
34
36 GB/T20485.41—2015/ISO16063-41:2011
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；一第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）；一第3类：比较法校准（如振动比较法校准、冲击比较法校准等）；一第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）；一第5类：其他。 本部分是GB/T20485第4类中的第1部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用IS016063-41：2011《振动与冲击传感器校准方法第41部分：激光测
振仪校准》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T20485.21一2007振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准 (ISO16063-21:2003,IDT)。
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：广州计量检测技术研究院、中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究
所、苏州赛宝校准技术服务有限公司、中国计量科学研究院、青岛国家海洋设备质检中心有限公司、瞬宇集团有限公司。
本部分主要起草人：周伦彬、李新良、于梅、周皓、张大治、陈海燕、叶岗、张建秋、赵星亮、宋云峰、 刘挺吕林华。
I GB/T20485.41—2015/ISO16063-41:2011
振动与冲击传感器校准方法第41部分：激光测振仪校准
1范围
GB/T20485的本部分规定广通常在0.4Hz-50kHz频率范围内对直线运动激光测振仪进行绝对
法和比较法校准所用的仪器和程序。本部分不仅规定了在认可或非认可校准实验室对激光测振仪或机械振动传感器进行校准所需的标准激光测振仪，而且明确了使用标准激光测振仪对激光测振仪进行绝对校准，或者使用经激光干涉法校准过的参考传感器对激光测振仪进行比较校准的方法和程序。
若将激光测振仪设计成检测直线运动量（位移或速度），并将其转化为一定比例（即时域相关）电信
号输出的激光光学传感器，不论它们是否含有指示仪表，均可按照本部分进行校准。标准激光测振仪通常输出数字信号，激光测振仪通常输出模拟信号。激光测振仪的输出信号或读数可以是振幅，有时也包含运动量（包括加速度）的相移。本部分明确规定了复灵敏度模的校准（相位校准见附录D）。
注：激光测振仪能够测量频率范围在兆赫兹级、吉赫兹级的振动。到目前为止，还没有振动发生设备能产生这样高
的频率。在满足如下前提的条件下，这一类激光测振仪的校准可以用电校准信号处理子系统的方法来评估，信号处理子系统输人相应的合成多普勒信号：
被校激光测振仪的光学子系统满足5.5.3给出的要求；合成多普勒信号等效替代光电探测器的输出信号。
该方法（见参考文献251）更详细的说明不属于本部分内容。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的弓用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T20485.1一2008振动与冲击传感器校准方法第1部分：基本概念（ISO16063-1：1998：
IDT)
GB/T20485.11一2006振动与冲击传感器校准方法第11部分：激光干涉法振动绝对校准 (ISO16063-11:1999.IDT)
ISO16063-21振动与冲击传感器的校准方法第21部分：振动比较法校准（Methodsforthecal-
ibration of vibration and shock transducers-Part 2l: Vibration calibration by comparison to a reference transducer)
ISO266声学优选频率（Acoustics—Preferredfrequencies) ISO5348机械振动与冲击加速度计的机械安装（Mechanicalvibration and shock一Mechanical
mounting of accelerometers)
ISO/IEC指南99国际计量学词汇基本和通用概念及相关术语LGuide99，Internationalvocab
ulary of metrology-Basic and general concepts and associated terms(VIM)
1 GB/T 20485.41—2015/ISO 16063-41:2011
3激光测振仪的分类及测试原理
3.1激光测振仪的分类 3.1.1标准激光测振仪（LVS）
包含一台激光干涉仪，用于校准激光测振仪和/或振动传感器的参考标准。 注：方法1、方法2、方法3适用于标准激光测振仪的绝对法校准。
3.1.2激光测振仪（LV）
包含一台激光干涉仪，用于振动测量的仪器。 注：方法1、方法2、方法3适用于激光测振仪的绝对法校准，方法4适用于激光测振仪的比较法校准。方法4所用
参考加速度计由方法1、方法2或方法3完成校准，见5.11。
3.1.3激光光学传感器
通过激光测量运动量（位移或速度）的大小，并将其转化为一定比例时域信号的测量传感器。 3.2测试原理 3.2.1概述
参照GB/T20485.11（激光干涉法振动绝对校准）和ISO16063-21（振动比较法校准），列出了四种方法。方法1、方法3和方法4提供了在不同频率下对优选的位移、速度和加速度的幅值校准，而方法2 则需要在固定的位移幅值下校准，速度和加速度幅值则随频率变化。
在GB/T20485描述的使用干涉测量的每种方法（见3.2.2~3.2.4）中，给出了明确的频率测量范
围。实际上，这些方法的适用性主要取决于在给定的测量不确定度的情况下，位移和速度幅值的可测量性。而且，其不仅取决于测量方法本身，还取决于振动发生设备可实现的频率特性。使用适当的振动发生设备来产生足够的位移或者速度幅值，四种方法测量频率上限均可达到或者超过100kHz。方法3 （绝对法，见3.2.4）和方法4（比较法，见3.2.5）可应用于低于0.4Hz频率下的校准 3.2.2方法1：条纹计数法
使用单输出的零差干涉仪（见注2）及对干涉仪输出信号进行条纹计数的仪器进行振动校准的方法。条纹（亮度最无或最小值）间距对应的位移等于氨氩激光器发射氩光谱基波的半波长，位移幅值可由振动周期内的条纹数量（例如1000）计算得出。
详细描述见第8章，更多信息见GB/T20485.11一2006附录B的B.1。 注1：方法1适用于激光测振仪在1Hz～800Hz频率范围内的模的绝对校准，特殊情况下适用于更低频率和更高
频率，参考文献［26］中证明了方法1的适用频率可达347kHz。 注2：当选用双输出正交干涉仪输出的一路零差信号时，也适用于该方法。 注3：干涉条纹的电子计数可以用信号重合法替代（参考文献厂11［23-[241），这种方法能够分辨入/4的位移幅值
（红色氢氛激光时为158.2nm）。通常情况下，当振动位移达到它的正向和负向峰值时，干涉信号则对应显示为其相对极大值和相对极小值。在离散情况下（158.2nm），信号的相对极大值和极小值分别达到距离负向和正向相等的水平位置（“重合）。在示波器上观察干涉信号随时间的变化，并调节振动幅值直至出现一条明亮而清晰的线。此时即可分辨出离散的幅值。当干涉信号的初始相位因低频运动而变化时，这条亮线也随着时间而变化。参考文献[26］中应用信号重合法，证明了该法的适用频率已经达到了160kHz
3.2.3方法2：最小点法
使用单输出的零差干涉仪和对干涉仪输出信号某一频谱分量实现零点探测的仪器进行振动校准的
2 GB/T20485.41—2015/IS016063-41:2011
方法。分析条纹明暗变化频谱，调节振动幅值使与振动频率相同的频率分量的输出为零，则由与第一类一阶贝塞尔函数的零点对应的幅值计算得出位移幅值
详细描述见第9章.更多资料见GB/T20485.11一2006附录B的B.2。 注1：方法2可使用电动振动发生设备在800Hz～10kHz频率范围内校准。可用压电振动发生设备在50kHz及以
上频率校准。参考文献［27中证明了方法2适用频率高达50kHz
注2：对于位移幅值小于第一个最小点（对应J1贝塞尔函数是193nm，对应J。贝塞尔函数是121nm）的振动，在
满足第4章的不确定度要求的条件下，使用贝塞尔函数比例法（示例见参考文献[22]）。
3.2.4方法3：正弦逼近法
使用由两个正交（即相移90°）信号输出的零差或外差干涉仪以及信号采样和处理仪器进行振动校准的方法。由计算出的位移值或速度值等距序列进行正弦逼近，得到各自振动量的幅值和初始相移。
详细描述见第10章与附录B，更多资料见GB/T20485.11一2006附录B的B.3 注：若激光测振仪具有幅值和相位的测量能力，方法3可用于此二者的校准。使用零差或外差干涉仪的方法3可
用于0.4Hz50kHz或更宽的频率范围内的校准。参考文献L26中证明了方法3适用频率高达347kHz。
3.2.5方法4：参考传感器比较法
采用经绝对法（激光干涉法）或者比较法（与参考传感器比较）校准过的加速度计作为参考进行振动校准的方法，见5.11。加速度幅值a用下式计算：
V
a=s.Ru
式中： Sa.R 参考加速度计的加速度灵敏度（幅值）：
激光测振仪校准时加速度计输出的幅值。
位移和速度幅值的计算以及其他细节见第11章。 注1：方法4适用于频率范围在0.4Hz～50kHz或更宽时对激光测振仪进行（幅值和相位）校准，如果测量频率高
于5kHz，用于校准的参考传感器必须经过激光干涉仪校准（见5.11），方法4的校准频率范围受限于参考传感器被校时的频率，
注2：GB/T20485.21详细规定了通过与参考传感器比较进行传感器的振动校准。同一方法可对用作激光光学传
感器（见3.1.3）的激光测振仪进行校准。
4测量不确定度
执行本部分标准，要求用户做不确定度的评定，不确定度评定按附录A进行。 注1：按照GB/T20485.1，测量不确定度用扩展不确定度（简称为不确定度）表示由于本部分涉及到三个物理量：位移，速度和加速度，这些变量具有宽的幅值范围和频率范围，被校准
的设备（标准激光测振仪和激光测振仪）准确度不同、性能也不同，因此测量不确定度可以是较小的值到相对较大的值。了解了所有主要影响校准的不确定度来源后，就可以用本部分的方法来评定扩展不确定度，
为了有助于建立满足不同不确定度需要的系统，给出下列两个例子。对每一例子设定对系统的要
求并给出可达到的不确定度。示例1适用于在良好受控的实验室条件下的校准，弓引人的不确定度较小。 示例2适用于可接受相对较大的不确定度时的校准，或校准条件变化范围较宽的校准。这两个示例费穿于本部分。
示例1：使用绝对校准方法（GB/T20485规定的方法1、方法2、方法3）的标准激光测振仪，附有较小不确定度的书
面报告。在校准期间，温度和其他校准条件都控制在狭窄限度内图1到图4给出了适用于符合示例1所述高精度需求的校准装置例子。
3