ICS17.160;19.060 N 73
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T37776—2019
动态力传感器校准方法 冲击力法校准
Methods for the calibrationof dynamic forcetransducers-
Calibration by shockforce
2020-03-01实施
2019-08-30发布
国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会
发布 GB/T 37776—2019
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53)提出并归口。 本标准起草单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所、中国计量科学研究院、苏
州东菱振动试验仪器有限公司、浙江省计量科学研究院
本标准主要起草人：曹亦庆、李善明、孟峰、何旋、杨军、徐曼、曾利民。
0O
1 GB/T37776—2019
动态力传感器校准方法 冲击力法校准
1范围
本标准规定了使用冲击力法对动态力传感器进行校准的方法和操作程序。 本标准适用于冲击力峰值为20N~200kN.冲击力脉冲持续时间为0.5ms~10ms范围内所给出
的动态力传感器冲击力灵敏度的校准。
：规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，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/T2298—2010机械振动、冲击与状态监测词汇（ISO2041：2009，IDT） GB/T7665一2005传感器通用术语 GB/T13823.20—2008 振动与冲击传感器的校准方法加速度计谐振测试通用方法
(ISO5347-22:1997.IDT)
GB/T20485.1—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/T20485.13—2007 振动与冲击传感器校准方法 第13部分：激光干涉法冲击绝对校准 (ISO16063-13:2001,IDT)
GB/T20485.22—2008 振动与冲击传感器校准方法 法第22部分：冲击比较法校准（ISO16063 22:2005,IDT)
3 ：术语及定义
GB/T2298—2010、GB/T7665—2005、GB/T20485.1—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1
有效质量 effectivemass 作用于力传感器敏感面上的，在冲击运动过程中以自身惯性力参与加载的所有部件质量的总和。 注：主要包括质量块、连接附件和测量传感器等
4测量不确定度
4.1采用绝对法复现冲击加速度运动
冲击力灵敏度的测量不确定度：
在设定参考冲击力峰值10kN，参考冲击力脉冲持续时间2ms和放大器参考增益时，为读数的2%；一对所有冲击力峰值、脉冲持续时间，不超过读数的10%。
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4.2 采用比较法复现冲击加速度运动
冲击力灵敏度的测量不确定度：
在设定参考冲击力峰值10kN，参考冲击力脉冲持续时间2ms和放大器参考增益时，为读数的5%；对所有冲击力峰值、脉冲持续时间，不超过读数的10%。
上述规定适用于高精度等级的动态力传感器的校准，这样的校准应仔细操作以确保给出的全部不确定度分量应足够小到相应的规定（不确定度的分量参见附录A）。特别是由传感器或冲击力发生装置的固有模态激发的频谱能量应比校准频率范围内的频谱能量要小得多，传感器固有频率的测试按照 GB/T13823.20一2008进行。通常应避免使用GB/T13823.20一2008第1章和第6章中给出的相对短持续时间的脉冲。
本标准的所有使用者参照附录A编制实际的不确定度分量表。
5仪器设备要求
5.1总则
为了满足第1章中的测量范围及达到第4章中的不确定度要求，本章给出了所需仪器设备的推荐技术指标。 5.2 落锤式冲击力发生装置 5.2.1工作原理
落锤式冲击力发生装置工作原理：从一定高度沿铅垂方向自由下落的刚性质量块，与安装于底座上的动态力传感器进行撞击，撞击过程中产生的冲击运动，通过质量块转换为冲击力激励传递给动态力传感器。落锤式冲击力发生装置如图1～图2所示。
激光干涉仪
质量块，
导向机构
力传感器、
缓冲垫
?
底座
地基系统
图1落锤式冲击力发生装置示意图（配套激光干涉仪复现冲击加速度）
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加速度传感器
质量块、
导向机构
力传感器
缓冲垫
?
二
底座
地基系统
图2落锤式冲击力发生装置示意图（配套冲击加速度标准套组复现冲击加速度）
冲击力法校准装置的工作原理是基于牛顿第二定律，通过复现冲击加速度的方式，对动态力传感器
进行校准。在发生装置撞击过程中，根据与动态力传感器撞击的有效质量，及激光干涉仪或冲击加速度标准套组复现的冲击加速度峰值，按照式（1)计算冲击力：
F=Ma
(I
式中： F一一力传感器受到的动态力，单位为牛（N)； M一包括质量块、加速度传感器、连接机构等运动部件在内的有效质量，单位为千克（kg）； a 冲击加速度，单位为米每二次方秒（m/s）。 冲击力发生装置为了能够满足动态力传感器频率响应范围的要求，在对动态力传感器进行校准时，
应对校准的冲击脉冲持续时间提出一定的要求，且施加的冲击力幅值-时间历程曲线应是一个近似半正弦的脉冲曲线。为了满足这些要求，应在质量块和动态力传感器之间添加一些如橡胶、牛皮等材质制成的缓冲垫。缓冲垫采用弹性材料制造，且其质量应不超过质量块质量的1/10。
5.2.2质量块
质量块应满足以下要求： a) 为了保证校准结果的准确可靠，在撞击过程中所产生的冲击脉冲曲线尽量平滑，质量块的固有
频率应满足至少5/T的要求，T为冲击脉冲的持续时间。 b) 冲击力发生装置的质量块在撞击过程中的横向运动比不超过10%，质量块上加速度不均匀度
不超过3%。 c)J 质量块动态力传感器撞击时的接触面半径不小于动态力传感器受力面半径的2倍。
5.3冲击加速度测量系统
5.3.1激光干涉仪
当采用绝对法复现冲击加速度运动时，应采用激光干涉仪。激光干涉仪的类型、工作原理及技术指
标应符合GB/T20485.13—2007中4.6的要求。 5.3.2冲击加速度标准套组
当采用比较法复现冲击加速度运动时，应采用冲击加速度标准套组，其灵敏度校准不确定度不超过 3%(k=2)。
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5.4数据采集处理系统 5.4.1数字存储示波器
用于采集并存储冲击加速度测量系统及动态力传感器输出的电信号，内有数据处理的程序，能够对
信号进行微积分、滤波等处理。示波器类型、工作原理及技术指标应符合GB/T20485.13一2007中4.7 的要求。
5.4.2数据采集单元
数据采集单元技术指标应符合GB/T20485.13—2007中4.8与4.9及GB/T20485.22—2008中 5.5与5.6的要求。 5.5 5滤波器
冲击加速度测量系统及动态力传感器的输出信号采用的模拟滤波器，及数据处理中采用的数字滤波器，其工作原理及技术指标应符合GB/T20485.13—2007中4.10及GB/T20485.22—2008中5.7的要求。 5.6 隔振地基
落锤式冲击力发生装置支撑结构的反冲力对其他测量仪器会产生过大影响，应单独安装在具有隔
振作用的隔振地基上。隔振地基承载力应满足冲击力发生装置工作需求，地基变形量应不影响校准精度。冲击加速度测量系统与发生装置分别安装在不同的隔振地基上，隔振地基应保证测量系统感受的振动量值不超过冲击力脉冲持续时间内质量块冲击加速度峰值的0.1%， 5.7动态力传感器的安装
安装动态力传感器时应满足下列要求： a) 为保证质量块与动态力传感器撞击时的对中性，质量块与动态力传感器安装中心线尽量重合。 b) 动态力传感器安装面的粗糙度：用算术平均偏差表示，其值不超过0.8um。 c) 动态力传感器安装表面的平面度：最大安装表面包容在距离为5m的两个平行平面之间 d） 动态力传感器安装用的垂直度：联接螺纹孔与安装表面的垂直偏差不超过10μm，即该孔的轴
线允许在一个直径为10um的柱体区域内，并且柱面的高度与孔的深度相同。
5.8 其他要求
质量块、垫块及连接机构应具有一定的刚性，以保证在撞击过程中，质量块的变形不影响动态力传器的校准不确定度。
对动态力传感器校准时，建议动态力传感器和与之配套的信号适调仪作为一个整体进行校准。对
于实际使用过程中带有预紧力的动态力传感器，校准时施加的预紧力应符合传感器生产厂家的要求，或经确认使用状态与校准状态下预紧力的不同对测量结果影响极小，也可不予考虑。
6环境条件
校准应在下列环境条件下进行： a）室温：(23±5)℃； b) 相对湿度：≤85%。 4
00 GB/T37776—2019
7推荐的力值
冲击力值的标称值（峰值)（N)建议从以下序列中优先选取： 20,50,100,200,500,1000,2000,5000,10000,20000,50000,100000,200000。 冲击力脉冲持续时间的选择，应考虑质量块、被校动态力传感器的固有频率，及与之配套的信号适
调仪的频率响应范围。
8方法
8.1测量程序
动态力传感器的安装面应清洁、平滑，并满足4.8的安装要求。建议选用螺栓的连接方式，使用激光干涉仪测量质量块运动加速度，应将激光干涉仪调整至最佳工作状态，激光干涉仪的测量
光束、质量块中心及动态力传感器灵敏轴中心应处于一条中心线上。使用冲击加速度标准套组测量质量块的冲击加速度时，冲击加速度传感器灵敏轴的中心应与质量块的中心及动态力传感器灵敏轴的中心处于一条轴线上。
对被校动力传感器进行校准时，需根据其校准力值范围设置信号适调仪的增益及放大倍数；并根据冲击脉冲持续时间确定高通滤波器的下限频率和低通滤波器的上限频率（高通滤波器下限频率为 0.008/T、低通滤波器上限频率为10/T）。 8.2 数据采集 8.2.1冲击加速度脉冲曲线
使用激光干涉仪复现冲击加速度脉冲曲线，其数据采集参照GB/T20485.13一2007中的7.2进行，使用冲击加速度标准套组复现冲击加速度脉冲曲线，其数据采集参照GB/T20485.22一2008中的
8.2进行。 8.2.2动态力传感器输出信号
参照GB/T20485.22—2008中8.2的要求进行。 8.3 数据处理 8.3.1冲击加速度脉冲曲线复现
采用激光于涉仪复现冲击加速度脉冲曲线，参照GB/T20485.13一2007中的8.3进行数据处理.得
到冲击加速度脉冲曲线。
采用冲击加速度标准套组复现冲击加速度脉冲曲线，直接由标准套组测量得到冲击加速度脉冲
曲线。 8.3.2冲击力脉冲曲线复现
根据与动态力传感器撞击的有效质量，及复现的冲击加速度脉冲曲线，按照式（1)计算冲击力。
8.3.3动态力传感器灵敏度计算
动态力传感器灵敏度用传感器输出峰值与冲击力峰值之比计算，如式（2)所示：
00
L GB/T 37776—2019
S = Up
...(2)
Fp
式中： S一动态力传感器灵敏度，单位为皮库每牛（pC/N)或毫伏每牛（mV/N)； Up- 动态力传感器输出电信号峰值，单位为皮库（pC)或毫伏（mV)； Fp 冲击力峰值，单位为牛（N）其中传感器输出峰值及冲击力峰值的处理方法有两种，分别参照GB/T20485.22一2008中的
8.3.2.1、8.3.2.2进行处理。
校准结果报告
J
在校准结果报告中，除校准方法外，至少应对下列校准条件和特性参数给予说明：
环境条件：
a)
环境空气温度、湿度。
b) 安装方法：
安装方式；安装力矩；安装预紧力（如适用）。
所有适调器设置：
）
增益；滤波器截止频率。
d) 校准结果：
冲击力幅值和脉冲持续时间；动态力传感器灵敏度；测量的相对扩展不确定度，如果包含因子k不等于2，给出k的值。
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