ICS 17.160 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 20485.322021/ISO 16063-32:2016
振动与冲击传感器校准方法
第32部分：谐振测试　用冲击激励测试
加速度计的频率和相位响应
Methods for the calibration of vibration and shock transducers- Part 32:Resonance testingTesting the frequency and the phase response of
accelerometers by means of shock excitation
(ISO 16063-32:2016,IDT)
2021-08-20 发布
2022-03-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T 20485.32—2021/ISO 16063-32:2016
目 次
前言
TTT
范围 2 规范性引用文件 3影响测量重复性的因素
1
设备与其他装置 4.1环境条件 4.2参考冲击球 4.2.1 总则 4.2.2 参考冲击球的尺寸 4.2.3 参考冲击球的直径范围选择 4.2.4 参考冲击球安装表面和螺纹公差的要求 4.3撞击球 4.4 信号分析仪 4.5 适调放大器 4.6 辅助装置和方法 5步骤 5.1 组装测试结构
4
?·
5.1.1 安装被测加速度计 5.1.2　安装参考冲击球 5.1.3 安装撞击球的导向管 5.2　连接仪器 5.3 设置信号分析仪 5.3.1 分析仪初始化 5.3.2 设定测量参数 5.3.3 设置显示 5.3.4 设置标记 5.4　测试 6结果处理
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...
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.........
....
6.1 记录时间信号 6.2　时间信号处理 7 结果报告 GB/T 20485.32—2021/ISO 16063-32:2016
前言
GB/T 20485《振动与冲击传感器校准方法》已经或计划发布以下部分：
第1部分：基本概念; -第11 部分:激光干涉法振动绝对校准；第12 部分:互易法振动绝对校准；第13部分:激光干涉法冲击绝对校准; 一第15部分：激光干涉法角振动绝对校准; 第 16 部分:地球重力法校准; 第17部分：离心机法绝对校准; 一第 21 部分:振动比较法校准; 第22部分：冲击比较法校准；
一
第31部分：横向振动灵敏度测试；第 32 部分：谐振测试用冲击激励测试加速度计的频率和相位响应; 第33部分：磁灵敏度测试; 第41部分：激光测振仪校准；第 42部分：高精度地震计的重力加速度法校准;
一第 43 部分:基于模型参数识别的加速度计校准。 本部分为GB/T 20485《振动与冲击传感器校准方法》的第 32部分。 本部分按照 GB/T 1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用ISO16063-32:2016《振动与冲击传感器校准方法第 32部分：谐振测
试用冲击激励测试加速度计的频率和相位响应》。
与本部分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/T 2298—2010　机械振动、冲击与状态监测　词汇(ISO 2041:2009,IDT); GB/T13823.20一2008　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 (ISO 5347-22:1997,IDT); GB/T 14412一2005机械振动与冲击　加速度计的机械安装（ISO 5348:1998,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/TC 53)提出并归口。 本部分起草单位：北京航天计量测试技术研究所、中国计量科学研究院、浙江大学、郑州机械研究所
有限公司。
本部分主要起草人：杨晓伟、朱刚、刘鑫、缪寅宵、于梅、胡红波、何闻、戴宜霖、马卫平。
II GB/T 20485.322021/ISO 16063-32:2016
振动与冲击传感器校准方法
第32部分：谐振测试用冲击激励测试
加速度计的频率和相位响应
1 范围
GB/T 20485 的本部分详细规定了用冲击激励测试加速度计的频率和相位响应的仪器及程序。 本部分适用于阻尼比小于1的压电式、压阻式和可变电容式加速度计,频率范围高达150kHz。 要求用这种方法获得频率和相位响应的被测加速度计需具有 ISO 5348 所陈述的很好的机械安装
特性，而且参考冲击球质量至少超过被测加速度计质量的三倍
通过这种方法获得的被测加速度计的相位响应是假定加速度计在频率为0Hz时输入和输出信号之间是零相移。
注1：用户可能注意到对同一加速度计在现场使用,其频率和相位响应可能会有所不同,这取决于测试结构的质量、
-致性及安装方法。该方法只可以对加速度计的频率和相位响应进行定性评价。
注2：相比关注足够的动态范围特性,用户可能不太关注得到的被测加速度计频率和相位响应的初始部分有更好的
分辨率。通过这种方法获得加速度计频率和相位响应的最大好处是得到上述特性初始部分最佳的谱线数
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。
ISO 2041机械振动、冲击与状态监测词汇（Mechanical vibration，shock and condition monito ring—Vocabulary)
ISO 5347-22　振动与冲击传感器校准方法　第 22 部分:加速度计谐振测试　通用方法（Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups—Part 22 : Accelerometer resonance testing—General methods)
ISO 5348机械振动与冲击加速度计的机械安装（Mechanical vibration and shock一Mechanical mounting of accelerometers)
3影响测量重复性的因素
频率响应测量的不确定度限如下。 对于被测加速度计的谐振频率,绝对不确定度等于频率分析的分辨率,是加速度计信号时间记录长
度的倒数。本方法建议频域的最小谱线数为400。假设谐振频率在频段中间，则谐振频率的标准不确定度约为 0.5%。
注1：这个不确定度是假设在频率分辨率范围内均匀分布。 对于被测加速度计的阻尼比,不确定度取决于在时域中测量的信噪比。 假设进行测量时，信号最大值接近测量仪器的动态范围上限且压电加速度计典型的阻尼比约为
0.01,则阻尼比测量的标准不确定度约为1%。
注2：用于阻尼比测量的信号分析仪应该至少有80dB的动态范围。
1 GB/T 20485.32—2021/ISO 16063-32:2016
对于被测加速度计的相位响应,绝对不确定度等于相位的分辨率，即测量仪器的相位分辨率,其绝对不确定度由展开相位的噪声抑制方法修正。对于一个典型的 40 dB相位噪声抑制,所得到的相位分辨率约为 1%或在相位域约为 5°。
上述不确定度是用于采集时间信号和频率分析的仪器所提供的最小值，扩展的不确定度可以更大，
这取决于被测加速度计频率响应的复杂性。
注3：为了验证被测加速度计谐振频率和阻尼比的测量可靠性,可以进行多次测量。
4设备与其他装置
4.1环境条件
设备应能保持下列环境条件：
室温：（23±5）℃；相对湿度:宜小于 90%。
4.2参考冲击球 4.2.1总则
安装被测加速度计的测试参考冲击球应采用硬度超过 50 HRC的抛光钢球。 注：球轴承中的滚珠很容易满足这个要求。
4.2.2参考冲击球的尺寸
参考冲击球应该有一个带螺纹的平坦表面用以安装被测加速度计（见图1）。
B
图1参考冲击球尺寸
注：以下公式能够用于计算球的固有频率
4.2.3参考冲击球的直径范围选择
与参考冲击球实际尺寸有关的要求不是很严格。 一方面,参考冲击球的直径应足够小,以提供尽可能高的固有频率。 另一方面,参考冲击球的直径应足够大，使参考冲击球的质量超过被测加速度计质量的三倍。 从实用的角度来看,对于大多数的加速度计来讲,最好使用两个不同直径的球：
对于固有频率低于 100 kHz的加速度计,球的尺寸是 D=32 mm,B=20 mm,L=10 mm; 对于固有频率低于 150 kHz 的加速度计,球的尺寸是 D=19 mm,B=10 mm,L=7.5 mm。
2 GB/T 20485.32—2021/ISO 16063-32:2016
其他尺寸的球也可用于本测试。 球的一阶转动谐振的固有频率能够按公式(1)计算：
f ball=1.834 6×
(1)
D
式中: Cs D 球的一阶径向谐振的固有频率能够按公式(2)计算：
剪切波在钢中的速度,取值 3251 m/s; 球的直径
一
f ball =0.816 0 X VCI
(2)
D
式中: CD D - -球的直径球的一阶纵向谐振的固有频率能够按公式(3)计算：
膨胀波在钢中的速度,取值 5 941 m/s;
f=0.5X CE
.(3)
H
式中： CE 实际上，必须考虑到只有公式（3)提供的是球的最低谐振频率本方法所提供的冲击脉冲持续时间与球的自然振荡周期相比是相当大的，这就是为什么用这种方
拉伸波在钢中的速度,取值5 250 m/s。
法时，通常不会引起球的自然谐振。此外，被测加速度计通常会抑制球的较高谐振
所以用户通常应考虑被测加速度计的谐振频率不超过1.5倍球的固有频率：
f ac <1.5 f ball
(4)
式中: f ace 加速度计的谐振频率,单位为千赫兹（kHz）; f ball 球的谐振频率,单位为千赫兹（kHz）。 注：本方法与ISO5347-22所描述的方法相比，具有下列优点：
球体形状可使参考件以最小可能尺寸获得最大质量：球体形状可为参考件的自然振荡提供非常高的阻尼比(参考件的雨滴形状被认为是提供更有效的自然振荡的阻尼)。
4.2.4参考冲击球安装表面和螺纹公差的要求
用于安装被测加速度计的参考冲击球的安装平面应该是平的，其表面粗糙度（算术平均偏差)Rα
小于1 μm。
安装平面的平面度在 5 μum 内。 安装被测加速度计的螺纹孔与安装平面的垂直度公差不大于0.5° 用于安装加速度计的螺纹应适当宽松，即相应的公差配合（例如：英制10-322级）。
4.3 3撞击球
用于激励被测加速度计自然振荡的撞击球是采用硬度超过50HRC的钢并且抛光。 注：球轴承中的滚珠很容易满足这个要求。 撞击球的直径应该是参考冲击球直径的1/8～1/16。 对于直径 32 mm 的参考冲击球来讲,可选择直径为 4 mm 或 2 mm 的撞击球。
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