JJF 1903-2021 冲击响应谱试验机校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范1冲击响应谱试验机校准规范kmgs3发布 3实施国家市场监督管理总局 发布1冲击响应谱试验机校准规范kmgs

1归 口 单 位:全国振动冲击转速计量技术委员会主要起草单位:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所北京中元环试机电设备技术有限公司参加起草单位:苏州东菱振动试验仪器有限公司陕西科瑞迪机电设备有限公司北京东方计量测试研究所苏州福艾斯振动系统有限公司西安捷盛电子技术有限责任公司本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:曹亦庆中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)李善明中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)王永强北京中元环试机电设备技术有限公司)参加起草人:徐 曼苏州东菱振动试验仪器有限公司)郁 南陕西科瑞迪机电设备有限公司)刘敬敏北京东方计量测试研究所)许 坚苏州福艾斯振动系统有限公司)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语……………………4概述……………………5计量特性………………6校准条件………………7校准项目和校准方法…………………8校准结果表达…………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)2)2)3)5)5)附录A 冲击响应谱幅值测量结果的不确定度评定…………………

6)附录B 冲击响应谱试验机校准证书内页格式………

9)附录C 冲击响应谱试验机配套测量系统的示值误差………………

)附录D 标准信号的冲击响应谱………

)Ⅰ引 言本规范依据0国家计量校准规范编写规则》规定的规则编写。》本规范在制定过程中充分考虑了6振动 冲击 转速计量术语及义 中的术语、符号与定义,以及9环境试验 第2部分:试验》法 试验a和导则:冲击9军用装备实验室环境试验方法 第8部分:冲击试验》中对冲击响应谱试验及试验设备的技术要求。本规范为首次发布。Ⅱ冲击响应谱试验机校准规范范围本规范适用于z频率范围内,实现最大绝对加速度冲击响应谱的冲击响应谱试验机的校准。引用文件本规范引用了下列文件:6振动 冲击 转速计量术语及定义9环境试验 第2部分:试验方法 试验a和导则:冲击9军用装备实验室环境试验方法 第8部分:冲击试验凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范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规范。术语参考谱形e用于校准或试验设定的绝对加速度谱曲线。最大绝对加速度冲击响应谱 mem以绝对加速度作为响应参数的,

具有最大值的冲击响应谱。注:本规范中提及的冲击响应谱均指最大绝对加速度冲击响应谱。冲击响应谱参考允差m规定测量所得冲击响应谱曲线偏离参考谱形的最大允许误差,用以确定冲击响应谱试验机工作状态基线。注:参考允差范围可选用5,3、3,3、6,6、,、,,也可分段使用不同允差。概述冲击响应谱试验机应用于产品的冲击试验,通过获得产品的冲击响应谱来确定其在冲击环境下的性能。实现冲击响应谱试验的设备有两大类:机械式冲击响应谱试验机和电动振动台式冲击响应谱试验机。机械式冲击响应谱试验机主要原理是用一个锤头撞击响应台面,使被撞的响应台面产生模拟冲击的响应环境。其由响应台面、锤头、电控系统、测量系统及其他辅助装置组成。响应台面是试验机的本体结构,用以安装受试样件,承受冲击激励;电控系统主要通过计算机根据设定的参数控制锤头,击打响应台面产生冲击响应谱;测量系统在试验机工作时,对各个检测点的时域及响应谱曲线进行测量;其他辅助装置主要包括驱动1装置、机架及支撑缓冲装置等,其典型原理框图如图1所示。图1机械式冲击响应谱试验机典型原理框图电动振动台式冲击响应谱试验机基于电磁感应原理,通过计算机及控制器使用各种不同的时域波形组合成瞬态冲击信号,发出后经功率放大器放大并驱动振动台完成相应动作,从而产生所需冲击响应谱的时域波形。电动振动台式冲击响应谱试验机的典型原理框图如图2所示。计量特性

图2电动振动台式冲击响应谱试验机典型原理框图冲击响应谱幅值的示值误差冲击有效持续时间的示值误差台面冲击响应谱曲线重复性台面冲击响应谱幅值不均匀度校准条件环境条件环境温度℃相对湿度:5;装置及其周围环境应无明显影响校准结果的振动源,干扰;用于校准的设备应接地良好。

无强电场

、强磁场

、强声场的校准用设备 。校准用设备见表12表1校准用设备表设备名称计量性能冲击加速度测量系统包括加速度传感器、信号适调器及数据采集系统)加速度测量相对扩展不确定度5)测量系统应具有冲击响应谱计算功能传感器工作频率范围内的幅值误差不超过0校准项目和校准方法校准项目冲击响应谱试验机的校准项目见第5章。校准方法校准前准备冲击响应谱试验机上应标有铭牌

,铭牌上应标明试验机的型号规格

、编号

、制造厂家等基本信息;标明试验机最大响应加速度等性能指标。校准时,测量系统计算的冲击响应谱类型为最大绝对加速度谱阻尼比设置为5或品质因数设置为倍频程设置不大于。测量系统的采样时间长度需保证冲击时域曲线的零线长度与试验机配套测量仪采集的零线长度近似相等,采样频率不应低于冲击时域波形最窄脉冲宽度的5倍。测量系统滤波器的上限频率应不低于冲击响应谱试验机的最高频率,下限频率应不高于冲击响应谱试验机的最低频率。冲击响应谱幅值的示值误差台面处于空载状态,将校准用冲击加速度传感器与试验机配套测量系统的传感器可靠地刚性连接在试验机台面中心位置。参照图3设定参考谱形。图3冲击响应谱参考谱形注G为加速度f为频率,。参考谱形是由上升段和平直段组成13为试验机分析频率的上下限;2为拐点频率,通常取试验机最高拐点频率的3左右1为曲线斜率,通常取;2为平直段加速度幅值,通常取试验机最大响应加速度的00。调整试验机,直至校准用设备计算得到的冲击响应谱曲线在冲击响应谱参考允差范围内。校准用设备与试验机配套测量系统采用相同的滤波及采集设置,冲击一次,分别记录冲击时域曲线并计算其冲击响应谱曲线,按照式)计算冲击响应谱幅值的示值误差a,取计算值绝对量最大值作为校准结果。3式中

a=1

x

)0f校准用设备计算的频率f处的冲击响应谱幅值g;1f试验机配套测量系统计算的频率f处的冲击响应谱幅值g。冲击有效持续时间的示值误差对2中记录的冲击时域曲线,按照式)计算冲击有效持续时间的示值误差e,取计算值绝对量最大值作为校准结果。t ee0 )式中:

e= ee校准用设备计算的冲击有效持续时间,;e试验机配套测量系统显示的冲击有效持续时间,。注:冲击有效持续时间的定义算法可参见9附录A中E的定义包含绝对值超过3最大峰值P的所有时间历程幅值所对应的最小时间长度。台面冲击响应谱曲线重复性台面处于空载状态,将校准用冲击加速度传感器可靠地刚性连接在试验机台面中心位置。校准用试验量级可根据试验机使用要求进行选择,应包括最小、最大量级,并不少于三个试验量级,参照2的图3设置冲击响应谱参考谱形。调整试验机,直至校准用设备采集计算得到的冲击响应谱曲线在冲击响应谱参考允差范围内。重复冲击三次,记录每次试验机台面中心位置的冲击时域波形,并计算其冲击响应谱。将每次计算得到的冲击响应谱曲线、参考谱形及冲击响应谱参考允差绘制在同一坐标系中。并按照式)逐个频率点计算试验机台面冲击响应谱曲线重复性,取所有计算值绝对量最大值作为校准结果。gas=ljfga

)式中:

f xj

fj次冲击时,校准用设备计算的频率f处的冲击响应谱幅值j,g;af设定的参考谱形频率f处的冲击响应谱幅值g。台面冲击响应谱幅值不均匀度台面处于空载状态。在台面工作区域内按照均匀分布选择3~5个工作点,将冲击加速度传感器分别可靠、刚性地连接在工作点位置上。参照2的图3设置冲击响应谱参考谱形,调整试验机,直至校准用设备采集计算得到的冲击响应谱曲线在冲击响应谱参考允差范围内冲击一次,同时记录各个位置的冲击时域波形,并分别计算各自的冲击响应谱。将计算得到的各个位置的冲击响应谱曲线、参考谱形及冲击响应谱参考允差绘制在同一坐标系中。4按照式)逐个频率点计算试验机台面冲击响应谱幅值不均匀度N,取所有计算值绝对量最大值作为校准结果式中:

N=l0

x

)0f校准用设备测量台面各位置频率f处的冲击加速度响应谱幅值i,…g;1f校准用设备测量台面中心位置频率f处的冲击加速度响应谱幅值g。校准结果表达校准结果应在校准证书上反映,校准证书应至少包括以下信息:标题,校准证书;实验室名称和地址;进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号每页及总页数的标识;客户的名称和地址;进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;校准结果仅对被校对象有效的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。推荐的校准证书的内容格式见附录。复校时间间隔冲击响应谱试验机的复校时间间隔建议为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素所决定,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。5附录A测量模型

冲击响应谱幅值测量结果的不确定度评定,冲击响应谱曲线由冲击加速度测量系统直接测量得到冲击加速度时域曲线处理后得到。

经数据不确定度的来源测量不确定度的主要来源如下:冲击加速度测量系统灵敏度校准引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统灵敏度幅值线性度引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统灵敏度稳定性引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统中传感器横向灵敏度比引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统中传感器灵敏轴与试验机主冲击方向不同轴引入的相对标准不确定度分量环境温度对冲击加速度测量系统引入的相对标准不确定度分量数据处理引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统中传感器安装引入的相对标准不确定度分量冲击加速度测量系统频响特性引入的相对标准不确定度分量其他影响包括噪声、线缆抖动等)引入的相对标准不确定度分量0;因测量重复性引入的相对标准不确定度分量1。12=

)取包含因子k,则相对扩展不确定度l计算如下: ( )相对标准不确定度的评定

lcc

2冲击加速度测量系统灵敏度校准引入的相对标准不确定度分量U灵敏度校准不确定度假定其校准不确定度不超过k则因灵敏度校准不确定度引入的相对标准不确定度分量为:Ur=2r

)冲击加速度测量系统灵敏度幅值线性度引入的相对标准不确定度分量幅值线性度由不同加速度幅值下传感器灵敏度的不同导致,影响加速度幅值测量结果。假定传感器灵敏度幅值线性度<γ,假定按均匀分布,则因线性度引入的相对标准不确定度分量为:36

)冲击加速度测量系统灵敏度稳定性引入的相对标准不确定度分量灵敏度稳定性不超过S,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度3为:S=S

)3冲击加速度测量系统中传感器横向灵敏度比引入的相对标准不确定度分量冲击加速度传感器最大横向灵敏度比为T1,试验机台面横向运动不超过T2,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度分量为:u

)4= 3冲击加速度测量系统中传感器灵敏轴与试验机主冲击方向不同轴引入的相对标准不确定度分量传感器灵敏轴与试验机主冲击方向不同轴产生的测量误差不超过θ,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度为:=5 θ )=3环境温度对冲击加速度测量系统引入的相对标准不确定度分量环境对测量系统中传感器及放大器增益和相移影响产生的测量误差T的相对标准不确定度为:

,则引入T=T

)3数据处理引入的相对标准不确定度分量冲击响应谱计算产生的最大允许误差为,假设为均匀分布,则引入的相对标准不确定度分量为:=η3冲击加速度测量系统中传感器安装引入的相对标准不确定度分量

)传感器因安装力矩、基座应变等安装效应引入的测量误差为P,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度分量为:P=P

)3冲击加速度测量系统频响特性引入的相对标准不确定度分量测量系统因传感器安装谐振频率、采样频率、滤波等引入的测量误差为f,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度分量为:

u f=9 3=其他影响包括噪声线缆抖动等)引入的相对标准不确定度分量其他影响包括噪声线缆抖动等)引入的相对标准不确定度分量

)0测量系统因包括噪声、线缆抖动等在内的其他因素引入的测量误差为Q,假定为均匀分布,则引入的相对标准不确定度分量0为:7Q=0 δ )Q=3因测量重复性引入的相对标准不确定度分量1因重复测量产生的重复性为,则引入的相对标准不确定度分量1为:1s )相对合成标准不确定度的计算1ii1ii2相对扩展不确定度的计算

=

)取则相对扩展不确定度为: ( )lc 58附录B冲击响应谱试验机校准证书内页格式校准前检查

: 。冲击响应谱幅值的示值误差

。冲击有效持续时间的示值误差 台面冲击响应谱曲线重复性: 。需附图表示图形中需包括实测冲击响应谱曲线、参考谱形及规定的允差带。台面冲击响应谱幅值不均匀度: 。需附图表示图形中需包括实测冲击响应谱曲线、参考谱形及规定的允差带。校准结果的不确定度: 。校准人员: 核验人员: 9附录C冲击响应谱试验机配套测量系统的示值误差时域峰值的示值误差采用信号发生器输出标准半正弦电压信号

,将其接入试验机配套测量系统的电压输入端,并将该输入通道电压灵敏度设置为1g;对于具有单独电荷输入通道的测量系统,需通过标准电容将标准电压信号转换为电荷信号接入系统的电荷输入端,并将该输入通道电荷灵敏度设置为g。校准工作原理如图1所示。图1测量系统校准示意图注:信号发生器输出信号的电压幅值可为测量系统最大输入电压的0左右;对于电荷输入端应根据标准电容值尽量选择为测量系统输入电荷范围的0左右;输出信号的最大持续时间约为l,最小持续时间约为h。其中:l试验机最小拐点频率,;h试验机最大拐点频率,。比较信号发生器输出的标准信号与试验机配套测量系统的电压输出,按照式计算测量系统时域峰值的示值误差,取计算值绝对量最大值作为校准结果。a 100 )式中:

= 0信号发生器输出信号的时域峰值g;1试验机配套测量系统显示的时域峰值g。脉冲持续时间的示值误差对图1中信号发生器输出信号的脉冲持续时间与试验机配套测量系统输出的脉冲持续时间进行比较,按照式)计算时域脉冲持续时间的示值误差,取计算值绝对量最大值作为校准结果。t 100 )=00式中:0信号发生器输出信号的持续时间,;1试验机配套测量系统显示的持续时间,。冲击响应谱拐点频率的示值误差用校