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低频标准振动台的可计量性设计研究

吕琦 王俊博 张颖 刘志华 夏岩 蔡晨光

吕琦,王俊博,张颖,等. 低频标准振动台的可计量性设计研究[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 101-107, 88 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675
引用本文: 吕琦,王俊博,张颖,等. 低频标准振动台的可计量性设计研究[J]. 计量科学与技术,2022, 66(4): 101-107, 88 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675
LV Qi, WANG Junbo, ZHANG Ying, LIU Zhihua, XIA Yan, CAI Chenguang. Design Study on the Measurability of Low-Frequency Standard Shaker[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 101-107, 88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675
Citation: LV Qi, WANG Junbo, ZHANG Ying, LIU Zhihua, XIA Yan, CAI Chenguang. Design Study on the Measurability of Low-Frequency Standard Shaker[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(4): 101-107, 88. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675

低频标准振动台的可计量性设计研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0675
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFF0600103)。
详细信息
    作者简介:

    吕琦(1992-),中国计量科学研究院助理工程师,研究方向:振动校准与计量、振动机电控制等,邮箱:lvqi@nim.ac.cn

    通讯作者:

    蔡晨光(1978-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:机械振动和冲击的测量标准和测试方法,邮箱:caichenguang@nim.ac.cn

Design Study on the Measurability of Low-Frequency Standard Shaker

  • 摘要: 低频标准振动台是低频振动标准装置的主要组成部分,其计量性能直接影响低频振动校准的测量不确定度,通过开展低频标准振动台的可计量性设计研究,可以提升低频标准振动台计量保障的能力。以低频标准振动台的功能分析为基础,分析定型试验、常规使用和定期计量三个低频标准振动台的典型计量场景,梳理提取横向振动比、加速度谐波失真度、频率示值误差三个关键计量参数,以其相关要求作为可计量性需求,进而开展可计量性设计和验证。针对低频振动传感器在低频校准时失真度较大的问题,提出基于光栅的计量方法,采用可计量性设计方法设计了光栅的计量接口,有效提高失真度计量的便利性和准确性,可为其他检定校准装置的可计量性设计提供借鉴。
  • 图  1  低频标准振动台可计量性设计流程

    Figure  1.  Measurablity design process of low-frequency standard shaker

    图  2  低频标准振动台实物图

    Figure  2.  Low-frequency standard shaker

    图  3  低频标准振动台可计量性需求分析流程

    Figure  3.  Measurability requirement analysis of low-frequency standard shaker

    图  4  低频标准振动台可计量性方案设计流程

    Figure  4.  Measurablity scheme design process of low-frequency standard shaker

    图  5  低频标准振动台可计量性方案验证流程

    Figure  5.  Verification for measurablity design of low-frequency standard shaker

    图  6  实验方案

    Figure  6.  Experimental scheme

    图  7  0.1Hz测量结果

    Figure  7.  0.1Hz measuring result

    图  8  0.05Hz测量结果

    Figure  8.  0.05 Hz measuring result

    表  1  低频标准振动台指标要求

    Table  1.   Specification of low-frequency standard shaker

    参数指标
    工作频率范围0.1~100 Hz
    共振频率80 Hz
    额定推力211 N
    最大负载质量大于10 kg
    最大加速度幅值(空载) 2.5 g
    (满载) 0.5 g
    最大位移幅值800 mm
    最大横向振动比5%
    最大加速度失真度5%
    额定工作特性曲线正弦
    连续工作时间≥24小时
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    表  2  低频标准振动台计量需求确认表

    Table  2.   Measurability requirements confirmation form of low-frequency measurement

    参数名称参数量值范围最大允许误差测量条件溯源要求确认
    绝对法比较法
    频率示值误差±0.05%±0.1%±0.1%实验室条件原位、在线
    信号噪声比≥60dB≥50dB≥50dB实验室条件原位、在线
    频率稳定性≤0.05%≤0.1%≤0.1%实验室条件原位、在线
    加速度谐波失真度条纹计数法:≤2%最小点法:≤2%
    正弦逼近法:≤5%
    ≤5%(f>20 Hz)
    ≤10%(f≤20 Hz)
    ≤5%实验室条件原位、在线
    横向振动比≤10%≤10%≤5%实验室条件原位、在线
    测量系统电压测量误差±0.5%( f<20 Hz);
    ±0.2%( f≥20 Hz)
    ≤0.5%实验室条件离线、离位
    测量系统电压比测量误差±0.5%( f<20 Hz);
    ±0.2%( f≥20 Hz)
    ≤0.2%实验室条件离线、离位
    测量系统相位差测量误差±0.5°( f<20 Hz);
    ±0.2°3( f≥20 Hz)
    ≤±0.2°实验室条件离线、离位
    加速度幅值控制误差±5%(0.1 Hz≤ f≤20 Hz);
    ±2%( f>20 Hz)
    ≤0.3%实验室条件原位、在线
    最大加速度幅值≤0.1%≤0.3%不小于15m/s2实验室条件原位、在线
    下载: 导出CSV

    表  3  低频标准振动台可计量性设计总表

    Table  3.   Measurablity design summary of low-frequency standard shaker

    项目或参数名称计量场景计量方法计量接口溯源链不确定度评定检定设备符合性设计
    横向振动比定型试验内嵌三轴标准传感器传感器BNC接口表4
    参考JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    动态信号分析仪符合
    常规使用
    定期计量
    加速度谐
    波失真度
    定型试验内嵌三轴标准传感器+光栅传感器BNC接口+网口表4参考JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    动态信号分析仪符合
    常规使用
    定期计量
    频率示值误差定型试验内嵌三轴标准传感器传感器BNC接口表4参考JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    动态信号分析仪符合
    常规使用
    定期计量
    下载: 导出CSV

    表  4  低频标准振动台计量溯源方案

    Table  4.   Measurement traceability scheme of low-frequency standard shaker

    计量场景项目或参数名称设备资源文件资源需求来源人员资源
    定型试验横向振动比加速度谐波
    失真度频率示值误差
    正弦信号发生器、
    标准加速度传感器
    JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    研发人员≥2
    常规使用横向振动比加速度谐波
    失真度频率示值误差
    正弦信号发生器、
    标准加速度传感器
    JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    使用人员≥2
    定期计量横向振动比加速度谐波
    失真度频率示值误差
    正弦信号发生器、
    标准加速度传感器
    JJG 298-2015
    《标准振动台检定规程》
    计量人员≥2
    下载: 导出CSV
  • [1] 严普强, 乔陶鹏. 工程中的低频振动测量与其传感器[J]. 振动、测试与诊断, 2002, 22(4): 247-253. doi: 10.3969/j.issn.1004-6801.2002.04.001
    [2] 董雪明, 何懿才, 关伟. 加速度计校准技术综述[J]. 计测技术, 2014(4): 5-9.
    [3] Liu Z , Cai C , Lv Q, et al. Improved Control of Linear Motors for Broadband Transducer Calibration[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2021, 70: 1004910.
    [4] 李靖, 张峰, 孟春雷, 等 [J]. 对装备可计量性的思考国防科技, 2020, 41(1): 21-23.
    [5] 蒋薇. 装备可计量性的相关性模型研究 [D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2012.
    [6] 黄传跃. 重型直升机发展与应用 [M]. 北京: 航空工业出版社, 2017.
    [7] 文裕武, 温清澄. 现代直升机应用及发展 [M]. 北京: 航空工业出版社, 2000.
    [8] 徐卫国, 刘天坤, 侯健, 等. 直升机专用检测设备计量保障[J]. 国防科技, 2020, 41(1): 17-20.
    [9] 王胜超, 樊哲, 欧佳. 融入军用飞机研制设计流程的计量保证技术研究[J]. 计量与测试技术, 2020, 47(2): 38-42.
    [10] 李艳红. 专用测试设备计量管理的问题及对策[J]. 质量与可靠性, 2012, 15(1): 56-59.
    [11] 董锁利. 论装备可计量性设计专业化的必然性[J]. 计量信息化与管理, 2013, 33(1): 38-40.
    [12] 王朝, 蔡晨光, 杨明, 等. 基于激光干涉仪数字信号解码的振动校准方法[J]. 计量学报, 2021, 42(3): 282-286. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2021.03.04
    [13] 杨明, 蔡晨光, 刘志华, 等. 基于外差激光干涉法的三轴向振动绝对校准方法研究[J]. 计量学报, 2018, 39(2): 201-206. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.02.13
    [14] 叶文, 蔡晨光, 杨平, 等. 惯性技术计量领域若干问题的思考与展望[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(3): 9-14,52.
    [15] 肖宇行, 左爱斌, 杨琪琪. 激光测振位置对加速度计校准结果影响研究[J]. 计量科学与技术, 2020(10): 26-31. doi: 10.3969/j.issn.2096-9015.2020.10.08
    [16] 杨明. 基于机器视觉的低频振动校准关键技术研究 [D]. 北京: 北京化工大学, 2020.
    [17] Yang Ming, Cai Chenguang, Liu Zhihua, et al. Monocular vision-based calibration method for determining the frequency characteristics of low-frequency accelerometer[J]. IEEE Sensors Journal, 2021, 21(4): 4377-4384. doi: 10.1109/JSEN.2020.3035581
    [18] Yang Ming, Wang Ying, Cai Chenguang, et al. Monocular vision-based low-frequency vibration calibration method with correction of the guideway bending in a long-stroke shaker[J]. Optics Express, 2019, 27(11): 15968-15981. doi: 10.1364/OE.27.015968
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出版历程
  • 录用日期:  2022-04-08
  • 网络出版日期:  2022-04-22
  • 刊出日期:  2022-06-02

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