JJF 1370-2012 正弦法力传感器动态特性校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1370-2012

正弦法力传感器动态特性校准规范

CalibralionSpecifi回tionrorDynamicCharacterislicsor

Force'I飞ransducerunderSinusoidalLoading

2013-03-03实施

2012-12-03发布

国家质量监督检验检疫总局发布

JJFIJ70-201Z

正弦法力传感器动态特性校准规范

「

CalibrationSpeciricationforDynamicg

u

gg

CharacleristicsorForceTransducer

underSinusoidalLoading〕

归口单位z全国力值硬度计量技术委员会

主要起草单位北京长城计量测试技术研究所

喜加起草单位，中国计盘科学研究院

本规范委托全国力值硬度计量技束委员会负贸解释

JJ)'1l7。一2012

本规范主要起草人

张力(北京*城计量测试技术研究所)

王字〈北京*城计量测试技术研究所〕

秦海峰〈北京长城计盘测试技术研究所}

垂加起草人=

张立吉吉{北京*城Jj盘测试技术研究所〉

彭军(北京长城Jt盘测试技术研究所〕

胡刚(中国计最科学研究院〉

JJF1370-2012

目录

引盲(U)

1范围(1)

2引用文件(1)

3术语和计量1扭曲(1)

3.1静在幅值旦敏匮(1)

3.2动在帽值且敏Jlt........(1)

3.3相也延坦.......(1)

3.4传感器揣部等效质量(1)

4概述(1)

5计量特性(2)

5.1外观和附件(2)

5.2技术指标、气~.........(2)

6役1It条件(2)

6.1环拢条件(2)

6.2核准用仪器设备(2)

7位准项目和核准方法(3)

7.1外观及附件检查(4)

7.2其他汁量特性役礁.......号(4)

8校准结果表达(9)

9直佼时间向嗣...................................,....(10)

附录A四量不确定匪评定示倒(11)

附录B相关术语名词解释酌(17)

附录c正弦瞌三参瞌〈巳知捆率〉巍小二乘捆合算法(18)

I

JJF1310-2012

引

本规范为相IX制定.JJF1071(国家计量核准规范描写规贝川、J1F100l(通用计量

术描且直且).1JF1059(测量不确直匮评定与表示》共同陶且支撑本伎准规植制

订工作的基础性革到规范.本饺准规范在激光干涉法;a行振动加速匮帽量方面参

考丁GB/T20485.11-2006(振动与冲击传罐棉核准方法第II部分激光干涉法据

动绝时校准)(lSO16063-11:1999.IDT)所提出的方法.

二二

。

JJI'1376-2012

正弦法力传感器动态特性校准规范

1范围

本校准规拖罩用于来用激光干涉法对新制造〈或新嗣置L使用中.修理后的力传

感器〈以下而称传感器〉和测力但在jJfI且不大于100kN、频率范围在1Hz~3kHz内

的幅值灵敏庄和相位E迫俊雄.

2引用文件

本校准规范引用丁下J'i:>:件

JJG391-2009力传盛器

JjG624-2005动在压力传感器

Gß!T20485.11-2006振动与冲击传感器校准方法第11部分2激光干涉法振

动绝时枝准(ISÜ16063-11,1999.rDT)

凡是注目闸的引用文件，但在日期的血本适用于本核准规植a凡是不注日期的引用

文件，其量新版本《包括所有的修改单〉适用于本校准规植.

3术语和计量单位

3.1静在幅值直敏Jj!staticamplitudesensitivity

曹乎在校准时，获得的传感器输出地量与所加力值增量之比，单位对于压电式传感

梯为应库[仓]每牛C顿1(pC/N);对于应变式传感器为Ii!伏每伏[符1牛[咽]

(mV!(V.N))

3.2动在幅值旦敏l1tdynamicamplitudesensitiv咐

在给直细率的正在激励下，被佼传感器的输出幅值与输入力值之比，按照公式

(A口袋示，单位z时于压电式传感梯为应库[仑]每牛[咽1(pC/N);肘子应萤式

传感器为遮住每位[特]牛[帽](mV!(V.N)).

3.3相位犀迫phaselag

在给定撞事的正弦力激励下，被校传'事嚣的输出与输入力之相也盖，单位z

II(").

3.，传感器端部等效质量叫uivalentendmas.'lofforcetransducer

在校准时，传感器自身的部分圆置产生的惯性力在草动中也时其敏籍元件施扭动

击力，这部分质量称为瑞部等级1Ii盘，单位于直(kg)•

4概述

力传!ìf;器通常通过敏感元件和信号调理指将力转换为电惰号，主要用于各种静在草

动态力的测量.很据敏感元件的原理，j]传感器有应变式、压电式.压阻式、电容式等

多种.

1

JJF'1370-Z012

5计量将钱

5.1外观和酣件

111校传睡告费应配合-连撞电擅且其他必要的酣件.还应具有置援尺寸且置装要求.应

用环』在条件等信且的说明书或其他挂术贤料.传盛器且附件袋固不曲有影响其性酶的思

疵堕机抵损伤.传感器究体上应幡有型号和编号、制造厂商撞线标民.

5.2技术指标

在核准睡率在围内，传感辑在不同力值和频率下获稽的动态帽值虱敏匮与.，;1;帽值

旦敏匮(.，鑫无输出的传感稽罪用，考频率点'而值且敏庄〉相时提盖-tI!小于10，"，;

传感锦在参考蝠率点的相也廷且一舷小于5"，其他频率点小子1s.•

边l

l稚，事的参考.'"点f，JJ80HI

2以上指标不是用于舍格恨，唱到仅佛，希.

6锁准条件

6.1环槐条件

(23士日'1:.

环槐温度

栩时湿庄:S;;;7SyoI

大气压力2(86-106)kPII;

供电也1愿:一-(2-20士22)V-.-{SO会1.LHz_一--

1

其他条件梭准时不耐不f修响饺准结果的振动、噪声、电a疆场..其他干扰源-

6.2、校推用仪器设备

6.2.1-.I!!要求

佼准所用的仪器设备店经过计量技术饥掏栓直革伎准，满足使用要求，并在有数肌

肉.所采用的枝准装置可实现的.Q佳测量不确定度为

幅由里‘政匪=参考捆旦售点1'"'I其他捆率点2，"，•

相也廷且参考捆率点1".其他睡率点3""

6.2.2摄动台

11)1111遮庄撞到5失真小子5同〈参考颇拿点〉瑶小于10，"，(其他频率点)•

b)榄向运动与纵向运动的拥直匮幅值主比革小于5%(参考颇'"点).IJ、于10%

〈其他频率点),

"加运E值l!lË性在每个帽'"点佼难过程中世于1%,

d)I震动台地基的盾量且不'1、于搬动运动部件厦'量的1000f畜.

6.2.3激光干涉但

采用激光干涉但搁置匾量块上表团的拥速度值.要求加盟匮测量误量为土o.05,",

〈参考频率点)，士0.1%(其他频率点)"

激光干涉值的地基血与躁动台地革分开，以减少振动台且环搅撼动时酣量的干扰.

2

JJF1370-2012

6.2.4质量块且连按机构

将质量块通过连接饥曲与传感器置密同轴连接〈如图口.$量块3在用圆柱体结构，

要求回锥体密度均匀且力学性能稳定.直撞机构的材质且质量准确E要求与质量块相

同.质量块具体技术要求如下:

.)质量四量不确定应0.01%性=2)i

M商匮与直径之比值，1-51

c)1二表团银植IX'J、子R，O.21

d)圆挂IX缸子O.Olmmi

mm

的上下表面平行IXtt于0.015l

。与传感铸安装要有足面i't力〈可参考具体传感稽时置装力矩的要求).且量力

均匀•

•

因i愿量换与传感器安装

6.2.5位制器

.)捂率植国1Hz-3kHz;

b)频率是大允许国量1士0.05%:

c)频率草草匪2在测量周期内，且在读盘的土0.05日之内，

d)幅值稳定庄在回量周期内，应在匪量的士0.05%主内.

6.2.6黠据采集罩桂

要求陆够与激光干涉也同步测量，技术指标要求如下

的罪桥事不低于4MHz;

b)A/O位敢不低于12位-

6.2.1激励电源

传感器校准中使用的酷曲也源输出电压的4hl:l直性，应不翻过传盛器相应挂术指

你最大允许误差的五分之一.

7饺准项目和饺准方法

校黯项目且我1，俊雄撞事点可根据用户要求或合同要求确定.

3

JJF131。一2012

载1俊雄项目

目

Il'号项

外观2是附件

2

铺位灵敏皮

3

幡也贝'*JX相对误差

4

徊优属这

5

革缉皮

7.1外观且酣件撞查

接本规范第5.1条的要求通过目割草孚感进行检查，并符合规定-

7.2其他计量'守住钱被

7.2.1饺准原理

iEl!(力校准军tt如围2.j专感锦击兹在电锺振动台上，居量I变革撞在传感器上.根

据牛锁第二定律，传感器所莹的动态力可以投照仕式(1)貌示为z

<>

1

F=71W

式中g

m一一且有效E重量，作用在传感曾敏感元件上的所有质量之和.kgj

[f.m/sl.

a

一一质量换上的拥速

公式(1)中总有效质量m晶』质量块的质量m，、传感据与血量族之间的联被机构的

质量m.以且传感器的等敛届盘m，主和p按照公式(2)计算g

m=ml+ml+m.(2)

如图2.正弦力悻榄装置提m激光干涉佳测量匾量块田面加且应.传感悟信号经过

$:大后被盘踞采集罩辑转换为'皮字倩号.振动位副秘输出伯号经过功且解放大后驱动'展动

台工作.计算机控制各酶族同步工作，同时进行量据处理，获得伎准结果.

图2正弦为标准簇.t

4

JJF137G-ZOIZ

7.2.2佼难前准备

时被佼传感器在佼准试验环境下放l!t时间且在8h以上，使其国匪与位准条件的

温度平衡.

b)挂照说明书要求接连正弦力校准革辑和披校传瞄嚣的导辑，打开住楼咆源，通

电预热30min.

7.2.3佼准点选挥

.)饺准ßI'售点一直竟不少于10点，其中至少包括参考捆牟点f..草根据用户要求

确定.

b)枝准力值一般在传噩铅盘踵的20日-80日间任意选一点，草根据用户要求

确定.

0)在每个校准盟率点，对E量块上麦丽进持5点细注匪回置，取如速度的平均值

作为质量块上表面的如且应值.测量点分布如围3所示.1点为中点，2-5点在半在为

，/2的圆周上均布.

因3加速度测量点

7.Z.4传感稽且质量块置装号叫

将被枝传感器圭挂在振动台的台面上，在传盛器上端安在质量块，各置装丽之间要

求配合良好〈可剧根据实际情且在撞融顶之间涂抹少量的润滑剂).且有足够的预嚣力

(肘子采用螺纹配合方式安装的传感器，应满足传蜡器也明书时置装力矩的要求).山保

证在校准过程中振动台、传感器、团量块之间力值的正确传递.;7}外，应悍证振动台台

面的中心轴线与传感器和质量块的中轴辑置舍，且尽量减少偏心负荷和倾斟负荷的

ll'响.

x'l于质量块的选镜，一般推荐选挥质量块的质量大于20倍传感器的瑞部等效质量，

以减少咄部等效质量的回擅自量对簸终测量不确定匪的lIi响.

7.2.5搜准程序

.)调整仪器设备，使其处于JltlË的工作状在.

b)按7.2.4要求在搬动台台面上去装磁校传感器，调整激光干涉搁置革统，使其

四盘点位于传感器上表面n近咿心位置.

，)将振动台功率放大榻的增益湖:!H变低后开启其电源.调整振动台控制器输出参

考频率点f.正弦信号，逐渐嗣整其输出值和振动台功率放大器的咱盐，使枝n辈革统产

生(100-500)m/s'的如速度值.待振动台工作瞌直后，同步采集激光干涉但和传感

s

JJF1310-2012

器的测量最据，每次时回噩噩据的罪集时间J且不小于10个振动周期，在同状噩噩草

棚量10lX.测量结束后，连渐将振动台功率放大器精益调至最低.

d)选定团量块，使系统可自产生佼准力值.按7.2.4要求在被校传感锦上世草质

量块.按7.2.3选定的翩点，从低颇亘商频依次进行饺准.

，)调整摄动控制稽的多盘，使校准草就输出规定的颇牟利力值，待t震动台工作B

E后，进入下一步程序-

0调整激光干涉回量军统，使其测量点位于质量块上表面中心处(!点)，同步采

集激光干涉姐和传盛器的测量盘据，每次时捆量曼史据的果集时间且不"、于10个据动周

期，在同状在重草测量10lX，共果集10组量据.依次调整激光干涉捆量革统圃量位

置至2-5点，茸茸上述测量过程，记录实验量据.

时在每个颇率点下茸茸e)-0，依次完成所有频率点的校准­

h)涩渐将振动台功率放大器增益调亘最低.

。如常E换胆量挟，则卸酷原血量块，选定另一质量块，按7.2.4要求进行圭糙，

锻7.2.5e)~旧的方法完血校准.

j)如果需要对传攘榕的直属匮进行校准.则在参考频率点选挥5-8个正在力峰值

进行後准.各正弦j)崎值点店犀量均匀分布.

7.2.6敏据处理

7.2.6.1计算匮量统上麦丽拥直匪的幅值且韧插相也

倍号，得到其离散盘据构成的序列

的数据采集卡同时采集U.和UU.[，.)和

m

U..,[t.J.i=O.1,2.n.对这两个序'"进行处理，可以求出位移随时间变化的

幽辑.这一软件处理过覆如圄4所示.首先时U.[叶利U，ol[t.J信号相粟，再进行

低通撞滥，畸型l一序列UI.[tJ.时U，"[ta信号相值E时π/2，再与U.[，，]倍号相

巢，然后进行低通榕在在v得到l序列U，[tIJ.

阁4位移"调过程

U[t，]和U[t;]/!两个正置信号序列，时其进行处理，可以按照公式(3)求

lz

出激光干涉信号相佳轨制[，，j,

U,(ιι〉

hM[tJ=arumEE3+hk(3)

式中.k=0，1，2，.

如图5所示。arctan(到是多值ili踵，k为'盛世恒，官I且使你~[t.]连续暨化.

在开始计算'PMOOI[t.J时，世h为零.依次计算其他点的相佳时，当出现固5中囱A向

6

JJF1370-2012

B蓝白D向E过渡的情配，企加1;liz..企减1.为使企的计算正确，应保证足够的采

样迫旦在.

>0

5

/A噜/D,

/

/V

--5

->0

1.511三~也豆豆百'.5币震'.5震

栩位

蜀5相位计算过程

位移s[tJ为2

正t，]=主"".[公]

式中λ一一干涉扭曲激光被妖.

旧时于正弦振动，也移序列S[t;]是正弦睦，它可'J!去照公式〈的表示为=

s[t,]=Acoswt;-Bsinωι+C(4)

式中，i=0，1，2.，N，其中N为样本点量减1，ω=2rr:/，其中f为振动颇

率IA,B,C为常世-

2安附录c的方法计算A.B.C值-

d正弦振动也移的倾由s和初始捆住机按照公式〈目和公式〈的计算E

s=../ïPτ百T(5)

B

饥=acctanA(6)

d)正弦搬动阳蓝蓝的领值a和布J始相恤..!安照公式【7)和公式(8)计算:

á=(21Cρzs(7)

'凡=tp.+π(8)

的平均加连匪I"Hi!d和平均初始相位..1安照仕式〈的和公式。0)计算

s

1

2

-

句-

a

--一

~5(9)

17

2

…

nm

m-

→

ns(10)

川

其中.)表示质量坎上表团第J个副量点.

7

JJF1370-2012

计算质量块上的等效捆擅匪的领值

整个质量袋上的等效加速度'.按照公式(11)计算z

<>

11

a,=ãko

ko=si恬wH]/W.WH](12)

式巾

。一一质量块上表面的平均加迫匪.m/sl,

k.-二捆速度修正因于3

1

ρ质量块的密度，kg/m

号

'E质量统的弹性槛量N/m"I

H质量拔的商匪.m.

7.2.6.3计算传感器输出的幅值且lJJ始相值

，)时子正弦振动，传感器输出咆压序列W[，，J是正弦放.样本点盘为N+1.1?:'

可以按照公式(13)表示为

I,(t,.)=A，c。缸d，-B.sinω;+C.(13)

式中，;=0,1,2,N;

ω~2πf.f为撼动放事，

A剑，且，C.传感器输出正弦信号的相提常盘.

校附录C的方法计算-A.，-B.，C.他唱

b)传睡苦苦输出的幅缸u和创始相值伊.锻照公式。"和公式(15)计算1

'~.jÃ古Ef(14)

B

机Earctanz:(15)

0)传感器输出的平均幅值u和平均韧始相恤机结阳公式(J日和公式(17)

计算=

-14、a(16)

"~言兰fuj

1ι

机=~2.Jrp.;(7)

5tf

其中y表示质量块上表面罩J个圃量点.

7.2.6.4计算喝部等效盾量

根据在参考踵率f.下的回量结果计算传感器的岛市部等数由量.根据公式〈川、公

式(2)和公式(l口，为值与阳直皮帽值的提系可以按则公式(18)表示为

F=[m,ko+(mz+m.)kIoJá(18)

阳恒

-hj

在参且中捆儿点Z∞H

s

器"

有血率敏

的

R

挂照仕式表

Ecd(9-m

8

JJF1370-2012

S=ûjF(19)

将口的、"的合并为

5=u/[(mko+(m:+m.)kb)ti]白白

1

白的中，5与m，是未知盘.在参考频率点，分JI'J采用2个血量块进行四量，获押2坦

盘据，将其代入世式(2时，求解出S与m.值.

7.2.6.5计算传感器'高值灵敏匮

在各钱准捆率点，由和7.2.6.3得到的a和u盘据，用公式(20)分别计

算出所在频点的阳值旦敏llI:.

计算传感器幅值虽敏庄相对误盖

在各校准翻率点，幅值亘敏115与静在幅值里敏匪〈静毫无输出的传感器罪用参

考捶率点幅值灵敏度)5，的相对误噩按照公式(21)表示为

(5-5.)

=立二节二丘x100%(21)

计算传感器相也延边

在各核准蝠率点，由7.2.6.1和7.2.6.3得到的机和机·各频点传感器的相也延

jßAψ按烈公式(22)表示为:

A伊=tp.-tp.(22)

计算传盛器的直线直

根据7.2.5j)，以参考频率点采用的各力值佼准点草案得的伎准盘踞为基础直线E

f安照公式(23)计算

』主F.-u

(23)

式中.=1.2，.M，J在中M为力值佼准点个盘，F，与u，分别为第z个力值校准

点的挥推力阻与传感器输出.经后，取绝对值是大的L;xot血的'11<值作为传感器的直

线匮.

8饺准翁果褒这

饺准结果应在艘榷证书革位准担告上E膜.佼准证书写E报告店主少包括如下筒且z

，)悻题，"校准证书"

b)实验室名称和地址，

，)进行佼稚的地点〈如果与实验室的地址不同),

d)证书茸报告的唯一位标识〈如编号)，每页且且直量的悻识5

.)茸枝单位的名称和地址5

f)1夜佼时象的描述和明确标识E

g)进行校准的日期，若与俊雄结果的有效性且应用有关时.且说明被佼时象的接

收日期z

h)如果与佼准结果的有效性且应用有盖时，应时被佼样品的抽样程序进行国明z

'

JJF1370-2011

;)时佼准所依据的技术规艳的悻讯，包括名称且代号，

且本次校准所用测量标准的溯源性且有耻性说明，

k)校准环糠的描述5

])饺准结果且其测量不确定庄的说明s

m)对饺准规范的偏离的现明s

n)役准证书革核准报告提监人的鉴名、职务就等效恬识，以且噩盎日期3

0)校准结果仅是对被校对象有效的声明g

p)未经实验室书面批准.不m部分草制证书或报告的声明.

经彼准的传感稽，监给校准证书或佼准拖告，加盖彼准印章.

9复彼时间间简飞

传感稽的直彼时间间隔直视为1年，在罪劣工配下使用后应进行佼准.由于且彼时

间间阳的长短是由传瞎指的使用情配、使用毒.传感器本身质量等诺因素所决定的，因

此.送植单位也可根据真际使用情况自主民直直彼时间间隔.

•

'飞

~

!

10

JJFIJ70-2012

附录A

测量不确定度评定示例

A.1帽值灵敏匪测量不确应匪评走

A.1.1胜学瞿型

传盛稽的丑敏IJtS

5~':'~.,.--__~U

←二(A.1)

F(m,+m,+m.).-;;:、.k.

式中

U传感错输出电庄.V,

m质量块的质量.kg,

m,传感器与质量块之间的联接机构的质量，kg;

叫传感器的等效匮置，kg1

".一一质量块上表面的平均拥速度.m/s'!

仇一-'0连E修正因子.

A.1.2测量不确定皮来源

传感揭幅值亘敏匪的测量不确定度来源且表A.1.

'撞A.1帽i1I提敏，.不确定，.分量

不确定度分量

不确定皮来源",(5)

质锺