路径: 主页 > GB/T > 第167页 > GB/T 20485.33-2018 | 标准编号 | GB/T 20485.33-2018 (GB/T20485.33-2018) | | 中文名称 | 振动与冲击传感器校准方法 第33部分：磁灵敏度测试 | | 英文名称 | Methods for the calibration of vibration and shock transducers -- Part 33: Testing of magnetic field sensitivity | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | N71 | | 国际标准分类 | 17.160 | | 字数估计 | 14,111 | | 发布日期 | 2018-03-15 | | 实施日期 | 2018-10-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 20485.33-2018
Methods for the calibration of vibration and shock transducers--Part 33: Testing of magnetic field sensitivity
ICS 17.160
N71
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 13823.4-1992
振动与冲击传感器校准方法
第33部分:磁灵敏度测试
(ISO 16063-33:2017,IDT)
2018-03-15发布
2018-10-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 测量不确定度 1
5 仪器设备要求 1
5.1 概述 1
5.2 传感器磁灵敏度测试装置 2
5.3 信号适调仪 3
5.4 电压表 3
5.5 特斯拉计 3
6 环境条件 3
7 测试方法 3
7.1 仪器装置的连接 3
7.2 测试磁场的调整 4
7.3 传感器的安装 4
7.4 测试步骤 4
7.5 结果表述 5
附录A(资料性附录) 传感器磁灵敏度自动测试系统 6
附录B(资料性附录) 可选的三正交线圈测试方法 8
前言
GB/T 20485《振动与冲击传感器校准方法》主要由基本概念、绝对法校准、比较法校准、环境模拟校
准和其他五大类构成,已发布的部分如下:
---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;
---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21部分:振动比较法校准;
---第22部分:冲击比较法校准;
---第31部分:横向振动灵敏度测试;
---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。
计划发布的部分有:
---第17部分:离心机法绝对校准;
---第32部分:响应测试 冲击激励法的加速度计频率和相位响应测试;
---第43部分:基于模型参数识别的加速度计校准;
---第44部分:现场振动校准器校准;
---第45部分:内置校准线圈的振动传感器校准。
本部分为GB/T 20485的第33部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 13823.4-1992《振动与冲击传感器的校准方法 磁灵敏度测试》。
本部分与GB/T 13823.4-1992相比,除编辑性修改外主要技术差异如下:
---增加了测量不确定度评定的描述(见第4章);
---增加了计算机控制下的测试程序(见附录A);
---增加了一种新的三正交线圈测试方法(见附录B)。
本部分使用翻译法等同采用ISO 16063-33:2017《振动与冲击传感器校准方法 第33部分:磁灵敏
度测试》。
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/TC53)提出并归口。
本部分起草单位:福建省计量科学研究院、中国计量科学研究院、浙江大学、陕西省计量科学研究
院、郑州机械研究所、西安交通大学、苏州东菱振动试验仪器有限公司。
本部分主要起草人:方祖梅、于梅、吴路易、许航、陈锋、杨建辉、黄润华、方辉、徐明龙、高捷、林军、
钟舜聪、李群、亢立。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 13823.4-1992。
振动与冲击传感器校准方法
第33部分:磁灵敏度测试
1 范围
GB/T 20485的本部分规定了振动与冲击传感器磁灵敏度测试方法、测试步骤和测试所用仪器的
技术指标要求。本部分适用于各种类型的振动与冲击传感器。
本部分所适用的测试磁场为正弦交变磁场,频率为50Hz(或60Hz)、磁感应强度大于10-3T(有
效值)。典型的测试磁场的磁感应强度为10-2T(有效值),频率为50Hz(或60Hz)。
本部分主要用于实验室条件下的磁灵敏度测试。
注:1T=1Wb/m2。
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,仅注日期的版本适合于本文
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/T 20485.1-2008 振动与冲击传感器校准方法 第1部分:基本概念(ISO 16063-1:1998,
IDT)
3 术语和定义
ISO 和IEC 的相关术语适用于本文件,数据库地址如下:
---ISO 在线浏览平台:www.iso.org/obp;
4 测量不确定度
测量不确定度可用相对扩展不确定度来表示。如果测量信号大,信噪比(SNR)大于20dB,周围环
境振动和仪器本底噪声的影响可以忽略不计,本部分的相对扩展不确定度不大于10%(包含因子k=
2)。如果测量信号小,信噪比SNR低于20dB,周围环境振动和仪器本底噪声带来的测量不确定度分
量不能忽略。相反地,这些分量还需认真加以考虑,因为这时它已成为不确度的主要部分。
所有实验室和用户都应按照GB/T 20485.1-2008附录A进行测量不确定度评估,确保评估结果
真实可信。测量不确定度以扩展不确定度的形式表示,包含因子k等于2(或包含概率约95%)。确保
测量不确定度评估真实可信是实验室和最终用户的责任。
5 仪器设备要求
5.1 概述
为了使传感器磁灵敏度测试满足本部分尤其是满足第4章的测量不确定度要求,本章规定了测试
所用仪器及其技术指标要求。
5.2 传感器磁灵敏度测试装置
传感器磁灵敏度SB 为传感器在磁场中的磁效应最大输出值XB,max与测试磁场的磁感应强度B 之
比(见7.5)。为了得到传感器磁灵敏度SB,测试时应:
---在空间上,测试磁场能以任意不同角度穿过被测传感器;
---分别测出传感器在这些角度位置时对应的输出值;
---比较这些输出值,找出最大输出值XB,max;
---根据7.5的式(2),得到传感器磁灵敏度。
传感器磁灵敏度测试装置是为满足上述要求而特殊制作的,其结构如图1所示:
说明:
1 ---旋转轴; 6---测试平台;
2 ---轴承; 7---传感器输出;
3 ---支撑支架; 8---隔振器;
4 ---双线圈; 9---基座;
5 ---被测传感器;
D---两线圈平面间的距离;
R ---线圈的半径;
I ---线圈的电流。
图1 传感器磁灵敏度测试装置结构示意图
磁灵敏度测试装置应符合下列要求:
a) 两个相同的线圈,对称地安装在测试平台上方且能绕垂直旋转轴在水平面上自由旋转,它们的
半径分别等于两个线圈所在平面间的距离(即D=R,见图1)。
b) 测试平台用非磁性材料做成,用于安装被测传感器。传感器可水平地安装在测试平台上且位
于两线圈的中心处。此外,传感器至少能绕自己的几何灵敏度轴自由转动180°。测试平台的
质量应是被测传感器质量的50倍以上。
注1:两线圈的中心是指两线圈的重心。
c) 隔振器用于减少周围环境振动,隔振器的固有频率应小于30Hz。
d) 一个频率为50Hz(或60Hz)的交变电流I同时流过两个线圈,通过调整这个交变电流的电流
强度,使之在两线圈中心处产生一个所需磁感应强度的测试磁场;
e) 被测传感器所在的空间区域,测试磁场的磁感应强度应在所需场强的 (1±3%)范围内。
注2:由于两线圈产生的磁场相互叠加和补偿,两线圈中心附近的磁场是个近似理想的均匀磁场。
两线圈中心处的磁场的磁感应强度按式(1)计算:
B=μ0×I×N
R2
(R2+0.25D2)1.5
(1)
式中:
B ---两线圈中心处测试磁场的磁感应强度(有效值),单位为特斯拉(T);
μ0 ---系数,μ0=
4π×10-7T·m
A =
1.257×10-6T·m
I ---线圈中的电流强度(有效值),单位为安培(A);
N ---线圈匝数;
R ---线圈半径,单位为米(m);
D ---两个线圈平面间的距离,单位为米(m)。
示例1:两线圈:D=R=150mm,N=333匝。当I=5A(有效值)时,两线圈中心处的磁场的磁感应强度约为10-2T
(有效值)。
示例2:两线圈:D=R=250mm,N=333匝。当I=8.35A(有效值)时,两线圈中心处的磁场的磁感应强度约为
10-2T(有效值)。
5.3 信号适调仪
信号适调仪应有较低的噪声输出,并具有高通和低通滤波功能以便测试时滤掉无用信号。
扩展不确定度:增益的1% (k=2)。
测量期间要防止传感器、测试平台、信号适调仪和读出设备构成地回路(见图2)。
5.4 电压表
电压表采用真有效值交流电压表。
扩展不确定度:读数的1% (k=2)。
注:其他不确定度相同或更小的仪器可用来代替电压表,如信号分析仪等。
5.5 特斯拉计
采用真有效值特斯拉计。
扩展不确定度:读数的2% (k=2)。
6 环境条件
测试应在以下环境条件下进行:
a) 室温:(23±5)℃;
b) 相对湿度:≤75%;
c) 信噪比(SNR):SNR≥20dB。如果SNR< 20dB(有些传感器在磁场中的输出非常小,SNR<
20dB),在进行测量结果不确定度评估时,还需考虑周围环境振动和仪器本底噪声带来的测量
不确定度分量。
7 测试方法
7.1 仪器装置的连接
传感器磁灵敏度测试装置、信号适调仪和电压表的连接如图2所示。各仪器要选取合适的量程和
滤波器档位,以提高测量信噪比。
说明:
1---旋转轴; 4---信号适调仪;
2---双线圈; 5---电压表。
3---被测传感器;
图2 仪器装置连接示意图
选择低噪声的输入导线。
选择合适量程的低噪声信号适调仪和电压表。
通过开/关磁场电源,检查并尝试提高信噪比。
在测试期间,应避免周围振动噪声影响。
7.2 测试磁场的调整
用特斯拉计测量两线圈中心处磁场的磁感应强度,通过调节两线圈中的电流,把两线圈中心处磁场
的磁感应强度调至所需的值。
注:特斯拉计的探头对磁场的方向非常灵敏,在使用时请认真阅读说明书。
7.3 传感器的安装
用非导磁螺钉把被测传感器水平安装在测试平台上(如图2所示),传感器的输出通过信号适调仪
放大后接到电压表。任何铁磁材料都不允许靠近两线圈中央区域。线圈外部的铁磁材料也会对线圈内
部的磁场产生影响。
先调节好磁场再安装传感器。某些情况下,传感器如果带有铁磁材料,安装传感器后磁场会稍有
变化。
7.4 测试步骤
a) 缓慢地旋转线圈360°,同时仔细观察电压表,找出并记录被测传感器在这一测试平面的最大输
出值;
b) 更换传感器测试面,将被测传感器绕其几何灵敏轴旋转一小角度(例如15°)后重新安装好;
c) 重复步骤a)和b),直至被测传感器绕它的几何灵敏轴旋转180°后,得到一组最大输出值。
d) 比较这些最大输出值,选择其中最大的一个,作为被测传感器在磁场中的最大输出值XB,max。
以上过程还可在计算机的帮助下自动完成,参见附录A。附录B提供另一种可选的三正交线圈测
试方法。
测试过程应注意消除周围环境振动和仪器本底噪声等干扰信号的影响。
注1:测试面是线圈在测试旋转时磁场矢量形成的平面。
注2:由于热效应,测量期间线圈电流可能引起变化,在这期间线圈电流应被监视并控制在所需值的范围内。
注3:防止线圈长时间工作而过热损坏。
7.5 结果表述
传感器磁灵敏度用式(2)表示:
SB=
XB,max
(2)
式中:
XB,max---被测传感器在磁场中的最大输出值(有效值,按其振动灵敏度折算),对于加速度传感
器、速度传感器和位移传感器,它们的单位分别是米每二次方秒(m/s2)、毫米每秒
(mm/s)和毫米(mm);
B ---被测测试磁场的磁感应强度(有效值),单位为特斯拉(T)。
注:传感器在磁场中的输出可能包含各谐波分量和基波(测试磁场频率)。
附 录 A
(资料性附录)
传感器磁灵敏度自动测试系统
A.1 自动测试系统的要求
磁灵敏度测试装置和其他各仪器通过总线和计算机联接,各仪器技术指标与第4章相同。磁灵敏
度自动化测试系统如图A.1所示。
说明:
1---步进电机;
2---步进电机驱动/控制;
3---信号适调仪;
4---电压表;
5---计算机。
图A.1 磁灵敏度自动测试系统示意图
A.2 磁场的确定和传感器的安装
调整测试磁场至所需的值,同7.2。
安装被测传感器,同7.3。
A.3 测试步骤和结果处理
A.3.1 计算机控制电机,带动线圈磁场旋转一个角度(如1°),同时电压表同步地作一次测量。当线圈
旋转360°后,这个平面测试结束,可测得传感器在这一平面的输出曲线,如图A.2。
注:传感器输出平面分布图用极坐标表示。极点对应被测传感器;极轴方向对应传感器的振动灵敏轴方向;极角对
应磁场与传感器振动灵敏轴方向的夹角;极半径对应传感器在这一夹角方向上的输出。
图A.2 传感器在某一测试平面的输出曲线图
A.3.2 更换传感器测试平面,被测传感器绕其几何灵敏轴旋转一小角度。
A.3.3 重复步骤A.3.1~步骤A.3.2,直至传感器绕其几何灵敏轴旋转180°,所有测试平面的测试结束。
A.3.4 计算机从所有测试数据中找出最大值XB,max,并按式(2)计算出传感器磁灵敏度SB。此外,计
算机也可绘制出传感器所有测试平面磁输出的分布图,如图A.3。
图A.3 典型的传感器在磁场中各测试平面输出分布图
附 录 B
(资料性附录)
可选的三正交线圈测试方法
B.1 概述
本附录采用三对亥姆霍兹线圈测试装置。三对线圈轴向分别为X、Y、Z,并且相互正交垂直。测试
时既不旋转线圈也不旋转被测传感器,而是三对线圈产生的三个分量X、Y、Z 合成磁场的旋转。
B.2 机械部分
三对亥姆霍兹线圈用非磁性、非金属材料分别固定于X、Y、Z 方向,产生一个均匀的磁场空间。被
测传感器安装在一个稳定的被隔离的测试平台上且位于线圈的中央。传感器的主轴方向与X 方向一
致,见图B.1。
可以采用其他附加线圈,这种附加线圈能增加磁场的均匀性并能扩展测试空间的尺寸。
每组线圈代表一个方向(X、Y、Z)。每组线圈都是串联连接的,所以流过的电流相同。线圈的供电
接入线采用相互缠绕的方法,以避免产生杂散磁场。
由于机械方面的原因,X 方向的线圈和Y 方向的线圈直径是不同的。这可通过不同的电流或不同
的匝数来补偿。Z 方向的线圈也是一样。线圈典型的直径为20cm,匝数为40匝。然而,线圈的大小
取决于所需测试磁场的大小。每组线圈提供的电流可由式(1)来计算。
说明:
1---Y 轴线圈对; 6---隔振系统;
2---X 轴线圈对; 7---可移动传感器安装支架;
3---Z 轴线圈对; 8---测试平台;
4---被测传感器; 9---基座。
5---传感器输出;
图B.1 三正交线圈磁灵敏度测试装置结构原理图
B.3 电控制部分
每组线圈分别接到各自独立的功率放大器,功率放大器工作在恒流源模式。功率放大器输入接各
自的信号发生器,如图B.2。三组信号发生器是控制器的一部分,控制器提供准确相位和幅值的交流电
压。当每个分量的频率和相位相同时,它的幅值变化决定了所需的磁场在空间上的大小和方向。放大
器可为控制器提供电流监控输出,以保证电流保持在所需的数值上,这样即使普通放大器也可以使用。
对于所需要的磁感应强度B,电流可用式(1)计算。另一种方法,对前面提到的每组线圈,各线圈的
线圈电流I和磁感应强度B 之间的传输系数也可用特斯拉计来测定,如图B.3。建议进行重复性试验。
说明:
A---计算机; 3---线圈对;
B---控制器; 4---信号发生器;
C---被测传感器(DUT); 5---被测传感器;
1---三正交线圈系统; 6---信号适调仪。
2---功率放大器;
图B.2 在测试状态下三正交线圈磁场灵敏度测试装置电连接原理图
说明:
A---计算机; 3---线圈对;
B---控制器; 4---信号发生器;
1---3D线圈系统; 5---特斯拉计。
2---功率放大器;
图B.3 在校准磁场矢量时三正交线圈磁场灵敏度测试装置电连接原理图
B.4 测试程序
如果采用正文的方法测量传感器磁灵敏度,传感器放在线圈对的中央(被测传感器的几何灵敏度轴
方向为X 轴方向),线圈逐步地绕传感器旋转360°。接着传感器绕X 轴旋转,比如15°。然后不断重
复。结果如图B.4:
图B.4 各测试平面上传感器在磁场中输出曲线(所有测试从0°到180°经过X 轴)
为使三正交线圈达到相同的结果,本系统按正文描述的方式定义这些角度:
---调整角度α使磁场向量B 自X 轴0°到180°旋转,它模仿单组线圈绕被测传感器在X-O-Y 平
面上的旋转。
---然后,X-O-Y 平面向Z 方向调整一个角度β(比如15°),它模仿被测传感器绕X 轴旋转(如正
文部分所述)。
图B.5 磁场方向矢量B 与被测传感器的关系
在整个测试过程中,被测传感器保持其方向不变,主方向(几何灵敏轴)与X 轴方向一致。被测传
感器和亥姆霍兹线圈没有相对的移......
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