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三轴向振动计量及原位校准关键技术研究
2021-08-18
振动传感器广泛用于空间站、桥梁等高端装备和大型设施的健康监测，实际力学测量环境为复杂的空间三维矢量振动。传统单轴向振动校准技术只能复现理想环境下的一维直线振动，无法复现三维空间运动；只能校准几何轴灵敏度等标量参数，无法校准三维空间灵敏度矩阵等矢量参数，难以实现空间三维矢量振动的准确测量。用于健康监测的振动传感器通常不便于取下送到实验室定期校准，传统振动计量技术不能解决其原位校准问题，无法保障监测数据的准确性、有效性和可靠性。
为了满足国家重大工程、相关产业升级对三轴向振动计量及原位校准技术的需求，中国计量科学研究院在质检公益性行业科研专项的支持下，开展了“三轴向振动计量及原位校准关键技术研究”，提出实数域自适应迭代控制、非线性模拟器件时间延迟测量与修正、空间运动轨迹激励灵敏度矢量校准等方法，攻克三维空间运动轨迹复现、三轴向激光绝对法振动测量、三维空间灵敏度矩阵校准等关键技术，研发激光绝对法三轴向振动标准装置，解决了空间三维矢量振动的准确复现和测量问题。三维加速度测量范围达到0.02～20 m/s2，频率范围达到5.0 Hz～1.6 kHz，幅值和相位测量不确定度达到0.5%和0.5°（k=2），技术指标达到国际领先水平。
项目完成单位主持修订了国际标准ISO 16063-1 Basic concepts，统一了国际上横向振动比的定义和测量方法，并正在主持修订国际标准ISO 16063-31 Testing of transverse vibration sensitivity，给出了灵敏度矩阵线性方程组解算方法之外新的三轴向振动校准方法，不但避免了灵敏度矩阵线性方程组解算方法先验信息不足所造成的横向灵敏度相位校准结果偏差较大的问题，还打破了国外相关标准的垄断。提出采用环境振动或内部激励的振动传感器原位校准方法，解决了振动传感器原位校准的振源问题；采用三轴向振动计量技术获得的三维空间灵敏度矩阵，准确评估原位校准的测量不确定度，并修正原位校准结果，解决了振动传感器的原位校准难题；主持制定了振动传感器原位校准的国际标准ISO 16063-45 In-situ calibration of transducers with built in calibration coil，形成了接近实际力学测量环境的振动量值溯源体系。
