Присоединяйтесь!
Зарегистрированных пользователей портала: 505 929. Присоединяйтесь к нам, зарегистрироваться очень просто →
Законодательство
Законодательство

"ВИБРАЦИЯ. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ. ГОСТ ИСО 8041-2006" (утв. Приказом Ростехрегулирования от 21.12.2007 N 387-ст)

Дата документа21.12.2007
Статус документаДействует
МеткиСтандарт · Приказ · Гост · Исо

    

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

 

Вибрация

 

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА

 

Средства измерений

 

Vibration. Human response to vibration. Measuring instrumentation

 

ГОСТ ИСО 8041-2006

 

Дата введения 2008-07-01

 

Предисловие

 
    Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-97 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
 

Сведения о стандарте

 
    1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" на основе собственного аутентичного перевода международного стандарта, указанного в пункте 4
    2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии
    3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 29 от 24 июня 2006 г.)
    За принятие проголосовали:
 

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Азербайджан AZ Азстандарт
БеларусьBY Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызстан KG Кыргызстандарт
Молдова MD Молдова-Стандарт
Российская Федерация RU Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии
Таджикистан TJ Таджикстандарт
Украина UA Госпотребстандарт Украины

 
    4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 8041:2005 "Воздействие вибрации на человека. Средства измерений" (ISO 8041:2005 "Human response to vibration - Measuring instrumentation").
    При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении J.
    Степень соответствия - идентичная (IDТ)
    5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 декабря 2007 г. N 387-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 8041-2006 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2008 г.
    6 ВЗАМЕН ГОСТ 12.4.012-83
 
    Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе "Национальные стандарты".
    Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе "Национальные стандарты", а текст изменений - в информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"
 

1 Область применения

 
    Настоящий стандарт устанавливает требования к характеристикам средств измерений параметров ускорения, используемых при оценке воздействия вибрации на человека, а также к методам подтверждения этих характеристик в процессе испытаний: для целей утверждения типа, первичной и повторной поверок и проверки работоспособности на месте (в условиях применения средства измерений).
    Настоящий стандарт распространяется на все виды исполнения средства измерений: в виде отдельного блока, совокупности устройств или компьютеризованной системы сбора и анализа данных.
    Настоящий стандарт распространяется на средства измерений, используемые при оценке:
    - локальной вибрации;
    - общей вибрации;
    - общей низкочастотной вибрации в диапазоне частот от 0,1 до 0,5 Гц.
    В зависимости от назначения средство измерений должно реализовывать по крайней мере одну функцию частотной коррекции сигнала вибрации.
    Настоящий стандарт устанавливает три уровня испытаний:
    - испытания для целей утверждения типа: полные испытания средства измерений в соответствии с требованиями настоящего стандарта;
    - поверка: испытания, проводимые с определенной периодичностью, с целью подтвердить, что характеристики испытуемого средства измерений находятся в установленных пределах;
    - проверка работоспособности на месте: испытания минимального объема, достаточные для утверждения с большой долей вероятности, что характеристики испытуемого средства измерений остаются в установленных пределах.
 

2 Нормативные ссылки

 
    В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты и другие нормативные документы:
    ИСО 2041:1990 Вибрация и удар. Термины и определения
    ИСО 2631-1:1997 Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования
    ИСО 2631-2:2003 Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 2. Вибрация в зданиях в диапазоне частот от 1 до 80 Гц
    ИСО 2631-4:2001 Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 4. Руководство по оценке воздействия вибрации и угловых колебаний на условия комфорта пассажиров и бригады рельсовых транспортных средств
    ИСО 5347 (все части) Методы калибровки датчиков вибрации и удара
    ИСО 5348:1998 Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров
    ИСО 5349-1:2001 Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования
    ИСО 16063 (все части) Методы калибровки датчиков вибрации и удара
    МЭК 61000-4-2:2001 Электромагнитная совместимость. Часть 4-2. Испытания и методы измерений. Испытания на устойчивость к электростатическим разрядам
    МЭК 61000-4-3:2002 Электромагнитная совместимость. Часть 4-3. Испытания и методы измерений. Испытания на устойчивость к излучению электромагнитных полей в области радиочастот
    МЭК 61000-4-6:2004 Электромагнитная совместимость. Часть 4-6. Испытания и методы измерений. Испытания на устойчивость к кондуктивным помехам, наведенным электромагнитными полями в области радиочастот
    МЭК 61000-6-2:2005 Электромагнитная совместимость. Часть 6-2. Основополагающие стандарты. Устойчивость к электромагнитным помехам в промышленных зонах
    CISPR 22:2003 Оборудование в области информационных технологий. Характеристики радиопомех. Предельные значения и методы измерения
    GUM. Руководство по выражению неопределенности измерений, 1993
    Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных документов на территории государства по соответствующему указателю стандартов, составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
 

3 Термины, определения и обозначения

 

3.1 Термины и определения

 
    В настоящем стандарте применены термины по GUM и ИСО 2041, а также следующие термины с соответствующими определениями.
    3.1.1 ускорение (вибрации): Составляющая ускорения вдоль измерительной оси, определенной соответствующим стандартом на методы оценки общей или локальной вибрации.
    3.1.2 полосовой фильтр функции частотной коррекции: Составляющая функции частотной коррекции, представляющая собой передаточную функцию полосового фильтра.
    3.1.3 диапазон полосовой фильтрации: Диапазон частот, определенный полосовым фильтром функции частотной коррекции.
    3.1.4 номинальный диапазон частот: Диапазон частот, определенный в соответствующем руководстве (нормативном документе) и используемый для анализа (оценки) вибрации.
    3.1.5 параметры корректированного ускорения
    3.1.5.1 среднеквадратичное значение корректированного ускорения a_w: Усредненная по времени поступательная или угловая вибрация, определяемая формулой
 
    
 
    где a_w() - текущее значение корректированного ускорения (поступательного или углового) как функция времени ;
    Т - период измерений.
    3.1.5.2 уровень корректированного ускорения L_w: Уровень среднеквадратичного значения корректированного ускорения, дБ, определяемый формулой
 
    
 
    где a_w - величина, определенная в 3.1.5.1, м/с2;
    а0 - опорное значение ускорения, равное 10^(-6) м/с2 (см. [1]).
    3.1.5.3 текущее среднеквадратичное значение корректированного ускорения a_w,(t): Среднеквадратичное значение корректированного ускорения в момент времени t, определяемое формулой
 
    
 
    где a_w() - текущее значение корректированного ускорения в момент времени ;
     - период интегрирования;
    t - текущее время.
    Примечание - В качестве аппроксимации линейного усреднения может быть использовано экспоненциальное усреднение, определяемое формулой
 
    
 
    где - постоянная времени экспоненциального усреднения.
    3.1.5.4 максимальное кратковременное среднеквадратичное значение (корректированного ускорения) MTVV: Максимальное значение текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения для периода интегрирования , равного 1 с.
    3.1.5.5 доза укачивания MSDV: Величина, представляющая собой интеграл квадрата корректированного ускорения a_w(t), выражаемая в м/с1,5 и определяемая формулой
 
    
 
    где Ф - общий период времени, в течение которого наблюдают низкочастотные колебания, вызывающие укачивание (болезнь движения).
    Примечания
    1 Доза укачивания может быть получена из среднеквадратичного значения корректированного ускорения умножением на коэффициент Ф^(1/2).
    2 Если не определено иначе, время воздействия Ф принимают равным периоду измерений T.
    3.1.5.6 доза вибрации VDV: Величина, представляющая собой интеграл четвертой степени корректированного ускорения a_w(t), выражаемая в м/с^1,75 и определяемая формулой
 
    
 
    где Ф - общее время воздействия вибрации <*>.
    


    <*> В ГОСТ 12.1.012-90 и ряде других нормативных документов доза вибрации была обозначена символом D Следует избегать путаницы между величинами D (которую теперь для оценки воздействия вибрации не применяют) и VDV
 
    Примечания
    1 Доза вибрации более чувствительна к пиковым значениям ускорения, чем среднеквадратичное значение.
    2 Если не определено иначе, время воздействия Ф принимают равным периоду измерений T.
    3.1.5.7 полная вибрация a_v: Суммарная вибрация по трем осям поступательного движения, определяемая формулой
 
    
 
    где a_wx, a_wy и a_wz - среднеквадратичные значения корректированного ускорения в направлении трех ортогональных измерительных осей х, у и z соответственно;
    k_х, k_у и k_z - поправочные множители (коэффициенты), значения которых зависят от целей измерения.
    3.1.5.8 пиковое значение: Максимальное значение модуля корректированного ускорения на периоде измерения <*>.
    
    <*> Не следует путать пиковое значение с максимальным среднеквадратичным значением.
 
    3.1.5.9 пик-фактор: Отношение пикового значения к среднеквадратичному значению корректированного ускорения (при использовании для обеих величин одной и той же функции частотной коррекции).
    3.1.6 линейный рабочий диапазон: Интервал амплитуд внутри каждого диапазона измерений, в пределах которого отклонения от линейной функции не превышают допустимые значения, установленные настоящим стандартом.
    3.1.7 перегрузка: Ситуация, когда входной сигнал вибрации превышает верхнюю границу линейного рабочего диапазона.
    3.1.8 нечувствительность (по входу): Ситуация, когда входной сигнал вибрации не превышает нижнюю границу линейного рабочего диапазона.
    3.1.9 опорный диапазон: Диапазон измерений, установленный в целях определения значений характеристик средств измерений.
    Примечание - Данный диапазон применяют для измерений с использованием опорного сигнала вибрации.
    3.1.10 опорный сигнал вибрации: Синусоидальный сигнал с заданной амплитудой и частотой, используемый для определения электромеханических характеристик средства измерений.
    Примечание - В зависимости от назначения средства измерений задают различные опорные сигналы вибрации.
    3.1.11 опорная частота: Частота, на которой определяют коэффициент преобразования измерительной цепи средства измерений.
    3.1.12 тональная посылка: Один или несколько полных циклов синусоидального сигнала, начальное и конечное значения которого равны нулю.
    3.1.13 сигнальная посылка: Один или несколько полных циклов периодического сигнала (например, пилообразных импульсов), начальное и конечное значения которого равны нулю.
    3.1.14 средство измерений (вибрации): Совокупность датчика вибрации, средств преобразования и показывающего устройства (рисунок 1), выполненная в виде единого блока или нескольких блоков, которая позволяет измерять параметры вибрации, воздействующей на человека.
    3.1.15 техническая документация (на средство измерений): Руководство пользователя, инструкция по применению и другие документы, поставляемые пользователю средства измерений.
 

 
    1 - датчик вибрации; 2 - система крепления; 3 - вибрирующая поверхность; 4 - кабель; 5 - электрический вход; 6 - согласование сигнала; 7 - полосовая фильтрация; 8 - частотная коррекция (включая полосовую фильтрацию); 9 - отфильтрованный сигнал; 10 - корректированный сигнал; 11 - временное взвешивание сигнала; 12 - дополнительное преобразование; 13 - показывающее устройство
 

а) Функциональная схема для преобразования сигнала во временной области

 

Рисунок 1 - Функциональная схема средства измерений вибрации, лист 1

 

 
    1 - датчик вибрации; 2 - система крепления; 3 - вибрирующая поверхность; 4 - кабель; 5 - электрический вход; 6 - согласование сигнала; 7 - частотный анализ; взвешивание и усреднение по времени; 8 - полосовая фильтрация (вычисление по спектру); 9 - частотная коррекция (вычисление по спектру); 10 - данные после полосовой фильтрации; 11 - данные после частотной коррекции; 12 - суммирование по полосам частот; 13 - показывающее устройство
 

b) Функциональная схема для преобразования сигнала в частотной области

 

Рисунок 1, лист 2

 

3.2 Обозначения

 
    В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
    a_w - среднеквадратичное значение (с.к.з.) корректированного ускорения;
    a_w(t) а_w() - текущее значение поступательного или углового корректированного ускорения в момент времени t или ;
    t, - текущее время;
    W_x - функция частотной коррекции х;
    k_i - поправочный множитель, применяемый для оценки общей вибрации вдоль оси i;
    H(s) - передаточная функция;
    s - переменная преобразования Лапласа;
    Т - период измерений;
    Ф - время воздействия вибрации;
     - постоянная времени экспоненциального усреднения (интегрирования);
     - период интегрирования (линейного);
    MTVV - максимальное кратковременное среднеквадратичное значение;
    MSDV - доза укачивания;
    VDV - доза вибрации;
     - фазовая погрешность;
    f - частота;
    n - номер третьоктавной полосы частот.
 

4 Нормальные условия окружающей среды

 
    Для определения рабочих характеристик средства измерений установлены следующие нормальные условия окружающей среды:
    - температура воздуха: 23°С;
    - относительная влажность: 50 %.
 

5 Требования к характеристикам средства измерений

 

5.1 Общие характеристики

 
    Требования к рабочим характеристикам, установленные в настоящем разделе, справедливы для нормальных условий окружающей среды.
    Средство измерений вибрации, воздействующей на человека (далее - средство измерений), должно иметь в своем составе устройства для показаний следующих параметров:
    - среднеквадратичного значения корректированного ускорения для данного периода измерений;
    - среднеквадратичного значения ускорения в диапазоне полосовой фильтрации для данного периода измерений;
    - периода измерений.
    Средство измерений должно иметь в своем составе устройство индикации появления перегрузки в любой из моментов измерений.
    Средство измерений должно обеспечивать установку и регулировку коэффициента преобразования измерительной цепи.
    Средства измерений в зависимости от их назначения могут включать в себя полный набор или часть функций, рассматриваемых в настоящем стандарте. Для всех функций, реализуемых средством измерений, соответствующие им характеристики должны удовлетворять требованиям настоящего стандарта.
    Если средство измерений имеет более одного диапазона измерений, эти диапазоны и методы их переключения должны быть указаны в технической документации. В технической документации должно быть также указано, какой из диапазонов является опорным.
    Параметры опорного сигнала вибрации приведены в таблице 1.
 

Таблица 1

 

Параметры опорного сигнала вибрации

 

Применение Функция частотной коррекции Номер таблицы в приложении Номинальный диапазон частот, Гц Параметры опорного сигнала вибрации Значение функции частотной коррекции на опорной частоте С.к.з. корректированного ускорения на опорной частоте, м/с2
частота, рад/с (Гц) с.к.з., м/с2
Локальная вибрация W_h В.6 8 - 1000 500 (79,58) 10 0,2020 2,020
Общая вибрация W_b В.1 0,5 - 80 100 (15,915) 1,0 0,8126 0,8126
W_c В.2 0,5145 0,5145
W_d В.3 0,1261 0,1261
W_e В.4 0,06287 0,06287
W_j В.7 1,019 1,019
W_k В.8 0,7718 0,7718
W_m В.9 1 - 80 0,3362 0,3362
Общая низкочастотная вибрация W_f В.5 0,1 - 0,5 2,5 (0,3979) 0,1 0,3888 0,03888

 
    Для определения максимального кратковременного среднеквадратичного значения и пикового значения должна быть предусмотрена возможность работы средства измерений в режиме удержания измеренных значений. В технической документации должны быть описаны работа в режиме удержания и метод сброса показаний.
    Настоящий стандарт предполагает возможность подачи на вход измерительного блока вместо сигнала с датчика вибрации заменяющий его эквивалентный электрический сигнал в целях определения и подтверждения характеристик средства измерений. Технической документацией должен быть установлен способ формирования эквивалентного электрического сигнала, позволяющий проводить испытания без датчика вибрации. В технической документации могут быть также описаны иные методы испытаний средств измерений в заданных режимах работы.
    Примечание - Для проведения испытаний электрических характеристик измерительной цепи производителем может быть предусмотрен имитатор датчика вибрации с заданным электрическим импедансом или эквивалентный входной адаптер (электрический или неэлектрический).
    В технической документации должны быть определены максимально допустимые пиковое значение и размах сигнала, поступающего с датчика вибрации (в единицах заряда или напряжения), который может быть подан на электрический вход измерительного блока без его повреждения.
    Допуски, установленные настоящим стандартом, определены для расширенной неопределенности измерений с коэффициентом охвата 2, что соответствует доверительной вероятности приблизительно 95 % (см. GUM).
 

5.2 Показания средства измерений

 

5.2.1 Общие положения

 
    Для средства измерений, способного показывать более одного измеренного параметра вибрации, должен быть предусмотрен способ идентификации показаний (предпочтительно с помощью стандартных сокращений или буквенных символов).
    В технической документации должны быть указаны показываемые параметры с описанием способа показаний.
    При показании параметров суммарного воздействия вибрации по разным осям (например, полной вибрации) должна быть предусмотрена индикация используемых коэффициентов для каждой измерительной оси.
    Если результаты измерений могут быть выведены на цифровой выход измерительного блока, в технической документации должен быть описан метод передачи (записи) оцифрованных данных на внешние показывающие устройства (средства хранения). В технической документации должны быть также указаны необходимые программные и аппаратные средства передачи данных.
    Примечание - Рекомендуется использовать стандартизованные шины передачи данных.
    Любое дополнительное устройство для показаний параметров сигнала, определенное в технической документации и предназначенное для подтверждения соответствия требованиям настоящего стандарта, следует рассматривать как составную часть средства измерений. Каждое такое устройство требует подтверждения его рабочих характеристик в соответствии с настоящим разделом и разделом 7 на устойчивость к внешним воздействующим факторам. Примерами дополнительных устройств могут служить устройства записи и компьютеры с мониторами.
    Для средств измерений, у которых диапазон показаний меньше линейного рабочего диапазона, установленного в 5.7, в технической документации должен быть указан способ проверки отклонения от линейности в областях за пределами диапазона показаний.
 

5.2.2 Разрешение и частота обновления показаний

 
    Показывающие устройства, указанные в технической документации, должны обеспечивать считывание данных с разрешением 1 % измеренного значения и выше.
    Если средство измерений имеет аналоговое показывающее устройство (или устройство с имитацией аналогового процесса), которое обеспечивает непрерывное показание измеренного параметра, шкала устройства должна быть выполнена в логарифмическом масштабе. Диапазон шкалы аналогового показывающего устройства должен содержать не менее двух декад, ширина каждой декады не менее 10 мм.
    Для цифровых показывающих устройств показания должны обновляться через определенные периоды времени. Период обновления должен быть согласован с измеряемой величиной. Диапазон выводимых значений должен, по крайней мере, охватывать линейный рабочий диапазон средства измерений.
    Для средств измерений с цифровым показывающим устройством после обновления должно быть показано значение величины, выбранной на данный момент пользователем. Технической документацией могут быть установлены другие режимы показаний результатов измерений после обновления. В этом случае работа в каждом из таких режимов должна быть подробно объяснена. В технической документации должно быть указано, какой из режимов удовлетворяет требованиям настоящего стандарта, а какой не удовлетворяет.
 

5.2.3 Время стабилизации, начало измерений и продолжительность показаний

 
    Период стабилизации работы средства измерений в нормальных условиях окружающей среды не должен превышать 2 мин. На показывающем устройстве должна быть предусмотрена индикация готовности средства измерений к проведению измерений.
    Время между сигналом к началу измерений, поданным пользователем, и собственно началом измерений не должно превышать 0,5 с.
    Примечание - Чтобы средство измерений было готово к приему данных после завершения предыдущего измерения, может потребоваться, особенно при измерении общей низкочастотной вибрации, наличие некоторой рабочей фазы перед началом новых измерений.
    Пока результаты измерений не выведены на показывающее устройство, устройство индикации должно ясно указывать рабочее состояние средства измерений - находится ли оно в режиме измерений или в стадии инициализации.
 

5.3 Аналоговый выход

 
    При наличии аналогового выхода по току технической документацией должны быть установлены характеристики выходной цепи средства измерений, в том числе:
    - максимальный размах выходного напряжения (не менее 1 В);
    - внутренний электрический импеданс выходной цепи (не менее 100 Ом);
    - минимально допустимый импеданс нагрузки;
    - частотные коррекции, использованные для получения выходного сигнала.
    Подсоединение к выходной цепи, не содержащей источника электрического тока, включая цепь короткого замыкания, не должно приводить к изменению результатов измерений более чем на 2 %.
 

5.4 Коэффициент преобразования измерительной цепи

 
    В технической документации должна быть указана по крайней мере одна модель калибратора, позволяющего проверять и поддерживать в заданных пределах значение коэффициента преобразования измерительной цепи. Требования к калибратору - в соответствии с приложением А.
    В технической документации должна быть описана процедура регулировки показаний средства измерений при использовании калибратора, обеспечивающая выполнение требований настоящего стандарта. Эту регулировку применяют ко всем датчикам, рекомендованным для использования в составе данного средства измерений, а также ко всем кабелям и другим вспомогательным устройствам, предусмотренным изготовителем для соединения с датчиком вибрации.
 

5.5 Погрешность показаний измеренного параметра вибрации на опорной частоте в нормальных условиях измерений

 
    Значения допусков для показаний средством измерений соответствующих значений после подачи на вход опорного сигнала (синусоидальной вибрации, приложенной в основании датчика вибрации или устройства его крепления) указаны в таблице 2. Эти допуски применяют к показаниям в опорном диапазоне после калибровки по 5.4 по завершении времени стабилизации и для всех функций частотной коррекции.
 

Таблица 2

 

Допуски для показаний по измерениям вибрации на опорной частоте

 

Вид допускаЗначение допуска, %
Допуск для показаний параметра вибрации на опорной частоте в нормальных условиях окружающей среды± 4 для локальной и общей вибрации
± 5 для низкочастотной общей вибрации
Разность между показанным значением любого измеренного параметра корректированного ускорения и показанным значением результата измерении для того же ускорения после прохождения полосового фильтра и умножения на соответствующее значение функции частотной коррекции (для опорного сигнала вибрации на опорной частоте)± 3
Разность между показанным значением текущего среднеквадратичного значения ускорения и показанным значением ускорения, линейно усредненного по формуле (1) в пределах произвольного периода измерений, после прохождения полосового фильтра (для опорного сигнала вибрации на опорной частоте)± 2

 

5.6 Функции частотной коррекции и частотные характеристики соответствующих фильтров

 

5.6.1 Параметры

 
    Средство измерений должно реализовывать частотную коррекцию сигнала вибрации в соответствии с одной или несколькими функциями частотной коррекции, указанными в таблице 1, а также соответствующую полосовую фильтрацию сигнала. Функции частотной коррекции определены формулами (8) - (12), а также параметрами, приведенными в таблице 3.
 

Таблица 3

 

Параметры функций частотной коррекции и соответствующих фильтров

 

Функция частотной коррекции Полосовой фильтр Переходный фильтр Ступенчатый фильтр Коэффициент, усиления К
f1, Гц Q1 f2, Гц Q2 f3, Гц f4, Гц Q4 f5, Гц Q5 f6, ГцQ6
W_b 0,4 100 16 16 0,55 2,5 0,9 4 0,95 1,024
W_c 0,4 100 8 8 0,63 1 1 1
W_d 0,4 100 2 2 0,63 1 1 1
W_e 0,4 100 1 1 0,63 1 1 1
W_f 0,08 0,63 0,25 0,86 0,0625 0,80 0,10 0,80 1
W_h 10^(8/10) 10^(31/10) 100
2
100
2
0,64 1 1 1
W_j 0,4 100 1 3,75 0,91 5,32 0,91 1
W_k 0,4 100 12,5 12,5 0,63 2,37 0,91 3,35 0,91 1
W_m 10^_(-0,1) 100  1  1 0,5 1 1 1
 0,28 х 2  0,28 х 2 

 
    Примечания
    1 В ИСО 2631-4, таблица А.1, значение параметра Q1 дано с округлением до двух значащих цифр. В настоящей таблице приведено точное значение этого параметра.
    2 В ИСО 5349-1, таблица А.1, значения параметров f1, f2, f3 и f4 даны с округлением до пяти значащих цифр, а параметра Q1 - до двух значащих цифр. В настоящей таблице приведены точные значения этих параметров.
    Передаточные функции фильтров, составляющих функцию частотной коррекции, определены применительно к сигналу ускорения через значения угловых частот 1,..., 6 (_i = 2f_i, где f_i - частоты, определенные в таблице 3, i = 1,..., 6) и добротности Q1, Q2, Q4, Q5, и Q6 [см. формулы (8) - (12)]. Функция частотной коррекции представляет собой произведение передаточных функций трех фильтров: полосового, переходного и ступенчатого.
 

5.6.2 Полосовой фильтр

 
    Передаточная функция полосового фильтра является произведением передаточных функций фильтров Баттерворта второго порядка нижних и верхних частот: Фильтр верхних частот:
 
    
 
    Фильтр нижних частот:
 
    
 
    Передаточная функция полосового фильтра представляет собой произведение H_h(s) х H_i(s).
 

5.6.3 Переходный фильтр

 
    Передаточная функция переходного фильтра представляет собой постоянный коэффициент умножения для сигнала ускорения на низких частотах и постоянный коэффициент умножения для сигнала скорости на высоких частотах:
 
    
 
    Примечание - H_t(s) = 1, когда обе частоты f3 и f4 (или, соответственно, 3 и 4) равны бесконечности.
 

5.6.4 Ступенчатый фильтр

 
    Передаточная функция ступенчатого фильтра имеет участок в форме ступеньки, на котором значение передаточной функции растет со скоростью приблизительно 6 дБ на октаву и представляет собой постоянный коэффициент умножения для сигнала, пропорционального первой производной от ускорения:
 
    
 
    Примечание - H_s(s) = 1, когда обе частоты f5 и f6 (или, соответственно, 5 и 6) равны бесконечности.
 

5.6.5 Функция частотной коррекции

 
    Каждая функция частотной коррекции представляет собой произведение передаточных функций полосового, переходного и ступенчатого фильтров:
 
    H(s) = H_h(s) х H_l(s) х H_t(s) х H_s(s). (12)
 
    Данная формула определяет представление функции частотной коррекции в частотной области через изменение с мнимой угловой частотой s = j2f ее модуля и фазы.
    Примечания
    1 В некоторых публикациях вместо буквы s используют букву р.
    2 Величину s можно интерпретировать также как независимую переменную в преобразовании Лапласа.
    Таблицы и рисунки приложения В показывают изменение модуля весовой функции в зависимости от частоты f в соответствии с формулами (8) - (12) и значениями параметров из таблицы 3.
    Если средство измерений обеспечивает измерения с использованием одной или нескольких функций частотной коррекции, не рассматриваемых в настоящем стандарте, то эти функции вместе с допусками на их значения должны быть определены в технической документации. Если дополнительная функция частотной коррекции установлена каким-либо стандартом, то ее реализация средством измерений должна соответствовать требованиям этого стандарта.
    Фильтры, определенные значениями таблицы 3 и формулами (8) - (12), могут быть реализованы сочетанием простых аналоговых фильтров. Пример реализации частотной характеристики цифровыми методами в частотной и временной областях преобразования сигнала приведен в приложении С.
 

5.6.6 Допуски

 
    Допуски на значения функции частотной коррекции приведены в таблицах 4 и 5. В таблице 5 указаны пределы, в которых должны находиться значения функции частотной коррекции, во всех диапазонах измерений. Эти допуски установлены с учетом максимально допустимой расширенной неопределенности измерений.
 

Таблица 4

 

Частоты перехода для определения допусков функций частотной коррекции

 

Функция частотной коррекции Частота перехода, Гц
f_t1 f_t2 f_t3 f_t4
W_b 10^(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_c 10^(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_d 10^(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_e 10(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_f 10^(-13/10)10^(-9/10)10^(-3/10)10^(1/10)
W_j 10(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_h 10^(7,5/10)10^(10/10)10^(29/10)10^(31,5/10)
W_k 10(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)
W_m 10(-3/10)10^(1/10)10^(18/10)10^(22/10)

 

Таблица 5

 

Допуски на значения функции частотной коррекции

 

Диапазон частот fДопуск на абсолютное значение функции частотной коррекцииДопуск на характеристическую фазовую девиацию <*> 0
f < f_t1+ 26 %, - 100% ±
f_t1 f f_t2+ 26 %, - 21 % ±12°
f_t2 < f < f_t3+ 12%, - 11 % ±6°
f_t3 f f_t4+ 26 %, - 21 % ±12°
f_t4 < f+ 26%, - 100% ±

 
    


    <*> Допуск на характеристическую фазовую девиацию применяют только к средствам измерений параметров, чувствительных к фазовым характеристикам средства измерений.
 
    При измерениях параметров вибрации, чувствительных к фазовым характеристикам (пиковое значение, максимальное кратковременное среднеквадратичное значение, доза вибрации), критичной является фазовая характеристика измерительной цепи, определенная формулами (8) - (12). При этом погрешность измерений, связанная с отклонениями фазовой характеристики, зависит не от абсолютных значений отклонений, а от того, как быстро изменяется погрешность фазовой характеристики с частотой. По этой причине для оценки точности задания фазовой характеристики используют параметр характеристической фазовой девиации 0, определяемый по формуле
 
    
 
    где f_n - среднегеометрическая частота n-й третьоктавной полосы частот;
    n - фазовая погрешность на частоте f_n.
 

5.7 Линейность по амплитуде

 
    Во всем диапазоне измерений амплитуды показанное значение должно быть пропорционально вибрации, воспринимаемой датчиком. Это справедливо для любой частоты, во всех диапазонах измерений, для любой функции частотной коррекции. Требование линейности относится ко всей измерительной цепи, включая датчик вибрации, и ко всем измеряемым параметрам.
    Во всех диапазонах средства измерений отклонения от линейности не должны превышать 6 %. В опорном диапазоне и на опорной частоте линейный рабочий диапазон должен составлять по крайней мере 60 дБ.
    Примечание - Для средства измерений локальной вибрации, включающей в себя импульсы большой мощности, требование к диапазону линейности может быть ужесточено.
    В технической документации должен быть определен диапазон вибрации, в пределах которого отклонения от линейности не превышают 6 % без индикации перегрузки (нечувствительности по входу), для стационарного синусоидального сигнала на любой частоте в пределах номинального диапазона частот.
    В случае нескольких диапазонов измерений, переключаемых вручную, перекрытие между соседними диапазонами должно составлять не менее 40 дБ.
    В технической документации должны быть указаны верхняя и нижняя границы линейного рабочего диапазона для каждого диапазона измерений.
 

5.8 Собственный шум измерительной цепи

 
    В технической документации должны быть определены типичные среднеквадратичные значения корректированного ускорения, показываемые средством измерений в случае, когда датчик вибрации установлен на невибрирующем объекте. Эти показания в нормальных условиях окружающей среды должны соответствовать общему внутреннему шуму измерительной цепи, включающей в себя датчик вибрации и элементы измерительного блока.
 

5.9 Показания при измерении параметров сигнальной посылки

 
    Требования к измерениям переходных процессов определены для входного сигнала в виде прямоугольных импульсов с заполнением пилообразным сигналом на опорной частоте.
    Тестовый сигнал в форме последовательности импульсов с заполнением пилообразным сигналом показан на рисунке 2. Характеристики тестового сигнала показаны в таблице 6. В таблицах 7 - 9 представлены относительные показания средства измерений в ответ на тестовый сигнал с амплитудой 1 м/с2. Эти значения следует умножать на реальное значение амплитуды тестового сигнала.
    Примечания
    1 Значения измеряемых параметров получены численным моделированием.
    2 Пилообразная форма сигнала выбрана для задания точного соотношения между фазами частотных составляющих в разложении тестового сигнала. Это позволяет в процессе испытаний с использованием тестового сигнала данного вида контролировать фазовую характеристику функции частотной коррекции.
 

 
    1 - амплитуда; 2 - начальный интервал; 3 - период повторения импульсов; 4 - общая длительность тестового сигнала
 

Рисунок 2 - Сигнальная посылка

 

Таблица 6

 

Параметры тестового сигнала в форме последовательности импульсов с заполнением пилообразным сигналом (сигнальной посылки)

 

Применение Функция частотной коррекции Частота, рад/с (Гц) Начальный интервал, с Число периодов заполнения в одном импульсе Период повторения импульсов, с Общая длительность сигнала, с
Локальная вибрация W_h 500 (79,58) 0,2 1, 2, 4, 8 и1 6 2 12
Общая вибрация W_b, W_c, W_d, W_e, W_j, W_k, W_m 100 (15,915) 1 10 60
Общая низкочастотная вибрация W_f 2,5 (0,3979) 40 400 2400

 

Таблица 7

 

Требования к показаниям средства измерений, настроенного на измерения локальной вибрации

 

Включенные фильтры Число периодов заполнения в одном импульсе С.к.з. Допуск, %
Полосовой фильтр 1 0,0448 10
2 0,0633 10
4 0,0895 10
8 0,127 10
16 0,179 10
Непрерывный сигнал 0,565 10
Wh 1 0,0103 10
2 0,0133 10
4 0,0168 10
8 0,0224 10
16 0,0309 10
Непрерывный сигнал 0,0946 10

 

Таблица 8

 

Требования к показаниям средства измерений, настроенного на измерения общей вибрации

 

Включенные фильтры Число периодов заполнения в одном импульсе С.к.з. Допуск, % VDV Допуск, % MTVV, линейное усреднение Допуск, % MTVV, экспоненциальное усреднение Допуск, %
Полосовой фильтр 1 0,0433 10 0,498 12 0,137 10 0,135 10
2 0,0612 10 0,593 12 0,193 10 0,188 10
4 0,0865 10 0,705 12 0,274 10 0,258 10
8 0,122 10 0,838 12 0,387 10 0,344 10
16 0,173 10 0,996 12 0,547 10 0,437 10
Непрерывный сигнал 0,546 10 1,77 12 0,547 10 0,549 10
W_b 1 0,0314 10 0,342 12 0,0991 10 0,0968 10
2 0,0435 10 0,403 12 0,137 10 0,132 10
4 0,0614 10 0,482 12 0,194 10 0,182 10
8 0,0867 10 0,575 12 0,274 10 0,243 10
16 0,123 10 0,685 12 0,387 10 0,309 10
Непрерывный сигнал 0,387 10 1,22 12 0,388 10 0,388 10
W_c 1 0,0222 10 0,244 12 0,0703 10 0,0684 10
2 0,0292 10 0,275 12 0,0923 10 0,0885 10
4 0,0397 10 0,318 12 0,126 10 0,117 10
8 0,0550 10 0,374 12 0,174 10 0,153 10
16 0,0770 10 0,445 12 0,243 10 0,192 10
Непрерывный сигнал 0,240 10 0,788 12 0,243 10 0,242 10
W_d 1 0,00669 10 0,0779 12 0,0212 10 0,0197 10
2 0,00906 10 0,0852 12 0,0286 10 0,0264 10
4 0,0116 10 0,0923 12 0,0366 10 0,0330 10
8 0,0148 10 0,101 12 0,0469 10 0,0400 10
16 0,0197 10 0,115 12 0,0611 10 0,0481 10
Непрерывный сигнал 0,0590 10 0,197 12 0,0611 10 0,0594 10
W_e 1 0,00342 10 0,0409 12 0,0108 10 0,00992 10
2 0,00478 10 0,0452 12 0,0151 10 0,0135 10
4 0,00637 10 0,0493 12 0,0201 10 0,0176 10
8 0,00816 10 0,0535 12 0,0255 10 0,0214 10
16 0,0102 10 0,0592 12 0,0311 10 0,0244 10
Непрерывный сигнал 0,0295 10 0,0987 12 0,0311 10 0,0297 10
W_j 1 0,0435 10 0,517 12 0,138 10 0,135 10
2 0,0616] 10 0,609 12 0,195 10 0,189 10
4 0,0874 10 0,723 12 0,277 10 0,261 10
8 0,124 10 0,859 12 0,392 10 0,349 10
16 0,175 10 1,02 12 0,554 10 0,443 10
Непрерывный сигнал 0,554 10 1,81 12 0,555 10 0,557 10
W_k 1 0,0299 10 0,323 12 0,0944 10 0,0922 10
2 0,0411 10 0,380 12 0,130 10 0,125 10
4 0,0577 10 0,455 12 0,182 10 0,171 10
8 0,0814 10 0,543 12 0,257 10 0,228 10
16 0,115 10 0,648 12 0,363 10 0,289 10
Непрерывный сигнал 0,362 10 1,15 12 0,364 10 0,363 10
W_m 1 0,0149 10 0,165 12 0,0472 10 0,0456 10
2 0,0197 10 0,185 12 0,0263 10 0,0594 10
4 0,0264 10 0,211 12 0,0836 10 0,0775 10
8 0,0363 10 0,247 12 0,0115 10 0,101 10
16 0,0507 10 0,294 12 0,160 10 0,126 10
Непрерывный сигнал 0,158 10 0,520 12 0,160 10 0,159 10

 

Таблица 9

 

Требования к показаниям средства измерений, настроенного на измерения общей низкочастотной вибрации

 

Включенные фильтры Число периодов заполнения в одном импульсе С.к.з. Допуск, % MSDV Допуск, %
Полосовой фильтр 1 0,0341 10 1,671 10
2 0,0487 10 2,386 10
4 0,0690 10 3,380 10
8 0,0982 10 4,811 10
16 0,139 10 6,810 10
Непрерывный сигнал 0,439 10 21,51 10
W_f 1 0,0197 10 0,9651 10
2 0,0236 10 1,156 10
4 0,0304 10 1,489 10
8 0,0416 10 2,038 10
16 0,0571 10 2,797 10
Непрерывный сигнал 0,176 10 8,662 10

 

5.10 Индикация перегрузки по входу

 
    Средства измерений должны предусматривать возможность обнаружения перегрузки вдоль всей измерительной цепи, включая датчик вибрации. Индикатор перегрузки должен быть на каждом показывающем устройстве средства измерений. Специальные меры должны быть предусмотрены для предотвращения перегрузки датчика вибрации (например, выбором датчика в соответствии с целями измерений, наличием встроенного в датчик детектора перегрузки, использованием механического фильтра).
    Индикация перегрузки должна появляться сразу по превышении параметрами сигнала установленных границ до того, как будут превышены пределы допусков на линейность стационарного сигнала и на результаты измерений для сигнальной посылки. Данное требование должно выполняться во всем номинальном диапазоне частот.
    Индикатор перегрузки должен реагировать как на положительные, так и на отрицательные сигналы. Разность между модулями положительного и отрицательного входных сигналов, вызывающих индикацию перегрузки, не должна превышать 15 %.
    При измерении параметров, требующих интегрирования на фиксированном временном интервале, а также других параметров, вычисляемых в процессе измерения и показываемых по его завершении, индикация перегрузки должна сохраняться до тех пор, пока не произойдет сброс результатов измерений.
    При измерении текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения индикатор перегрузки должен оставаться включенным в момент действия перегрузки, а также все то время, когда наблюдавшаяся перегрузка может оказать влияние на результат измерений (т.е. в течение периода интегрирования сигнала для линейного усреднения и в течение периода времени, равного удвоенной постоянной времени, для экспоненциального усреднения). Индикация перегрузки должна сохраняться в течение 1 с при измерении локальной вибрации и в течение 8 с при измерении общей и общей низкочастотной вибрации.
    В технической документации должны быть описаны работа индикатора перегрузки, методы интерпретации сигнала перегрузки, а также способы сброса индикации перегрузки.
 

5.11 Индикация нечувствительности по входу

 
    Если уровень усредненной по времени вибрации опускается ниже нижней границы линейного рабочего диапазона, индикация нечувствительности должна появиться до того, как будут превышены пределы допусков на линейность. Индикация нечувствительности должна сохраняться, пока сохраняется состояние нечувствительности или пока это состояние способно оказать влияние на результат измерений. Минимальное время индикации нечувствительности составляет 1 с для локальной вибрации и 8 с для общей и общей низкочастотной вибрации.
 

5.12 Период интегрирования

 
    Средство измерений должно предусматривать возможность установки пользователем периода интегрирования для измерения параметров корректированного ускорения. Конструкция средства измерений может допускать выбор пользователем произвольного периода интегрирования в заданном диапазоне или выбор периода интегрирования из заданных значений.
 

5.13 Измерение текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения

 
    Для средства измерений, предусматривающего возможность измерения текущего среднеквадратичного значения корректированного ускорения, значение периода интегрирования или постоянной времени при экспоненциальном усреднении следует проверять по показаниям в ответ на стационарный синусоидальный сигнал опорной частоты, подаваемый на электрический вход измерительного блока. Время подачи сигнала должно составлять не менее пяти периодов интегрирования для линейного усреднения и не менее 20 постоянных времени интегрирования для экспоненциального усреднения. Дополнительные сведения о линейном и экспоненциальном методах усреднения приведены в приложении D.
    После отключения входного сигнала показания средства измерений должны изменяться как указано в таблице 10 для линейного усреднения и в таблице 11 для экспоненциального усреднения. Время спада определяют как временной интервал между моментом отключения сигнала и моментом, когда показания средства измерений будут составлять 10 % первоначального значения. Проверку выполнения требований, установленных в таблицах 10 и 11, осуществляют в опорном диапазоне измерений.