مقدمه

استاندارد ISO 16063‑21:2003 روش‌های کالیبراسیون سنسورهای ارتعاش و ضربه را در شرایط استاندارد آزمایشگاهی و نیز در محیط‌های میدانی ارائه می‌کند. کاربران این بخش طیفی وسیع از متخصصان ارتعاشات، تکنسین‌های ارزیابی ماشین و سازه، و کارشناسان بررسی مواجهه انسان با ارتعاش را شامل می‌شوند. محور اصلی آن تعیین مشخصات سنسور و ارزیابی عدم‌قطعیت اندازه‌گیری است تا نتایج بتوانند از طریق یک مرجع ثانویه قابل‌ردیابی به استانداردهای ملی و بین‌المللی متصل شوند. این بخش به ابزارهای مرجع کاری مانند کالیبراتورهای قابل‌حمل—طبق تعاریف VIM—می‌پردازد و الزامات کالیبراسیون شتاب‌سنج‌های خطی را، با یا بدون مدار شرطی‌سازی سیگنال، برای تعیین دامنه و در صورت نیاز تغییر فاز حساسیت مختلط در محدوده فرکانسی مشخص ارائه می‌کند.

1. دامنه کاربرد

این بخش از ISO 16063‑21:2003 به روش کالیبراسیون سنسورهای ارتعاش خطی از طریق مقایسه می‌پردازد. تمرکز اصلی آن مقایسه مستقیم سنسور با یک مرجع کالیبره‌شده با روش‌های اولیه است، اما می‌توان این روش‌ها را در سطوح مختلف سلسله‌مراتب کالیبراسیون نیز به‌کار برد. این استاندارد روش اجرای کالیبراسیون مقایسه‌ای در بازه فرکانسی مشخص را ارائه می‌کند و عمدتاً برای استفاده در شرایط آزمایشگاهی—با عدم‌قطعیت کم—طراحی شده است، هرچند در کاربردهای میدانی با عدم‌قطعیت بیشتر نیز قابل استفاده است. با در نظر گرفتن تمامی منابع مؤثر بر کالیبراسیون، عدم‌قطعیت توسعه‌یافته را می‌توان طبق روش‌های ارائه‌شده در این بخش ارزیابی کرد؛ این شامل کالیبراسیون‌هایی است که با استفاده از استاندارد کنترلی (Check Standard) انجام می‌شوند. همچنین کالیبراسیون مقایسه‌ای باید شرایط محیطی مربوط به سنسور مرجع را نیز لحاظ کند.

تذکر: کالیبراسیون سنسورها در شرایط محیطی شدید در سایر استانداردهای بین‌المللی پوشش داده شده است.

2. مراجع الزامی

اسناد مرجع زیر برای کاربرد این سند ضروری هستند. برای مراجع تاریخ‌دار، تنها ویرایش ذکرشده معتبر است. برای مراجع بدون تاریخ، آخرین ویرایش سند مرجع (شامل هرگونه الحاق) کاربرد دارد.

ISO 266، Acoustics — Preferred frequencies

ISO 2041:1990، Vibration and shock — Vocabulary

ISO 16063-21:2003-1:1998، Methods for the calibration of vibration and shock transducers — Part 1: Basic concepts

ISO 16063-21:2003-11:1999، Methods for the calibration of vibration and shock transducers — Part 11: Primary vibration calibration by laser interferometry

Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). BIPM، IEC، IFCC، ISO، IUPAC، IUPAP، OIML، 1993

3. عدم قطعیت اندازه‌گیری

3.1

انتظار می‌رود تمامی کاربران این بخش از ISO 16063-21:2003، برآوردهای عدم قطعیت خود را مطابق پیوست A تهیه کنند تا سطح عدم قطعیت خود را مستند کنند (نمونه‌ای در پیوست D آورده شده است).

برای کمک به ایجاد سیستم‌هایی که نیازهای متفاوتی را برآورده می‌کنند، دو مثال ارائه شده است. برای هر کدام الزامات سیستم تعریف شده و عدم قطعیت قابل دستیابی مشخص گردیده است. مثال 1 معمولاً به کالیبراسیون‌ها تحت شرایط آزمایشگاهی با کنترل دقیق اشاره دارد که در آن دستیابی به دقت بالا ضروری است. مثال 2 معمولاً کالیبراسیون‌هایی را توصیف می‌کند که در آن دستیابی به بالاترین دقت ممکن ضروری نیست یا شرایط کالیبراسیون تنها اجازه حفظ تلرانس‌های نسبتاً محدود را می‌دهد. این دو مثال در سراسر این بخش از ISO 16063-21:2003 مورد استفاده قرار می‌گیرند.

الف) مثال 1

سنسور مرجع با استفاده از روش‌های اولیه و با ثبت عدم‌قطعیت آن، کالیبره می‌شود. گاهی به دلایل عملی، این کالیبراسیون به یک استاندارد کاری منتقل می‌گردد. در طول کالیبراسیون مقایسه‌ای، دما و دیگر شرایط باید در محدوده‌های محدود و مشخص‌شده در بندهای مربوط، ثابت نگه داشته شوند.

ب) مثال 2

سنسور مرجع با روش‌های اولیه کالیبره نشده، اما دارای کالیبراسیون قابل ردیابی است که در VIM (بنگرید به [2]) تعریف شده و عدم قطعیت متناظر آن مستندسازی شده است. این کالیبراسیون نیز می‌تواند به یک استاندارد کاری به دلایل عملی منتقل شود. الزامات دیگر برای پارامترها و ابزارها در بندهای مربوطه مشخص شده‌اند.

3.2

برای هر دو مثال، الزامات حداقل برای سنسور مرجع (یعنی بازه فرکانس و بازه دینامیکی) در بند 2.3 همین استاندارد بیان شده است.

بازه‌های مرجع:

– بازه فرکانس: در صورت لزوم (نگاه کنید به یادداشت1)

– بازه دینامیک: مقدار مؤثر (RMS)، و در صورت لزوم  (وابسته به فرکانس)

تذکر – بازه‌های فرکانسی و دینامیکی ذکرشده الزامی نیستند و کالیبراسیون‌های تک‌نقطه‌ای نیز قابل پذیرش‌اند.

در اندازه‌گیری ارتعاش با استفاده از شیکر، به‌ویژه در فرکانس‌ها و دامنه‌های پایین (اعم از شتاب، سرعت یا جابه‌جایی)، بازه دینامیکی حسگر یا سیستم به عواملی مانند نویز زمینه و اعوجاج ناشی از خود شیکر محدود می‌شود؛ به‌خصوص اگر از فیلتر کاهش نویز استفاده نشود. علاوه بر این، توان بیشینه شیکر نیز مرز بالایی این بازه را تعیین می‌کند. در شیکرهای ارتعاشی مجهز به فنر کنترلی، از تکنیک‌هایی برای کاهش جابه‌جایی داخلی دستگاه بهره می‌گیرند؛ نمونه آن تغییر شکل موج ولتاژ ورودی است. شیکرهای ارتعاش الکترودینامیکی که برای محدوده فرکانسی  طراحی شده‌اند، دارای مقادیر بیشینه رایج مشخصی هستند که با توجه به نیاز آزمون انتخاب می‌شوند.

— عبارت‌اند از:

–  مقدار مؤثر شتاب،

–  مقدار مؤثر سرعت،

– جابه‌جایی‌های بیشینه 5 میلی‌متر.

حد پایین اندازه‌گیری توسط نویز موجود در دو کانال اندازه‌گیری و پهنای باند سیستم تعیین می‌شود.

مقادیر معمول برای اندازه‌گیری شتاب عبارت‌اند از:

_m.s² 100  مقدار موثر_50 m.s²

یا برای سرعت: _مقدار موثر_ 0.1 m.s

برای کالیبراتورها، مقادیر معمول در بازه‌ی (مقدار مؤثر) قرار دارد. نموداری مشابه آنچه در پیوست C آمده است، در بررسی این بازه‌ها مفید خواهد بود.

در اندازه‌گیری‌ها در پایین‌ترین فرکانس‌ها، معمولاً جابجایی عامل محدودکننده است. در حدود 1  Hz ، مقادیر معمول برای ارتعاشگرهای کورس ‌بلند عبارت‌اند از:

برای شتاب: مقدار موثر:

برای سرعت: مقدار موثر:

۳.۳

عدم قطعیت‌های قابل دستیابی_عدم قطعیت‌های توسعه‌یافته محاسبه‌شده با استفاده از ضریب پوششk =2 )  (طبق ISO 16063-21:2003  برای دو مثال در جدول 1 داده شده است.

در عمل، این مقادیر ممکن است بیشتر شوند؛ عواملی که می‌توانند سبب افزایش عدم‌قطعیت شوند عبارت‌اند از:

• عدم‌قطعیت کالیبراسیون سنسور مرجع
• مشخصات پاسخ سنسور مرجع
• ویژگی‌های سنسور تحت کالیبراسیون
• خصوصیات ارتعاشگر
• ابزار به‌کاررفته در سیستم اندازه‌گیری

مسئولیت آزمایشگاه یا کاربر نهایی است که اطمینان حاصل کند مقادیر گزارش‌شده برای عدم‌قطعیت توسعه‌یافته معتبر بوده و با شرایط واقعی اندازه‌گیری سازگارند.

جدول 1 — عدم قطعیت‌های قابل‌دستیابی برای اندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز)

¹ اندازه‌گیری تغییر فاز الزامی نیست.

² شرایط مرجع پیشنهادی مطابق با ISO 16063-21:2003-11:1999، بند 2:

فرکانس‌ها (بر حسب هرتز): 160، 80، 40، 16 یا 8

یا بسامد زاویه‌ای بر حسب رادیان بر ثانیه: 1000، 500، 250، 100 یا 50

شتاب بر حسب m.s² مقدار دامنه یا مؤثر: 100، 50، 20، 10، 5، 2 یا 1

یادآوری: عدم قطعیت‌های توسعه‌یافته ارائه‌شده در این جدول به‌صورت نمونه (مثلاً 1%) بر اساس برآورد واقعی عدم قطعیت محاسبه شده‌اند، همان‌طور که در پیوست D به‌عنوان یک نمونه آمده است (عدم قطعیت توسعه‌یافته نمونه‌ای برابر با 0.84%).

4 الزامات تجهیزات و شرایط محیطی

4.1 کلیات

نمونه‌هایی که در این بند به آن‌ها اشاره شده همان‌هایی هستند که در بند 3 توصیف شده‌اند.

اگر مشخصات پیشنهادی زیر برای هر مورد رعایت شود، عدم قطعیت‌های ذکرشده در بند 3 باید در بازه فرکانسی قابل استفاده، بسته به عدم قطعیت کالیبراسیون سنسور مرجع و ویژگی‌های پاسخ سنسور مرجع و سنسور تحت کالیبراسیون، دست یافتنی باشند. البته ترکیب‌های دیگری از الزامات نیز ممکن است به همین حد از عدم قطعیت برسند.

در برخی موارد، ممکن است لازم باشد تجهیزات ویژه‌ای برای دستیابی به عدم قطعیت توسعه‌یافته در فرکانس‌های کمتر از 1 Hz  استفاده شود. مستندسازی عدم قطعیت توسعه‌یافته به روش‌های پیوست A الزامی است.

4.2 شرایط محیطی

شرایط باید به ‌شرح زیر باشند:

4.3 سنسور مرجع

ترجیحاً باید سنسور مرجع همراه با تقویت‌کننده‌اش کالیبره شود.

الف) مثال 1

سنسور باید با یکی از روش‌های اولیه مناسب یا با مقایسه با سنسوری که با یکی از روش‌های اولیه مناسب (مطابق ISO 16063-21:2003-11 یا سایر بخش‌های مرتبط) کالیبره شده است و دارای عدم قطعیت توسعه‌یافته ±0.5% (برای اندازه) و ±0.5% (برای تغییر فاز) در یک فرکانس مرجع انتخاب‌شده است، کالیبره گردد.

ب) مثال 2

سنسور باید با روش‌های مناسب و شناخته‌شده که قابلیت ردیابی به یک سنسور مرجع را دارند، کالیبره شود و دارای عدم قطعیت کمتر از %2 (برای اندازه) و °2 (برای تغییر فاز) در فرکانس و شتاب مرجع انتخاب‌شده باشد.

عدم قطعیت‌ها همان‌هایی هستند که هنگام محاسبه عدم قطعیت‌های توسعه‌یافته با استفاده از (k = 2) به دست می‌آیند. مقادیر بالاتر عدم قطعیت در فرکانس‌های زیاد و کم پذیرفته می‌شود.

سنسور مرجع ممکن است از نوع موسوم به «پشت ‌به ‌پشت» (Back-to-Back) باشد که برای نصب مستقیم سنسور تحت کالیبراسیون بر روی آن در پیکربندی پشت ‌به‌ پشت (مطابق شکل 1) طراحی شده است.

همچنین می‌تواند سنسوری باشد که با اتصالات معمول نصب، در زیر یک فیکسچر در راستای سنسور تحت کالیبراسیون قرار می‌گیرد. استفاده از روش نصب کنار ‌به ‌کنار (Side-by-Side) توصیه نمی‌شود، زیرا اغلب باعث ایجاد حرکات نوسانی می‌شود که در بسیاری از موارد منجر به خطاهای بزرگ می‌گردد.

در کالیبراتورها، سنسور مرجع ممکن است بخشی یکپارچه از یک عنصر متحرک باشد.

4.4 — تجهیزات تولید ارتعاش

این تجهیزات باید با الزامات جدول 2 مطابقت داشته باشند.

جدول 2 — الزامات تجهیزات تولید ارتعاش

توضیحات:

• نویز فقط زمانی اهمیت دارند که درون پهنای باند اندازه‌گیری استفاده‌شده قرار گیرند.
• برای هر ترکیبی از فرکانس، شتاب و بار که در طول کالیبراسیون استفاده می‌شود، اندازه شتاب‌های عرضی، خمشی و نوسانی، همهمه و نویز باید با عدم قطعیت‌های ارائه‌شده در بند ۳ سازگار باشد.
• کرنش استاتیک یا دینامیک که از طریق سطوح نصب به سنسور وارد می‌شود نباید به شکلی غیرقابل‌قبول بر نتیجه کالیبراسیون تأثیر بگذارد.

شرایط سطح نصب

تمام سطوح نصب بین هر دو سنسور مقایسه‌شده باید همترازی و زبری مطابق با مشخصات مناسب کاربرد داشته باشند. اگر بالاترین بازه فرکانسی استفاده شود، رعایت تلرانس‌های دقیق ضروری است.

سطحی که سنسور روی آن نصب می‌شود باید دارای مقدار زبری، که به‌صورت انحراف میانگین حسابی (Ra) بیان شده، کمتر از ۱ میکرومتر باشد. همترازی سطح باید به‌گونه‌ای باشد که بین دو صفحه موازی به فاصله  5 µ، در ناحیه متناظر با بیشینه سطح نصب، قرار گیرد.

سوراخ رزوه‌زنی‌شده برای اتصال سنسور تحت کالیبراسیون باید دارای تلرانس عمودیت کمتر از 10 μm نسبت به سطح نصب باشد.

به بیان دیگر، محور مرکزی سوراخ باید در یک ناحیه استوانه‌ای با قطر 10 μm و ارتفاع برابر با عمق سوراخ قرار گیرد.

سطح نصب دستگاه شیکر ارتعاش باید بر جهت حرکت عمود باشد. هرگونه انحراف از عمودیت باید در بودجه عدم قطعیت اندازه‌گیری لحاظ شود (به پیوست A مراجعه کنید).

شکل 1 — نمونه‌ای از یک سامانه اندازه‌گیری برای کالیبراسیون ارتعاش از طریق مقایسه با یک سنسور مرجع

کلید شماره‌گذاری:

1. شیکر (Exciter)
2. تقویت‌کننده‌ها (Amplifiers)
3. تقویت‌کننده توان (Power amplifier)
4. مولد فرکانس و نشان‌دهنده (Frequency generator and indicator)
5. سنسور مرجع (Reference transducer)
6. سنسور تحت کالیبراسیون (Transducer to be calibrated)
7. ولت‌متر (Voltmeter)
8. دستگاه اندازه‌گیری اعوجاج برای بررسی‌های گاه‌به‌گاه (Distortion meter for occasional checks)
9. اسیلوسکوپ برای بررسی بصری (اختیاری) (Oscilloscope for visual inspection – optional)
10. دستگاه اندازه‌گیری فاز (اختیاری) (Phase meter – optional)

یادداشت1

مولدهای چندسیگنال، سینوسی یا تصادفی را می‌توان همراه با آنالایزرهای فرکانس به‌کار برد. به‌طور معمول، آنالایزرهای تبدیل فوریه سریع (FFT) برای سیگنال‌های تصادفی و چندسیگنال استفاده می‌شوند و برای سیگنال‌های سینوسی منفرد، از آنالایزرهای پاسخ فرکانسی (FRA) یا آنالایزرهای همبستگی تک‌سینوسی بهره گرفته می‌شود. در این روش، اعوجاج معمولاً اهمیت چندانی ندارد؛ به همین دلیل، استفاده از آنالایزرها نسبت به ولت‌مترهای RMS پهن‌باند ترجیح داده می‌شود، زیرا ولت‌مترهای پهن‌باند با وجود دقت بنیادی بالاتر، به اعوجاج و سیگنال‌های خارج از فرکانس اندازه‌گیری حساس هستند. اندازه‌گیری انسجام (Coherence) می‌تواند برای ارزیابی کافی‌بودن نسبت سیگنال به نویز و خطی‌بودن حسگرها در محدوده‌های تعیین‌شده به‌کار رود، به‌ویژه زمانی که میانگین‌گیری طیفی انجام می‌شود. در تحریک تصادفی و با ۶۴ بار میانگین‌گیری، حداقل انسجام قابل‌قبول مشخص خواهد شد. مقدار ضریب انسجام تا ۰.۹۸ تضمین می‌کند که خطاهای ناشی از نسبت سیگنال به نویز و رفتار غیرخطی، در یک اندازه‌گیری دوکاناله، کمتر از ۹٪ باقی بماند. در موارد نادر، تحریک پهن‌باند ممکن است به دلیل رفتار غیرخطی شیکر یا سنسور در فرکانس‌های دیگر، ارتعاشات ناخواسته (عرضی) یا خروجی‌های اضافی در فرکانس اندازه‌گیری ایجاد کند.

یادداشت 2

اقلام ذکرشده در بندهای 3.4  و 4.4 می‌توانند در یک دستگاه کالیبراتور ادغام شوند.

4.5 — تجهیزات اندازه‌گیری ولتاژ

دو پیکربندی جایگزین مدنظر است:

الف) یک ولت‌متر تکی که مقدار RMS واقعی را در خروجی تقویت‌کننده سنسور اندازه‌گیری می‌کند استفاده می‌شود.

خروجی‌های سنسور مرجع و سنسور تحت کالیبراسیون به‌ترتیب اندازه‌گیری می‌شوند و خروجی سنسور مرجع دست‌کم دو بار قرائت می‌شود.

این تجهیزات باید الزامات مندرج در جدول 3 را برآورده سازند.

جدول 3 — تجهیزات اندازه‌گیری ولتاژ — ولت‌متر تکی

یادداشتآخرین سطر، تکرارپذیری اندازه‌گیری را توصیف می‌کند. این پارامتر فراتر از تکرارپذیری خود ولت‌متر بوده و به‌عنوان یک الزام کلی در نظر گرفته می‌شود.

ب) ابزاری که نسبت ولتاژ بین خروجی‌های تقویت‌کننده سنسور‌ها را اندازه‌گیری می‌کند استفاده می‌شود. این تجهیزات باید ویژگی‌های مشخص‌شده در جدول 4 را داشته باشند.

جدول 4 — تجهیزات اندازه‌گیری ولتاژ

4.6 — تجهیزات اندازه‌گیری اعوجاج

تجهیزات اندازه‌گیری اعوجاج (با کاربرد محدود، به یادداشتمراجعه شود) باید قادر به اندازه‌گیری اعوجاج هارمونیک کل در بازه 1٪ تا 10٪ بوده و ویژگی‌های جدول 5 را دارا باشند.

جدول 5 — تجهیزات اندازه‌گیری اعوجاج

یادداشت اندازه‌گیری اعوجاج تنها برای کالیبراسیون با تحریک سینوسی مورد نیاز است و بخشی از رویه استاندارد نیست. این کار برای ارزیابی اولیه عملکرد تجهیزات تولید ارتعاش و سپس در فواصل مناسب یا در صورت وجود تردید در کیفیت نتایج انجام می‌شود.

4.7 — اسیلوسکوپ

یک اسیلوسکوپ یا نمایشگر مشابه می‌تواند برای بررسی شکل‌موج‌های سیگنال‌های سنسور به کار رود.

استفاده از آن به‌شدت توصیه می‌شود اما الزامی نیست.

4.8 — تجهیزات اندازه‌گیری تغییر فاز

این تجهیزات باید دارای ویژگی‌های مشخص‌شده در جدول ۶ باشند.

جدول 6 — اندازه‌گیری تغییر فاز

5 — کالیبراسیون

5.1 — دامنه‌ها و فرکانس‌های ترجیحی

شش فرکانس، هرکدام با شتاب متناظر (دامنه یا مقدار RMS) و به طور یکنواخت پوشاننده بازه اندازه‌گیری، باید انتخاب شوند.

انتخاب باید ترجیحاً از مجموعه‌های زیر باشد:

الف) شتاب (m.s²):

• 1، 2، 5، 10 یا ضرایب ده‌ برابری آن‌ها

اگر از سیگنال‌های پهن‌باند استفاده شود، این مقادیر مربوط به کل مقادیر RMS خواهند بود.

ب) فرکانس:

• انتخاب از سری فرکانسی یک‌سوم اُکتاو استاندارد (مطابق ISO 266)

اگر از سیگنال‌های پهن‌باند استفاده شود، بازه مورد نظر باید در یک یا چند عملیات کالیبراسیون پوشش داده شود.

توضیح: مقادیر انتخابی بهتر است همان‌هایی باشند که در کالیبراسیون سنسور مرجع استفاده شده است. اگر سنسور تحت کالیبراسیون در فرکانس‌ها و شتاب‌هایی متفاوت از فرکانس‌ها و شتاب‌های کالیبراسیون سنسور مرجع اندازه‌گیری شود، باید مشخصه‌های سنسور مرجع در همان شرایط ارزیابی شود. بخش عدم قطعیت حاصل باید در بودجه‌ی عدم قطعیت لحاظ شود (به پیوست A مراجعه کنید).

5.2 — الزامات اندازه‌گیری

هنگامی که کالیبراسیون با یک چیدمان جدید یا یک سنسور تازه انجام می‌شود، لازم است فرآیند چندین بار تکرار شود تا از تکرارپذیری کافی اطمینان حاصل گردد. همچنین باید مطمئن بود که حرکت کابل و کرنش پایه تأثیر قابل‌توجهی بر نتایج اندازه‌گیری، به‌ویژه در فرکانس‌های پایین، ایجاد نکنند. برای ارزیابی این اثرات می‌توان محل اتصال کابل یا وضعیت نصب سنسور را تغییر داد و تغییرات حاصل در نتایج اندازه‌گیری یا اعوجاج هارمونیک را ثبت کرد. اگر حساسیت یا اعوجاج به‌دست‌آمده تنها تغییرات اندکی نسبت به مقادیر کالیبراسیون داشته باشد، این اثرات قابل‌چشم‌پوشی‌اند؛ البته به شرطی که وضعیت نصب سنسور تکرارپذیر باقی بماند. این موضوع از طریق بازنصب سنسور و اندازه‌گیری حساسیت پس از هر بار بستن مجدد قابل بررسی است.

چنانچه سنسور تحت آزمون همراه با تقویت‌کننده یا پیش‌تقویت‌کننده مشخصی کالیبره نشود، باید بهره و پاسخ فرکانسی مجموعه کامل (در اندازه و در صورت نیاز، تغییر فاز) به‌طور جداگانه تعیین شود. حساسیت تجهیزکننده سیگنال یا تقویت‌کننده‌ای که همراه سنسور استفاده می‌شود نیز باید در تمام فرکانس‌های اندازه‌گیری، با روشی قابل‌ردیابی، مشخص گردد. همین الزام برای سنسور مرجع (به‌همراه تقویت‌کننده) نیز برقرار است.

اگر در آزمون‌ها تغییراتی فراتر از حد قابل‌قبول نسبت به عدم‌قطعیت هدف مشاهده شود، باید با انجام تعداد کافی اندازه‌گیری تکراری، این تغییرات کمی‌سازی شده و برآورد معتبری از واریانس به‌دست آید. این عدم‌قطعیت اضافی باید در بیانیه نهایی عدم‌قطعیت درج شود. اهمیت این موضوع زمانی بیشتر است که اندازه‌گیری‌ها در همان فرکانس‌ها و دامنه‌هایی که سنسور مرجع کالیبره شده، انجام نشده باشند.

5.3 — رویه کالیبراسیون

سطوح تماس سنسور مرجع (یا فیکسچر) و سنسور تحت کالیبراسیون باید پیش از نصب به‌دقت بررسی شوند تا اطمینان حاصل شود که این سطوح عاری از براده، خراش، تغییر شکل بوده و با الزامات صافی سطح سازنده و مشخصات بند 4 استاندارد تطابق دارند.

سنسور مرجع (طبق بخش 4.4) و سنسور تحت کالیبراسیون باید به‌صورت پشت‌به‌پشت (Back‑to‑Back) یا درخط (In‑Line) روی شیکر نصب شوند. استفاده از شیکرهایی با سنسور مرجع داخلی و ویژگی‌های گشتاوری مناسب نیز مجاز است.

در فرکانس‌های پایین (زیر حدود …)، می‌توان از فیکسچرهای سبک و با خصوصیات دینامیکی شناخته‌شده بین دو سنسور استفاده کرد. اما در فرکانس‌های بالاتر لازم است سنسورها به‌صورت پشت‌به‌پشت مستقیم متصل شوند یا از سنسور مرجع یکپارچه بهره برده شود. نمونه‌ای از دیاگرام بلوکی سامانه کالیبراسیون آزمایشگاهی در شکل ۱ ارائه شده است.

تجهیزاتی مانند ولت‌متر، سلکتور، مولد فرکانس و فازمتر معمولاً با یک آنالایزر دوکاناله یا سامانه مشابهی که امکانات کافی برای تحریک و اندازه‌گیری هم‌زمان دارد، جایگزین می‌شوند. سیگنال خروجی از هر دو سنسور باید ثبت شده و در صورت نیاز پردازش گردد.

اندازه‌گیری‌ها باید به‌گونه‌ای انجام شود که ابتدا پاسخ سیستم در نزدیکی یک فرکانس مرجع ثابت (ترجیحاً حدود …) تنظیم شود؛ سپس فرکانس به مقدار مورد نظر برای کالیبراسیون تغییر یابد. دامنه تحریک باید در حدود … برای شتاب یا دامنه مناسب دیگر متناسب با نوع سنسور انتخاب گردد.

نتایج اندازه‌گیری باید هم به‌صورت مقدار مطلق حساسیت و هم به‌صورت انحراف نسبی (برحسب درصد یا دسی‌بل) گزارش شوند؛ همچنین تغییر فاز نسبت به نقطه مرجع حساسیت باید درج شود.

برای سنسورهایی که با پیچ (Stud) نصب می‌شوند، استفاده از یک لایه بسیار نازک روغن سبک، موم یا گریس میان سطح سنسور و شیکر ضروری است، به‌ویژه در کالیبراسیون‌های فرکانس بالا. الزامات تکمیلی در استاندارد ISO 5348 آمده است.

6 — بیان نتایج

چنانچه سنسور مرجع و سنسور تحت آزمون به یک کمیت ارتعاشی یکسان پاسخ دهند، باید اندازه S₂​ و تغییر فاز  φ2حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سنسور تحت آزمون را با استفاده از فرمول‌های زیر محاسبه کرد:

اندازه: S₂​= S₁​

تغییر فاز: φ₂​=φ_2،1​+φ₁​

که در آن:

• S₂​ — اندازهی حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سنسور تحت آزمون
• X₂— سیگنال خروجی سنسور تحت آزمون
• X₁​ — سیگنال خروجی سنسور مرجع
• S₁— اندازهی حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سنسور مرجع
• φ₂​— تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سنسور تحت آزمون
• φ_2،1— تغییر فاز بین خروجی دو سنسور
• φ₁​​ — تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سنسور مرجع

چنانچه دو سنسور کمیت‌های ارتعاشی متفاوتی را اندازه‌گیری کنند، حساسیت سنسور تحت کالیبراسیون باید با استفاده از فرمول‌های زیر محاسبه شود:

الف) اگر اندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) شتاب Sa​،φa ​ اندازه‌گیری شده باشد:

اندازه: S_v​=2πfS_a

S_s​=4π²f²S_a​        ​

فاز: φ_v​=φ_a​−90°

φ_s​=φ_a​−180°

ب) اگر اندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) سرعت S_v​،φ_v​ اندازه‌گیری شده باشد:

اندازه: S_s​=2πfS_v ​

فاز: φ_s​=φ_v​−90°

تعاریف:

— S_a​،φ_a​اندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) بر حسب شتاب

— S_v​،φ_v​اندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) بر حسب سرعت

​ — S_s​،φ_sاندازه و تغییر فاز حساسیت مختلط (دامنه و فاز) بر حسب جابجایی

— fفرکانس ارتعاش، بر حسب هرتز (Hz)

توضیح: تغییر فاز تا زمانی که جهت‌ها برای سنسور‌ها، حرکات و سیگنال‌های الکتریکی تعیین نشده‌اند، در بازه 180° نامعین باقی می‌ماند (به ISO 16063-21:2003 1:1998  ، بند 3.3 و پیوست B مراجعه کنید).

برای کالیبراتورهایی که یک یا چند دامنه ثابت در یک یا چند فرکانس ارائه می‌دهند، حساسیت سنسور تحت کالیبراسیون با استفاده از دامنه مشخص‌شده A و خروجی اندازه‌گیری‌شده X از رابطه زیر به‌دست می‌آید:  S=

که در آن A و S باید به یک کمیت ارتعاشی یکسان مربوط باشند.

7 — گزارش نتایج کالیبراسیون

علاوه بر روش کالیبراسیون و تجهیزات به‌کاررفته همراه با تاریخ‌های سررسید کالیبراسیون، حداقل شرایط و ویژگی‌های زیر باید هنگام گزارش نتایج کالیبراسیون بیان شود:

الف) شرایط محیطی، مثال 1:

• دمای سنسور (در صورت اندازه‌گیری)، یا
• دمای هوای محیط و اختلاف دمای تقریبی نسبت به دمای سنسور، اگر دمای سنسور اندازه‌گیری نشده باشد.

ب) شرایط محیطی، مثال 2:

• دمای تقریبی سنسور

ج) تکنیک نصب:

• جنس سطح نصب،
• گشتاور بستن (در صورت نصب با پیچ — اجباری برای مثال ۲ و اختیاری برای مثال ۱) یا نوع چسب مورد استفاده،
• مشخصات اجزای نصب یا آداپتورها (در صورت استفاده)،
• روغن یا گریس یا موم (در صورت استفاده)،
• روش تثبیت کابل،
• جهت‌گیری (عمودی یا افقی).

د) همه تنظیمات تقویت‌کننده (در صورت قابل تنظیم بودن) زمانی که سنسور همراه با سیگنال‌کاندیشنر یا تقویت‌کننده کالیبره می‌شود:

• بهره (Gain)،
• فرکانس‌های قطع و شیب فیلترها.

هـ) نتایج کالیبراسیون:

• مقادیر فرکانس‌های کالیبراسیون و دامنه ارتعاش،
• مقادیر حساسیت (مقدار و تغییر فاز، در صورت اندازه‌گیری)،
• همدوسی (Coherence) اندازه‌گیری (در صورت اندازه‌گیری)،
• عدم قطعیت گسترش یافته کالیبراسیون (محاسبه‌شده بر اساس پیوست A).

و) ضریب پوشش اگر با  (K=2) متفاوت باشد (که متناظر با سطح اطمینان 95% برای یک توزیع نرمال است).