徐愛華，王健，許穎

(湖北省計量測試技術研究院，湖北武漢430223)

1 基樁動測法的工作原理

基樁動測儀在工作中是利用傳感器連接在待測樁上，給樁頭一個激勵信號，產(chǎn)生入射波及缺陷(包括樁底)的反射波，基樁動測儀會顯示出采集的波形信號，測樁人員根據(jù)波形特征對樁的特點缺陷進行判定。日常校準時通常使用比較法，用比較法中頻振動標準裝置進行，測量系統(tǒng)結構示意圖如圖1。

圖1 振動比較法測量系統(tǒng)結構示意圖

傳感器與標準傳感器背靠背地安裝于標準振動臺中心，基樁動測儀進行正確設置后，采集到信號波形，人工讀取動測儀信號的幅值和頻率，判斷是否符合規(guī)程要求。

2 動測儀自動校準方法設計

傳統(tǒng)校準利用中頻振動標準裝置給出標準正弦信號，動測儀采集到的是連續(xù)的正弦信號，而現(xiàn)場動測儀測樁的過程中，采集到的是沖擊波形，實現(xiàn)了基樁動測儀的自動校準系統(tǒng)后，標準裝置既可以給出連續(xù)的正弦振動又可以給出模擬現(xiàn)場測樁時的沖擊信號。

自動校準系統(tǒng)的主要框架就是以計算機為核心，利用數(shù)采設備(集成了信號發(fā)生器、多通道同步數(shù)據(jù)采集卡)、適調放大器、標準振動臺和功率放大器搭建一個計算機控制系統(tǒng)，計算機發(fā)出指令讓振動臺起振，起振波形模擬基樁動態(tài)測量儀實際測試時的振動波形，標準傳感器檢測輸出振動臺的振動物理信息，計算機采集到標準傳感器的信號，得到振動臺的實時振動狀態(tài)。同時，基樁動測儀進行正確設置后，采集到信號波形，并輸入計算機，計算機對采集到的振動波形與標準傳感器采集的波形進行比較分析運算，測得系統(tǒng)的靈敏度、頻率響應、幅值非線性度、時間示值誤差、頻率示值誤差、系統(tǒng)噪聲電壓、通道一致性、通道干擾等指標，實現(xiàn)基樁動測儀的自動校準，校準示意圖如圖2。

圖2 基樁動測儀的自動校準示意圖

3 基樁動測儀幅值不確定度的評定

根據(jù)基樁動測儀的校準過程，標準裝置輸出正弦振動，標準加速度為(有效值)10.0 m/s2，被?；鶚秳訙y儀的系統(tǒng)靈敏度為10.0mV/(m/s2)，基樁動測儀幅值相應指示值為ax，被測幅值與各分量的函數(shù)關系為

式中:an為動測儀應輸出的標準值;ax為被?；鶚秳訙y儀的幅值示值。式(1)中各分量互不相關。

3.1 由標準傳感器套組和振動臺引入的不確定度u1

檢定證書給出了傳感器套組的不確定度160 Hz時，U=0.5%，k=2，通頻帶時U=1%，k=2，則

160 Hz時，u11=0.5%/2×141.4=0.354(mV)

其余頻點時，u12=1%/2×141.4=0.707(mV)

3.2 由信號采集模塊引入的測量不確定度分量u2

用B類標準不確定度評定。

上一級檢定給出的測量結果不確定度為U=0.1%，k=2，則

3.3 基樁動測儀示值誤差引入的測量結果不確定度分量u3

用A類標準不確定度評定。

由基樁動測儀的非線性、零點漂移引起的誤差，可從重復性測量中的數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計分析的方法，計算其實驗標準差作為其標準不確定度分量。

對被檢基樁動測儀在其頻響范圍內在全頻段選擇不少于7個頻率點進行檢測，找出某一頻率點上其變化較大，對該頻率點進行多次重復檢測，得到一組數(shù)據(jù)如表1。

表1 單次測量數(shù)據(jù)

表2 測量平均值的不確定度

3.4 噪聲、諧波失真、安裝參數(shù)引入的標準不確定度分量u4

干擾噪聲會對振動臺和信號采集的數(shù)值影響引入的誤差為±0.2%，認為是均勻分布，故引入的標準不確定分量為

標準振動臺收到計算機給出的指令后，不會馬上產(chǎn)生純正正弦振動，存在諧波失真，加速度諧波失真度小于5%，均勻分布，因此標準不確定分量為

扭矩、電纜的固定以及剛性連接等安裝參數(shù)對輸出測量的影響而引入的標準不確定度分量為

由此，得到其他影響量的不確定度

3.5 擴展不確定度的計算

以上分析的各分量相互獨立，可計算出合成標準不確定度，見表3。

根據(jù)JJG 930-1998《基樁動態(tài)測量儀檢定規(guī)程》中頻率響應特性的規(guī)定，通常在20～2000 Hz頻率范圍內對基樁動測儀頻率響應特性進行校準，其測量不確定度見表4。

表3 合成標準不確定度

表4 頻響范圍內的擴展不確定度

4 結論

在基樁動測儀的檢定校準中，傳統(tǒng)的手工校準不能滿足日益增長的工作需要，自動化校準代替手工校準可減少計量人員的工作量，提高工作效率，測試自動化已成必然趨勢，建立基樁動測儀自動校準裝置不僅可以校準測量系統(tǒng)，也可以校準軟件分析系統(tǒng)，為產(chǎn)品的開發(fā)設計提供參考依據(jù)?；鶚秳訙y儀幅值不確定度的評定是對校準值的補充，基樁動測儀的頻響范圍內，給出不同誤差值，對用戶根據(jù)不同的檢測環(huán)境分析動測儀的采樣值有現(xiàn)實意義。

［1］中華人民共和國建設部.JG/T 3055-1999基樁動測儀［S］.北京:中國標準出版社，1999.

［2］劉愛東，于梅.振動自動校準系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)［J］.計量學報，2009，30(2):141-143.

［3］于梅，孫橋.振動比較法校準中加速度計靈敏度幅值校準不確定度的評估［J］.中國計量，2005(6)，67-70.

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