Вибрация

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА

Средства измерений

ISO 8041:2005
Human response to vibration - Measuring instrumentation
IDT

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 № 29 от 24 июня 2006 г.)

За принятие проголосовали:

(Поправка. ИУС 7-2009 г.)

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 (IDT)

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 декабря 2007 г. № 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»

Содержание

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения - 2008-07-01

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

                                                          (1)

где a_w(ξ) - текущее значение корректированного ускорения (поступательного или углового) как функция времени ξ;

Т - период измерений.

3.1.5.2 уровень корректированного ускорения L_w: Уровень среднеквадратичного значения корректированного ускорения, дБ, определяемый формулой

                                                                       (2)

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,θ(t): Среднеквадратичное значение корректированного ускорения в момент времени t, определяемое формулой

                                                   (3)

где a_w(ξ) - текущее значение корректированного ускорения в момент времени ξ;

θ - период интегрирования;

t - текущее время.

Примечание - В качестве аппроксимации линейного усреднения может быть использовано экспоненциальное усреднение, определяемое формулой

                                            (4)

где τ - 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 θ, равного 1 с.

3.1.5.5 доза укачивания MSDV: Величина, представляющая собой интеграл квадрата корректированного ускорения a_w(t), выражаемая в м/с^1,5 и определяемая формулой

                                                      (5)

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

                                                           (6)

где Ф - общее время воздействия вибрации¹⁾.

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

                                                 (7)

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 измерения²⁾.

¹⁾ В ГОСТ 12.1.012-90 и ряде других нормативных документов доза вибрации была обозначена символом D и имела другое определение. Следует избегать путаницы между величинами D (которую теперь для оценки воздействия вибрации не применяют) и VDV.

²⁾ 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(ξ) - текущее значение поступательного или углового корректированного ускорения в момент времени t или ξ;

t, ξ - 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;

τ - постоянная времени экспоненциального усреднения (интегрирования);

θ - период интегрирования (линейного);

MTVV - максимальное кратковременное среднеквадратичное значение;

MSDV - доза укачивания;

VDV - доза вибрации;

∆φ - 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

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

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