10.09.2004
Die Kalibrier- und Messmöglichkeiten der Arbeitsgruppe Beschleunigung sind in letzter Zeit in den Richtungen Messbereichserweiterung und Genauigkeitsverbesserung beträchtlich ausgebaut worden [1]. Für den Betrag des komplexen Übertragungskoeffizienten von Beschleunigungsaufnehmern hat die PTB ihre einmaligen Messmöglichkeiten kürzlich im internationalen Schlüsselvergleich für die Messgröße Beschleunigung nachgewiesen (relative Abweichungen 1·10-3 vom jeweiligen Referenzwert im Frequenzbereich 40 Hz bis 5 kHz des Vergleiches) [2].
Für Phasenmessungen mit Laser-Interferometrie sind Vergleichsmessungen im internationalen Rahmen erstmalig zwischen der PTB und dem nationalen Metrologie-Institut Südafrikas (CSIR-NML) durchgeführt worden (Frequenzbereich 10 Hz bis 10 kHz) [3]. Ein repräsentatives Ergebnis in Bild 1 bestätigt die Einhaltung der von der PTB spezifizierten Messunsicherheit 0,5° bis 1° (frequenzabhängig) - die Abweichungen der PTB-Ergebnisse von den zugehörigen Referenzwerten (gewichteter Mittelwert beider Laboratorien) sind in allen Fällen kleiner als 0,5°. Auch wird deutlich, dass Beschleunigungsaufnehmer bereits weit unterhalb ihrer Resonanzfrequenz (im Beispiel 40 kHz) signifikante Phasenverschiebungen aufweisen. Mit der üblichen Modell-Annahme eines Schwingungssystems zweiter Ordnung (3-Parameter-System) lässt sich der Phasenverlauf nur ungenau beschreiben (siehe berechneter Verlauf).
Bild 1: Ergebnisse von Vergleichsmessungen der Phasenverschiebung eines Beschleunigungsaufnehmer-Normals (berechneter Verlauf beschreibt idelales Schwingungsaufnehmer-Modell zweiter Ordnung)
Zur genauen Phasenbestimmung steht das von der PTB in die internationale Norm ISO 16063-11 [4] eingebrachte "Sinusausgleichs-Verfahren" in drei Versionen zur Verfügung, die bei den Vergleichsmessungen Anwendung fanden:
- Homodyn-Interferometer mit Ausgangssignalen in Quadratur (Wegmessung)
- Heterodyn-Interferometer mit Ausgangssignalen in Quadratur (Wegmessung)
- Heterodyn-Interferometer mit Zeitintervallanalysator (Geschwindigkeitsmessung)
Genutzt werden die fortgeschrittenen Messmöglichkeiten z.B. für die Phasen-Kalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern, die in Kalibrierlaboratorien des Deutschen Kalibrierdienstes (DKD) als Referenznormale Anwendung finden und periodisch in der PTB mit hoher Genauigkeit kalibriert werden müssen. Verschiedene DKD-Kalibrierlaboratorien haben kürzlich modernste käufliche Kalibriertechnik eingeführt, um den erhöhten Anforderungen der Industrie an Amplituden- und Phasenkalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern Rechnung zu tragen (Anwendung z.B. für Modalanalysen mechanischer Strukturen und für Bewegungsregelungen). Die PTB hat ihren daraus folgenden Verpflichtungen durch Bereitstellung hochgenauer Mess- und Kalibriermöglichkeiten zur Rückführung auf adäquate nationale Normale entsprochen.
[1] v. Martens, H.-J., Link, A., Schlaak, H.-J., Täubner, A., Wabinski, W., Göbel, U.: Recent advances in vibration and shock measurements and calibrations using laser interferometry. SPIE Volume 5503 (2004), 1-19
[2] v. Martens, H.-J., Elster, C., Link, A ., Täubner, A., Wabinski, W.: Final report on key comparison CCAUV.V-K1, Metrologia 40 (2003), Tech. Suppl. 9001
[3] Veldman C.S., v. Martens H.-J.: Final report on supplementary comparison SADCMET.AUV.V-S1. Metrologia 41 (2004) Tech. Suppl.
[4] ISO 16063-11 Methods for the calibration of vibration and shock transducers - Primary vibration calibration by laser interferometry
Ansprechpartner:
Dr. H.-J. v. Martens, FB 1.3, AG 1.31, E-mail: hans-juergen.v.martens@ptb.de