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中國計量校準成功解決高加速度振動量值溯源問題

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中國計量校準成功解決高加速度振動量值溯源問題
日前,由中國計量校準科學承擔的科研項目“諧振式高加速度振動儀器校準標準裝置建立”順利通過專家驗收。該項目成功建立了包括諧振式振動發生系統、控制系統和激光絕對法測量系統在內的高加速度振動標準裝置,在國際上首次實現了最高10000 m/s2的振動加速度準確測量,測量不確定度突破了0.5%(k=2),整體技術水平優于國外同類裝置。該裝置的建立滿足了我國高端動力裝備關鍵部件的性能測試、先進傳感器制造等領域對高加速度振動量值的準確溯源需求,標志著我國高加速度振動參數測量不再受制國外。
      儀器校驗共振導致的疲勞損傷是引起航空發動機、燃汽輪機等高端動力裝備關鍵零部件失效的主要機制之一,而此類共振通常具有較大的振動加速度——用于航空發動機測試的加速度傳感器測量范圍需達到4900 m/s2,航空發動機高壓級壓氣機葉片的工作加速度幅值更是高達10000 m/s2以上。然而,此類高加速度振動量值無法在國內進行溯源,導致飛機零部件疲勞試驗和計量認證等長期受制于國外,嚴重制約了我國高技術含量、高國際競爭力的核心產品的開發與貿易。解決振動疲勞測試領域高加速度振動量值的傳遞問題迫在眉睫。
      為此,中國計量院圍繞高加速度振動量值的發生、控制和高精度測量技術展開了深入研究。經過多年努力,由中國計量院力聲所振動與重力實驗室蔡晨光副研究員領銜的項目組基于諧振放大原理,創新性地提出了“直推諧振梁固支端”的設計,解決了諧振梁附加阻尼的影響,成功研制了最大加速度10000 m/s2的諧振式高加速度振動發生裝置;采用諧振頻率迭代識別的方法,解決了諧振梁共振頻率的實時跟蹤問題,建立了諧振式高加速度振動控制系統,實現了高加速度振動的精確控制;儀器計量采用帶通采樣和奈奎斯特采樣結合的技術,解決了高加速度振動量值的絕對法測量問題,實現了17.9 Hz~2968 Hz頻率范圍內外差激光干涉信號的直接采集和解調,建立了絕對法高加速度振動測量和校準系統。
      項目組研制的諧振式高加速度振動發生裝置、控制系統、激光絕對法測量系統,實現了高加速度振動標準裝置的全部配套,頻率范圍、最大加速度、測量不確定度等技術指標均優于國外同類裝置。該裝置已經應用于新型航空發動機葉片測試設備和傳感器的校準和測試,為我國航空發動機葉片測試中加速度高達10000 m/s2的振動量值提供了準確溯源。

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