ISO 16063-312009Amd 12025 振动和冲击传感器的校准方法 第31部分横向振动灵敏度的试验 修改件1标准立项发展报告

StandardizationDevelopmentReport:MethodsfortheCalibrationofVibrationandShockTransducers—Part31:TestingofTransverseVibrationSensitivity—Amendment1振动和冲击传感器的校准方法第31部分：横向振动灵敏度的试验修改件1标准立项发展报告摘要振动与冲击传感器的校准精度直接关系到结构健康监测、航空航天装备验证、精密制造质量控制及地震监测等关键领域的数据可靠性与决策有效性。其中，横向振动灵敏度是评价传感器在非轴向激励下响应误差的核心指标，其测试方法的标准化对于提升多轴测量精度具有重要意义。ISO16063-31:2009是国际社会在该领域的基础性技术规范，而ISO16063-31:2009/Amd1:2025修改件则聚焦于校准装置能力验证、非线性效应评估及不确定度评定方法等关键环节的更新与完善。本报告系统梳理了该标准修改件的立项背景、技术修订内容、适用范围及其行业应用价值，分析了修改件对当前振动计量体系与高端制造、航空航天、智能装备等领域检测能力的提升作用。报告指出，该修改件的发布将进一步增强横向振动灵敏度测试结果的可比性与可追溯性，为全球范围内振动传感器校准实验室提供统一、严谨的技术依据，并对促进我国振动计量标准体系与国际接轨产生深远影响。关键词：振动传感器；冲击传感器；横向振动灵敏度；校准方法；国际标准；不确定度评定；修改件Keywords:Vibrationtransducers;Shocktransducers;Transversevibrationsensitivity;Calibrationmethods;Internationalstandards;Uncertaintyevaluation;Amendment1引言振动与冲击测量技术在航空航天、轨道交通、能源装备、精密制造及土木工程等众多领域中发挥着不可替代的作用，传感器作为测量链条的源头环节，其性能优劣直接决定了整体测量数据的可信度。在诸多影响振动传感器测量精度的因素中，横向振动灵敏度——即传感器对垂直于其主轴方向的振动激励的响应特性——是导致测量偏差的系统性误差来源之一。尤其在高精度模态分析、旋转机械故障诊断及多轴振动环境模拟等应用场景中，横向灵敏度的影响不容忽视。为规范和统一横向振动灵敏度的测试方法与评定准则，国际标准化组织（ISO）于2009年发布了ISO16063-31标准，为全球振动计量领域提供了首部专门针对横向振动灵敏度测试的通用技术规范。随着振动校准技术的持续进步、新型传感器结构的不断涌现以及国际比对活动对测试方法提出更高要求，原标准在激励方式适用性、不确定度表达等方面逐步显现出改进空间。在此背景下，ISO启动了该标准的修订工作，并于2025年3月正式发布ISO16063-31:2009/Amd1:2025修改件。本报告就该修改件的立项依据、技术内容、修订要点及应用前景进行系统分析，以期为国内相关技术机构、校准实验室及仪器研发企业提供参考。2标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO16063-31:2009/Amd1:2025||标准名称|振动和冲击传感器的校准方法第31部分：横向振动灵敏度的试验修改件1||英文名称|Methodsforthecalibrationofvibrationandshocktransducers—Part31:Testingoftransversevibrationsensitivity—Amendment1||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||分类号|振动、冲击和振动测量||发布日期|2025年3月5日||国别|国际组织||语种|英语|2.2标准定位与作用ISO16063系列标准是振动与冲击传感器校准领域的核心标准体系，涵盖从灵敏度校准、频率响应校准到不确定度评定等各个环节。其中，第31部分专门针对横向振动灵敏度的试验方法进行规范，是对该系列标准的重要补充和细化。横向振动灵敏度反映的是传感器对垂直于其敏感轴方向振动输入的响应能力。在理想的单轴测量条件下，传感器应对横向振动完全免疫；然而受限于敏感元件的加工精度、封装结构的不对称性以及压电材料的各向异性等因素，实际传感器不可避免地存在一定程度的横向响应。ISO16063-31为量化这一响应特性提供了标准化的试验方法和数据处理规范，是传感器性能评估和质量控制的重要依据。2.3修改件在标准体系中的定位作为对ISO16063-31:2009的补充修订，Amd1:2025在不改变原标准框架结构的前提下，针对近年来国际振动计量领域的研究成果和工程实践反馈，对若干关键技术条款进行了修订和补充。修改件与主标准配套使用，共同构成完整的横向振动灵敏度测试规范体系。3立项背景与修订动因3.1技术发展驱动近年来，振动传感器技术呈现出快速迭代的发展态势。一方面，微机电系统（MEMS）加速度计凭借其体积小、成本低、集成度高等优势，在消费电子、汽车工业及工业物联网中获得了大规模应用；另一方面，高精度压电传感器和光纤振动传感器在航空航天、精密制造和科学研究领域的性能指标不断提升。传感器类型的多样化对横向振动灵敏度测试方法提出了差异化需求。此外，多轴振动测试系统在环境试验和模态分析中的应用日益广泛，对传感器在多维激励下的响应特性评估提出了更高要求。原有的单频正弦激励测试方法在覆盖频段、激励幅值范围及多轴同步激励能力等方面已难以全面满足新型传感器的测试需求。3.2计量比对发现的共性问题国际计量局（BIPM）及区域计量组织近年来组织的多次振动量值国际比对活动中，各参与实验室在横向振动灵敏度测量结果之间存在一定的离散性。分析表明，造成离散的主要原因包括：（1）各实验室使用的测试装置在横向运动抑制能力方面存在差异；（2）传感器的夹具安装方式对测量结果有显著影响；（3）数据处理和不确定度评定方法不一致。上述共性问题需要通过修订标准来提供更加明确的操作指引[^1]。[^1]:依据ISO16063-31修订工作组在国际计量比对数据基础上形成的技术报告。3.3不确定度评定要求的提升ISO/IEC17025:2017《检测和校准实验室能力的通用要求》和ISO16063-1（振动传感器校准通用规范）对校准实验室的不确定度评定提出了日益严谨的要求，强调测量不确定度的合理评定与完整表达。原标准在横向振动灵敏度测量的不确定度来源识别和合成方法方面提供了基本框架，但对于横向运动比例测量不确定度、相位误差影响以及多通道采集系统引入的相关性不确定度等细节问题，尚未给出足够的指导。修改件针对这些薄弱环节进行了补充。3.4国际标准协调一致的需要振动与冲击传感器校准涉及多个国际标准和区域标准的协调问题。IEC60747-14（半导体传感器）和IEEE1451（智能传感器接口）等标准对传感器性能测试提出了不同层面的要求，ISO16063-31的修订有助于消除标准之间的技术冲突和表述不一致，促进全球范围内测试方法和评价准则的统一。4修改件主要技术内容与修订要点4.1整体结构说明Amd1:2025在保持ISO16063-31:2009原有章节框架的前提下，针对以下若干关键技术条款进行了修订与补充。修改内容以技术更新和澄清性说明为主，不涉及对原标准整体框架的调整，确保标准的连续性和兼容性。4.2测试装置能力验证要求的明确化修改件对横向振动测试装置的性能验证提出了更加明确的要求。在原有标准要求的基础上，修改件细化了测试装置横向运动抑制比的验证方法和验证周期，明确了在传感器测试频率范围内需要定期测定装置固有横向共振特性，并给出了针对不同频率区段（低频段、共振频段附近、高频段）的差异化验证建议。这一补充有助于实验室系统识别和量化装置自身不理想性对测试结果的影响。4.3非线性效应影响评估的补充修改件新增了关于传感器横向响应非线性效应影响评估的技术内容。在高幅值横向激励条件下，部分传感器（尤其是MEMS电容式传感器）可能表现出明显的非线性响应特性。修改件建议在横向灵敏度测试中增加不同激励幅值下的比对测试，以评估非线性的影响程度，并在测量结果中予以标注或进行适当修正。同时，修改件补充了横向灵敏度随激励幅值变化的测试数据处理建议。4.4不确定度评定方法的完善修改件对横向振动灵敏度测量的不确定度评定框架进行了重要补充，主要体现在以下方面：-横向运动比例测量不确定度：明确了横向运动比的测量方法及其引入的不确定度分量评定的细化要求；-相位差影响：补充了横向振动信号与主轴参考信号之间的相位关系对灵敏度测试结果的影响分析框架；-多通道采集系统引入的不确定度：给出了多通道并行采集时通道间幅值一致性和相位一致性对合成不确定度贡献的评估方法；-夹具安装重复性：明确了夹具安装位置和预紧力矩变化导致的测量重复性评估方法。4.5试验报告中信息完整性的补充修改件在试验报告的要求部分进行了扩展，增加了需报告的补充信息项。除保留原有报告要求外，还需包含测试装置的横向运动抑制比验证记录、非线性效应评估结果及相关不确定度分量明细等，这些补充信息将有助于用户全面评判测试结果的可靠性和适用性。5标准的适用性与行业应用价值5.1适用的传感器类型本修改件适用于各类振动和冲击传感器，包括但不限于压电式加速度计、压阻式加速度计、电容式MEMS加速度计、速度传感器及位移传感器等。需特别指出的是，修改件对MEMS传感器在横向灵敏度测试中的注意事项给予了专门考虑，并提供了相应的技术指引。对于新近发展的光纤振动传感器，其测试方法框架与ISO16063-31的基本原则一致。5.2目标应用领域-振动计量与校准实验室：标准为各级计量技术机构开展横向振动灵敏度校准服务提供了统一的技术准则，是实验室能力建设和质量体系运行的核心技术依据。-传感器研发与制造企业：为传感器设计和生产过程中的横向灵敏度控制提供了标准化的检验方法，有助于企业建立内部质量控制体系，提升产品的一致性和可靠性。-航空航天与国防工业：振动传感器广泛用于飞行器结构健康监测和发动机振动监控，横向灵敏度指标直接影响测量数据的真实性，标准为相关传感器的验收和周期检验提供了依据。-智能装备与工业物联网：状态监测系统中大量使用低成本的MEMS加速度计，修改件中对非线性评估和补充测试要求的完善，有助于提升大规模设备监测数据的可比性和可靠性。5.3对提升测试结果可比性的意义修改件通过明确装置验证、非线性评估和不确定度评定的细化要求，将有效提高不同实验室之间横向振动灵敏度测试结果的一致性和可比性。这对于国内外振动量值的统一具有积极意义，也为传感器跨区域、跨领域的互认提供了更加坚实的技术基础。6标准发布机构与主要参与单位介绍6.1国际标准化组织（ISO）ISO是全球最大的非政府性国际标准化组织，成立于1947年，总部位于瑞士日内瓦。截至目前，ISO拥有来自170多个国家的国家标准机构成员，已发布超过25000项国际标准，覆盖几乎所有技术领域。ISO下设的技术委员会TC108（机械振动、冲击和状态监测）负责振动与冲击领域的标准化工作，其下属的SC3分技术委员会（振动与冲击测量仪器的使用和校准）具体承担ISO16063系列标准的制修订工作。该系列标准是振动计量领域最具影响力的国际标准之一，被全球各国计量机构和企业广泛采用。6.2主要参与单位工作贡献中国计量科学研究院（NIM）作为ISO/TC108/SC3的积极成员和国内归口技术支撑单位，深度参与了ISO16063系列标准的制修订工作。在ISO16063-31:2009/Amd1:2025修改件的制定过程中，中国计量科学研究院承担了以下主要工作：-比对数据贡献：参与了国际计量比对项目，为修改件中涉及测试装置验证和不确定度评估的技术修订提供了重要的实验数据和比对结果分析；-技术提案：依据国家重大科学仪器专项中关于高性能加速度计横向灵敏度校准技术的研究成果，向ISO/TC108/SC3提交了关于提高横向灵敏度测量精度的多项技术提案；-MEMS传感器测试方法支撑：结合国内MEMS振动传感器产业发展需求，开展了大量针对MEMS加速度计横向灵敏度的系统性测试研究，为修改件中涉及非线性评估和补充测试要求的内容提供了有力的数据支撑；-标准工作组召集与协调：积极参与标准工作组的议题讨论和技术协调工作，推动各成员国在装置横向运动抑制比验证方法、相位影响评估等关键技术议题上达成共识。此外，中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所（中航304所）、中国工程物理研究院以及国内多家省级计量科学研究院在标准修订过程中也提供了振动校准装置的关键技术参数和应用验证数据，为修改件相关技术内容的完善提供了重要支撑。7结论与展望ISO16063-31:2009/Amd1:2025的发布是振动与冲击传感器校准领域的一项重要技术进展。修改件在保持原标准框架连续性的前提下，针对测试装置能力验证、非线性效应评估、不确定度评定方法及试验报告信息完整性等关键环节进行了有针对性的技术修订与补充，回应了近年来振动计量领域的技术发展需求和工程实践中发现的共性问题。修改件的实施将产生以下积极影响：一是有助于提升全球范围内横向振动灵敏度测试结果的一致性和可比性。通过明确装置验证方法和不确定度评定细则，将有效压缩不同实验室之间的测量差异，推动振动量值的国际统一。二是为新型传感器的性能评估提供更加完善的技术依据。特别是对MEMS传感器非线性效应评估要求的补充，回应了当前传感器技术发展的现实需求。三是为我国振动计量标准体系建设和实验室能力提升提供了重要参考。建议国内相关技术机构密切关注修改件的实施动态，适时开展标准宣贯和技术培训，推动修改件要求在我国的落地实施。四是为我国振动传感器产业的质量提升提供技术支撑。企业可参照修改件的最新要求完善内部测试体系，提升产品的横向灵敏度指标控制水平，增强国际竞争力。展望未来，随着振动测试技术向宽频带、大量程、多轴同步方向不断发展，ISO16063-31标准的持续修订和完善仍将是振动计量领域的重要工作方向。