《振动与冲击传感器校准方法第45部分：内置校准线圈的传感器的现场校准》发展报告

EnglishTitle:DevelopmentReportonMethodsfortheCalibrationofVibrationandShockTransducers—Part45:In-situCalibrationofTransducerswithBuilt-inCalibrationCoil

摘要

本报告旨在系统阐述国家标准《振动与冲击传感器校准方法第45部分：内置校准线圈的传感器的现场校准》的立项背景、核心内容及其对行业发展的深远意义。内置校准线圈（亦称“自标定线圈”）技术作为一种便捷的传感器现场校准手段，已在我国地震监测、工程振动等领域应用超过三十年，为解决超低频、大动态范围传感器的校准难题提供了有效途径。然而，长期以来，该方法缺乏统一的、可溯源的标准化规程，导致其校准结果的计量有效性与可靠性无法得到普遍认可，严重制约了该技术的广泛应用与价值发挥。

本报告详细分析了该标准转化的紧迫性，指出其核心在于解决校准线圈法的计量溯源问题，建立普适性的技术规范。标准主要规定了内置校准线圈振动传感器在0.1Hz至100Hz频率范围内的实验室与原位校准方法，涵盖了灵敏度、电灵敏度等关键参数的校准步骤、测量不确定度评估及报告格式。该标准的制定与实施，将填补国内在该技术领域的标准空白，推动振动传感器校准技术向现场化、在线化、智能化方向发展，对于保障地震观测网络、重大工程结构健康监测等长期、连续测量数据的准确性与可靠性具有里程碑式的意义。

关键词：振动传感器；冲击传感器；内置校准线圈；现场校准；原位校准；计量溯源；测量不确定度；标准化

Keywords:VibrationTransducer;ShockTransducer;Built-inCalibrationCoil;In-situCalibration;On-siteCalibration;MetrologicalTraceability;MeasurementUncertainty;Standardization

正文

一、立项背景与目的意义

振动与冲击传感器的准确校准是确保其测量数据可靠、可比的基础，是力学计量领域的关键环节。内置校准线圈（自标定线圈）技术作为一种创新的传感器自校准手段，其发展历史可追溯至三十余年前。早在1980年，中国地震局工程力学研究所研制的MJ、DCJ、QJ等系列动圈换能伺服式加速度计便已成功应用该技术。其核心原理在于，通过在传感器内部集成一个已知特性的微型力发生器（校准线圈），无需将其从安装位置拆卸并送至实验室，即可在测量现场对传感器的幅频特性、灵敏度及线性度等关键参数进行便捷校准。

该技术的突出优势在于解决了传统振动台校准方法面临的诸多瓶颈：

1.超低频校准难题：对于低于1Hz甚至长达数百秒周期的超低频振动，在实验室振动台上产生稳定、可溯源的激励极为困难且成本高昂。内置校准线圈法则可在现场高效完成，如在941B型超低频传感器扩展研究中，仅需短时间即可完成200秒周期的特性标定。

2.大动态范围线性度校准：对于高分辨率微振动传感器，其线性度校准需要在极低背景噪声的环境下进行。传统方法难以实现，而利用校准线圈在山洞等低噪声现场进行标定，则成为可行且准确的方案。

3.长期在线监测设备的运维保障：对于地震观测台站、大型桥梁、高层建筑、水力发电机组等长期连续工作的工程振动监测系统，定期将传感器拆返实验室校准既不现实，也会中断宝贵的监测数据。自标定技术使得仪器能够在原位完成周期性校准，极大提升了监测系统的可持续性与数据可信度。

然而，尽管该技术在实践中已被证明有效，且在一定频率范围内与基于国家振动计量基准/标准的实验室校准结果具有良好的一致性，但其发展长期受限于一个根本性问题：缺乏向国家计量基准溯源的标准化路径。由于没有形成统一的、具有普适性和可溯源性的国家或行业标准，不同机构、不同人员采用该方法得到的结果其有效性和可靠性无法得到计量体系的正式承认，导致该技术始终停留在“经验方法”层面，无法大范围推广，严重制约了其在传感器智能运维和状态监测领域的深度应用。

国际标准化组织（ISO）已于2017年发布了ISO16063-45:2017标准，系统解决了内置校准线圈法的溯源性问题，为其全球应用提供了权威依据。因此，及时开展该项国际标准的转化工作，制定相应的国家标准，不仅是与国际先进技术接轨的必然要求，更是破解国内技术应用瓶颈、释放该技术巨大实用价值的迫切需要。

二、范围与主要技术内容

本标准等同采用ISO16063-45:2017国际标准，旨在建立一套完整、规范、可溯源的校准体