El INTI en la primera comparación interamericana en aceleración en el marco del SIM
Taibo, L. N.; Barceló, L. E.
Centro de Investigación y Desarrollo en Física (CEFIS)
RESUMEN
El Laboratorio de Vibraciones (UT Acústica, CEFIS), participó en la primera comparación interamericana en aceleración, en el marco del SIM (Sistema Interamericano de Metrología). Los otros Institutos Nacionales de Metrología participantes fueron: National Institute of Standards and Technology (NIST EEUU), National Research Council (NRC Canadá), Centro Nacional de Metrología (CENAM - México) e Instituto Nacional de Metrologia, Normalizacão e Qualidade (INMETRO - Brasil). Los equipos viajeros consistieron en tres acelerómetros piezoeléctricos y un amplificador condicionador de señales. Los acelerómetros se calibraron en forma absoluta por interferometría laser, según el método normalizado por ISO [2]. Las mediciones se efectuaron de forma circular, comenzando y finalizando en el NIST. En el presente trabajo se describe brevemente el sistema desarrollado en INTI [3], el cual posee una disposición diferente a la de los otros laboratorios, permitiendo que el excitador electrodinámico funcione en su posición normal de trabajo, es decir, verticalmente. Se presentan los resultados obtenidos por INTI en la intercomparación, concluyéndose que la metodología implementada arrojó resultados muy satisfactorios frente a los valores obtenidos por el conjunto de los participantes.
1. DESCRIPCIÓN DE LA INTERCOMPARACIÓN
En 1996 se efectuó el Ier Simposio Brasilero de Metrología en Acústica y Vibraciones[1], y se planteó la necesidad de llevar a cabo una primera comparación internacional en aceleración, que permitiera evaluar las capacidades metrológicas de los institutos nacionales, NMIs, de los países integrantes del SIM, con vistas a lograr el reconocimiento mutuo en el área de vibraciones. En esa oportunidad, se firmó un compromiso de participación por parte de los NMIs presentes y se ela-
boró un proyecto de trabajo tentativo que fue acordado posteriormente por los demás participantes, quedando la organización administrativa del proyecto a cargo del CENAM (Méjico). Los patrones viajeros consistían en tres acelerómetros piezoeléctricos de distinta sensibilidad, uno del tipo "single-ended" y dos del
tipo "double-ended". También se incluyó un
amplificador de carga condicionador de las señales de salida de los respectivos acelerómetros.
Tabla I. Descripción de los equipos viajeros.
Equipo
Fabricante Modelo Tipo
Acelerómetro
Brüel & Kjaer 8305 Double-ended
Acelerómetro
Kistler
8002 K Single-ended
Acelerómetro
Endevco 2270 M8 Single-ended
Amplificador carga Brüel & Kjaer 2626
Las calibraciones tuvieron lugar durante 1998 y 1999 en forma circular, comenzando en el NIST que actuaba como laboratorio piloto, luego a los otros participantes en forma secuencial, permaneciendo dos meses en cada lugar, para finalmente regresar al NIST. Allí se volvían a efectuar las calibraciones a fin de verificar algún corrimiento sistemático debido al posible deterioro de los equipos durante el traslado, a pesar de que los patrones eran llevados en mano de laboratorio a laboratorio para preservar su integridad.
El método empleado para la calibración absoluta en aceleración de los patrones fue el de interferometría láser [2], normalizado según ISO 5347 [2].
2. MÉTODO INTERFEROMÉTRICO EN INTI
La calibración absoluta de acelerómetros consiste en determinar su sensibilidad de carga (pC/ms-2), es decir, la relación entre la salida eléctrica y la amplitud vibratoria a la que está sometido el transductor. La técnica
4º Jornadas de Desarrollo e Innovación, Noviembre 2002
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interferométrica permite medir el desplazamiento del transductor, obteniéndose la amplitud de aceleración para las respectivas frecuencias de excitación.
El método implementado en INTI [3] posee
(c)
una disposición vertical del interferómetro y del
excitador de vibraciones, en su posición normal de trabajo. Esto configura un sistema de mayor sim-
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plicidad y dimensiones reducidas respecto de los
tradicionales de disposición horizontal. El diseño
consta básicamente de dos sistemas mecánicos
independientes, uno para montaje del equipo de
excitación y otro para la colocación del láser y los elementos ópticos (ver Fig. 1). La mesa óptica es-
c
tá montada sobre aisladores activos autonivelan-
tes dentro de +/- 0,25 mm, con una frecuencia de
resonancia vertical < 1,35 Hz y transmisibilidad
vertical a 5 Hz < 0,1.
La medición de la amplitud vibratoria se efectúa mediante la división del haz del laser en
(a)
d
dos rayos, uno que incide sobre un espejo de re-
ferencia y otro que, en dirección vertical y pasando
por un orificio de la mesa, incide sobre el elemen-
to vibrante. Recombinados, ambos rayos produ-
cen una sucesión de máximos y mínimos de in-
tensidad luminosa a medida que el movimiento vi-
bratorio altera la longitud de uno de los caminos ópticos.
e
3. RESULTADOS
Las diferencias normalizadas respecto de la media estuvieron dentro de ± 0.5 % hasta 1 kHz y ± 1.0 % entre 3.5 y 5 kHz. A la frecuencia de referencia (159.2 Hz), todas las diferencias normalizadas estuvieron dentro de ± 0.3 %. Estos valores están comprendidos dentro de los límites de error establecidos por la norma ISO 5347-1 [2], de ± 0.5 % a la frecuencia de referencia, ± 1 % hasta 1000 Hz inclusive y ± 2 % para frecuencias superiores a 1000 Hz.
4. CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos fueron altamente satisfactorios de acuerdo con el análisis y conclusiones de la reunión final del SIM [4]. Posteriormente fueron presentados al CCAUV del BIPM en su reunión de octubre del 2001. Se convino en continuar con el intercambio técnico con vistas a un futuro reconocimiento mutuo de los INMs en sus procedimientos de calibración absoluta de acelerómetros patrón.
(b)
Fig.1: (a) Vista general del montaje interferométrico para calibración de acelerómetros. Los trazos rojos indican los caminos del haz del láser, 1 interferómetro, 2 excitador de vibraciones, (b) Vista cercana del acelerómetro en calibración, 3, (c) Vista cercana del interferómetro 4 fotodetector y 5 cubo divisor.
Referencias
[1] Taibo, L. “Metrología en Acústica y Vibraciones en el INTI”, disertación invitada mesa redonda "Metrologia em Acústica e Vibrações no Âmbito das Américas", I Simpósio Brasileiro de Metrologia em Acústica e Vibrações, Petrópolis, 1996. [2] ISO 5347(1993): "Methods for the calibration of shock & vibration pickups - Part 1: Primary Vibration calibration by laser interferometry". [3] Taibo, L., Barceló, L., Dittmar, W. y Riganti, J.: "Implementación de Técnica Interferométrica para Calibración de Acelerómetros", 2as. Jornadas de Desarrollo Tecnológico ´98, INTI, octubre 1998. [4] Reunión SIM del Grupo de Acústica y Vibraciones, Buenos Aires, 26 – 27 de Julio, 2001.
Para mayor información contactarse con: Lucía N. Taibo - luciat@inti.gov.ar Lucía E. Barceló - lubar@inti.gov.ar
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