ISO 10056:2001
(Main)Mechanical vibration — Measurement and analysis of whole-body vibration to which passengers and crew are exposed in railway vehicles
Mechanical vibration — Measurement and analysis of whole-body vibration to which passengers and crew are exposed in railway vehicles
Vibrations mécaniques — Mesurage et analyse des vibrations globales du corps auxquelles sont exposés les passagers et le personnel de bord dans les véhicules ferroviaires
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10056
First edition
2001-08-15
Mechanical vibration — Measurement and
analysis of whole-body vibration to which
passengers and crew are exposed in
railway vehicles
Vibrations mécaniques — Mesurage et analyse des vibrations globales du
corps auxquelles sont exposés les passagers et le personnel de bord dans
les véhicules ferroviaires
Reference number
ISO 10056:2001(E)
©
ISO 2001
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ISO 10056:2001(E)
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ISO 10056:2001(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms.1
3.1 Terms and definitions .1
3.2 Symbols and abbreviated terms .2
4 Characterization of vibration in railway vehicles .3
4.1 Principal causes of vibration or amplification of vibration .3
4.2 Nature of vibration.4
4.3 Direction of vibration.4
5 Method of measurement .4
5.1 General.4
5.2 Measuring equipment.5
5.3 Measurement location.6
5.4 Measurement directions .6
5.5 Mounting of the accelerometers .7
5.6 Measurement duration .7
6 Method of analysis.7
6.1 General.7
6.2 Calculation of the r.m.s. values of the weighted acceleration .7
6.3 Statistical analysis method.9
7 Test report .11
7.1 General.11
7.2 Basis and aim of the test .11
7.3 Evaluation method.11
7.4 Test conditions .11
7.5 Measuring chain.12
7.6 Measurement results.12
Annex A (informative) Example of a test report .13
Bibliography.22
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ISO 10056:2001(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 10056 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and
shock, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to
machines, vehicles and structures.
Annex A of this International Standard is for information only.
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ISO 10056:2001(E)
Introduction
This International Standard specifies a method which can be applied to the railway environment for the measurement
and analysis of vibration, bearing in mind that mechanical vibration in a railway vehicle has specific characteristics.
It supplements ISO 2631-1 which deals in a general way with all the situations encountered by man in his day-to-day
activities (work, travel, etc.), and describes measurement of whole-body vibration and its effects.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10056:2001(E)
Mechanical vibration — Measurement and analysis of whole-body
vibration to which passengers and crew are exposed in railway
vehicles
1 Scope
This International Standard defines a method for measuring and analysing the mechanical vibration of railway
vehicles during field tests. It deals with periodic, random and transient vibration over the range of frequencies from
0,5 Hz to 80 Hz which are transmitted to the whole human body. This International Standard covers standing and
seating positions only.
This International Standard is not applicable to vibration transmitted to the hand-arm system, nor to very-low-
frequency lateral, vertical or rotational motion which may be associated with kinetosis (motion sickness). This
International Standard does not propose methods for assessing the effects of vibration. This is covered by
ISO 2631-1 and, for fixed guideway transport systems, by ISO 2631-4.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary.
ISO 2631-1, Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole-body vibration — Part 1:
General requirements.
ISO 2631-4, Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole-body vibration — Part 4:
Guidelines for the evaluation of the effects of vibration and rotational motion on passenger and crew comfort in
fixed-guideway transport systems.
ISO 8002, Mechanical vibrations — Land vehicles — Method for reporting measured data.
ISO 10326-2, Mechanical vibration — Laboratory method for evaluating vehicle seat vibration — Part 2: Application
to railway vehicles.
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the terms and definitions given in ISO 2041 apply.
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ISO 10056:2001(E)
3.2 Symbols and abbreviated terms
In this International Standard, the following symbols and abbreviated terms are used:
2
a
root-mean-square value of acceleration, m/s
2
a(t)
instantaneous value of an acceleration time history, m/s
2
b
class width, m/s
B acceleration measuring point on the backrest of a seat occupied by a subject
f frequency, Hz
FFT fast Fourier transform
h probability histogram of the root-mean-square values of acceleration
h cumulative probability histogram of the root-mean-square values of acceleration
c
m
index characterizing the class of an observation
n(m) number of observations in class m
n total number of observations
T
N number of samples per elementary block
N number of elementary blocks
b
P acceleration measuring point on the floor (platform)
p[.] probability that the condition in brackets is met
PSD power spectral density
S acceleration measuring point on the seat pan of the seat occupied by a subject
t time, s
sampling interval, s
�t
2
X
Fourier transform of acceleration, m/s
� duration of an elementary block, s
The following subscripts are used in this International Standard:
j
index characterizing the direction of vibration measured at point � and taking the values x, y, z (see
Figure 1)
k index characterizing the number of an elementary block of data
w index characterizing a parameter calculated on the basis of weighted signals
� index characterizing the location of the point for the measurement of acceleration: P (platform, floor),
S (seat pan) and B (backrest)
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ISO 10056:2001(E)
4 Characterization of vibration in railway vehicles
4.1 Principal causes of vibration or amplification of vibration
4.1.1 Track
Although railway tracks ensure high-quality guidance, the track still has irregularities which cause vibration, such as
the following:
� variation in track level (z-direction), alignment (y-direction) or gauge;
� welding or manufacturing defects of the rails;
� rail joints;
� turnout;
� variable vertical stiffness of the track (e.g. bridges);
� level crossings;
� transition curves and super-elevation ramps, which can cause low-frequency vibration.
Key
1 Seat back
2 Seat surface
3 Feet
a) Principal basicentric axes for seating position b) Basicentric axes for standing position
Figure 1 — Basicentric axes of the human body
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ISO 10056:2001(E)
4.1.2 Contact between wheel and rail
Excitation of a rail vehicle is particularly localized at the wheel-to-rail contact. The rail-wheel contact forces are non-
linear functions of displacement and velocity and produce vibration in the railway vehicle.
4.1.3 Vehicle
The body of a railway vehicle is a flexible complex structure whose natural vibration can at times be important.
Moreover, its behaviour is influenced by its load, by the relative position of the bogies, by the various suspension
parts (such as springs, dampers, etc.) and by adjacent vehicles in a train.
Defects in the running surfaces of the wheels (such as flats), and out-of-balance or eccentric wheelsets are sources
of periodic vibration, the amplitude and frequency of which are a function of the speed.
Rotating machinery (such as motor compressor sets, diesel engines and air-conditioning equipment) can also
create vibration which often also is periodic. Furthermore, acceleration and deceleration (e.g. braking) can excite
both periodic and non-periodic vibration.
The non-linear behaviour of certain components (e.g. special dampers, buffers, transverse stops, etc.) can produce
transient vibration.
The seat can amplify the vibration and can sometimes add some non-linearities, especially at its resonant
frequencies. The response of the seat depends among other things on the way it is fixed, the mass and posture of
the occupant of the seat, and the shape and material of the seat itself.
4.2 Nature of vibration
Railway vibration signals
� are of a random nature, can include periodic features and can cover a wide range of frequencies, but their
energy level inside the vehicle is relatively low,
� have certain well-defined resonances (e.g. in the vertical direction the vehicle body has a natural frequency on
the secondary suspension of about 1 Hz and a natural frequency of bending generally between 8 Hz and
15 Hz),
� are not stationary but may be considered as partially stationary, and
� can be permanent (e.g. vibration caused by track irregularities), temporary (e.g. vibration caused by air-
conditioning units) or occasional (e.g. vibration caused by level crossings or turnout).
4.3 Direction of vibration
Generally speaking, at any point of the vehicle, the vibration accelerations are characterized by six components:
three translational components and three rotational components along and around the x-, y-and z-axes,
respectively. However, it is assumed that for rotational vibration the distance to the centre of rotation is large
enough to consider this vibration as translational.
For more details of measurement of rotational vibration, see ISO 2631-4.
5 Method of measurement
5.1 General
The physical parameters to be measured are the translational accelerations on the floor and, depending on the aim
of the test, at the man-seat interface (and optionally at the man-back interface).
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ISO 10056:2001(E)
The term “measuring equipment” used hereafter refers to a set of devices which makes it possible to measure and
to record the signals. The signals (whether recorded or in real time) may be subject to further processing which is
described in clause 6.
NOTE In many applications, part of the signal analysis is carried out during the measurement, before the measured signals
are recorded. This activity is called “pre-processing”.
In this International Standard “method of measurement” refers to the ways in which the measuring equipment is
applied in order to collect the data which are the subject of the tests to be carried out.
5.2 Measuring equipment
5.2.1 General
The measuring equipment normally consists of
� transducers (accelerometers) and some conditioning amplifiers,
� filters (band limitation and frequency weighting) and measuring amplifiers, and
� recorders.
This set of equipment forms a measuring chain.
The characteristics of the equipment should be consistent. The accuracy of the measuring chain is defined by the
characteristics of the individual components as well as by certain characteristics of the complete measuring chain.
5.
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10056
Première édition
2001-08-15
Vibrations mécaniques — Mesurage et
analyse des vibrations globales du corps
auxquelles sont exposés les passagers et
le personnel de bord dans les véhicules
ferroviaires
Mechanical vibration — Measurement and analysis of whole-body vibration
to which passengers and crew are exposed in railway vehicles
Numéro de référence
ISO 10056:2001(F)
©
ISO 2001
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ISO 10056:2001(F)
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ISO 10056:2001(F)
Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2Références normatives .1
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés .1
4Caractérisation des vibrations dans les véhicules ferroviaires .3
4.1 Principales causes de vibration ou d'amplification des vibrations.3
4.2 Type de vibration .4
4.3 Direction des vibrations.4
5Méthode de mesure .5
5.1 Généralités .5
5.2 Equipement de mesure .5
5.3 Emplacements de mesure .6
5.4 Directions des mesures .7
5.5 Montage des accéléromètres .7
5.6 Durée de la mesure.7
6Méthode d’analyse.7
6.1 Généralités .7
6.2 Calcul des valeurs efficaces de l'accélération pondérée .8
6.3 Méthode d'analyse statistique.9
7 Rapport d’essai.11
7.1 Généralités .11
7.2 Base et objectif de l’essai .11
7.3 Méthode d’évaluation .12
7.4 Conditions d’essai.12
7.5 Chaîne de mesure.13
7.6 Résultats des mesures.13
Annexe A (informative) Exemple de rapport d'essai .14
Bibliographie .23
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ISO 10056:2001(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments delaprésente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Norme internationale ISO 10056 a étéélaboréepar le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs
mécaniques, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement à titre d’information.
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ISO 10056:2001(F)
Introduction
La présente Norme internationale spécifie une méthode qui peut être appliquée à l'environnement ferroviaire pour
le mesurage et l'analyse des vibrations, en gardant à l'esprit le fait que les vibrations mécaniques dans un véhicule
ferroviaire ont des caractéristiques spécifiques.
Elle complète l'ISO 2631-1 qui traite de manière générale de toutes les situations rencontrées par l'homme au
cours de ses activités quotidiennes (travail, déplacement, etc.), et décrit le mesurage des vibrations globales du
corps et les effets de ces dernières.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10056:2001(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage et analyse des vibrations
globales du corps auxquelles sont exposés les passagers et le
personnel de bord dans les véhicules ferroviaires
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit une méthode de mesure et d'analyse des vibrations mécaniques des
véhicules ferroviaires pendant des essais sur le terrain. Elle traite de vibrations périodiques, aléatoires et
transitoires sur une gamme de fréquences comprise entre 0,5 Hz et 80 Hz, qui sont transmises à l'ensemble du
corps humain. La présente Norme internationale internationale traite uniquement des positions debout et assise.
La présente Norme internationale n’est pas applicable aux vibrations transmises au système main-bras, ni au
mouvement vertical, latéral ou rotationnel de basse fréquence pouvant être associéà la cinétose (mal des transports).
La présente Norme internationale ne propose pas de méthodes d'évaluation des effets des vibrations. Ce dernier
aspect est couvert par l'ISO 2631-1 et, pour les systèmes de transport à guidage fixe, par l’ISO 2631-4.
2Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire.
ISO 2631-1, Vibrations et chocs mécaniques —Évaluation de l'exposition des individus à des vibrations globales
du corps — Partie 1: Spécifications générales.
ISO 2631-4, Vibrations et chocs mécaniques —Évaluation de l'exposition des individus à des vibrations globales
du corps — Partie 4: Lignes directrices pour l'évaluation des effets des vibrations et du mouvement de rotation sur
le confort des passagers et du personnel dans les systèmes de transport guidé.
ISO 8002, Vibrations mécaniques — Véhicules terrestres — Méthode de présentation des résultats de mesures.
ISO 10326-2, Vibrations mécaniques — Méthode en laboratoire pour l'évaluation des vibrations du siège de
véhicules — Partie 2: Application aux véhicules ferroviaires.
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions donnésdansl’ISO 2041 s’appliquent.
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ISO 10056:2001(F)
3.2 Symboles et termes abrégés
Dans la présente Norme internationale, les symboles et termes abrégéssuivantssontutilisés:
2
a
valeur efficace d'accélération, m/s
2
a(t)
valeur instantanée d'une variation temporelle d'accélération, m/s
2
b
largeur de classe, m/s
B point de mesurage de l'accélération sur le dossier du siège occupé par un sujet
f fréquence, Hz
FFT transformation de Fourier rapide
h histogramme de probabilité des valeurs efficaces d'accélération
h histogramme de probabilité cumulatif des valeurs efficaces d'accélération
c
m indice désignant la classe d’une observation
n(m) nombre d’observations dans la classe m
n nombre total d’observations
T
N nombre d’échantillons par bloc élémentaire
N nombre de blocs élémentaires
b
P point de mesurage de l’accélération sur le plancher (plate-forme)
p[.] probabilité que la condition entre crochets soit satisfaite
DSP densité spectrale de puissance
S point de mesurage de l’accélération situé sur l’assise du siège occupé par un sujet
t temps, s
intervalle d’échantillonnage, s
�t
2
X
transformation de Fourier de l’accélération, m/s
� duréed’un bloc élémentaire, s
Les indices suivants sont utilisésdanslaprésente Norme internationale:
j
indice caractérisant la direction de vibration mesuréeau point �, en prenant les valeurs x, y, z (voir
Figure 1)
k indice caractérisant le numéro d’un bloc élémentaire de données
w indice caractérisant un paramètre calculé sur la base de signaux pondérésenfréquence
� indice caractérisant l'emplacement d'un point de mesurage de l’accélération: P (plate-forme,
plancher), S (assise de siège) et B (dossier)
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ISO 10056:2001(F)
4 Caractérisation des vibrations dans les véhicules ferroviaires
4.1 Principales causes de vibration ou d'amplification des vibrations
4.1.1 Voie
Bien que les lignes ferroviaires assurent un guidage de haute qualité,la voieprésente encore des irrégularitésqui
entraînent des vibrations, telles que
� défautsdansleniveaudelavoie(axe z), alignement (axe y)ou écartement des voies;
� défauts de soudure ou de fabrication des rails;
� joints de rails;
� aiguillage;
� raideur verticale variable de la voie (par exemple ponts);
� passages à niveaux;
� courbes de transition et rampes de dévers, qui peuvent entraîner des vibrations de basse fréquence.
Légende
1 Dossier du siège
2 Surface du siège
3 Pieds
a) Axes basicentriques principaux b) Axes basicentriques principaux
pour la position assise pour la position debout
Figure 1 — Axes des coordonnées basicentriques du corps humain
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ISO 10056:2001(F)
4.1.2 Contact entre roue et rail
L'excitation d'un véhicule ferroviaire est particulièrement localisée au niveau du contact roue-rail. Les forces de
contact rail-roue sont des fonctions non linéaires du déplacement et de la vitesse, et produisent des vibrations
dans le véhicule ferroviaire.
4.1.3 Véhicule
La caisse d'un véhicule ferroviaire est une structure complexe souple dont les vibrations naturelles peuvent
quelquefois être importantes. En outre, son comportement est influencé par la charge transportée, par la position
relative des bogies, par les divers éléments de suspension (tels que les ressorts ou les amortisseurs) et par les
véhicules adjacents d’un train.
Des défauts de surface de roulement des roues (tels que des plats), et des essieux montésdéséquilibrésou
excentriques sont des sources de vibrations périodiques, dont l'amplitude et la fréquence dépendent de la vitesse.
Les machines tournantes (telles que les groupes moto-compresseurs, les moteurs diesel et les équipements de
climatisation) peuvent également engendrer des vibrations qui sont également souvent périodiques. Par ailleurs,
l’accélération et la décélération (par exemple le freinage) peuvent exciter à la fois les vibrations périodiques et non
périodiques.
Le comportement non linéaire de certains organes (par exemple des amortisseurs particuliers, des tampons de
choc, ou des butées transversales) peuvent produire des vibrations transitoires.
Le siège peut amplifier les vibrations et quelquefois ajouter certaines non-linéarités, notamment au niveau de ses
fréquences résonantes. La réaction du siège dépend entre autres de la manière dont il est fixé, de la masse et de
la posture de l'occupant du siège, de la forme et du matériau du siège proprement dit.
4.2 Typedevibrations
Les signaux de vibration ferroviaire
� sont de nature aléatoire, peuvent comprendre des caractéristiques périodiques et couvrir une large gamme de
fréquences, mais leur niveau énergétiqueauseinduvéhicule est relativement faible;
� ont certaines résonances bien définies (par exemple dans le sens vertical, la caisse du véhicule a une
fréquence naturelle sur la suspension secondaire d'environ 1 Hz et une fréquence naturelle de flexion
généralement comprise entre 8 Hz et 15 Hz);
� ne sont pas stationnaires, mais peuvent être considérés comme partiellement stationnaires;
� peuvent être permanents (par exemple des vibrations induites par des irrégularités de la voie), temporaires
(par exemple des vibrations dues aux installations de climatisation) ou occasionnels (par exemple des
vibrations engendrées par des passages à niveaux ou par un aiguillage).
4.3 Direction des vibrations
De manière générale, en tout point du véhicule, les accélérations de vibrations sont caractérisées par six
composantes: trois composantes de translation et trois composantes de rotation, le long et autour des axes x, y et z
respectivement. Il est supposé cependant pour les vibrations de rotation que la distance au centre de rotation est
suffisamment longue pour considérer cette vibration comme étant de translation.
Pour des détails sur le mesurage des vibrations de rotation, voir l’ISO 2631-4.
4 © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 10056:2001(F)
5Méthode de mesure
5.1 Généralités
Les paramètres physiques à mesurer sont des accélérations de translation au plancher et, selon l’objectif de
l’essai, à l'interface homme/siège (et éventuellement à l’interface homme/dossier).
Le terme «équipement de mesure» utilisé ci-aprèsfait référence à un ensemble de dispositifs qui permettent de
mesurer et d'enregistrer des signaux. Il est admis que les signaux (qu’ils soient enregistrés ou en temps réel)
soient soumis à d'autres traitements tels que décrits dans l'article 6.
NOTE Dans de nombreuses applications, une partie de l'analyse du signal peut être effectuée pendant la mesure, avant
enregistrement des signaux mesurés. Cette activité est appeléeprééquipements traitement.
Dans la présente Norme internationale, le terme «méthode de mesure» fait référence aux méthodes d'utilisation des
équipements de mesure pour collecter les données qui font l'objet des essais à effectuer.
5.2 Équipement de mesure
5.2.1 Généralités
L'équipement de mesure comprend généralement
� des capteurs (accéléromètres) et amplificateurs de conditionnement;
� des filtres (limitation de bande et pondération de fréquence) et amplificateurs de mesure;
� des enregistreurs.
Ce jeu d'équipements constitue une chaîne de mesure.
Il est recommandé que les caractéristiques de l'équipement soient homogènes. La précision de la chaîne de
mesure est définie par les caractéristiques des composantes individuelles ainsi que par certaines caractéristiques
de la chaîne de mesure complète.
5.2.2 Capteurs et amplificateurs de conditionnement
Étant donné que dans de nombreux cas, il n'est pas possible de séparer le capteur et l'amplificateur de
conditionnement, il est recommandé que ces deux appareils soient traités ensemble
...
Questions, Comments and Discussion
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