中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范

JJF2085—2023

低頻角加速度臺校準(zhǔn)規(guī)范

CalibrationSpecificationforLow-frequencyAngularAccelerationGenerators

2023-10-12發(fā)布2024-04-12實(shí)施

國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布

JJF2085—2023

低頻角加速度臺校準(zhǔn)規(guī)范

1范圍

本規(guī)范規(guī)定了低頻角加速度臺的校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法適用于基于標(biāo)準(zhǔn)光柵的

,

以下的低頻角加速度臺絕對法校準(zhǔn)

30Hz。

2引用文件

本規(guī)范引用了下列文件

:

低速轉(zhuǎn)臺校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1210—2008

慣性技術(shù)計量術(shù)語及定義

JJF1675—2017

凡是注日期的引用文件僅注日期的版本適用于本規(guī)范凡是不注日期的引用文

,;

件其最新版本包括所有的修改單適用于本規(guī)范

,()。

3術(shù)語

界定的以及下列術(shù)語定義和符號適用于本規(guī)范

JJF1675—2017、。

波動率

3.1fluctuationratio

被測量在一定時間范圍內(nèi)的相對最大變化率根據(jù)被測量在一個時間范圍內(nèi)的一組

。

等間隔測量值xiin其波動率為

(=1,2,…,),

xx

max-min

Sx=×

x100%

2

式中

:

x被測量xi的最大值

max———;

x被測量xi的最小值

min———;

x被測量xi的平均值

———。

4概述

低頻角加速度臺主要由機(jī)械系統(tǒng)控制系統(tǒng)測量系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成它可

、、。

以在某個角位置圍繞中心軸在一定角度范圍內(nèi)進(jìn)行正反方向往復(fù)運(yùn)動能夠產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)角

,

位移角速度和角加速度可以用于對角加速度計和陀螺儀等慣性器件的角加速度特性

、。

校準(zhǔn)

。

5計量特性

低頻角加速度臺的計量特性見表

1。

1

JJF2085—2023

表1計量特性

序號計量特性技術(shù)指標(biāo)最大允許誤差

()

角加速度示值誤差

11%

角加速度波動率

20.5%

頻率示值誤差

30.01%

頻率波動率

40.005%

注:以上技術(shù)指標(biāo)不作為合格性判定條件,僅供參考。

6校準(zhǔn)條件

校準(zhǔn)環(huán)境條件

6.1

環(huán)境溫度

:(20±3)℃;

相對濕度

:20%~80%;

周圍無震動強(qiáng)電磁干擾沒有突加突卸負(fù)載和其他脈沖負(fù)載

、,、。

儀器及設(shè)備

6.2

校準(zhǔn)用角加速度臺校準(zhǔn)系統(tǒng)一般由標(biāo)準(zhǔn)光柵和動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成其技術(shù)指標(biāo)

,

要求如表所示

2。

表2校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置及推薦技術(shù)指標(biāo)

校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)裝置

序號技術(shù)指標(biāo)校準(zhǔn)參數(shù)

及配套設(shè)備

線數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)光柵:≥18000;角加速度示值誤差

1角度誤差?

:≤1″角加速度波動率

信號測量誤差

:≤0.1%;頻率示值誤差

動態(tài)信號采集系統(tǒng)采樣頻率光柵信號最高頻率

2:≥10×;頻率波動率

采樣頻率準(zhǔn)確性-6

:≤1×10

7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

校準(zhǔn)項(xiàng)目

7.1

校準(zhǔn)項(xiàng)目見表

3。

表3校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表

序號校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)方法

角加速度示值誤差

17.2.2

角加速度波動率

27.2.3

頻率示值誤差

37.2.2

頻率波動率

47.2.4

2

JJF2085—2023

校準(zhǔn)方法

7.2

校準(zhǔn)系統(tǒng)連接

7.2.1

將標(biāo)準(zhǔn)光柵通過卡具剛性連接到被校準(zhǔn)角加速度臺的工作臺面上使光柵測角

a),

系統(tǒng)的運(yùn)動軸與轉(zhuǎn)臺被校準(zhǔn)軸重合同軸度誤差不大于

,2μm;

將動態(tài)信號采集系統(tǒng)與光柵輸出信號相連接

b);

對上述系統(tǒng)通電預(yù)熱

c)。

圖利用標(biāo)準(zhǔn)光柵進(jìn)行校準(zhǔn)的連接示意圖

1

角加速度示值誤差和頻率示值誤差

7.2.2

頻率選取

a)

在角加速度臺工作頻率范圍內(nèi)適當(dāng)選取包括頻率上下限的NN一般不小于

,、(

個頻率點(diǎn)fffN從最低頻率點(diǎn)f開始依次選擇本次實(shí)驗(yàn)的頻率

5),1,2,…,。1,

fppN

,=1,2,…,。

幅值選取

b)

在上述頻率點(diǎn)p對應(yīng)的角加速度幅值范圍內(nèi)選取M個角加速度點(diǎn)M一般不

f,(

小于角加速度點(diǎn)應(yīng)包括額定的最大和最小值apapapM從最小值

5,),,1,,2,…,,。

ap開始依次選擇本次實(shí)驗(yàn)的角加速度幅值apqqM

,1,,,=1,2,…,。

數(shù)據(jù)采集與處理

c)

設(shè)定角加速度臺工作頻率ffp角加速度幅值aapq待工作穩(wěn)定后采集并

=、=,,,

記錄標(biāo)準(zhǔn)光柵輸出的正弦和余弦兩路信號采樣頻率為F記錄時間長度不小于角加

。S,

速度臺正弦擺動周期的倍即fj形成光柵信號變化的離散點(diǎn)序列Ui和Vi

20,20/,,

in按下述步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)解算

=1,2,…,。:

去除直流分量獲得均值為零的光柵信號序列

1),:

n

ui=Ui-Uin

i=/

1

∑n

vi=Vi-Vin

i=/(1)

∑1

確定擺動換向時刻ui和vi信號之間相位差絕對值始終保持正負(fù)號隨擺

2)。π/2,

動方向變化定義角加速度臺順時針逆時針擺動所對應(yīng)的相位差分別為和

。、π/2-π/2。

根據(jù)ui和vi信號在各點(diǎn)處的相位差獲得擺動方向發(fā)生改變的時刻txx

,,=1,2,

使得當(dāng)txttx時擺動方向保持不變即在正弦擺動的同一個半周期內(nèi)

3,…,≤<+1,。

3

JJF2085—2023

選擇P個一般為連續(xù)擺動周期計算總的時間長度和角運(yùn)動距離P個

3)(20),。

擺動周期由tttP之間的點(diǎn)確定其總時長

1≤≤2+1,:

TP=tP+-t

211(2)

計算光柵信號ui在P個周期內(nèi)的波形個數(shù)WP即光柵條紋的個數(shù)根據(jù)光柵總

,,

線數(shù)L按下式計算角運(yùn)動距離

:

AP=WPL

2π/(3)

計算平均周期長度和平均角振動幅值

4):

TTPP

=/

A=APP

/(4)(4)

按照下式求得角加速度頻率f和幅值a作為本次的測量值

5)'',:

f'=T

1/

a'=2f2A

4π(5)

角加速度示值誤差計算

d)

按照式計算角加速度示值誤差

(6):

a-a'

δa=×

a100%(6)

式中

:

δa角加速度示值誤差

———,%;

a標(biāo)稱角加速度值2

———,rad/s;

a'實(shí)測角加速度值2

———,rad/s。

記錄角加速度示值誤差δa記錄格式見附錄

,C。

頻率示值誤差計算

e)

按照式計算頻率示值誤差

(7)。

f-f'

δf=×

f100%(7)

式中

:

δf頻率示值誤差

———,%;

f標(biāo)稱頻率值

———,Hz;

f'實(shí)測頻率值

———,Hz。

記錄角加速度示值誤差δf記錄格式見附錄

,C。

按照步驟中確定的角加速度幅值點(diǎn)選擇下一個角加速度幅值重復(fù)步驟

f)b),,

步驟直至完成該頻率點(diǎn)下全部M個角加速度點(diǎn)

b)~e),。

按照步驟中確定的頻率點(diǎn)選擇下一個頻率值重復(fù)步驟步驟直

g)a),,b)~f),

至完成全部N個頻率點(diǎn)

。

角加速度波動率

7.2.3

頻率選取

a)

在角加速度臺工作頻率范圍內(nèi)分別選擇上限下限和中值個頻率點(diǎn)依次選擇

,、3。

實(shí)驗(yàn)的頻率fpp

,=1,2,3。

4

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幅值選取

b)

選取頻率點(diǎn)對應(yīng)的角加速度幅值上限

fp。

數(shù)據(jù)采集與處理

c)

在每個頻率點(diǎn)按照中所述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理每隔測量一

,7.2.2c),10s

次連續(xù)測量次獲得組測量值f'j和a'jj記錄格式見附

,10,10(=1,2,3,…,10),

錄

C。

角加速度波動率計算

d)

按照式計算該頻率下的角加速度幅值的波動率

(8):

a'a'

max-min

Safp=×

()a'100%(8)

2

式中

:

a'角加速度幅值測量值的平均值2

———,rad/s;

a角加速度幅值測量值的最大值2

'max———,rad/s;

a角加速度幅值測量值的最小值2

'min———,rad/s。

記錄該頻率對應(yīng)的角加速度波動率記錄格式見附錄

,C。

改變頻率點(diǎn)fp重復(fù)步驟步驟直至完成個頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)

e),b)~d),3。

取上述個頻率點(diǎn)對應(yīng)的Sa中最大值即SafSafSa

3,max{(1),(2),

f作為角加速度臺的角加速度波動率

(3)},。

頻率波動率

7.2.4

頻率選取

a)

在角加速度臺工作頻率范圍內(nèi)分別選擇上限下限和中值個頻率點(diǎn)

,、3。

幅值選取

b)

選取上述頻率點(diǎn)對應(yīng)的角加速度幅值上限

。

數(shù)據(jù)采集與處理

c)

在每個頻率點(diǎn)按照中所述方法進(jìn)行測量每隔測量一次連續(xù)測

,7.2.2b),10s,

量次獲得組測量值f'j和a'jj

10,10(=1,2,3,…,10)。

頻率波動率計算

d)

按照式計算各頻率點(diǎn)的頻率波動率

(9):

f'f'

max-min

Sfi=×

f'100%(9)

2

式中

:

f頻率測量值的平均值

'———,Hz;

f'頻率測量值的最大值

max———,Hz;

f'頻率測量值的最小值

min———,Hz。

取上述各頻率點(diǎn)的頻率波動率最大值為角加速度臺的頻率波動率

。

8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)

校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告上反映校準(zhǔn)證書或報告至少應(yīng)包括以下信息

。:

5

JJF2085—2023

標(biāo)題校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告

a):“”“”;

實(shí)驗(yàn)室名稱和地址

b);

進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同

c)();

證書或報告的唯一標(biāo)識如編號每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識

d)(),;

客戶的名稱和地址

e);

被校對象的描述和明確標(biāo)識

f);

進(jìn)行校準(zhǔn)的日期如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時應(yīng)說明被校對象的

g),,

接收日期

;

校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識包括名稱及代號

h),;

校準(zhǔn)裝置的溯源性及有效性標(biāo)識

i);

校準(zhǔn)環(huán)境的描述

j);

校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明

k);

校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告簽發(fā)人的簽名職務(wù)或等效標(biāo)識

l)、;

校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明

m);

未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)不準(zhǔn)部分復(fù)制證書的聲明

n),。

9復(fù)校時間間隔

建議復(fù)校時間間隔為年送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定

1。。

6

JJF2085—2023

附錄A

校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式

證書編號

:

溫度地點(diǎn)

校準(zhǔn)環(huán)境條件:℃:

相對濕度其他

:%:

序號校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度

角加速度示值誤差

1

角加速度波動率

2

頻率示值誤差

3

頻率波動率

4

校準(zhǔn)員核檢員日期

:::

7

JJF2085—2023

附錄B

低頻角加速度臺主要性能參數(shù)的測量不確定度評定示例

頻率示值誤差的不確定度評定

B.1

測量模型

B.1.1

f-f'

δf=×

f100%(B.1)

式中

:

δf頻率示值誤差

———;

f標(biāo)稱頻率值

———,Hz;

f'實(shí)測頻率值

———,Hz。

低頻角加速度臺頻率示值誤差的測量不確定度傳播模型為

:

u2δf=c2u2f+c2u2f'

c()1()2()(B.2)

式中

:

f'

c=

1f2;

c=-1

2f。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

B.1.2

測量不確定度來源

B.1.2.1

測量低頻角加速度臺頻率輸出引入的不確定度分量uf'主要是數(shù)據(jù)采集系

1)(),

統(tǒng)引入的不確定度

;

頻率給定引入的不確定度分量uf'主要是低頻角加速度臺控制引入的不確

2)(),

定度

。

不確定度分量

B.1.2.2

測量低頻角加速度臺頻率輸出引入的不確定度分量uf'

a)()

通過P個連續(xù)擺動周期的時間長度TP計算得到測量頻率'

f:

P

f'=

TP(B.3)

TP由下式獲得

:

TP=SPF

/S(B.4)

式中

:

F數(shù)據(jù)的采樣頻率

S———;

SPP個周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)

———。

將式代入式得

(B.4)(B.3),

PF

f'=S

SP(B.5)

8

JJF2085—2023

測量頻率f'的不確定度為

uF2F2Pf'2

cSS

u'=P()+uSP=u2F+u2SP

fccSc

()SPS2P()SP()P2()(B.6)

采樣點(diǎn)數(shù)的最大誤差為取均勻分布即總時長TP均勻分布在SPF

1,,(/S,

SPF區(qū)間內(nèi)則uSPF的不確定度可以通過動態(tài)數(shù)據(jù)采

(+1)/S),()=1/(23)。S

集系統(tǒng)的采樣頻率相對不確定度uF和采樣頻率獲得

c,ref(S):

uF=FuF

c(S)S·c,ref(S)(B.7)

將式代入式得測量頻率的不確定度為

(B.7)(B.6),

f'2

uf'=f'u2F+

()c,ref(S)PF(B.8)

S

測量低頻角加速度臺頻率輸出引入的不確定度分量包括動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻

率誤差引入的不確定度u和總時長TP的測量量化誤差引入的不確定度u

12。

動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率誤差引入的不確定度分量u

1)1

試驗(yàn)中動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時基準(zhǔn)確性為假設(shè)為均勻分布則

,±0.0001%,,

-

F×6

uF=S10

(S)(B.9)

3

試驗(yàn)中擺動周期數(shù)P采樣頻率F以工作頻率設(shè)定值f

,=20,S=312500Hz。=

為例則個周期內(nèi)的理論采樣點(diǎn)數(shù)為

1Hz,20:

PF

S×

SP==20312500=

f6250000(B.10)

1

則不確定度u為

1:

-

6

P××-

u=uF=2031250010=×7

1SP(S)×610(B.11)

62500003

總時長TP的測量量化誤差引入的不確定度分量u

2)2

采樣點(diǎn)數(shù)SP的最大誤差為取均勻分布即總時長TP均勻分布在SPF

1,,(/S,

SPF區(qū)間內(nèi)即uSP則不確定度u為

(+1)/S),()=1/(23)。2:

PF

S×-

u=uSP=20312500=×8

22()()

SP2×4.610B.12

625000023

測量低頻角加速度臺頻率輸出引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uf'

3)()

--

uf'=u2+u2=×72+×82

()12(610)(4.610)

-7

=6.0×10(B.13)

頻率給定引入的不確定度分量uf

b)()

低頻角加速度臺頻率給定引入的不確定度分量由計量部門的校準(zhǔn)證書可以得到

,,

uf-4

()=1.2×10。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

B.1.3

低頻角加速度臺頻率示值誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式計算

(B.14):

-

uδf=c2u2f+c2u2f'=×4

c()1()2()1.610Hz(B.14)

9

JJF2085—2023

擴(kuò)展不確定度

B.1.4

取k則低頻角加速度臺頻率示值誤差的擴(kuò)展不確定度為

=2,:

-

Uδf=k×uδf=×4

()c()3.210Hz(B.15)

角加速度波動率的不確定度評定

B.2

測量模型

B.2.1

a'a'

max-mina'

Safp=×=1Δ

()a'100%a'(B.16)

22

式中

:

Sap角加速度波動率

(f)———;

a'角加速度幅值測量值的平均值2

———,rad/s;

a'角加速度幅值測量值的最大差值2

Δ———,rad/s。

低頻角加速度臺角加速度波動率的測量不確定度傳播模型為

:

u2Safp=c2u2a'+c2u2a'

c[()]1(Δ)2()(B.17)

式中

:

c1

1=a';

2

a'

cΔ

2

=-a'2。

2

標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

B.2.2

角加速度臺在某個角位置處以頻率角振幅A圍繞中心軸正反方向往復(fù)運(yùn)動時

f、,

隨時間變化的角位移

:

θt=Aft+φ

()sin(2π0)(B.18)

式中

:

φ初始相位

0———,rad。

角加速度為

:

2θ

at=d=-A2f2ft+φ

()t24πsin(2π0)(B.19)

d

角加速度幅值

:

a=2Af2

4π(B.20)

角加速度幅值的不確定度

:

ua=2ff2u2A+A2u2f

c()4πc()4c()(B.21)

低頻角加速度臺正弦擺動的幅度A根據(jù)光柵信號在P個周期內(nèi)的信號波形個數(shù)

WP和光柵總線數(shù)L按下式獲得

:

WP

A=π

PL(B.22)

2

幅度A的不確定度由正弦波個數(shù)WP不確定度和光柵刻線的不確定度按下式合成

:

??

??

22

?P?

??

uW??

??A

c

uA=πu2WP+u2LW2PL2=π?()?+?uL?

c()PLc()c()/LPc()

2?2??π?

(B.23)

10

JJF2085—2023

在擺動方向變換點(diǎn)附近會出現(xiàn)不完整的波形信號為了獲得更好的計算角振幅結(jié)

。,

合正弦和余弦信號的相位關(guān)系可以將一個正弦波波形細(xì)分為個均勻的區(qū)間如

,8,

圖所示

B.1。

圖正弦波波形細(xì)分

B.1

一個擺動周期有兩個換向點(diǎn)每個換向點(diǎn)前后均存在不超過波形的估計偏差

,1/8。

因此一個擺動周期對應(yīng)正弦波個數(shù)的區(qū)間為整波形數(shù)整波形數(shù)P個擺

,(,