枪弹测速仪校准规范

JJF1808—20201枪弹测速仪校准规范1范围本规范适用于采用光电测速原理且速度范围为10m/s~1000m/s的枪弹测速仪的校准,本规范不适用于其他测速原理的枪弹测速仪。2引用文件本规范引用了下列文件:GA/T718枪支致伤力的法庭科学鉴定判据GA/T824法庭科学枪弹检验实验室建设规范凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3概述枪弹测速仪是一种测量各类身管射击武器(利用管状器具发射弹丸,口径通常小于20mm)发射的金属或其他物质弹丸的击发速度、比动能等参数的仪器或设备,其工作原理为枪弹依次穿过两层光电屏,产生光电信号,时间间隔测量单元测得前后屏触发光电信号的时间间隔,结合两屏间距离进行数据处理,获得枪弹速度。枪弹测速仪一般由光电屏、测速及显示单元和输出打印部分组成,广泛应用于刑事侦查、司法鉴定以及枪支性能研究等。工作示意图见图1,工作原理图见图2。图1工作示意图JJF1808—20202图2工作原理图4计量特性4.1测速间距:200mm~2000mm,最大允许误差±1mm。4.2测速范围:10m/s~1000m/s。4.3测速最大允许误差:±(0.1%~2%)。注:1以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。2计量特性以产品技术指标为准。5校准条件5.1环境条件环境温度:(23±5)℃;湿度:<80%RH;电源电压:(220±22)V;频率:(50±0.5)Hz;周围无影响测量的机械振动和电磁干扰;实弹法速度的校准环境条件还应符合GA/T824的要求。5.2测量标准及其他设备5.2.1钢卷尺或其他测距仪量程:不小于3m;最大允许误差:±0.3mm。5.2.2时间间隔测量仪a)时基相对频率偏差:优于±5×10-8或优于被校枪弹测速仪内置时基相对频率偏差一个数量级。b)时间间隔测量范围:100μs~1s。c)时间间隔测量最大允许误差:ΔT=±(T×A+δ)式中:A—被测时间间隔,s;A—内置时基相对频率偏差;JJF1808—20203δ—有效分辨力,s。d)输入电平范围:-12V~12V。5.2.3时间间隔发生器a)时基相对频率偏差:优于±5×10-8或优于被校枪弹测速仪内置时基相对频率偏差一个数量级。b)时间间隔输出范围:100μs~1s。c)时间间隔输出最大允许误差:ΔT=±(T×A+δ)。d)输出电平范围:-12V~12V,输出连续可调。6校准项目和校准方法6.1校准项目枪弹测速仪的校准项目见表1。可以根据客户要求选择校准其中的项目。表1枪弹测速仪校准项目一览表序号项目名称校准方法条款1测速间距的校准6.2.22速度的校准6.2.36.2校准方法6.2.1外观及工作正常性检查目视或手动操作,检查被校枪弹测速仪,应符合以下要求:a)外形完好,无影响正常工作及读数的机械损伤,各开关、按钮工作正常;b)被校枪弹测速仪通电后正常工作、光电屏正常开启;c)速度显示单元字迹清晰、亮度均匀、无缺笔画等影响读数的缺陷。6.2.2测速间距的校准测速间距的校准,是对两光电屏之间的距离进行校准。选择光电屏一的四个角上的点作为起始点,垂直对应光电屏二的四个角上的点作为终止点,用钢卷尺或其他测距仪进行测量,取四个测量值的平均值l作为测速间距的测量结果,如图3所示。图3测速间距的校准JJF1808—20204根据公式(1)和公式(2),计算出测速间距的示值误差:l=liΔl=l0-l式中:l测速间距的测量结果,mm;(1)(2)li—两光电屏第i个角之间的距离测量值,mm;Δl示值误差,mm;l0—测速间距标称值(一般由测速仪技术说明书给出),mm。6.2.3速度的校准6.2.3.1模拟法用模拟法对速度校准时,时间间隔发生器输出时间间隔信号(模拟子弹射击产生的信号)连接至测速仪测速单元进行校准。模拟法速度的校准不需要实弹射击,速度校准范围为10m/s~1000m/s。仪器连接如图4所示,分别将时间间隔发生器输出A和输出B连接至被校枪弹测速仪起始信号端和终止信号端。根据被校枪弹测速仪可接收电平信号模式及数值,设置时间间隔发生器相对应的输出模式和输出电平,测速仪测速单元接收信号并显示速度。图4模拟法速度校准接线图根据测速范围,均匀选取不少于5个速度点vs或根据客户需求设定校准点进行校准。按公式(3)计算出标准时间间隔输出值ts。常用时间间隔与速度对照表见附录D。(3)ts=(3)式中:ts—标准时间间隔输出值,s;vs—速度设定值,m/s。设置时间间隔发生器进行输出,同时记录被校枪弹测速仪测速单元速度显示值vx,测量三次,取平均值vx作为该点的速度测量结果。根据公式(4),计算出某一速度校准点上被校枪弹测速仪测量速度和速度设定值的相对误差,进行记录。δs×100%(4)vx—被校枪弹测速仪测速单元速度显示值的三次测量平均值,m/s;δs—速度测量相对误差。6.2.3.2实弹法实弹法速度的校准,是将枪支放置于枪支射击架上,调整枪支射击架角度,使子弹JJF1808—20205发射方向与光电转换屏垂直,发射一定速度的子弹,子弹穿过前后光电屏,产生时间间隔信号,用枪弹测速仪和时间间隔测量仪同时测量。实弹法速度的校准需要实弹射击,速度校准范围为40m/s~250m/s,速度校准点的值和数量根据客户需求选取。图5实弹法速度的校准接线图仪器连接如图5所示,分别将被校枪弹测速仪起始信号端和终止信号端连接至时间间隔测量仪通道A和通道B。将时间间隔测量仪设置为“时间间隔测量”模式,调整通道A和通道B的触发边沿、触发电平、触发斜率,与被校枪弹测速仪输出信号相匹配。根据客户需求设定校准点,实弹射击相应速度的子弹穿过两层光电屏,产生起始信号和终止信号,被校枪弹测速仪经过信号处理后显示速度值vy,同时时间间隔测量仪测得两路信号的时间间隔t0。根据公式(5),计算子弹速度实际值v0。(5)v0=(5)式中:v0—速度实际值,m/s;t0—时间间隔测量值,s。根据公式(6),计算(某一速度校准点)速度示值的相对测量误差。(6)δ0×100%(6)式中:δ0—速度相对测量误差;vy—被校枪弹测速仪经过信号处理后显示速度值,m/s。7校准结果表达校准结果应在校准证书(报告)上反映,校准证书(报告)应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”或“b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)送校单位的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;JJF1808—20206h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。8复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。JJF1808—20207附录A校准原始记录格式A.1外观及工作正常性检查:A.2测速间距测量结果标称值测量值平均值示值误差测量结果的不确定度U(k=2)A.3模拟法测量结果标准时间间隔速度设定值速度显示值速度平均值误差/%测量结果的不确定度U(k=2)8A.4实弹法测量结果速度显示值时间间隔测量值速度实际值速度显示值误差/%测量结果的不确定度U(k=2)9附录B校准证书内页格式B.1外观及工作正常性检查:B.2测速间距测量结果标称值测量值测量结果的不确定度U(k=2)B.3模拟射击测量结果速度设定值速度显示值测量结果的不确定度U(k=2)B.4实弹射击测量结果速度实际值速度显示值测量结果的不确定度U(k=2)JJF1808—202010附录C测量不确定度评定示例C.1校准概述C.1.1测量依据:JJF1808—2020《枪弹测速仪校准规范》。C.1.2测量环境条件:温度(23±5)℃,相对湿度<80%。C.1.3测量标准:钢卷尺I级、时间合成器、时间间隔测量仪。C.1.4测量对象:M57IPS型号枪弹测速仪,测速间距为2000mm,测速范围为(10~1000)m/s。C.1.5测量方法:测量测速间距,选择光电屏四个角上的点作为起始点,对应光电屏四个角上的点作为终止点,使用钢卷尺进行测量,取四个测量值的平均值作为测速间距的测量结果;模拟法测量速度,时间合成器发出标准时间间隔信号至枪弹测速仪,枪弹测速仪显示对应的速度值;实弹法测量速度,采用实枪射击子弹产生时间间隔信号至枪弹测速仪和时间间隔测量仪,枪弹测速仪显示对应的速度值,时间间隔测量仪显示测量的时间间隔。C.2测量间距测量不确定度评定C.2.1测速间距测量模型及灵敏系数Δl=l0-l=l0-li式中:l测速间距的测量结果,mm;li—两光电屏第i个角之间的距离测量值,mm;Δl示值误差,mm;l0—测速间距标称值,2000mm。灵敏系数:c1C.2.2测量重复性引入的不确定度u1由测量重复性引入的不确定度u1,采用A类方法评定。选择光电屏四个角上的点作为起始点,对应光电屏四个角上的点作为终止点,使用钢卷尺进行测量,得四个测量值,取四个测量值的平均值l作为测速间距的测量结果,重复测量10次,所得数据列于表C.1。JJF1808—202011表C.1测量间距测量数据序号测量结果l/mm12000.221999.231999.241999.552000.161999.571999.482000.391999.3102000.41n计算测量的平均值:l=1nli=1999.7(mm)实验标准偏差:s=(li-l)2=0.48(mm)测量重复性引入的不确定度:u1=0.15mmC.2.3钢卷尺最大允许误差引入的不确定度u2由钢卷尺最大允许误差引入的不确定度u2,采用B类方法评定。Ⅰ级钢卷尺最大允许误差为±0.3mm,假设为均匀分布,包含因子k=3,由此引入的不确定度分量:u2=mm=0.17mmC.2.4测量不确定度汇总各个不确定度分量不相关,汇总如表C.2。表C.2测量间距测量不确定度分量汇总符号来源类型测量点100m/su1测量结果重复性A0.15mmu2钢卷尺最大允许误差B0.17mmC.2.5合成标准不确定度各标准不确定度分量不相关,合成标准不确定度为输出量各标准不确定度分量的方即定度uc=cu+cu=0.152+0.172mm≈0.23mmC.2.则扩展不确定度U=kuc=2×0.23mm=0.46mm≈0.5mmJJF1808—202012测量间距l=1999.7mm;U=0.5mm,k=2。C.3模拟法速度测量的不确定度评定C.3.1模拟法速度测量模型及灵敏系数Δvx=vx-vs=vx-式中Δvx—速度测量误差,m/s;vx—被校枪弹测速仪速度显示值,m/s;ts—标准时间间隔输出值,s;vs—标准时间间隔对应的速度值,即速度设定值,m/s。灵敏系数c1==1,c2==,c3==-C.3.2枪弹测速仪读数重复性引入的标准不确定度u(vx1)被校测速仪vx读数的重复性引入标准不确定度u(vx1),采用A类方法评定。设置时间合成器输出标准时间间隔ts=0.02s,则对应速度值为vs=100m/s,使用枪弹测速仪重复测量10次,所得数据见表C.3。表C.3模拟法速度测量数据序号测量值/(m/s)1100.02100.03100.04100.05100.06100.07100.08100.09100.010100.0计算测量的平均值:vx=vi=100.0m/s实验标准偏差:s=(vi-vx)2=0.0m/s读数重复性引入的标准不确定度:u(vx1)=0.0m/s。C.3.3枪弹测速仪读数分辨力引入的标准不确定度u(vx2)被校测速仪vx读数分辨力引入的标准不确定度u(vx2),采用B类方法评定。假设JJF1808—202013均匀分布,包含因子k=3,速度100m/s分辨力为0.1m/s,其标准不确定度u(vx2)=m/s=2.9×10-2m/sC.3.4时间合成器时间间隔输出误差引入的标准不确定度u(ts)时间合成器时间间隔输出误差引入的标准不确定度u(ts),采用B类方法评定。假设均匀分布,包含因子k=3,时间合成器最大允许误差为±(T×1×10-7+5ns),输出0.02s引入的标准不确定度u(ts)s=4.04×10-9s。C.3.5测速间距不确定度引入的标准不确定度u(l)测速间距不确定度引入的标准不确定度u(l),采用B类方法评定。假设均匀分布,定度引入的标准不确定度为包含因子k=3,由C.2.7知测速间距不确定度为0.5mm,速度测量时测速间距不确定度引入的标准不确定度为u(l)==2.9×10-4mC.3.6测量不确定度汇总各个标准不确定度分量不相关,汇总如表C.4。表C.4100m/s测量点模拟法速度测量不确定度汇总符号来源类型标准不确定度u(vx1)测量结果重复性A0.0m/su(vx2)分辨力B2.9×10-2m/su(ts)标准时间间隔误差B4.04×10-9su(l)测速间距不确定度B2.9×10-4m由上表可见,分辨力引入的分量u(vx2)大于重复性引入的分量u(vx1),故可忽略重复性的不确定度分量。C.3.7合成标准不确定度枪弹测速仪测量结果读数分辨力引入的分量:u2=u2=c1u(vx2)=1×2.9×10-2m/s=2.9×10-2m/su3=c2u(ts)=1927×4.04×10-9m/s=2.02×10-5m/s测速间距不确定度引入的分量:u4=c3u(l)×2.9×10-4m/s=1.45×10-2m/sC.3.8扩展不确定度各标准不确定度分量不相关,合成标准不确定度为uc=u+u+uC.3.8扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度U=kuc=2×0.032m/s=0.064m/s≈0.1m/sJJF1808—202014C.3.9不确定度报告C.4./s;U=0.1m/s,k=2。C.4.1实弹法速度测量模型及灵敏系数Δvy=vy-v0=vy-式中:Δvy—速度测量误差,m/s;vy—被校枪弹测速仪速度显示值,m/s;t0—时间间隔测量仪所测时间间隔测量值,s;v0—所测时间间隔对应的速度值,即速度实际值,m/s。灵敏系数:c1=1,c2,c3-C.4.2速度测量误差重复性引入的标准不确定度u(vy1)因子弹质量、发射动力、射击距离等因素,每一次实弹射击试验子弹速度值不会完全一样,但速度误差可以重复测量。由速度测量误差Δvy的重复性引入标准不确定度u1定。当速度40m/s,对应时间间隔t0=0.05s,实弹射击10表C.5实弹法速度测量误差数据序号速度测量误差Δv/(m/s)10.220.230.340.250.360.270.280.390.2100.31n计算测量的平均值:Δvy1nΔvi=0.24m/s实验标准偏差:s=(Δvi-Δvy)2=0.052m/s速度测量误差:Δvy的重复性引入的标准不确定度:u(vy1)=1.6×10-2m/sJJF1808—202015C.4.3枪弹测速仪读数分辨力引入的标准不确定度u(vy2)被校枪弹测速仪读数分辨力引入的标准不确定度u(vy2),采用B类方法评定。假设均匀分布,包含因子k=3。速度40m/s分辨力为0.1m/s,其标准不确定度为u(vy2)=m/s=2.9×10-2m/sC.4.4时间间隔测量仪最大允许误差引入的标准不确定度u(t0)时间间隔测量仪最大允许误差引入的不确定度u(t0),采用B类方法评定。假设定度为均匀分布,包含因子k=3。时间间隔测量仪最大允许误差为±5×10-8,其标准不确定度为u(t0)=s=1.44×10-9sC.4.5测速间距引入的标准不确定度u(l)测速间距不确定度引入的标准不确定度u(l),采用B类方法评定。假设均匀分引入的标准不确定度为布,包含因子k=3,由C.2.7知测速间距不确定度为0.5mm,速度测量时测速间距引入的标准不确定度为u(l)==2.9×10-4mC.4.6光电转换时间引入的标准不确定度u(δ)光电转换时间引入的标准不确定度u(δ),采用B类方法评定。根据测速原理,子弹通过两光电屏,光电屏二极管产生光电转换信号,再将该信号处理后才能测得子弹速度,故光电转换响应时间也会对测量带来影响。经调查,常见光电二极管的响应时间范围为(10~100)ns,大部分枪弹测速仪光电二极管的响应时间也在该范围内。若第一层光电屏光电转换时间为10ns,第二层光电屏光电转换时间为100ns,那么光电转换时间引入的标准不确定度为引入的时间间隔测量误差为90ns。假设其为三角分布,包含因子k=6,则光电转换时间引入的标准不确定度为u(δ)=s=3.68×10-8sC.4.7子弹射击方向不垂直于光电屏引入的标准不确定度u(θ)子弹射击方向不垂直于光电屏引入的标准不确定度u(θ),采用B类方法评定。实弹法测量速度,要求将枪支放置于枪支射击架上,调整枪支射击架,使子弹飞行方向与光电转换屏垂直,与水平面平行,实际上子弹飞行方向与水平面存在夹角θ。一般情况下,人眼可辨识的物体倾斜角度为1°左右,经过特殊训练可达0.5°。假设θ=1°,那么子弹飞行距离变化近似为Δl=cθ-l=°-2m=0.0003m,假设为均匀分布,包含因子k=3,则子弹不垂直于光电屏发射引入的标准不确定度为u(θ)==1.73×10-4mJJF1808—202016C.4.8测量不确定度汇总各个不确定度分量不相关,