JJF2085-2023低频角加速度台校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2085—2023

低频角加速度台校准规范

CalibrationSpecificationforLow-frequencyAngularAccelerationGenerators

2023-10-12发布2024-04-12实施

国家市场监督管理总局发布

JJF2085—2023

低频角加速度台校准规范

1范围

本规范规定了低频角加速度台的校准项目和校准方法适用于基于标准光栅的

,

以下的低频角加速度台绝对法校准

30Hz。

2引用文件

本规范引用了下列文件

:

低速转台校准规范

JJF1210—2008

惯性技术计量术语及定义

JJF1675—2017

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术语

界定的以及下列术语定义和符号适用于本规范

JJF1675—2017、。

波动率

3.1fluctuationratio

被测量在一定时间范围内的相对最大变化率根据被测量在一个时间范围内的一组

。

等间隔测量值xiin其波动率为

(=1,2,…,),

xx

max-min

Sx=×

x100%

2

式中

:

x被测量xi的最大值

max———;

x被测量xi的最小值

min———;

x被测量xi的平均值

———。

4概述

低频角加速度台主要由机械系统控制系统测量系统和信号处理系统组成它可

、、。

以在某个角位置围绕中心轴在一定角度范围内进行正反方向往复运动能够产生标准角

,

位移角速度和角加速度可以用于对角加速度计和陀螺仪等惯性器件的角加速度特性

、。

校准

。

5计量特性

低频角加速度台的计量特性见表

1。

1

JJF2085—2023

表1计量特性

序号计量特性技术指标最大允许误差

()

角加速度示值误差

11%

角加速度波动率

20.5%

频率示值误差

30.01%

频率波动率

40.005%

注:以上技术指标不作为合格性判定条件,仅供参考。

6校准条件

校准环境条件

6.1

环境温度

:(20±3)℃;

相对湿度

:20%~80%;

周围无震动强电磁干扰没有突加突卸负载和其他脉冲负载

、,、。

仪器及设备

6.2

校准用角加速度台校准系统一般由标准光栅和动态数据采集系统组成其技术指标

,

要求如表所示

2。

表2校准用标准装置及推荐技术指标

校准用标准装置

序号技术指标校准参数

及配套设备

线数

标准光栅:≥18000;角加速度示值误差

1角度误差Ⴠ

:≤1″角加速度波动率

信号测量误差

:≤0.1%;频率示值误差

动态信号采集系统采样频率光栅信号最高频率

2:≥10×;频率波动率

采样频率准确性-6

:≤1×10

7校准项目和校准方法

校准项目

7.1

校准项目见表

3。

表3校准项目一览表

序号校准项目校准方法

角加速度示值误差

17.2.2

角加速度波动率

27.2.3

频率示值误差

37.2.2

频率波动率

47.2.4

2

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校准方法

7.2

校准系统连接

7.2.1

将标准光栅通过卡具刚性连接到被校准角加速度台的工作台面上使光栅测角

a),

系统的运动轴与转台被校准轴重合同轴度误差不大于

,2μm;

将动态信号采集系统与光栅输出信号相连接

b);

对上述系统通电预热

c)。

图利用标准光栅进行校准的连接示意图

1

角加速度示值误差和频率示值误差

7.2.2

频率选取

a)

在角加速度台工作频率范围内适当选取包括频率上下限的NN一般不小于

,、(

个频率点fffN从最低频率点f开始依次选择本次实验的频率

5),1,2,…,。1,

fppN

,=1,2,…,。

幅值选取

b)

在上述频率点p对应的角加速度幅值范围内选取M个角加速度点M一般不

f,(

小于角加速度点应包括额定的最大和最小值apapapM从最小值

5,),,1,,2,…,,。

ap开始依次选择本次实验的角加速度幅值apqqM

,1,,,=1,2,…,。

数据采集与处理

c)

设定角加速度台工作频率ffp角加速度幅值aapq待工作稳定后采集并

=、=,,,

记录标准光栅输出的正弦和余弦两路信号采样频率为F记录时间长度不小于角加

。S,

速度台正弦摆动周期的倍即fj形成光栅信号变化的离散点序列Ui和Vi

20,20/,,

in按下述步骤进行数据解算

=1,2,…,。:

去除直流分量获得均值为零的光栅信号序列

1),:

n

ui=Ui-Uin

i=/

1

∑n

vi=Vi-Vin

i=/(1)

∑1

确定摆动换向时刻ui和vi信号之间相位差绝对值始终保持正负号随摆

2)。π/2,

动方向变化定义角加速度台顺时针逆时针摆动所对应的相位差分别为和

。、π/2-π/2。

根据ui和vi信号在各点处的相位差获得摆动方向发生改变的时刻txx

,,=1,2,

使得当txttx时摆动方向保持不变即在正弦摆动的同一个半周期内

3,…,≤<+1,。

3

JJF2085—2023

选择P个一般为连续摆动周期计算总的时间长度和角运动距离P个

3)(20),。

摆动周期由tttP之间的点确定其总时长

1≤≤2+1,:

TP=tP+-t

211(2)

计算光栅信号ui在P个周期内的波形个数WP即光栅条纹的个数根据光栅总

,,

线数L按下式计算角运动距离

:

AP=WPL

2π/(3)

计算平均周期长度和平均角振动幅值

4):

TTPP

=/

A=APP

/(4)(4)

按照下式求得角加速度频率f和幅值a作为本次的测量值

5)'',:

f'=T

1/

a'=2f2A

4π(5)

角加速度示值误差计算

d)

按照式计算角加速度示值误差

(6):

a-a'

δa=×

a100%(6)

式中

:

δa角加速度示值误差

———,%;

a标称角加速度值2

———,rad/s;

a'实测角加速度值2

———,rad/s。

记录角加速度示值误差δa记录格式见附录

,C。

频率示值误差计算

e)

按照式计算频率示值误差

(7)。

f-f'

δf=×

f100%(7)

式中

:

δf频率示值误差

———,%;

f标称频率值

———,Hz;

f'实测频率值

———,Hz。

记录角加速度示值误差δf记录格式见附录

,C。

按照步骤中确定的角加速度幅值点选择下一个角加速度幅值重复步骤

f)b),,

步骤直至完成该频率点下全部M个角加速度点

b)~e),。

按照步骤中确定的频率点选择下一个频率值重复步骤步骤直

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

至完成全部N个频率点

。

角加速度波动率

7.2.3

频率选取

a)

在角加速度台工作频率范围内分别选择上限下限和中值个频率点依次选择

,、3。

实验的频率fpp

,=1,2,3。

4

JJF2085—2023

幅值选取

b)

选取频率点对应的角加速度幅值上限

fp。

数据采集与处理

c)

在每个频率点按照中所述方法进行数据采集与处理每隔测量一

,7.2.2c),10s

次连续测量次获得组测量值f'j和a'jj记录格式见附

,10,10(=1,2,3,…,10),

录

C。

角加速度波动率计算

d)

按照式计算该频率下的角加速度幅值的波动率

(8):

a'a'

max-min

Safp=×

()a'100%(8)

2

式中

:

a'角加速度幅值测量值的平均值2

———,rad/s;

a角加速度幅值测量值的最大值2

'max———,rad/s;

a角加速度幅值测量值的最小值2

'min———,rad/s。

记录该频率对应的角加速度波动率记录格式见附录

,C。

改变频率点fp重复步骤步骤直至完成个频率点的校准

e),b)~d),3。

取上述个频率点对应的Sa中最大值即SafSafSa

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

f作为角加速度台的角加速度波动率

(3)},。

频率波动率

7.2.4

频率选取

a)

在角加速度台工作频率范围内分别选择上限下限和中值个频率点

,、3。

幅值选取

b)

选取上述频率点对应的角加速度幅值上限

。

数据采集与处理

c)

在每个频率点按照中所述方法进行测量每隔测量一次连续测

,7.2.2b),10s,

量次获得组测量值f'j和a'jj

10,10(=1,2,3,…,10)。

频率波动率计算

d)

按照式计算各频率点的频率波动率

(9):

f'f'

max-min

Sfi=×

f'100%(9)

2

式中

:

f频率测量值的平均值

'———,Hz;

f'频率测量值的最大值

max———,Hz;

f'频率测量值的最小值

min———,Hz。

取上述各频率点的频率波动率最大值为角加速度台的频率波动率

。

8校准结果表达

校准结果应在校准证书或校准报告上反映校准证书或报告至少应包括以下信息

。:

5

JJF2085—2023

标题校准证书或校准报告

a):“”“”;

实验室名称和地址

b);

进行校准的地点如果与实验室的地址不同

c)();

证书或报告的唯一标识如编号每页及总页数的标识

d)(),;

客户的名称和地址

e);

被校对象的描述和明确标识

f);

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

g),,

接收日期

;

校准所依据的技术规范的标识包括名称及代号

h),;

校准装置的溯源性及有效性标识

i);

校准环境的描述

j);

校准结果及其测量不确定度的说明

k);

校准证书或校准报告签发人的签名职务或等效标识

l)、;

校准结果仅对被校对象有效的声明

m);

未经实验室书面批准不准部分复制证书的声明

n),。

9复校时间间隔

建议复校时间间隔为年送校单位可根据实际使用情况自主决定

1。。

6

JJF2085—2023

附录A

校准证书内页格式

证书编号

:

温度地点

校准环境条件:℃:

相对湿度其他

:%:

序号校准项目校准结果测量不确定度

角加速度示值误差

1

角加速度波动率

2

频率示值误差

3

频率波动率

4

校准员核检员日期

:::

7

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附录B

低频角加速度台主要性能参数的测量不确定度评定示例

频率示值误差的不确定度评定

B.1

测量模型

B.1.1

f-f'

δf=×

f100%(B.1)

式中

:

δf频率示值误差

———;

f标称频率值

———,Hz;

f'实测频率值

———,Hz。

低频角加速度台频率示值误差的测量不确定度传播模型为

:

u2δf=c2u2f+c2u2f'

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

式中

:

f'

c=

1f2;

c=-1

2f。

标准不确定度评定

B.1.2

测量不确定度来源

B.1.2.1

测量低频角加速度台频率输出引入的不确定度分量uf'主要是数据采集系

1)(),

统引入的不确定度

;

频率给定引入的不确定度分量uf'主要是低频角加速度台控制引入的不确

2)(),

定度

。

不确定度分量

B.1.2.2

测量低频角加速度台频率输出引入的不确定度分量uf'

a)()

通过P个连续摆动周期的时间长度TP计算得到测量频率'

f:

P

f'=

TP(B.3)

TP由下式获得

:

TP=SPF

/S(B.4)

式中

:

F数据的采样频率

S———;

SPP个周期内采样点数

———。

将式代入式得

(B.4)(B.3),

PF

f'=S

SP(B.5)

8

JJF2085—2023

测量频率f'的不确定度为

uF2F2Pf'2

cSS

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

fccSc

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

采样点数的最大误差为取均匀分布即总时长TP均匀分布在SPF

1,,(/S,

SPF区间内则uSPF的不确定度可以通过动态数据采

(+1)/S),()=1/(23)。S

集系统的采样频率相对不确定度uF和采样频率获得

c,ref(S):

uF=FuF

c(S)S·c,ref(S)(B.7)

将式代入式得测量频率的不确定度为

(B.7)(B.6),

f'2

uf'=f'u2F+

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

S

测量低频角加速度台频率输出引入的不确定度分量包括动态数据采集系统的采样频

率误差引入的不确定度u和总时长TP的测量量化误差引入的不确定度u

12。

动态数据采集系统的采样频率误差引入的不确定度分量u

1)1

试验中动态数据采集系统的时基准确性为假设为均匀分布则

,±0.0001%,,

-

F×6

uF=S10

(S)(B.9)

3

试验中摆动周期数P采样频率F以工作频率设定值f

,=20,S=312500Hz。=

为例则个周期内的理论采样点数为

1Hz,20:

PF

S×

SP==20312500=

f6250000(B.10)

1

则不确定度u为

1:

-

6

P××-

u=uF=2031250010=×7

1SP(S)×610(B.11)

62500003

总时长TP的测量量化误差引入的不确定度分量u

2)2

采样点数SP的最大误差为取均匀分布即总时长TP均匀分布在SPF

1,,(/S,

SPF区间内即uSP则不确定度u为

(+1)/S),()=1/(23)。2:

PF

S×-

u=uSP=20312500=×8

22()()

SP2×4.610B.12

625000023

测量低频角加速度台频率输出引入的标准不确定度uf'

3)()

--

uf'=u2+u2=×72+×82

()12(610)(4.610)

-7

=6.0×10(B.13)

频率给定引入的不确定度分量uf

b)()

低频角加速度台频率给定引入的不确定度分量由计量部门的校准证书可以得到

,,

uf-4

()=1.2×10。

合成标准不确定度

B.1.3

低频角加速度台频率示值误差的合成标准不确定度按式计算

(B.14):

-

uδf=c2u2f+c2u2f'=×4

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

9

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扩展不确定度

B.1.4

取k则低频角加速度台频率示值误差的扩展不确定度为

=2,:

-

Uδf=k×uδf=×4

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

角加速度波动率的不确定度评定

B.2

测量模型

B.2.1

a'a'

max-mina'

Safp=×=1Δ

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

22

式中

:

Sap角加速度波动率

(f)———;

a'角加速度幅值测量值的平均值2

———,rad/s;

a'角加速度幅值测量值的最大差值2

Δ———,rad/s。

低频角加速度台角加速度波动率的测量不确定度传播模型为

:

u2Safp=c2u2a'+c2u2a'

c[()]1(Δ)2()(B.17)

式中

:

c1

1=a';

2

a'

cΔ

2

=-a'2。

2

标准不确定度评定

B.2.2

角加速度台在某个角位置处以频率角振幅A围绕中心轴正反方向往复运动时

f、,

随时间变化的角位移

:

θt=Aft+φ

()sin(2π0)(B.18)

式中

:

φ初始相位

0———,rad。

角加速度为

:

2θ

at=d=-A2f2ft+φ

()t24πsin(2π0)(B.19)

d

角加速度幅值

:

a=2Af2

4π(B.20)

角加速度幅值的不确定度

:

ua=2ff2u2A+A2u2f

c()4πc()4c()(B.21)

低频角加速度台正弦摆动的幅度A根据光栅信号在P个周期内的信号波形个数

WP和光栅总线数L按下式获得

:

WP

A=π

PL(B.22)

2

幅度A的不确定度由正弦波个数WP不确定度和光栅刻线的不确定度按下式合成

:

ઁઁ

ઁઁ

22

ઁPઁ

ઁઁ

uWઁઁ

ઁઁA

c

uA=πu2WP+u2LW2PL2=πୠ()୤+ୠuL୤

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

2ୡ2୥ୡπ୥

(B.23)

10

JJF2085—2023

在摆动方向变换点附近会出现不完整的波形信号为了获得更好的计算角振幅结

。,

合正弦和余弦信号的相位关系可以将一个正弦波波形细分为个均匀的区间如

,8,

图所示

B.1。

图正弦波波形细分

B.1

一个摆动周期有两个换向点每个换向点前后均存在不超过波形的估计偏差

,1/8。

因此一个摆动周期对应正弦波个数的区间为整波形数整波形数P个摆

,(,