JJG 1195-2023 超低频微加速度标准台数学摆法检定规程

中华人民共和国国家计量检定规程

JJG1195—2023

超低频微加速度标准台(数学摆法)

StandardEqiupmentofUltra-lowFrequency&Micro-gAccelerationby

MathematicalPendulum-vibrationGeneratorMethod

2023-06-30发布2023-12-30实施

国家市场监督管理总局发布

JJG1195—2023

目录

引言

………………………(Ⅱ)

范围

1……………………(1)

引用文件

2………………(1)

术语

3……………………(1)

概述

4……………………(1)

计量性能要求

5…………(1)

数学摆台半径

5.1………………………(1)

摆台固有频率

5.2………………………(2)

频率示值误差

5.3………………………(2)

磁通密度

5.4……………(2)

信号噪声比

5.5…………(2)

稳定性

5.6………………(2)

加速度谐波失真度

5.7…………………(2)

横向振动比

5.8…………(2)

通用技术要求

6…………(2)

计量器具控制

7…………(2)

检定条件

7.1……………(2)

检定项目

7.2……………(3)

检定方法

7.3……………(4)

检定结果的处理

7.4……………………(7)

检定周期

7.5……………(7)

附录数学摆台工作原理

A……………(8)

附录检定证书内页格式

B……………(10)

附录检定结果通知书内页格式

C……………………(12)

Ⅰ

JJG1195—2023

超低频微加速度标准台(数学摆法)检定规程

1范围

本规程适用于频率范围为加速度范围为-7-2

(0.001~0.1)Hz、(5×10~1×10)

2的超低频微加速度标准台数学摆法以下简称数学摆台的首次检定后续检

m/s()()、

定和使用中检查

。

2引用文件

本规程引用了下列文件

:

标准振动台检定规程

JJG298—2015

振动冲击转速计量术语及定义

JJF1156

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程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程

,()。

3术语

和中界定的以及下列术语适用于本规程

—。

JJF1156JJF16752017

数学摆台

3.1mathematicalpendulum-vibrationgenerator

通过铅锤面的圆弧导轨复现单摆运动利用小摆角运动切向的线振动加速度和重力

,

加速度分量的复合加速度实现加速度计计量校准的摆振动台

,。

数学摆台半径

3.2radiusofmathematicalpendulum-vibrationgenerator

数学摆台水平安装面中心到圆弧导轨圆心轴的垂直距离

。

摆台固有频率

3.3naturefrequencyofpendulum-vibrationgenerator

摆台运动切向的线振动加速度幅值和重力加速度分量相等时对应的频率

。

4概述

数学摆台根据摆运动原理产生超低频微加速度的标准正弦激励信号对加速度计

,,

进行动态校准它由数学摆振动机械系统驱动功率放大器运动控制信号源控制传

。、、、

感器及辅助设备等组成数学摆台采用铅锤面的大半径圆弧导轨实现摆运动驱动系统

。,

利用洛伦兹力逆压电效应液压或机械结构等产生机械振动运动控制系统通常采用

、、,

具有信号发生和数据采集功能的分析系统实现同时具备正弦振动控制和振动校准

,

功能

。

5计量性能要求

数学摆台半径

5.1

数学摆台半径的测量不确定度应不大于k

0.5%(=3)。

1

JJG1195—2023

摆台固有频率

5.2

摆台固有频率应不小于最高工作频率

150%。

频率示值误差

5.3

数学摆台工作频率范围内其频率示值误差应优于

,±0.1%。

磁通密度

5.4

数学摆台安装被检产品位置的漏磁通密度应不大于

5mT。

信号噪声比

5.5

数学摆台的加速度信号噪声比应不小于

40dB。

稳定性

5.6

数学摆台工作频率范围内其频率最大变化应不大于加速度幅值最大变化

,0.1%,

应不大于

0.3%。

加速度谐波失真度

5.7

数学摆台工作频率范围内其加速度谐波失真度应不大于

,15%。

横向振动比

5.8

数学摆台工作频率范围内其横向振动比应不大于

,5%。

6通用技术要求

数学摆台各部分应有铭牌标明型号规格制造厂出厂编号和日期及其安装

,、、、,

地点的实际重力加速度数学摆台台面应无明显毛刺划痕及其他瑕疵出厂的技术指

。、。

标中应给出数学摆台运动部件的工作频率范围最大位移幅值最大加速度幅值最

,、、、

大加速度失真度等并应给出额定工作特性曲线及连续工作时间等

,。

7计量器具控制

计量器具控制包括首次检定后续检定和使用中检查

:、。

检定条件

7.1

环境条件

7.1.1

工作环境温度

:(23±3)℃。

工作环境湿度相对湿度应不大于

:75%。

电源电压频率的变化不超过额定电压频率的

、、±10%。

数学摆台应安放牢固地基质量不小于必要时需采取相应的隔振措施

,10t,。

数学摆台周围环境应无强震动源无腐蚀性气液体无强电磁环境

;、;。

检定用计量器具

7.1.2

检定用计量器具及要求见表

1。

2

JJG1195—2023

表1检定用计量器具

检定用

序号技术指标用途

仪器设备

数学摆台半径摆台固有频率

位移测量范围、、

:±10mm频率示值误差信号噪声比

激光干涉仪幅值测量不确定度k、、

1:0.2%(=2)稳定性加速度波形失真度

频率范围不低于、、

:10Hz横向振动比

数学摆台半径摆台固有频率

、、

平面度级频率示值误差信号噪声比

角隅反射镜:1、、

2工作直径大于稳定性加速度波形失真度

:30mm、、

横向振动比

角度测量范围

:±210″

角度误差

角度传感器:0.25″数学摆台半径摆台固有频率

3角速度范围、

:0.04(°)/s

频率范围不低于

:10Hz

角度测量范围

:±210″

光电自准直仪角度误差

:0.25″数学摆台半径摆台固有频率

4可选角速度范围、

():0.04(°)/s

频率范围不低于

:10Hz

平面反射镜平面度级

:1数学摆台半径摆台固有频率

5可选工作范围大于、

():30mm×10mm

交流电压幅值测量误差

:±0.2%频率示值误差信号噪声比

动态信号频率示值误差不超过、、

:±0.015%稳定性加速度波形失真度

6分析仪动态范围不小于、、

:70dB横向振动比

采样频率不低于

:10Hz

频率计可选测量不确定度优于k频率示值误差

7():0.01%(=2)

特斯拉计测量不确定度优于k磁通密度

8:2%(=2)

数学摆台半径摆台固有频率

失真度不大于、、

正弦信号发:0.1%频率示值误差信号噪声比

频率稳定性不超过、、

9生器可选:0.1%稳定性加速度波形失真度

()幅值稳定性不超过、、

:0.1%横向振动比

检定项目

7.2

检定项目见表

2。

3

JJG1195—2023

表2检定项目表

检定项目选择

序号检定项目

首次检定后续检定使用中检查

外观检查

1+++

数学摆台半径和

2摆台固有频率++-

频率示值误差

3++-

磁通密度

4+--

最大加速度幅值

5+++

信号噪声比

6+++

稳定性

7+++

加速度谐波失真度

8+++

横向振动比

9+++

注:表中“”表示需要检定的项目;“”表示不需要检定的项目。

+-

检定方法

7.3

外观检查

7.3.1

外观检查应满足第章的规定

6。

数学摆台半径和摆台固有频率

7.3.2

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上用毫米尺测量角隅反射镜中心到台面

,

距离与激光干涉仪组合测量数学摆台运动方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动

,,

态信号分析仪用角度传感器或将平面反射镜安装在数学摆台台面中心线上与光电

。(,

自准直仪组合测量数学摆台运动方向的振动角位移在数学摆台工作频率范围选取包

)。

括上限和下限频率在内的不少于个频率点每个频率点按最大位移幅值的不少于三

3,,

等分倍选取位移分别进行N次独立测量由振动频率线位移幅值和角位移幅值的测

。、

量结果计算出数学摆台半径的单次测量值

,:

Di

Ri=+h

Θi(1)

sin

式中

:

Ri数学摆台半径单次测量值

———,m;

Di振动线位移幅值

———,m;

Θi振动角位移幅值

———,rad;

h角隅反射镜中心到台面距离

———,m;

i测量序号

———。

取N次测量结果的平均值R为数学摆台半径

:

4

JJG1195—2023

N

Ri

i=

R=∑1

N(2)

数学摆台半径的标准不确定度uR按其实验标准差sR评定

()():

N

Ri-R2

i=()

uR=sR=∑1

()()NN-(3)

(1)

测量结果符合正态分布取包含因子k得到数学摆台半径的扩展不确定度

,=3,:

UR=kuR

()·()(4)

其结果应符合的规定

5.1。

根据数学摆半径结果R和标准装置安装地点的实际重力加速度计算出数学摆台

g,

的固有频率f

0:

g

f=1

0(5)

2πR

其结果应符合的规定

5.2。

频率示值误差

7.3.3

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪或频率计在数学摆台工

,()。

作频率范围内选取包括上限和下限频率在内的不少于个频率点进行检定按照公式

3,

计算出频率示值误差δ其结果应符合的规定

(6)f。5.3。

ff

0-1

δf=×

100%(6)

f1

式中

:

δf频率示值误差

———;

f数学摆台频率标称值

0———,Hz;

f数学摆台频率测量值

1———,Hz。

磁通密度

7.3.4

数学摆台处于工作状态时用特斯拉计测量台面上台面对角线长度高度处整个

,1/4

平面的磁通密度其结果应符合的规定

,5.4。

最大加速度幅值

7.3.5

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪测量出数学摆台下限频率点

,。

f达到的最大线位移幅值D按照公式计算出最大加速度a

minmax,(7)max。

g

a=-2f2D

maxR-h4πmin·max(7)

信号噪声比

7.3.6

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪数学摆台处于空载工作状

,。

5

JJG1195—2023

态且无激励信号输入时测量台面线位移幅值D测量时间不少于最小工作频率的

,,0,

个周期按照公式计算出加速度噪声a

2,(8)0。

gD

a=·0

0R-h(8)

按照公式计算出台面加速度信噪比M其结果应符合的规定

(9),5.5。

a

M=max

20·la(dB)(9)

g0

稳定性

7.3.7

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪在数学摆台工作范围内选

,。,

取个频率点数学摆台工作在最大位移幅值测量时间至少个周期连续测量

1,,2,11

次频率和加速度幅值的稳定性分别按照公式和公式计算其结果应符合

,(10)(11),

的规定

5.6。

fii

+max

Sf=2Δ(,1)×

ii+100%(10)

f+f1

式中

:

Sf频率稳定性

———;

fii连续次频率测量的最大变化量

Δ(,+1)max———2,Hz;

fifi对应fii的个频率值

,+1———Δ(,+1)max2,Hz。

aii

+max

Sa=2Δ(,1)×

aiai+100%(11)

+1

式中

:

Sa加速度稳定性

———;

aii连续次加速度幅值测量的最大变化量2

Δ(,+1)max———2,m/s;

aiai对应aii的个加速度幅值2

,+1———Δ(,+1)max2,m/s。

加速度谐波失真度

7.3.8

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

方向的振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪在数学摆台工作频率范围

,。

内选取包括上限和下限频率在内的不少于个频率点在各频率的最大加速度幅值下

,3,

进行检定按照公式计算得出加速度谐波失真度其结果应符合的规定

,(12),5.7。

a2+a2+a2+a2

γ=2345×

a100%(12)

1

式中

:

γ加速度谐波失真度

———;

a加速度基波幅值2

1———,m/s;

aaaa加速度次谐波幅值2

2,3,4,5———2、3、4、5,m/s。

横向振动比

7.3.9

将角隅反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测量数学摆台运动

,

6

JJG1195—2023

方向的振动线位移将平面反射镜安装在数学摆台台面中心线上与激光干涉仪组合测

。,

量数学摆台运动的水平横向振动线位移激光干涉仪的输出接动态信号分析仪

。。

在数学摆台工作频率范围内选取包括上限和下限频率在内的不少于个频率点

,3,

在各频率的最大加速度幅值下进行检定按照公式计算得出横向振动比T其

,(13),

结果应符合本规程的规定

5.8。

a2+a2

T=XZ×

maxa100%(13)

Y

式中

:

a数学摆台运动的水平横向加速度幅值2

X———,m/s;

a数学摆台半径方向加速度幅值参考附录2

Z———(A),m/s;

a数学摆台主振方向加速度幅值2

Y———,m/s。

检定结果的处理

7.4

经检定符合本规程要求的数学摆台发给检定证书内页格式见附录检定不符

(B);

合本规程要求的数学摆台发给检定结果通知书并注明不合格项目内页格式

,(

见附录

C)。

检定周期

7.5

数学摆台的检定周期一般为年

1。

7

JJG1195—2023

附录A

数学摆台工作原理

质点在垂直平面内以摆半径R摆动频率ωf做正弦圆弧往复运动如图

,=2π,A.1

所示

。

图摆运动原理

A.1

控制系统保证工作平台按正弦规律运动水平位移dt及摆角φt的时间t

,()()

曲线为

:

dt=Dωt=Dft

()·sin()·sin(2π)

φt=Φωt=Φft(A.1)

()·sin()·sin(2π)

式中

:

D水平位移幅值

———,m;

Φ摆角位移幅值

———,rad。

D

基于质点建立运动坐标系OXYZ在小摆角条件下Φ

,,≈R。

OX轴与水平面平行且与摆运动方向垂直该轴方向加速度a为

,X:

a=

X0(A.2)

OY轴沿摆运动切线方向该轴方向加速度a由摆角引入的重力加速度分量和线

,Y

振动加速度分量两部分组成表示为

。:

g

a=-ω2Dωt

YR··sin()(A.3)

OZ轴沿摆半径方向该轴方向加速度a由摆角引入的重力加速度分量和向心加

,Z

速度两部分组成表示为

。:

ω2D2

a=gφt+·2ωt

Z·cos[()]Rcos()

ω2D2

=gΦωt+·2ωt

·cos[·sin()]Rcos()(A.4)

8

JJG1195—2023

ω2D2

由于Φ小于π则a是频率f的周期函数其加速度范围gΦg·

,Z2,·cos~+R。

2

数学摆台就是利用OY轴向的正弦加速度用于加速度计动态校准频率由控制系

,。

统给出通过测量位移幅值就可以确定加速度幅值当其加速度为零时等价的摆台

,,。,

固有频率f为

0:

ωg

f==1

0R(A.5)

2π2π

数学摆台的幅频特性如图所示g2RD

A.2(=9.8m/s,=10m,=10mm)。

图数学摆台的幅频特性

A.2

9

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附录B

检定证书内页格式

一外观检查

、:

二数学摆台半径和固有频率

、

测量频率