JJF2085-2023低频角加速度台校准规范.docx

中华人民共和国国家计量技术规范JJF20852023低频角加速度台校准规范CalibrationSpecificationforLow-frequecyAngularAccelerationGenerators2023-10-12发布2024-04-12实施国家市场监督管理总局发布JJF20852023低频角加速度台校准规范CalibrationSpecificationforLow-frequencyAnguIarAcceIerationGenerators归口单位：全国惯性技术计量技术委员会主要起草单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所北京航空航天大学浙江引领信息科技有限公司参加起草单位：浙江大学德清先进技术与产业研究院本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：董雪明（中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所）冯仁剑（北京航空航天大学）张彩妮（浙江引领信息科技有限公司）于宁（北京航空航天大学）参加起草人：洪桂杰（浙江大学德清先进技术与产业研究院）孟晓风（北京航空航天大学）邢馨婷（中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所）目录引言(11)1范围(D2引用文件(D3术语(D4概述(1)5计量特性(D6校准条件(2)6.1 校准环境条件(2)6.2 仪器及设备(2)7校准项目和校准方法(2)7.1 校准项目(2)7.2 校准方法(3)8校准结果表达(5)9复校时间间隔(6)附录A校准证书内页格式(7)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(8)附录C原始记录格式(13)引言JJF10012011通用计量术语及定义、JJFlO712010国家计量校准规范编写规则、JJF1059.12012测量不确定度评定与表示共同构成制定本规范的基础性系列规范。本规范规定了惯性技术用角加速度台的校准技术规范。本规范的编写过程主要参考了JJF12102008低速转台校准规范。本规范为首次发布。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30HZ以下的低频角加速度台绝对法校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF12102008低速转台校准规范JJF16752017惯性技术计量术语及定义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JJF1675-2017界定的以及下列术语、定义和符号适用于本规范。3.1波动率fluctuationratio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达（i=L2,，n）,其波动率为S=L,×100%1 9式中：Xmax-被测量Xi的最大值；Xmin被测量Xi的最小值；7一被测量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Io表1计量特性序号计量特性技术指标（最大允许误差）1角加速度示值误差1%2角加速度波动率0.5%3频率示值误差0.01%4频率波动率0.005%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6.1 校准环境条件环境温度：（20±3）°C;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。6.2 仪器及设备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2所示。表2校准用标准装置及推荐技术指标序号校准用标准装置及配套设备技术指标校准参数1标准光栅线数：18000;角度误差：*bl/,角加速度示值误差角加速度波动率频率示值误差频率波动率2动态信号采集系统信号测量误差：o.%;采样频率：NlOX光栅信号最高频率；采样频率准确性：1X1067校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表30表3校准项目一览表序号校准项目校准方法1角加速度示值误差7.2.22角加速度波动率7.2.33频率示值误差7.2.24频率波动率7.2.47.2 校准方法7.2.1 校准系统连接a）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，使光栅测角系统的运动轴与转台被校准轴重合，同轴度误差不大于2m;b）将动态信号采集系统与光栅输出信号相连接；c）对上述系统通电预热。7.2.2 角加速度示值误差和频率示值误差a）频率选取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N（N一般不小于5）个频率点，fl,f2,，f”从最低频率点O开始，依次选择本次实验的频率fp，P=1，2,1Nob）幅值选取在上述频率点fp对应的角加速度幅值范围内，选取M个角加速度点（M一般不小于5,角加速度点应包括额定的最大和最小值），ap.i，ap,2ap,M<>从最小值ap.】开始，依次选择本次实验的角加速度幅值ap,q,q=L2,.Moc）数据采集与处理设定角加速度台工作频率f=fp、角加速度幅值a=ap,q,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Fs,记录时间长度不小于角加速度台正弦摆动周期的20倍，即20/，形成光栅信号变化的离散点序列U和V”i=L2n。按下述步骤进行数据解算：D去除直流分量，获得均值为零的光栅信号序列：Ui=Ui-UinV,=Vi-Vi/n（1）2）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2,正负号随摆动方向变化。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2和-20根据Ul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t×,X=1,2,3使得当tt<t+时摆动方向保持不变，即在正弦摆动的同一个半周期内。3)选择P个(一般为20)连续摆动周期，计算总的时间长度和角运动距离。P个摆动周期由ttt2P+之间的点确定，其总时长：TP=t2P+l-tl(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=如Wp/L4)计算平均周期长度和平均角振动幅值：T=TpPA=Ap(4P)(4)5)按照下式求得角加速度频率F和幅值作为本次的测量值：F=1/Ta,=42f2A(5)d)角加速度示值误差计算按照式(6)计算角加速度示值误差：a三-×100%(6)式中：a一角加速度示值误差，%；a标称角加速度值，rads2；a,实测角加速度值，rads2.记录角加速度示值误差a,记录格式见附录C。e)频率示值误差计算按照式(7)计算频率示值误差。f=；1×100%(7)式中：f一频率示值误差，%；f标称频率值，Hz;f*实测频率值，Hzo记录角加速度示值误差f,记录格式见附录C。f)按照步骤b)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b)步骤e),直至完成该频率点下全部M个角加速度点。g)按照步骤a)中确定的频率点，选择下一个频率值，重复步骤b)步骤f),直至完成全部N个频率点。7.2.3 角加速度波动率a)频率选取在角加速度台工作频率范围内，分别选择上限、下限和中值3个频率点。依次选择实验的频率fp,P=L2,3ob)幅值选取选取频率点fp对应的角加速度幅值上限。C)数据采集与处理在每个频率点，按照7.2.2中C)所述方法进行数据采集与处理，每隔IOS测量一次，连续测量10次，获得10组测量值f；和a；。=L2.3,，10),记录格式见附录C.d)角加速度波动率计算按照式(8)计算该频率下的角加速度幅值的波动率：ama×-aminSa(fp)=o×100%(8)/a式中：a,角加速度幅值测量值的平均值，rads2;al,，一角加速度幅值测量值的最大值，rads2;a%n一角加速度幅值测量值的最小值，rad/s?。记录该频率对应的角加速度波动率，记录格式见附录Cee)改变频率点fp,重复步骤b)步骤d),直至完成3个频率点的校准。取上述3个频率点对应的Sa中最大值，即maxSa(f)，Sa(f2),Sa(f3),作为角加速度台的角加速度波动率。7.2.4 频率波动率a)频率选取在角加速度台工作频率范围内，分别选择上限、下限和中值3个频率点。b)幅值选取选取上述频率点对应的角加速度幅值上限。c)数据采集与处理在每个频率点，按照7.2.2中b)所述方法进行测量，每隔IOS测量一次，连续测量10次，获得10组测量值f；和a；(j=L2,3,，10)od)频率波动率计算按照式(9)计算各频率点的频率波动率：Sfi='i一'!×100%2f,I式中：ff频率测量值的平均值，Hz;f；ax频率测量值的最大值，HZ；f.'in频率测量值的最小值，HZo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:a）标题："校准证书"或"校准报告"；b）实验室名称和地址；C）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；d）证书或报告的唯一标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址；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；h）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i）校准装置的溯源性及有效性标识；j）校准环境的描述；k）校准结果及其测量不确定度的说明；I）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；m）校准结果仅对被校对象有效的声明；n）未经实验室书面批准，不准部分复制证书的声明。9复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。送校单位可根据实际使用情况自主决定。附录A校准证书内页格式证书编号：校准环境条件温度：相对湿度：%地点：其他：序号校准项目校准结果测量不确定度1角加速度示值误差2角加速度波动率3频率示值误差4频率波动率校准员：核检员：日期: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8.1 频率示值误差的不确定度评定8.1.1 测量模型(B.1)f×100%式中：Sf频率示值误差；f标称频率值IHz;f,实测频率值，Hzo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：(B.2)U11f)=CiU2(f)+C2U2(f')式中：(B.3)(B.4)(B.5)C2="o8.1.2 标准不确定度评定8.1.2.1 测量不确定度来源D测量低频角加速度台频率输出引入的不确定度分量u(f,),主要是数据采集系统引入的不确定度；2)频率给定引入的不确定度分量u(f'),主要是低频角加速度台控制引入的不确XE度。8.1.2.2 不确定度分量a)测量低频角加速度台频率输出引入的不确定度分量u(f')通过P个连续摆动周期的时间长度TP计算得到测量频率P：rPf=7Tp由下式获得：Tp=SpFs式中：Fs数据的采样频率；Sp-P个周期内采样点数。将式(B.4)代入式(B.3),得T=-：-测量频率f'的不确定度为u(f,)=P(吧、)j+9uc(S.)PJK(FS)+；K(SP)(B.6)采样点数的最大误差为L取均匀分布，即总时长TP均匀分布在(SP/FS/(Sp.1)/FS,区间内,则UNP>=1/l21S的不确定度可以通过动态数据U系坨”采样门率相对八确定厅Uref(FS)和CI率获得：采Uc(Fs)=Fs,Uc.ref(Fs)(B.7)将式(B.7)代入式(B.6),得测量频率的不确定度为U(f')=f'Idref(Fs)÷JJ(B.8)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U1和总时长Tp的测量量化误差引入的不确定度U2。D动态数据采集系统的采样频率误差引入的不确定度分量u1试验中，动态数据采集系统的时基准确性为±0.0001%,假设为均匀分布，则u(Fs)=Jx5(B.9)3试睑I摆动周期数=二°采样频率FS=312500Hz1HZ为例.，则20个周期内周，论采样点数为：以工作频手设定值f=Sp=PFsJOX312500=625Q00Q则不确定度Ui为：P/匚、20×312500×106U1n-7Ui=_U(FS)=6×107SP6250OOO32)总时长TP的测量量化误差引入的不确定度分量U2采样点数SP的最大误差为1,取均匀分布，即总时长TP均匀分布在(Sp/Fs,(Sp+1)/Fs)区间内，即U(Sp)=1/(23)。则不确定度U2为：PFs、20×312OO-8r10U2=Uu(Sp)=4.6×10(B.12)S2P625OOOo2×233)测量低频角加速度台频率输出引入的标准不确定度U(产)u(f,)=ul+ul=(6×107)2+(4.6×108)2=6.0×1o-7(B.13)b)频率给定引入的L确定度分量U(f)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，u<f»=1.2×10.BJ3合成和准4确定度低频角加速度台频率示值误差的合成标准不确定度按式(B.14)计算:uc(f)=c2(f)+c2(f,)=1.6×IO4HzB.1.4扩展不确定度(B.15)(B.16)取k=2,则低频角加速度台频率示值误差的扩展不确定度为：U(f)=k×Uc(f)=3.2×104HzB.2角加速度波动率的不确定度评定B.2.1测量模型Sa(f)="ZL”"×100%=aP2a1>式中：Sa(fp)角加速度波动率；一角加速度幅值测量值的平均值，rads2;a,一角加速度幅值测量值的最大差值，rads2.低频角加速度台角加速度波动率的测量不确定度传播递空为：uJSa(fp)=c2(a')+du2(a)式中：aC2=-2。2aB.2.2标准不确定度评定角加速度台在某个角位置处以频率f、角振幅A围绕中心轴正反方向往复运动时，随时间变化的角位移：(t)=Asin(2ft+o)(B.18)式中：o一初始相位，rad。角加速度为：a(t)=-A42f2sin(2ft÷0)(B.19)角加速度幅值：a=42Af2(B.20)角加速度幅值的不确定度：uc(a)=42ff2uKA)+4A2uK0(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：A=普(B.22)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：uc（八）uKWp)÷u？(L)WL2=；"E'p)i+'Oz,9f>Jt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8个均匀的区间，如图B.1所示。图B.1正弦波波形细分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1/8波形的估计偏差。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+1/2),P个摆动周期内的正弦波个数Wp,在区间(整波形数，整波形数+P2)均匀分布，临的不确定度为Uc(Wp)=(B.24)3uc(L)表示光栅刻线非均匀性导致的不确定度，通常UC(L)1.因此式(B.23)简化为Uc（八）2(B.25)8J3L试验中，光栅总线数L=36000.以工作频率设定值f=1Hz,角振幅设定值A=0.0436rad为例，则角加速度幅值设定值为a=1.7726rads:故角加速度台正弦摆动幅度的测量误差引入的不确定度II（八）为：小，)C,A、K×1.7726u（八）=42f2Uc（八）aR2/183×36000X0.0436=2.6x10-4(B,26)工作频率的测量误差引入的不确定度u(f):由式(B.13)知Uc(f)=6.0x1(P,则不确定度u(f')为：u(f,)=82Afuc(f,)=82×0.0436×1×6.0×1Q-7=2,1×106(B.27)角加速度幅值的测量不确定度为：Uc(a,)=U2（八）+u2(f,)=2.6×104(B.28)根据角加速度幅值的测量不确定度uc(a,)可以得到角加速度幅值测量平均值的不确定度U(a7)和角加速度幅值测量最大差值的不确定度U(a,)o角加速度幅值测量平均值的不确定度u(a')由测量引入的不确定度和重复性引入的不确定度组成，角加速度幅值测量引入的不确定度如(B.28)式所示，测量重复性引入的不确定度评定如工：平均加速度a'通过m次测量得到，按A类评定，不确定度分量s(a')按式(B.29)计算：利用实验室对角加速度幅值多次校准数据得到，uc(a')=1.4×10'%则角加速度幅值测量平均值的不确定度为：u(a')=u(a,)+uKa,)=3.64×104(B.30)角加速度幅值测量最大差值的不确定度U(a')由两次测量引入的不确定度组成，按最大不确定度分量计算可得u(a')=2uc(a,)=5.2×104(B.31)将式(B.29)和式(B.31)代入式(B.17)可以得到角加速度波动率的合成标准不确定度。ucSa(fp)=ciu2(a,)+c2(a9=6.35×104(B.32)取k2.贝U"频角加速度台角加速度波动率的扩展不确定度为：Ua=kUSf.13103.附录C原始记录格式C.1角加速度幅值和频率示值误差频率Hz角加速度设定值/(rads2)角加速度测量值/(raws?)角加速度示值误差频率测量值Hz频率示值误差C.2角加速度波动率参考频率点角加速度测量值/(rad"2)12345678910平均值最大值最小值波动率%角加速度波动率：C.3频率波动率参考频率点频率测量值/Hz12345678910平均值最大值最小值波动率%频率波动率：