冲击加速度传感器温度特性校准规范.docx

中华人民共和I家计量技术规范JJFXXXX-XXXX冲击加速度传感器温度特性校准规范CalibrationSpecificationforTemperatureCharacteristicofShockAccelerometer（征求意见稿）202-× 实施202-×发布冲击加速度传感器温度特性校准规范JJF xxxxxxxxCalibrationSpecificationforTemperatureCharacteristicofShockAccelerometer归口单位：全国振动冲击转速计量技术委员会主要起草单位：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX参力口起草单彳立：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX参加起草人：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX引言Il1范围12引用文件13术语13.1温度特性14概述25计特性25.1温度特性26校准条件26.1 环境条件26.2 校准用设备27校准项目和校准方法37.1 校准项目37.2 校准前准备与安装37.3 校准步骤与方法48校准结果表达79复校时间间隔8附录A9附录B12附录C13引言本规范依据JJFIO71-2010国家计量校准规范编写规则、JJF1001-2011通用计量术语及定义、GB/T20485.1-2008振动与冲击传感器校准方法第1部分：基本概念、JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示编写。本规范参照了JJFI943-2021冲击测量仪校准规范、GBZT33929-2017MEMS高g值加速度传感器性能试验方法、JJF11532006冲击加速度计（绝对法）校准规范、GB/T20485.13-2007振动与冲击传感器的校准方法第13部分：激光干涉法冲击绝对校准、JJG2332008压电加速度计检定规程等，并结合我国冲击加速度传感器温度特性的生产、使用和校准现状进行制定。本规范为首次发布。冲击加速度传感器温度特性校准规范1范围本规范适用于冲击加速度峰值范围为(2.0×10<1.0×106)ms2>脉冲持续时间范围为(20.(MoO.0)s工作温度范围为(-40+85)的冲击加速度传感器(以下简称冲击传感器)的温度特性校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF11532006冲击加速度计(绝对法)校准规范JJF10712010国家计量校准规范编写规则JJF10012011通用计量术语及定义JJF1059.12012测量不确定度评定与表示JJF1943-2021冲击测量仪校准规范(ISO16063-43:2015)JJG233-2008压电加速度计检定规程GB/T20485.13-2007振动与冲击传感器的校准方法第13部分：激光干涉法冲击绝对校准(ISO16063-13:2001)GB/T20485.1-2008振动与冲击传感器校准方法第1部分：基本概念(ISo16063-1:1998)GB/T33929-2017MEMS高g值加速度传感器性能试验方法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)适用本规范。3术语3.1温度特性冲击传感器在其工作温度范围内冲击灵敏度随温度变化的特性，用相对于参考温度的冲击灵敏度最大变化量的百分比表示。备注：参考温度通常指室温，一般为23±5。冲击传感器是将所受到的外部冲击加速度激励转化为可测量的电信号的变换装置，通常由质量块、弹簧、阻尼、敏感元件和壳体等组成，按敏感元件可分为压电式、压阻式和电容式等，主要用于军事行为、民防工程中对冲击加速度物理量的测量，典型场景包括:侵彻弹药毁伤目标测试、建筑业爆炸拆除测试、飞机抗坠毁试验、鸟撞试验、汽车碰撞过程中的冲击试验测试等。5计量特性5.1温度特性冲击传感器的温度特性一般不超过土10%。6校准条件1.1.1 条件1.1.2 温度:23°C±5°Co1.1.3 相对湿度：不大于75%。1.1.4 实验室及周围环境无强交变电磁场、无强振源、无腐蚀性气体、液体。1.1.5 校准装置应接地良好、安装牢固，必要时需要采取相应的隔振措施。6.2校准用设备校准用设备应经过计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。6.2.1 激光干涉仪1)冲击加速度峰值测量范围：(1.0x104l2x106)ms2.2)加速度测量不确定度：0.5%(H2)。备注：冲击加速度单位：ms2,或g。6.2.2 数据采集系统1)用于采集冲击传感器输出信号通道，幅值分辨力不低于10位，采样率推荐不低于10T,T为冲击波形的脉冲持续时间；2)用于采集激光干涉仪输出信号通道，幅值分辨力不低于8位，采样率推荐不低于150MHzo6.2.3 冲击加载装置典型冲击加载装置主要有两种，可选择空气炮，或者霍普金森杆。6.2.3.1 空气炮1）冲击加速度峰值范围：（2.Ox1O4lox1（）6）m/s2.2）加速度测量不确定度：7%（=2）；3）脉冲持续时间范围：（50.0100.0）so6.2.3.2 霍普金森杆1）冲击加速度峰值范围：（2.0xl041.0xl（）6）ms2.2）加速度测量不确定度：5%（42）；3）脉冲持续时间范围：（20.050.0）so6.2.4 高低温试验箱1）温度范围：-40°C85°C;2）温度波动度：±2（工作空间区域）；3）温度均匀度：±2（工作空间区域）。6.2.4.1 高低温试验箱与冲击加载装置之间，应采取隔热密封措施，以减小设备连接缝隙之间的热量交换及热量传递，有利于平稳升温或者降温。6.2.4.2 高低温试验箱应设计安装有光学玻璃窗口，以便于激光干涉仪的测量光束通过。光学玻璃窗口应选用特种光学材料玻璃（如K9光学玻璃），并在光学玻璃表面设计并加工有导电涂层，通过温度测控系统，导电涂层对光学玻璃进行加热温度控制，避免低温过程冷凝、结冰，有利于减少激光信号衰减，保证激光干涉仪测量。6.2.4.3 温试验箱推荐带有湿度调节和控制功能，以保证激光干涉仪测量要求。7校准项目和校准方法7.1 校准项目温度特性。7.2 校准前准备与安装7.2.1 校准前准备721.1 被校冲击传感器应有清晰的型号、出厂编号等标识，外观良好，无划痕及其他瑕疵。721.2 为了保证使用和校准条件的一致性，被校冲击传感器、信号电缆与适调放大器将被视为一个整体进行测试校准。7.2.2安装被校冲击传感器7.2.2.1 工作空间区域温度测试传感器应尽量靠近被校冲击传感器。1.1.1.1 冲击传感器安装时，安装界面应清洁平滑，粗糙度Ra<3.2m0传感器安装可参照使用手册中推荐的安装说明及要点。1.1.1.3 被校冲击传感器与冲击加载装置之间的安装界面(或者被校冲击传感器与碰撞砧体之间的安装界面、碰撞砧体与冲击加载装置之间的安装界面)，可依据实际情况，推荐涂抹润滑脂，有利于高频信号通过、不衰减，以保证被校冲击传感器与激光干涉仪绝对校准方法受到相同冲击加速度激励。1.1.1.4 被校冲击传感器与碰撞砧体的组合体，共振频率应高于(IOZT)Hz,T为冲击波形的脉冲持续时间。应避免引起结构谐振；应注意控制旋转和偏摆运动的影响。7.2.3 连接信号导线信号导线采用低噪声屏蔽电缆，应避免与被校冲击传感器相对运动。7.2.4 设置适配放大器按测试要求进行参数设置，所选用的适配放大器，截止频率范围(0.008T10T)Hz,建议下限带宽优于1Hz,上限带宽优于1MHz。7.3校准步骤与方法7.3.1 在校准温度范围内选择三个温度点(参考温度、下限温度、上限温度)校准。7.3.2 每个温度点选择三个冲击加速度点(冲击传感器量程amax的10%、50%、90%)校准，每个冲击加速度点进行三次冲击灵敏度(与、S2、S3)校准，按公式(1)计算平均值。S=(S1+S2+53)3(1)备注：冲击灵敏度单位：mV(ms-2)或pC(ms-2),也可以是mV/g或pC/g。校准方法主要有两种，基于空气炮的校准方法、基于霍普金森杆的校准方法。7.3.3 方法1：基于空气炮的温度特性校准如图1和图2所示连接仪器设备，按照冲击传感器安装使用手册中推荐的安装说明及要点，将被校冲击传感器安装于空气炮冲击试验台炮管后端的碰撞砧体安装界面上，每次冲击校准重复此安装过程。7.3.3.1 在参考温度点进行校准。选择三个冲击加速度点校准，每个冲击加速度点进行三次冲击灵敏度校准，记录数据，按公式(1)计算平均值。也可按客户需求的参考温度、温度范围、冲击加速度峰值范围、脉冲持续时间范围、冲击传感器量程、冲击加载装置进行校准。1空气炮冲击试验台2炮管3模拟弹丸4碰撞砧体7温度传感器10数据采集系统5被校冲击传感器8激光干涉仪U-压力加载控制台6高低温试验箱9适调放大器12高低温测控系统图1空气炮绝对法校准示意图（方法1）7适调放大器8数据采集系统图2空气炮绝对法校准局部示意图（方法1）参考温度点条件下，冲击传感器量程amax的10%、50%、90%三个冲击加速度点的冲击灵敏度平均值分别为：Sol>Som>Sqho7.332进行下限温度点的校准。首先进行下限温度参数设置,确认设置下限温度值后，开启高低温测控系统。温度达到设定下限温度参数，工作空间区域温度稳定度达到±2,开启空气炮压力加载控制台。选择三个冲击加速度点校准，每个冲击加速度点进行三次冲击灵敏度校准，记录数据，按公式(1)计算平均值。下限温度点条件下，三个冲击加速度点的冲击灵敏度平均值分别为：S11、Slm.Slho733.3进行上限温度点的校准。首先进行上限温度参数设置,确认设置上限温度值后，开启高低温测控系统。温度达到设定上限温度参数，工作空间区域温度稳定度达到±2,开启空气炮压力加载控制台。选择三个冲击加速度点校准，每个冲击加速度点进行三次冲击灵敏度校准，记录数据，按公式(1)计算平均值。上限温度点条件下，三个冲击加速度点的冲击灵敏度平均值分别为：Shl.SHm、Shh.7.3.3.4计算每个冲击加速度条件下的温度特性，取最大值作为被校冲击传感器的温度特性。图1中激光干涉仪8测得碰撞砧体4的激励加速度值，与被校冲击传感器5的激励加速度值一致，已经通过计量技术机构检定、校准确认。温度特性计算过程参考示例如下。1) 0.IamaX冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：=,5ioo%(2)1.LSoOL2Lx100%(3)11LSoOL2) 0.5amax冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：lm=5lm5°mX100%(4)Mm=S咚SOMXIo0%(5)SoM3) 0.9amax冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：ALH=SLHS°HX0%(6)1.11SJOHAhh=shhx100%（7）SOH取最大值作为被校冲击传感器的温度特性：A=max（A4，Ahl,NLM'AHM,ALH,AHH）7.3.4方法2：基于霍普金森杆的温度特性校准如图3和图4所示连接仪器设备，按照冲击传感器安装使用手册中推荐的安装说明及要点，将被校冲击传感器安装在霍普金森杆后端的安装界面上，每次冲击校准重复此安装过程。4被校冲击传感器5高低温试验箱6温度传感器7高低温测控系统8激光干涉仪9适调放大器10-数据采集系统11压力加载控制台图3霍普金森杆绝对法校准示意图（方法2）1一霍普金森杆2被校冲击传感器3激光干涉仪适调放大器5数据采集系统图4霍普金森杆绝对法校准局部示意图（方法2）8校准结果表达校准证书应至少包括以下信息:1）标题：“校准证书”；2）名称和地址；3）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；4）证书的唯一性标识（如编号）、页码及总页数；5）客户的名称和地址；6）被校对象的描述和明确标识；7）进行校准的日期；8）校准所依据的技术规范的名称及代号；9）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；10）校准环境的描述；11）校准结果及其测量不确定度的说明；12）对校准规范的偏离说明；13）校准人员、核验人员及批准人签名；14）校准结果仅对被校对象有效的声明；15）校准证书签发日期及复校时间间隔的建议；16）未经校准实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔冲击传感器温度特性的复校时间间隔建议为1年。由于复校时间间隔的长短是由冲击传感器的使用情况、使用者、冲击传感器本身质量等诸多因素所决定，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。附录A冲击传感器温度特性校准的测不确定度评定示例采用激光绝对法校准的冲击传感器温度特性测量结果的不确定度评定参照JJF1153-2006冲击加速度计（绝对法）校准规范和GB/T20485.132007/601606313:2001振动与冲击传感器校准方法第13部分：激光干涉法冲击绝对校准评定。本评定以激光绝对法校准冲击传感器温度特性为例。A.1测量方法绝对法校准冲击加速度是指采用激光干涉法测量冲击过程时间-位移信号，从而实现冲击传感器校准的过程。绝对法冲击传感器温度特性校准系统一般由激光干涉仪、数据采集系统、冲击加载装置、高低温试验箱以及相应的数据处理软件部分组成。图A.1所示的是一个典型的空气炮绝对法校准局部示意图，图A.2所示的是一个典型的霍普金森杆绝对法校准局部示意图，标明了冲击传感器安装以及激光测量点位置。2模拟弹丸3碰撞砧体5合作目标6激光干涉仪8数据采集系统1 一炮管4-被校冲击传感器7适调放大器图A.I空气炮绝对法校准局部示意图（方法1）1霍普金森杆2被校冲击传感器3激光干涉仪4适调放大器5数据采集系统图A.2霍普金森杆绝对法校准局部示意图（方法2）A.2测量模型：冲击灵敏度定义为冲击传感器输出信号的峰值与冲击加速度物理量峰值之比，如公式(A.1)所示。V,SSL(A.1)aP式中：Vp被校冲击传感器输出信号的峰值，单位：mV,或pC；激光干涉仪测量得到的冲击加速度峰值，单位：ms2,或g；Sih被校冲击传感器的冲击灵敏度校准结果，单位：mV(ms?)或pC(ms-2)也可以是mV/g或PC/g。冲击传感器温度特性如公式(A.2)所示。A=WAXIo0%(A.2)SO式中：被校冲击传感器在上(下)限温度点的冲击灵敏度；SD被校冲击传感器在参考温度点的冲击灵敏度；一一温度特性，单位：无量纲，百分比。冲击传感器温度特性校准结果的相对扩展不确定度用公式(A.3)计算。)=*=-Jd0h)dshdshVi(A.3)U咱=M阉(SSh)式中，包含因子2二2。A.3标准不确定度分量评定以典型冲击加载装置激光绝对法校准冲击传感器温度特性在冲击加速度峰值约1.0×105s2,脉冲持续时间约50.0s时，校准某型冲击传感器为例，其不确定度分量如表A.1所示。A.4合成标准不确定度计算按照公式(A.3)对表A.1中的各个分量进行合成，可得：uc. rel (SSh)=J%2(SJ =2.34%A.5扩展不确定度计算取包含因子左二2,冲击加速度峰值1.0X105ms2,脉冲持续时间5O.Os,冲击加速度峰值相对扩展不确定度为：Urel=A"c,rcl(Ssh)=4.68%4.7%表A.1不确定度分量不确定度分量描述评定方法相对标准不确定度()1激光干涉仪正交输出信号的干扰对加速度峰值测量的影响k(Ssh)B0.52干涉信号滤波(包括频率带宽的限制)对加速度峰值测量的影响%(SQB0.53电压干扰对加速度峰值测量的影响(比如光电测量链噪声等)出(SQB0.24相对运动干扰对加速度峰值测量的影响处(Ih)B0.25相位干扰对加速度峰值测量的影响(干涉仪信号的相位噪声)U5(Ssh)B0.26其他干涉技术对加速度峰值测量的影响6(S，h)B0.27冲击传感器输出电压峰值测量的误差(ADC分辨力等)W(S141)B0.58电压滤波对冲击传感器输出电压峰值测量的影响(S,h)B0.89电压干扰对冲击传感器输出电压峰值的影响(比如交流噪声等)4(S,h)B0.6IO横向、摇摆、旋转等对加速度计输出电压峰值的影响Mo(SQB0.511冲击传感器适调放大器的幅频特性偏差O(Sm)B0.312冲击传感器适调放大器的线性偏差I(Sm)B0.313安装对加速度计的影响(S.)B0.214数据采集系统的线性偏差%(Ssh)B0.515计算方法对冲击传感器输出的影响M15(Ssh)B0.216加速度峰值失真影响/(Ssh)B0.517零基线/7(%)B0.318其他噪声对加速度峰值的影响对8(S,h)A0.219室温条件对加速度峰值测量的影响小(Ssh)B0.120下限温度条件对加速度峰值测量的影响20(Slih)B0.921上限温度条件对加速度峰值测量的影响小(Eh)B0.922高低温试验箱的光学玻璃窗口造成激光测量信号衰减对加速度峰值测量的影响/(小)B0.9附录B冲击传感器温度特性校准证书内页参考格式示例温度范围：冲击加速度峰值范围：脉冲持续时间范围：参考温度点冲击灵敏度：下限温度点冲击灵敏度：上限温度点冲击灵敏度：Slamax冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：卜皿、hl0.5amax冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：&m、AHM0.9amax冲击加速度点，下限温度、上限温度条件的温度特性分别为：4、hh取最大值作为被校冲击传感器的温度特性：本次校准结果的测量不确定度为：注（可选）：冲击加载装置：冲击传感器供电电压:适调放大器增益：适调放大器型号：适调放大器编号：附录C冲击传感器温度特性校准记录表格参考格式示例表C.1温度特性校准记录表（参考温度条件）冲击加速度设定值冲击加速度实测值脉冲持续时间实测值冲击灵敏度冲击灵敏度平均值表C.2温度特性校准记录表（下限温度条件）冲击加速度设定值冲击加速度实测值脉冲持续时间实测值冲击灵敏度冲击灵敏度平均值表C.3温度特性校准记录表（上限温度条件）冲击加速度设定值冲击加速度实测值脉冲持续时间实测值冲击灵敏度冲击灵敏度平均值