JJG 1195-2023 超低頻微加速度標準臺(數學擺法)

中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程JJG11952023

(

)l c l iStandardEqiupmentofUlra-owFrequencyl c l iicalPendulum-vibratonGeneratorMethodi-

- -

-2023-

- -

-國

家

市

場

監(jiān)

督

管

理

總

局 發(fā)

布JJG1195—2023超低頻微加速度標準臺(數

學

擺

法)

檢

定

規(guī)

程ii

i iVerii

i i

JJG11952023lc l lc l i iMiro-gAcceeratonby

calonGeneratorMehod歸

口

單

位:全國慣性技術計量技術委員會主要起草單位:中

國

航

空

工

業(yè)

集

團

公

司

北

京

長

城

計

量測試技術研究所參加起草單位:北京航天計量測試技術研究所本規(guī)程委托全國慣性技術計量技術委員會負責解釋JJG1195—2023本規(guī)程主要起草人:何懿才

(中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所)朱 剛

(北京航天計量測試技術研究所)參加起草人:邢馨婷

(中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所)戴宜霖

(北京航天計量測試技術研究所)董雪明

(中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所)JJG1195—2023目 錄11引言

………………………

(Ⅱ)111

范圍……………………

(1)2

引用文件………………

(1)3

術語……………………

(1)4

概述……………………

(1)5

計量性能要求…………

(1)5.1

數學擺臺半徑………………………

(1)5.2

擺臺固有頻率………………………

(2)5.3

頻率示值誤差………………………

(2)5.4

磁通密度……………

(2)5.5

信號噪聲比…………

(2)5.6

穩(wěn)定性………………

(2)5.7

加速度諧波失真度…………………

(2)5.8

橫向振動比…………

(2)6

通用技術要求…………

(2)7

計量器具控制…………

(2)7.1

檢定條件……………

(2)7.2

檢定項目……………

(3)7.3

檢定方法……………

(4)7.4

檢定結果的處理……………………

(7)7.5

檢定周期……………

(7)附錄

A 數學擺臺工作原理

……………

(8)附錄B

檢定證書內頁格式

……………

(0)附錄C 檢定結果通知書內頁格式

……………………

(2)ⅠJJG1195—2023引 言JJF1002—2010

《國家計量檢定規(guī)程編寫規(guī)則》、JJF1001

《通用計量術語及定義》、JJF1059.1—2012

《測量不確

定度評定與表示》共同構成支撐本規(guī)程制定工作的基礎性系列文件。超低頻微加速度標準臺

(數學擺法)

采用單擺運動導軌,

進行微小角度的擺振動,復現超低頻、微加速度運動參數,用于加速度計動態(tài)校準。為了評定超低頻微加速度標準臺

(數學擺法)

的計量器具特性,以國內外現有標準振動臺的技術指標為基礎,結合本標準臺的計量特性,編制本規(guī)程。本規(guī)程為首次發(fā)布。ⅡJJG1195—2023超低頻微加速度標準臺

(數學擺法)

檢定規(guī)程1

范圍0 (2本規(guī)程適用于頻率范圍為

(.001~0.1)Hz、加

速

度

范

圍

為

5×10-7~1×100 (2m/s

的超低頻微加速度標準臺

(數學擺法)(以下簡稱數學擺臺)

的首

次

檢

定、

后

續(xù)

檢定和使用中檢查。2

引用文件本規(guī)程引用了下列文件:JJG298—2015

標準振動臺檢定規(guī)程JJF1156

振動 沖擊 轉速計量術語及定義JJF1675—2017

慣性技術計量術語及定義凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本

(包括所有的修改單)

適用于本規(guī)程。3

術語JJF1156和JJF1675—2017中界定的以及下列術語適用于本規(guī)程。i i i3.1

數學擺臺 i i i通過鉛錘面的圓弧導軌復現單擺運動,利用小擺角運動切向的線振動加速度和重力加速度分量的復合加速度,實現加速度計計量校準的擺振動臺。l3.2

數學擺臺半徑

radiusofmathematcapendulum-vibratongeneratorl數學擺臺水平安裝面中心到圓弧導軌圓心軸的垂直距離。i i3.3

擺臺固有頻率 naturefrequencyofpendulum-vi i擺臺運動切向的線振動加速度幅值和重力加速度分量相等時對應的頻率。4

概述數學擺臺根據擺運動原理,產生超低頻微加速度的標準正弦激勵信號,對加速度計進行動態(tài)校準。它由數學擺振動機械系統(tǒng)、驅動功率放大器、運動控制信號源、控制傳感器及輔助設備等組成。數學擺臺采用鉛錘面的大半徑圓弧導軌實現擺運動,驅動系統(tǒng)利用洛倫茲力、逆壓電效應、液壓或機械結構等產生機械振動,運動控制系統(tǒng)通常采用具有信號發(fā)生和數據采集功能的分析系統(tǒng)實現,同時具備正弦振動控制和振動校準功能。5

計量性能要求5.1

數學擺臺半徑k數學擺臺半徑的測量不確定度應不大于0.5%

(=3)。k

1JJG1195—20235.2

擺臺固有頻率擺臺固有頻率應不小于最高工作頻率150%。5.3

頻率示值誤差數學擺臺工作頻率范圍內,其頻率示值誤差應優(yōu)于±0.1%。5.4

磁通密度數學擺臺安裝被檢產品位置的漏磁通密度應不大于5

mT。5.5

信號噪聲比數學擺臺的加速度信號噪聲比應不小于40dB。5.6

穩(wěn)定性數學擺臺工作頻率范圍內,其頻率最大

變

化

應

不

大

于

0.1%,加

速

度

幅

值

最

大

變

化應不大于0.3%。5.7

加速度諧波失真度數學擺臺工作頻率范圍內,其加速度諧波失真度應不大于15%。5.8

橫向振動比數學擺臺工作頻率范圍內,其橫向振動比應不大于5%。6

通用技術要求數學擺臺各部分應有銘牌,標明型號、規(guī)格、制造廠、出廠編號和日期,及其安裝地點的實際重力加速度。數學擺臺臺面應無明顯毛刺、劃痕及其他瑕疵。出廠的技術指標中,應給出數學擺臺運動部件的工作頻率范圍、最大位移幅值、最大加速度幅值、最大加速度失真度等,并應給出額定工作特性曲線及連續(xù)工作時間等。7

計量器具控制計量器具控制包括:首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢查。7.1

檢定條件7.1.1

環(huán)境條件

工作環(huán)境溫度:(3±3)℃。

工作環(huán)境濕度:相對濕度應不大于75%。

電源電壓、頻率的變化不超過額定電壓、頻率的±10%。

數學擺臺應安放牢固,地基質量不小于10t,必要時需采取相應的隔振措施。

數學擺臺周圍環(huán)境應無強震動源;無腐蝕性氣、液體;無強電磁環(huán)境。7.1.2

檢定用計量器具檢定用計量器具及要求見表1。2序號檢定用儀器設備技術指標用途1激光干涉儀位移測量范圍:±10mm幅值測量不確定度:0.2%(k=2)頻率范圍:不低于10Hz數學擺臺半徑、擺臺固有頻率、頻率示值誤差、信號噪聲比、穩(wěn)定性、加速度波形失真度、橫向振動比2角隅反射鏡平面度:1級工作直徑:大于30mm數學擺臺半徑、擺臺固有頻率、頻率示值誤差、信號噪聲比、穩(wěn)定性、加速度波形失真度、橫向振動比3角度傳感器角度測量范圍:±210″角度誤差:0.25″角速度范圍:0.04

(°)/s頻率范圍:不低于10Hz數學擺臺半徑、擺臺固有頻率4光電自準直儀(可選)角度測量范圍:±210″角度誤差:0.25″角速度范圍:0.04

(°)/swww.bzfx頻率范圍:不低于10Hz數學擺臺半徑、擺臺固有頻率5平面反射鏡(可選)平面度:1級工作范圍:大于30mm×10mm數學擺臺半徑、擺臺固有頻率6動態(tài)信號分析儀交流電壓幅值測量誤差:±0.2%頻率示值誤差:不超過±0.015%動態(tài)范圍:不小于70dB采樣頻率:不低于10Hz頻率示值誤差、信號噪聲比、穩(wěn)定性、加速度波形失真度、橫向振動比7頻率計

(可選)測量不確定度:優(yōu)于0.01%

(k=2)頻率示值誤差8特斯拉計測量不確定度:優(yōu)于2%

(k=2)磁通密度9正弦信號發(fā)生器

(可選)失真度:不大于0.1%頻率穩(wěn)定性:不超過0.1%幅值穩(wěn)定性:不超過0.1%數學擺臺半徑、擺臺固有頻率、頻率示值誤差、信號噪聲比、穩(wěn)定性、加速度波形失真度、橫向振動比JJG1195—2023表1

表1

檢定用計量器具7.2

檢定項目3序號檢定項目檢定項目選擇首次檢定后續(xù)檢定使用中檢查1外觀檢查+++2數學擺臺半徑和擺臺固有頻率++-3頻率示值誤差++-4磁通密度+--5最大加速度幅值+++6信號噪聲比+++7穩(wěn)定性+++8加速度諧波失真度+++9橫向振動比+++注:表中

“+”表示需要檢定的項目;“-”表示不需要檢定的項目。JJG1195—2023表2

檢定項目表表2

檢定項目表7.3

檢定方法外觀檢查應滿足第6章的規(guī)定。7.3.2

數學擺臺半徑和擺臺固有頻率將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,用毫米尺測量角隅反射鏡中心到臺面距離,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動方向的振動線位移,激光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。用角度傳感器

(或將平面反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與光電自準直儀組合)

測量數學擺臺運動方向的振動角位移。在數學擺臺工作頻率范圍選取包括上限和下限頻率在內的不少于3個頻率點,每個頻率點,按最大位移幅值的不少于三等分倍選取位移分別進行N

次

獨

立

測

量。

由

振

動

頻

率、

線

位

移

幅

值

和

角

位

移

幅

值

的測量結果,計算出數學擺臺半徑的單次測量值:snΘsnΘi

+h

()Ri =

Di 1

i式中:Ri

———數學擺臺半徑單次測量值,m;Di

———振動線位移幅值,m;Θi

———振動角位移幅值,rad;h

———角隅反射鏡中心到臺面距離,m;i

———測量序號。取N

次測量結果的平均值R為數學擺臺半徑:2-R)23RR

R= ∑R

N ()

u (

)=s(

)=

∑(R2-R)23RR

R= ∑R

N ()

u (

)=s(

)=

∑(R

N (N

-1) ()

2πR ()

f 1 ×100% ()

R -h-4π2f

·D max ()Nii=1RR數學擺臺半徑的標準不確定度u

(

)

按其實驗標準差s

(

)

評定:RRNii=1測量結果符合正態(tài)分布,取包含因子k=3,得到數學擺臺半徑的擴展不確定度: 4RRU(

)=k·u(

) 4RR其結果應符合5.1的規(guī)定。根據數學擺半徑結果R和標準裝置安裝地

點

的

實

際

重

力

加

速

度g,

計

算

出

數

學

擺

臺的固有頻率f0:f0=1 g 5其結果應符合5.2的規(guī)定。7.3.3

頻率示值誤差6將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動6方向的振動線位移,激光干涉儀的輸

出

接

動

態(tài)

信

號

分

析

儀

(或

頻

率

計)。

在

數

學

擺

臺

工作頻率范圍內選取包括上限和下限頻率在內的不少于3個頻率點進行檢定,按照公式()

計算出頻率示值誤差δf。其結果應符合5.3的規(guī)定。δf

=f0-f1 6式中:δf

———頻率示值誤差;f0———數學擺臺頻率標稱值,Hz;f1———數學擺臺頻率測量值,Hz。7.3.4

磁通密度數學擺臺處于工作狀態(tài)時,用特斯拉計測量臺面上臺面對角線長度1/4高度處整個平面的磁通密度,其結果應符合5.4的規(guī)定。7.3.5

最大加速度幅值將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動方向的振動線位移,激光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。測量出數學擺臺下限頻率點7fmin達到的最大線位移幅值Dmax,按照公式

()

計算出最大加速度amax。7amax= g77.3.6

信號噪聲比將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動方向的振動線位移,激

光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。數學擺臺處于空載工作狀511a0=g

·D 0

R -h()

a0

(B) ()Sf 11a0=g

·D 0

R -h()

a0

(B) ()Sf =2Δf

(,i+ 1)max

fi +fi+ 1 ×100% (0)Sa =2Δa

(,i+ 1)max

ai +ai+ 1 ×100% (1)

a 1 ×100% (2)態(tài),且無激勵信號輸入時,測量臺面

線

位

移

幅

值D0,

測

量

時

間

不

少

于

最

小

工

作

頻

率

的82個周期,按照公式

()

計算出加速度噪聲a0。889按照公式

()

計算出臺面加速度信噪比

M,其結果應符合5.5的規(guī)定。9M

=20·lgamax

d97.3.7

穩(wěn)定性1 1將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上1 1方向的振動線位移,激光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。在數學擺臺工作范圍內,選取1個頻率點,數學擺臺工作在最大位移幅值,

測量時間至少2個周期,

連續(xù)測量11次,頻率和加速度幅值的穩(wěn)定性分別按照公式

(0)

和公式

(1)

計算,其結果應符合5.6的規(guī)定。i式中:Sf ———頻率穩(wěn)定性;iiΔf

(,i+1)max

———連續(xù)2次頻率測量的最大變化量,Hz;iifi,fi+1 ———對應

Δf

(,i+1)max的2個頻率值,Hz。i式中:Sa ———加速度穩(wěn)定性;i 2i 2Δa

(,i+1)max

———連續(xù)2i 2i 2ai,ai+1 ———對應

Δa

(,i+1)max的2個加速度幅值,m/s。7.3.8

加速度諧波失真度1將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動1方向的振動線位移,激

光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。在數學擺臺工作頻率范圍內,選取包括上限和下限頻率在內的不少于3個頻率點,在各頻率的最大加速度幅值下進行檢定,按照公式

(2)

計算得出加速度諧波失真度,其結果應符合5.7的規(guī)定。γ=

a+a+a+a 1式中:γ ———加速度諧波失真度;2a1 ———加速度基波幅值,m/s;22a2,a3,a4,a5

———加速度2、3、4、5次諧波幅值,m/s。27.3.9

橫向振動比將角隅反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測量數學擺臺運動6

a Y ×

a Y ×100% (3)1方向的振動線位移。將平面反射鏡安裝在數學擺臺臺面中心線上,與激光干涉儀組合測1量數學擺臺運動的水平橫向振動線位移。激光干涉儀的輸出接動態(tài)信號分析儀。在數學擺臺工作頻率范圍內,選取

包

括

上

限

和

下

限

頻

率

在

內

的

不

少

于3個

頻

率

點,在各頻率的最大加

速度幅值下進行檢定,

按照公式

(3)計算得出橫向振動比T,其結果應符合本規(guī)程5.8的規(guī)定。T=max

a+a 1式中:2aX———數學擺臺運動的水平橫向加速度幅值,m/s;222aZ———數學擺臺半徑方向加速度幅值

(參考附錄

A),m/s;22aY———數學擺臺主振方向加速度幅值,m/s。7.4

檢定結果的處理經檢定符合本規(guī)程要求的

數

學

擺

臺

發(fā)

給

檢

定

證

書

(內

頁

格式見附錄B);

檢定不符合本規(guī)程

要

求

的

數

學

擺

臺

發(fā)

給

檢

定

結

果

通

知

書,并

注

明

不

合

格

項

目

(內

頁

格

式見附錄C)。7.5

檢定周期數學擺臺的檢定周期一般為1年。7

φ()=Φ·sn(t

)=Φ·sn(π

φ()=Φ·sn(t

)=Φ·sn(πft

) (A.1)

R 。

R -ω2

·D ·sn(t

) (A.3)a Z=g·cos[()]+ω 2·D 2

R cos2(t

)=g·cos[

·sn(t

)]+ω 2·D 2

R cos2(t

) (A.4)附錄A數學擺臺工作原理質點在垂直平面內以擺半徑R,擺動頻率ω=2πf

做正弦圓弧往復運

動,

如

圖

A.1所示。圖

A.1

擺運動原理tt控制系統(tǒng)保證工作平臺按

正

弦

規(guī)

律

運

動,

水

平

位

移d

()及擺角

φ

()的時間ttt曲線為: iω i

2td()=D

·sn(t) iω i

2tt i

ω i

2式中:D

———水平位移幅值,m;Φ

———擺角位移幅值,rad?；谫|點建立運動坐標系OXYZ,在小擺角條件下,Φ≈DOX

軸與水平面平行且與擺運動方向垂直,該軸方向加速度aX

為:aX=0 (A.2)OY

軸沿擺運動切線方向,

該

軸

方

向

加

速

度aY

由擺角引入的重力加速度分量和線振動加速度分量兩部分組成。表示為:aY=

g i

ωOZ

軸沿擺半徑方向,該軸方向加速度aZ

由擺角引入的重力加速度分量和向心加速度兩部分組成。表示為:φ

t ωΦ i

ω ω8由于Φ 小于 ,則a Z由于Φ 小于 ,則a Z

是頻