低加速度長持續(xù)時間激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)裝置

低加速度長持續(xù)時間激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程本規(guī)程適用于新制造的和使用中的低加速度長持續(xù)時間激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)裝置(以下簡稱校準(zhǔn)裝置)的檢定。1校準(zhǔn)裝置用途本規(guī)程受檢校準(zhǔn)裝置用于低加速度長持續(xù)時間范圍內(nèi)校準(zhǔn)沖擊加2校準(zhǔn)裝置原理本規(guī)程檢定的沖擊計(jì)量裝置，采用的計(jì)量學(xué)原理是光學(xué)多普勒效應(yīng)，光源為單模偏振氨氖激光器，計(jì)量方法為加速度絕對沖擊校準(zhǔn)方在邁克爾遜式激光-多普勒干涉系統(tǒng)中，運(yùn)動反射鏡與被校加速度計(jì)背靠背安裝(如圖1示)。當(dāng)沖擊運(yùn)動體承受沖擊運(yùn)動時，運(yùn)動的速度-時間函數(shù)〔U(t)〕由于涉系統(tǒng)的多普勒頻移時間函數(shù)[△fa(t)]來確定。多普勒頻移和校準(zhǔn)運(yùn)動反射鏡沖擊運(yùn)動體另一方面，與激光-多普勒干涉系統(tǒng)中運(yùn)動反射鏡背靠背安裝的式中：S被校加速度計(jì)沖擊加速度靈敏度，單位為V/ms-*或ap——激光多普勒沖擊校準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的沖擊加速度峰值，單位為本規(guī)程檢定的校準(zhǔn)裝置主要由氣炮沖擊源、激光-多普勒光學(xué)系統(tǒng)、多普勒信號處理設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備、濾波器和加速度-時間記3.2激光-多普勒光學(xué)系統(tǒng)，是一典型的邁克爾遜干涉系統(tǒng)。激緩沖裝置緩沖裝置氣炮主體適調(diào)放大器運(yùn)動反射鏡彈體多普勒信號處理系統(tǒng)激光多普勒光學(xué)系統(tǒng)被校加速度計(jì)數(shù)字示波器氣動控制入射光束的角耦棱鏡，接收方式為差動式。激光-多普勒光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生與彈體沖擊運(yùn)動速度成比例的多普勒3.3多普勒信號處理設(shè)備，包括寬帶放大、高低通濾波、高速整形、交替計(jì)數(shù)、快速暫存、預(yù)觸發(fā)控制和標(biāo)準(zhǔn)接口(IEEE-488)。多普勒信號處理設(shè)備對多普勒信號進(jìn)行模擬預(yù)處理并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，預(yù)觸發(fā)功能使完整的沖擊過程的多普勒速度信息經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)接口傳3.4數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括帶有標(biāo)準(zhǔn)接口(IEEE-488)的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和必要的外圍設(shè)備(打印機(jī)和繪圖儀)。數(shù)據(jù)處理設(shè)備對由標(biāo)準(zhǔn)接口輸入的多普勒速度數(shù)字信息進(jìn)行數(shù)字濾波、樣條擬合和數(shù)字微分處理，得到?jīng)_擊運(yùn)動的加速度信息，以及3.5低通濾波器，濾除來自被校系統(tǒng)的高頻干擾。3.6加速度-時間記錄設(shè)備，采用數(shù)字示波器，將被校儀器電信號作模擬-數(shù)字變換，并經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)接口傳送給計(jì)算機(jī)。注：(1)3.1到3.4款為絕對復(fù)現(xiàn)沖擊加速度量值的設(shè)備，4校準(zhǔn)裝置的總體技術(shù)要求4.1沖擊加速度范圍：40到200m/s2;4.2沖擊脈沖持續(xù)時間：140到240ms;4.3校準(zhǔn)沖擊波形：波形可調(diào)，滿足彈射、開傘和浪擊的沖擊試4.4復(fù)現(xiàn)沖擊加速度峰值的總不確定度：土2%(置信度為5氣炮沖擊機(jī)5.1氣炮沖擊機(jī)應(yīng)能產(chǎn)生第4.1到第4.3款所要求的光滑的沖擊5.2彈體(含運(yùn)動反射鏡、傳感器、傳感器保護(hù)套和信號電纜插座)的固有頻率應(yīng)在大于10/THz。T是沖擊脈沖持續(xù)時間，單位為s。5.3彈體外徑與炮體封閉段的配合公差應(yīng)優(yōu)于0.05mm。炮體封閉段不應(yīng)有接頭，以避免彈體與炮體內(nèi)壁磕碰產(chǎn)生機(jī)械干擾。炮體封閉段與彈體外表面之間的摩擦噪聲最低頻率應(yīng)高于10/THz。5.4炮體內(nèi)圓的直線性應(yīng)能保證測量光斑和參考光斑重合程度達(dá)70%以上。5.5炮體和光學(xué)系統(tǒng)安裝在同一隔振地基上。隔振地基應(yīng)能保證環(huán)境振動引起的彈體在光軸方向的運(yùn)動速度與校準(zhǔn)加速度峰值對應(yīng)的速度之比小于0.1%。5.6彈體旋轉(zhuǎn)和橫問運(yùn)動引起的復(fù)現(xiàn)加速度峰值偏差應(yīng)小于6激光-多普勒光學(xué)系統(tǒng)6,1單模氨氛激光器，λ=0,6328×10~8m,波長穩(wěn)定度為2×10~?,波長相對誤差<0.3%。6.2光學(xué)系統(tǒng)的測量景深大于2.5m,并保證在彈體2.5m行程7多普勒信號處理設(shè)備7.1頻率響應(yīng)范圍：5kHz到80MHz(-3dB截止頻率)。7.4計(jì)數(shù)器采樣引入的加速度度峰值相對誤差<±1%。7.5采樣脈沖時間相對誤差<±0.4%。8數(shù)據(jù)處理設(shè)備8.1采用通帶平坦，相位線性型數(shù)字低通濾波軟件，截止頻率≥10/T(-3dB),過濾帶的衰減率為12dB/oct。8.2數(shù)據(jù)處理方法引入的加速度峰值相對誤差<±1%。9其他要求(與復(fù)現(xiàn)峰值加速度量值無關(guān))9.1模擬低通濾波器-3dB的載止頻率≥10/THz,過渡帶的衰減率為12dB/oct。9.2加速度-時間記錄設(shè)備9.2.1測量范圍：時間，200μs到300ms;電壓，±10V。時間：小于最大讀數(shù)的±1%.電壓：小于最大讀數(shù)的±0.5%。9.2.3線性誤差：對于最佳擬合直線的最大偏離<±1%。9.2.4如果記錄設(shè)備內(nèi)有濾波作用的部件，對濾波器的規(guī)定同9.1條款。9.2.5記錄設(shè)備應(yīng)在0.008/THz到10/THz(-3dB截止頻率)的范圍內(nèi)有平坦的頻響特性。9.3被校加速度計(jì)和信號適調(diào)儀。9.3.1加速度計(jì)和信號適調(diào)儀配套進(jìn)行校準(zhǔn)。9,3,2被校加速度計(jì)的橫向靈敏度比低于2%,加速度計(jì)的安裝共振頻率應(yīng)高于20/THz。9.3.3如果信號適調(diào)儀內(nèi)設(shè)濾波器，要求同第9.1條款。三檢定條件和檢定項(xiàng)目10檢定環(huán)境條件10.2相對濕度：<80%。11檢定項(xiàng)目和檢定用設(shè)備檢定項(xiàng)目和檢定用儀器如表1序母檢定項(xiàng)目t激光器激光波長由生產(chǎn)廠(所)檢定，檢定結(jié)果符合本規(guī)程6,1條款的要求2朵樣計(jì)數(shù)器測量頻率信號發(fā)生器5kHz到100MHzr數(shù)字頻率計(jì)5kHz到100MHzo頻率測量的相對誤差；士0.1%3采樣時間數(shù)字頻率計(jì)5KHz到1MHz時間測量的相對誤差4復(fù)現(xiàn)峰值加速度量值的隨機(jī)不確定度標(biāo)準(zhǔn)(或精密)加速度計(jì)和信號適調(diào)儀12檢定項(xiàng)目的選擇12.1新建校準(zhǔn)裝置必須進(jìn)行11條款的全部檢定項(xiàng)目，并作復(fù)現(xiàn)峰值加速度量值的系統(tǒng)不確定度和總不確定度的分析和計(jì)算。12.2使用中的受檢裝置進(jìn)行11條款的全部檢定項(xiàng)目，但不作復(fù)現(xiàn)峰值加速度量值的系統(tǒng)不確定度的分析和計(jì)算。12.3.1進(jìn)行11條款表1序號1的檢定項(xiàng)目。12.3.2調(diào)整激光器，使參考光斑與測量光斑在彈體行程2.5m范圍內(nèi)的重合程度達(dá)本規(guī)程5.4條款的要求。12.4.1測試維修后的光電放大器的增益和頻率響應(yīng)范圍，并達(dá)到本規(guī)程7.1和7.3條款要求。12.4.2進(jìn)行本規(guī)程11條款表1序號4的檢定項(xiàng)目。12.5.1進(jìn)行本規(guī)程11條款表1序號2和4的檢定項(xiàng)目。12.65到8條款的其他要求不屬于本規(guī)程檢定范圍。13沖擊加速度量值的復(fù)現(xiàn)方法低加速度長持續(xù)時間激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)裝置絕對復(fù)現(xiàn)的沖擊加速度量值和單位，采用直接測最方法，溯源于長度和時間的計(jì)量基準(zhǔn)器具或通過比對與沖擊加速度國家基準(zhǔn)裝置量值一致(參看JJ02072—90國家沖擊加速度計(jì)量器具檢定系統(tǒng))。13.1.1調(diào)整氣炮高壓室壓力和彈體在氣炮封閉段內(nèi)的初始位置，直到產(chǎn)生所需要的沖擊加速度峰值和沖擊持續(xù)時間的沖擊脈沖。13.1.2調(diào)整高壓容積的大小，改變沖擊脈沖的上升時間和下降13.1.3檢查緩沖裝置是否處在正常位置。此時，氣炮控制臺處13.1.4檢查激光-多普勒光學(xué)系統(tǒng)的光電倍增管的工作電流是否在正常范圍(大約5mA)。13.1.5依據(jù)校準(zhǔn)加速度峰值和脈沖持續(xù)時間估計(jì)沖擊運(yùn)動速度范圍，并正確選擇激光多普勒信號高、低濾波器的上限頻率和下限頻13.2.1激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的沖擊加速度峰值用下式計(jì)a,沖擊加速度峰值apgc。被校加速度計(jì)(或測量系統(tǒng))電輸出峰值Vp,b。被校加速度計(jì)(測量系統(tǒng))輸出的電壓-時間曲線；14.1激光器激光波長，這項(xiàng)檢定由生產(chǎn)廠(所)進(jìn)行，應(yīng)具有符14.2采樣計(jì)數(shù)器測量頻率14.2.1信號源輸出信號接多普勒信號處理機(jī)輸入端，并用數(shù)字14.2.2在5kHz到80MHz范圍內(nèi)選定一個正弦信號頻率，穩(wěn)共16頁第9頁14.2.3第14.2.2步操作在5kHz到80MHz全范圍內(nèi)進(jìn)行。N=fxtt——采樣時間(s)。檢定結(jié)果應(yīng)符合7.4款規(guī)定。差(多次測量數(shù)據(jù)取最大值),t為采樣時間。14.4.1系統(tǒng)不確定度的計(jì)算，依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO—5347,置信度取95%,系統(tǒng)不確定度：式中：ep——激光-多普勒沖擊校準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)沖擊加速度峰值的系統(tǒng)誤u——沖擊速度，單位為m/s;第10頁第10頁e——測量計(jì)數(shù)采樣時間的絕對誤差，單位為s;ea——數(shù)據(jù)采集引起的測量加速度峰值的絕對誤差，單位為em——數(shù)據(jù)處理方法引起的測量加速度的絕對誤差，單位為式(6)中的各項(xiàng)分系統(tǒng)誤差由本規(guī)程14.1到14.3條款檢定數(shù)據(jù)和誤差分析確定。15復(fù)現(xiàn)沖擊加速度峰值的隨機(jī)不確定度的檢定15.1使用受檢校準(zhǔn)裝置檢定標(biāo)準(zhǔn)(或精密)加速度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)(或精密)信號適調(diào)儀組合，檢定結(jié)果的沖擊靈敏度平均值的隨機(jī)不確定15.2.1按本規(guī)程第9.1條款規(guī)定沒定模擬低通濾波器(或信號適調(diào)儀內(nèi)設(shè)低通濾波器)的截止頻率。15.2.2按本規(guī)程第13.1條款進(jìn)行操作。15.2.3按本規(guī)程第4.1和4.2條款規(guī)定的全范圍進(jìn)行上述15.2.1和15.2.2的操作。15.3.1同本規(guī)程13.2.1條款。按照ISO/5347規(guī)定置信度取95%,Xrun=t*√(e??+e?+e;+…+e!,)/式中：X=—置信度為95%的隨機(jī)不確定度；e,i,e,等——一系列單次測量對算術(shù)平均值的偏差；t——對指定置信度(95%)和測量次數(shù)的學(xué)生分布系數(shù)。16復(fù)現(xiàn)沖擊加速度峰值總不確定度計(jì)算16,2檢定結(jié)果應(yīng)符合4.4款規(guī)定。17.1檢定合格的受檢校準(zhǔn)裝置發(fā)給檢定證書。17.2檢定不合格的受檢校準(zhǔn)裝置發(fā)給檢定結(jié)果通知書。修理或調(diào)整后再次進(jìn)行檢定，檢定合格后發(fā)給檢定證18首次檢定周期為3年，隨后檢定，根據(jù)上兩次險(xiǎn)定結(jié)果調(diào)整第12頁第12頁附錄12,信號源型號3。頻率計(jì)型號4。檢定數(shù)據(jù)記錄表格受檢單位 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)廠家 序號f朵樣時間t計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)偏差(士計(jì)數(shù)個數(shù))123456789△Nmzx/N=±注共16頁受檢校準(zhǔn)裝置復(fù)現(xiàn)沖擊加速度峰值隨機(jī)不確定度檢定記錄表格2。加速度計(jì)型號.序“號國別、生產(chǎn)廠振動檢定單位證書號靈敏度5。檢定數(shù)據(jù)記錄表格序號沖擊持續(xù)時間T被校儀器輸出被校儀器沖擊加速度123456789X+am/S注%附錄了序號相對不晚定度誤差1沖擊速度測量相對諛差(6m/U)激光波長誤差(Aλ/A)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)澳差(△N/N)2計(jì)數(shù)器采樣時間誤差(es/&)3數(shù)