JJF 1453-2014 角运动传感器(角冲击绝对法)校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 5 32 0 1 4角运动传感器(角冲击绝对法)校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rA n g u l a rM o t i o nT r a n s d u c e r s(P r i m a r yA n g u l a rS h o c k)2 0 1 4-0 4-2 1发布2 0 1 4-0 7-2 1实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布角运动传感器(角冲击绝对法)校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c
2、 a t i o nf o rA n g u l a rM o t i o nT r a n s d u c e r s(P r i m a r yA n g u l a rS h o c k)J J F1 4 5 32 0 1 4 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:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 参加起草单位:中国人民解放军9 6 6 0 4部队 本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释J J F1 4 5 32 0 1 4本规范主要起草人:彭 军(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)张 力(中国航空工业集团公司北京长城计量测试
3、技术研究所)徐晓梅(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)参加起草人:何 群(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)孙 蔚(中国人民解放军9 6 6 0 4部队)孙丰甲(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)J J F1 4 5 32 0 1 4目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 半正弦角冲击脉冲(1)3.2 角脉冲持续时间(1)4 概述(1)5 计量特性(1)6 校准条件(2)6.1 校准环境条件(2)6.2 校准用标准器及配套设备(2)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果
4、(6)9 复校时间间隔(7)附录A 角冲击校准原理简述(8)附录B 参考灵敏度测量不确定度评定示例(1 0)附录C 传感器灵敏度测量不确定度评定示例(1 2)附录D 校准记录的参考格式(1 4)J J F1 4 5 32 0 1 4引 言J J F1 0 7 1 国家 计 量 校 准 规 范 编 写 规 则、J J F1 0 0 1 通 用 计 量 术 语 及 定 义、J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。本规范在激光干涉法测量角运动方面参考了G B/T2 0 4 8 5.1 52 0 1 0 振动与冲击传感器校准方法 第1 5部分:激
5、光干涉法角振动绝对校准中的方法3 B所提出的测量方法;在数据处理方法上参考了G B/T2 0 4 8 5.1 32 0 0 7 振动与冲击传感器校准方法 第1 3部分:激光干涉法冲击绝对校准。本规范为首次制定。J J F1 4 5 32 0 1 4角运动传感器(角冲击绝对法)校准规范1 范围本规范适用于采用角冲击激励方式对角运动传感器(包括角加速度、角速度和角位移传感器)在角加速度5 0 0/s21 50 0 0/s2(脉宽5m s 3 0m s)、角速度5/s 6 0 0/s(脉宽2 0m s 1 0 0m s)、角位移0.5 1 0 0(脉宽3 0m s 1 5 0m s)范围内的校准。2
6、 引用文件本规范引用了下列文件:J J F1 1 5 62 0 0 6 振动、冲击、转速计量术语及定义G B/T2 0 4 8 5.1 32 0 0 7 振动与冲击传感器校准方法 第1 3部分:激光干涉法冲击绝对校准(I S O1 6 0 6 3-1 3:2 0 0 1,I D T)G B/T2 0 4 8 5.1 52 0 1 0 振动与冲击传感器校准方法 第1 5部分:激光干涉法角振动绝对校准(I S O1 6 0 6 3-1 5:2 0 0 6,I D T)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 术语和计量
7、单位3.1 半正弦角冲击脉冲 h a l f-s i n ea n g u l a r s h o c kp u l s e时间历程曲线近似为半正弦波的角运动脉冲。3.2 角脉冲持续时间 d u r a t i o no f a n g u l a rs h o c kp u l s e简单角冲击脉冲的运动量上升到某一设定的最大值的分数值和下降到该值的时间间隔,对实测脉冲通常取最大值的0.1倍作为设定值,对理想脉冲设定值取为零。4 概述角运动传感器用于测量各种角运动(包括角位移、角速度和角加速度)。常用的角运动传感器有压电式、微机械式、光纤式等,依据其感受的角运动量的不同分为角位移传感器、角速
8、度传感器(如陀螺)和角加速度传感器。5 计量特性采用本规范所规定的校准方法进行角运动传感器校准时,被校传感器的计量特性见表1。1J J F1 4 5 32 0 1 4表1 角运动传感器的计量特性序号传感器类型量程范围带宽灵敏度重复性灵敏度非线性度1角加速度5 0 0/s21 50 0 0/s20.5H z 10 0 0H z3%5%2角速度5/s 6 0 0/s0.5H z 10 0 0H z2%3%3角位移0.5 1 0 0 0.5H z 10 0 0H z2%3%注:以上指标不作为合格性判别,仅提供参考。6 校准条件6.1 校准环境条件6.1.1 环境温度:(2 35)。6.1.2 相对湿
9、度:7 5%。6.1.3 周围无强电磁场,无腐蚀性气体或液体,无强震源。6.1.4 供电电源:频率(5 01)H z,电压(3 8 03 8)V、(2 2 02 2)V。6.2 校准用标准器及配套设备6.2.1 动态角运动标准装置标准装置主要由角冲击台、激励控制系统、角冲击测量系统(光栅测量系统或激光干涉测量系统)、数据采集处理系统、气源系统、地基等组成。如图1所示。图1 标准装置的系统组成 标准装置可给出三种角冲击激励方式,主要技术指标见表2。表2 标准装置主要技术指标序号角冲击激励方式技术指标1角加速度脉冲持续时间5m s 5 0m s角加速度测量范围5 0 0/s21 50 0 0/s2
10、测量重复性0.5%角加速度峰值测量不确定度(k=2)2.0%2J J F1 4 5 32 0 1 4表2(续)序号角冲击激励方式技术指标2角速度脉冲持续时间5m s 1 0 0m s角速度测量范围5/s 6 0 0/s测量重复性0.3%角速度峰值测量不确定度(k=2)1.5%3角位移脉冲持续时间5m s 2 0 0m s角位移测量范围0.5 1 0 0 测量重复性0.3%角位移峰值测量不确定度(k=2)1.0%6.2.2 角冲击台角冲击台主要由电机、光栅、旋转轴、气浮轴承、安装台面、支撑壳体等组成。电机为永磁无刷力矩电机,电机转子直接安装在旋转轴上,定子安装在支撑壳体上。旋转轴在气浮轴承支持下
11、运动。激励控制系统可控制角冲击台给出冲击角位移、冲击角速度和冲击角加速度三种激励方式。技术指标要求:回转误差:1。6.2.3 角冲击测量系统可采用光栅测量系统或激光干涉测量系统。它以圆柱光栅为测量目标,光栅的主要技术指标:a)刻划线数:3 60 0 0线/周;b)测角误差:2。当采用光栅测量系统时,测量系统如图2所示。采用激光干涉的测量系统如图3所示。图2 光栅测量系统图6.2.4 数据采集系统要求能够同步多路采集标准输出信号(激光干涉信号或光栅读数头信号)和被校传感器输出信号,技术指标要求如下:a)采样率不低于1MH z;b)A/D位数不低于1 2位。3J J F1 4 5 32 0 1 4
12、图3 激光干涉测量系统图7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表3。表3 校准项目一览表序号项目名称校准方法1灵敏度及重复性7.2.12灵敏度非线性7.2.27.2 校准方法7.2.1 参考灵敏度及重复性7.2.1.1 推荐参考点a)角加速度传感器:脉冲脉冲持续时间1 0m s,峰值85 0 0/s2;b)角速度传感器:脉冲持续时间8 0m s,峰值1 0 0/s;c)角位移传感器:脉冲持续时间1 5 0m s,峰值2 0。7.2.1.2 校准前准备a)调整仪器设备,使其处于规定的工作状态;b)将被校传感器刚性安装在角冲击台的台面上,使角运动传感器敏感轴与角冲击台轴线平行;c)被校传
13、感器按说明书要求预热、通电;d)标准装置进入控制模式。按被校传感器测量参数类型,控制角冲击台给出不同的激励方式;e)选定参考点;f)校准时,在同一参考点重复测量1 0次,计算1 0次的平均值和实验标准偏差。7.2.1.3 数据处理参考灵敏度可由式(1)给出:S=1nni=1Si(1)4J J F1 4 5 32 0 1 4 式中:S 参考灵敏度,V/(/s2);Si 第i次测量的灵敏度,V/(/s2);i 测量次数;n 总测量次数,n=1 0。参考灵敏度重复性可由式(2)给出:s=ni=1(Si-S)2n-1(2)式中:s 参考灵敏度重复性,V/(/s2)。7.2.2 灵敏度非线性校准7.2.
14、2.1 推荐校准点推荐校准点见表4。表4 被校传感器灵敏度非线性推荐表角加速度传感器角速度传感器角位移传感器推荐峰值/s2推荐脉宽m s推荐峰值/s推荐脉宽m s推荐峰值推荐脉宽m s10 0 0,20 0 0,30 0 0,40 0 0,50 0 0,60 0 0,85 0 0,1 00 0 05,7,1 0,1 5,2 0,2 5,3 05,1 0,2 0,5 0,6 0,8 0,1 0 0,1 5 0,1 8 0,2 0 0,3 0 0 2 0,3 0,5 0,6 0,7 0,8 0,1 0 02,5,1 0,1 5,2 0,2 5,3 0,3 53 0,5 0,6 0,8 0,1 0
15、0,1 2 0,1 5 07.2.2.2 校准前准备a)同7.2.1.2的a)d);b)选定校准点可参考表4;c)至少在全量程范围内,在某一脉宽下均匀选择不少于6个测量点,每一个测量点重复测量3次。7.2.2.3 数据处理以角加速度传感器为例,传感器输入输出的线性模型可由式(3)给出:ui=u0+Si+vi(3)式中:S 角加速度传感器灵敏度,V/(/s2);ui 第i个测试点3次测量输出平均值,V;i 第i个测试点3次测量输入平均值,(/s2);u0 拟合零位,V;vi 拟合误差,V。5J J F1 4 5 32 0 1 4用最小二乘法确定S和u0,可分别由式(4)和式(5)给出:S=nni
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