JJF 1426-2013 双离心机法线加速度计动态特性校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1426—2013

双离心机法线加速度计动态特性

校准规范

CalibrationSpecificationforDynamicParametersofLinearAccelerometer

UsedDoubleCentrifuge

2013-09-02发布2013-12-02实施

国家质量监督检验检疫总局发布

JJF1426—2013

目录

引言………………………

(Ⅱ)

范围……………………

1(1)

引用文件………………

2(1)

术语和定义……………

3(1)

概述……………………

4(1)

计量特性………………

5(2)

幅频特性……………

5.1(2)

相频特性……………

5.2(2)

幅值线性度…………

5.3(2)

校准条件………………

6(2)

被校准加速度计基本条件…………

6.1(2)

环境条件……………

6.2(2)

测量标准及其他设备………………

6.3(3)

校准项目和校准方法…………………

7(4)

校准前准备…………

7.1(4)

幅频特性校准………………………

7.2(4)

相频特性校准………………………

7.3(5)

幅值线性度校准……………………

7.4(6)

校准结果的表达………………………

8(7)

复校时间间隔…………

9(7)

附录基于双离心机的正弦加速度原理……………

A(8)

附录加速度计的灵敏度和相位延迟测量不确定度评定示例……

B(10)

附录校准原始记录格式……………

C(15)

附录校准证书内页格式……………

D(17)

附录双离心机工作半径的确定……………………

E(19)

附录加速度计初始相位的确定……………………

F(25)

Ⅰ

JJF1426—2013

引言

本规范是在参考线加速度计的精密离心机校准规范的基础上

JJF1116—2004《》,

提出了采用双离心机对线加速度计进行动态校准的方法本规范给出的校准原理与国

。,

际标准推荐的线加速度计精密离心机测试规范的附录相关

IEEE836—2009《IEEE》E

内容吻合

。

Ⅱ

JJF1426—2013

双离心机法线加速度计动态特性

校准规范

1范围

本规范适用于利用双离心机对线加速度计的动态特性进行校准

。

2引用文件

线加速度计的精密离心机校准规范

JJF1116—2004

惯性技术术语

GJB585A—1998

推荐的线加速度计精密离心机测试规范

IEEE836—2009IEEE(IEEERecom-

mendedPracticeforPrecisionCentrifugeTestingofLinearAccelerometers)。

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术语和定义

确立的以及下列术语和定义适用于本规范

GJB585A—1998。

双离心机

3.1doublecentrifuge

由主离心机和从离心机组成其产生的动态加速度信号可作为输入量对线加速度计

,

进行动态校准从离心机安装在主离心机的转盘或转臂上且其回转轴与主离心机回转

。,

轴平行通过主离心机和从离心机同时旋转来产生正弦加速度信号主离心机用来实现

,。

加速度信号的幅值从离心机用来实现加速度信号的频率和相位

,。

灵敏度

3.2amplitudesensitivity

在正弦加速度信号的激励下线加速度计输出信号正弦分量峰值与输入加速度信号

,

峰值之比

。

相位延迟

3.3phasedelay

在正弦加速度信号的激励下线加速度计输出信号正弦分量与输入加速度信号正弦

,

分量的相位差

。

幅值线性度

3.4amplitudelinearity

表征线加速度计输出信号正弦分量峰值随正弦输入信号峰值改变而变化所呈现的非

线性特性

。

参考频率

3.5referencefrequency

在线加速度计幅值线性度校准中优先选择的输入正弦加速度信号的频率

。

4概述

一般线加速度计以下简称加速度计的力学模型被近似为典型的质量弹簧阻

(“”)

尼系统型二阶力学模型见式

,(1)。

1

JJF1426—2013

2xx

Md+Dd+Kx+C=-Ma

t2t(1)

dd

式中

:

M敏感质量

———,kg;

D周围气体提供的阻尼

———,N·s/m;

K弹簧刚度

———,N/m;

x敏感质量质心的相对位移

———,m;

a输入加速度2

———,m/s;

C常值

———,N;

t时间

———,s。

加速度计用于测量运动载体的线加速度可以分为变阻式变容感式压电

,、()、

式电磁电动式和伺服式加速度计广泛应用于国防及民用装备如武器飞机

、()。(、、

火车汽车等

、)。

5计量特性

幅频特性

5.1

输入正弦加速度信号峰值保持不变在加速度计工作频率范围内选取若干个点详

,(

细选择见依次增大正弦加速度信号的频率通过数据采集处理得到每个频

7.1.1),,、

率点加速度计的灵敏度以零频时的灵敏度即重力场法校准该加速度计得出的标度因

,(

数为参照进行归一化处理对归一化灵敏度数据进行曲线拟合即获得加速度计的幅

)。,

频特性曲线

。

相频特性

5.2

输入正弦加速度信号峰值保持不变在加速度计工作频率范围内选取若干个点详

,(

细选择见依次增大正弦加速度信号的频率通过数据采集处理得到每个频

7.2.1),,、

率点加速度计输出信号正弦分量的相位延迟对每个频率点的相位延迟进行曲线拟合

,,

即获得加速度计的相频特性曲线

。

幅值线性度

5.3

输入正弦加速度信号频率保持不变在加速度计量程范围内选取若干个点详细选

,(

择见依次增大输入正弦加速度信号幅值得到每个幅值点加速度计输出信号

7.3.1),,

正弦分量峰值通过数据处理得到幅值线性度

,。

6校准条件

被校准加速度计基本条件

6.1

应提供加速度计通过重力场法校准所获得的标度因数等参数指标

。

环境条件

6.2

环境条件及其要求如下

:

环境温度

a):20℃±3℃;

相对湿度不大于

b):80%;

2

JJF1426—2013

实验室应有接地装置接地电阻不大于

c),1Ω;

无影响正常工作的电磁干扰

d);

实验室内双离心机安装用地基要有隔振基础

e);

供电电源三相

f):(380±38)V,(50±0.5)Hz;

单相

(220±22)V,(50±0.5)Hz。

测量标准及其他设备

6.3

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

a)(),,

期内

;

所用仪器应良好接地

b);

校准前必须对被校准加速度计和配套用仪器通电预热预热时间应符合仪器的

c),

规定无明确规定时配套用仪器通电预热一般不少于

;,30min。

校准用主要设备如表所示

1。

表1校准用主要设备

序号校准用设备技术指标用途

正弦加速度信号幅值要求能够覆盖被校

:

加速度计的幅值范围幅值测量不确定度满

,

双离心机足被校加速度计的要求幅值范围一般为主要校准装置

1。

2

(10~1000)m/s。

正弦加速度信号频率最大值不小于

:1Hz。

采样频率不低于正弦加速度频率的倍

100,

模拟信号测量装置位数不低于位其测量不确定应满信号测量

2A/D14,

足系统的要求

。

直流电压的测量范围最低为

-10V~10V;

数字电压表最大允许误差-5辅助信号测量

3:±2.0×10;

有效数位不低于位半

6。

示波器带宽不低于信号监测

420MHz。

输出电压可调

直流稳压电源:±32V;产品供电

5纹波电压有效值小于

:10mV。

加速度计的安装定位面和安装用夹具

1)

的工作面应清洁平滑使用一段时间后应该

,

重新研磨还要定期进行保养防止生锈

,,。

安装用夹具应尽可能刚性好且各安

安装用夹具2),产品安装

6装面相互间垂直度平面度

2″,1μm。

安装夹具应具有调整装置并配备相

3),

应的测试仪器使加速度计的安装状态与实

,

验要求相一致

。

3

JJF1426—2013

7校准项目和校准方法

校准前准备

7.1

被校加速度计的安装

7.1.1

通过安装夹具把被校加速度计安装在从离心机的安装定位面上使得加速度计输

a),

入轴与从离心机回转轴垂直加速度计的安装定位面和安装夹具的工作面应清洁平滑

。;

采用低噪声屏蔽电缆连接加速度计给加速度计上电

b),。

确定双离心机工作半径

7.1.2

双离心机工作半径包括主离心机工作半径R和从离心机工作半径R

12。

主离心机工作半径是指主离心机回转轴线平均线到从离心机回转轴线平均线之

a)

间的距离主离心机工作半径R由双离心机生产厂家给出也可以通过有资质的计量

。1,

机构检定或校准给出详细过程可参考附录中

。EE.1。

从离心机工作半径是指从离心机回转中心与被校加速度计检测质量质心之间的

b)

距离通过调整加速度计安装夹具位置使从离心机回转中心与被校加速度计检测质量

。,

质心重合或接近重合

,。

调整过程中利用半径反算法可以得到一系列从离心机工作半径R根据实际使

,2,

用情况把R控制在适当的范围内即可此时对于该被校准加速度计而言可以认

,2。,,

为从离心机回转中心与其检测质量质心重合或接近重合该R可以忽略详细调整

,,2。

方法可参考附录中

EE.2。

确定加速度初始相位

7.1.3

由于双离心机组成不尽相同确定初始相位方法也各不相同附录推荐了一种

,。F

确定被校加速度计初始相位的方法可以参照执行

,。

幅频特性校准

7.2

幅频特性用选定的幅值点各频率点fi的灵敏度Si与零频时的灵敏度S的比值

,0

Ki的拟合曲线表示零频时的灵敏度采用在重力场下测得的加速度计的标度因数

。,。

校准点的选择

7.2.1

幅值点选择推荐选取被校加速度计量程的

:10%~30%。

频率点选择在被校加速度计的工作频率范围内均匀选择NN个频率点

:,(≥7)。

校准结果的获得

7.2.2

加速度计的安装按中的要求进行

。

7.1

旋转主离心机使得加速度幅值为选定幅值点逆时针旋转从离心机在每个频率

,。,

点fi都进行nn次测量以角频率ωifi对每组数据进行三参数的余弦拟合

(≥7)。=2π,

按式计算拟合结果

(2):

yij*=Eij*ωit+φij*+Cij*i=Nj=n

cos()(1,2,…,;1,2,…,)(2)

式中

:

yij*第i个频率点第j次采样的加速度计输出拟合值

———、,V;

Eij*第i个频率点第次采样拟合得到的加速度计输出信号交流分量峰

———、j

值

,V;

4

JJF1426—2013

ωi频率点fi对应的角频率

———,rad/s;

φij*第i个频率点第j次采样拟合得到的相位

———、,rad;

Cij*第i个频率点第j次采样拟合得到的直流分量

———、,V。

按式计算平均值Ei

(3):

n

Ei=1Eij*i=N

nj=(1,2,…,)(3)

∑1

按式计算灵敏度Si

(4):

Ei

Si=i=N

A(1,2,…,)(4)

式中

:

Si加速度计在频率点fi的灵敏度2

———,V/(m/s);

Ei加速度计在频率点fi输出信号正弦分量峰值的平均值

———,V;

A加速度信号正弦分量峰值2

———,m/s。

按式计算灵敏度的比值

(5):

Si

Ki=i=N

S(,,…,)()

0125

式中

:

Ki加速度计在频率点i的灵敏度与零频灵敏度的比值

———f;

Si加速度计在频率点fi的灵敏度2

———,V/(m/s);

S加速度计在零频时的灵敏度2

0———,V/(m/s)。

校准结果的表示

7.2.3

在频率范围ffN内对N个灵敏度比值进行曲线拟合获得被校加速

0~,(+1),

度计的幅频特性曲线

。

相频特性校准

7.3

相频特性用在参考幅值点各频率点fi的相位延迟φi的拟合曲线表示

,Δ。

校准点的选择

7.3.1

校准点的选择同

7.2.1。

校准结果的获得

7.3.2

按的要求进行在每个频率点fi其相位平均值φi按式计算

7.2.2。,(6):

n

ii*iN

φ=1φj=

nj=(1,2,…,)(6)

∑1

把相位平均值φi换算成角度单位度表示并按式计算每个频率点的相位

(°),(7)

延迟

:

φi=φi-φ

Δ0(7)

式中

:

φi第i个频率点fi的相位延迟

Δ———,(°);

φi第i个频率点fi加速度计输出信号正弦分量相位的平均值

———,(°);

φ正弦加速度的初始相位

0———,(°)。

5

JJF1426—2013

校准结果的表示

7.3.3

在频率范围ffN内对N个相位延迟值进行曲线拟合获得被校加速

0~,(+1),

度计的相频特性曲线

。