JJF1870—20201傾斜搖擺試驗臺校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于傾斜搖擺試驗臺(以下簡稱試驗臺)的校準。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG948電動振動試驗系統(tǒng)JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示JJF1156—2006振動沖擊轉速計量術語及定義GB/T2423.101—2008電工電子產品環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗:傾斜和搖擺GJB150.23A—2009軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第23部分:傾斜和搖擺試驗凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;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)范。3術語和定義3.1傾斜inclinations包括縱傾、橫傾兩種形式。縱傾是船舶中縱剖面垂直于靜止水面,但是中橫剖面與鉛錘面成一縱傾角時的浮態(tài)。橫傾是船舶中橫剖面垂直于靜止水面,但是中縱剖面與鉛錘面成一橫傾角時的浮態(tài)。3.2搖擺swings有縱搖、橫搖、艏搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩六種形式。橫搖、縱搖和艏搖是指船舶繞其縱向、橫向和垂向3個坐標軸所做的交變性角位移運動;縱蕩、橫蕩和垂蕩是指船舶沿其縱向、橫向和垂向3個坐標軸所做的往復性平移運動。4概述傾斜搖擺試驗臺用于模擬船舶由于海損事故、操縱、裝載不平衡和風力造成的傾斜搖擺環(huán)境,以及由船舶受風力、海浪等外力作用所造成的正弦搖擺和正弦直線運動等環(huán)境。試驗臺可以模擬產生縱傾、橫傾、縱搖、橫搖、艏搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩及其相互耦合的運動。試驗臺傾斜搖擺方向定義如圖1所示。JJF1870—20202圖1傾斜搖擺試驗臺傾斜和搖擺方向X—縱蕩;Y—橫蕩;Z—垂蕩;1—橫傾/橫搖;2—縱傾/縱搖;3—艏搖5計量特性5.1傾斜角度示值誤差試驗臺傾斜角度示值與實際測量傾斜角度的偏差,包括縱傾角度示值誤差和橫傾角度示值誤差。5.2搖擺角度示值誤差試驗臺搖擺角度示值與實際測量搖擺角度的偏差,包括縱搖角度示值誤差、橫搖角度示值誤差和艏搖角度示值誤差。5.3搖擺加速度示值誤差試驗臺搖擺加速度示值與實際測量搖擺加速度的偏差,包括縱蕩加速度示值誤差、橫蕩加速度示值誤差和垂蕩加速度示值誤差。5.4搖擺周期示值誤差試驗臺搖擺周期示值與實際測量搖擺周期的偏差,包括縱搖、橫搖、艏搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6種工況的周期示值誤差。5.5搖擺波形失真度試驗臺搖擺波形的諧波失真度,包括縱搖、橫搖、艏搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6種工況的波形失真度。注:以上計量特性要求可以參照國家標準或國家軍用標準相應條款給出的技術指標要求。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1溫度:(20±15)℃。6.1.2相對濕度:不大于90%。6.1.3實驗室及其周圍環(huán)境應無強振動和沖擊源,無強電磁場、強聲場的干擾。6.2測量標準及其他設備6.2.1動態(tài)信號分析儀主要用于搖擺幅值、周期和波形失真度的測量。技術指標滿足以下要求:JJF1870—20203a)頻率范圍:0.1Hz~10kHz;b)電壓測量不確定度:0.5%(k=2);c)時間測量不確定度:0.1%(k=2)。6.2.2數(shù)字電壓表主要用于傾斜測量。技術指標滿足以下要求:a)直流電壓范圍:-100V~+100V;b)電壓測量不確定度:0.1%(k=2)。6.2.3具有零頻響應的加速度計選用具有零頻響應的高靈敏度加速度計(以下簡稱加速度計),例如變電容式加速度計、應變加速度計和伺服加速度計等。技術指標滿足以下要求:a)頻率范圍:DC~60Hz;b)頻率響應:在DC~60Hz范圍內小于2%;c)橫向靈敏度:不大于3%;d)測量不確定度:2.0%(k=2)。6.2.4傾角傳感器主要用于傾斜測量。技術指標滿足以下要求:a)角度測量范圍:±70°;b)測量不確定度:0.1°(k=2)。6.2.5轉角傳感器主要用于艏搖測量。技術指標滿足以下要求:a)頻率范圍:0.1Hz~60Hz;b)轉角測量范圍:±20°;c)測量不確定度:2.0%(k=2)。7校準項目和校準方法為滿足不同的傾斜和搖擺試驗標準的要求,試驗臺應在空載條件下進行其計量特性的校準,試驗臺的校準可以根據(jù)試驗臺的實際特性指標及用戶要求選擇本規(guī)范中適用的項目進行。7.1校準項目校準項目如表1所示。表1校準項目表序號項目校準設備1傾斜角度示值誤差數(shù)字電壓表,加速度計或傾角傳感器2搖擺角度示值誤差動態(tài)信號分析儀,加速度計,轉角傳感器3搖擺加速度示值誤差動態(tài)信號分析儀,加速度計4搖擺周期示值誤差動態(tài)信號分析儀,加速度計,轉角傳感器5搖擺波形失真度動態(tài)信號分析儀,加速度計,轉角傳感器JJF1870—202047.2校準方法7.2.1傾斜角度示值誤差將試驗臺臺面置于水平位置,將加速度計或傾角傳感器安裝在試驗臺臺面中心,加速度計的敏感軸垂直于重力加速度的方向和傾斜的軸線;傾角傳感器的旋轉軸垂直于重力加速度且平行于傾斜的軸線。按圖2所示連接設備,在試驗臺傾斜角度范圍內選取3~5個校準角度(推薦縱傾角度為±5°、±7.5°、±10°、±30°;橫傾角度為±10°、±15°、±22.5°),操作試驗臺按照設定角度傾斜,使用數(shù)字電壓表的直流擋位讀取加速度計或傾角傳感器的輸出。分別記錄傾斜角度測量值和試驗臺的傾斜角度示值,按公式(1)計算傾斜角度示值誤差δθi:δθi×100%(1)式中:i測量次數(shù);θSi—試驗臺傾斜角度示值,(°);θMi—由加速度計或傾角傳感器測得的傾斜角度值,(°);δθi—試驗臺傾斜角度示值誤差,%。加速度計測量傾斜角度的方法:試驗臺臺面置于水平位置時,測量得到此時的加速度計的直流輸出為V0(通常為加速度計的偏置電壓),試驗臺傾斜后,測量得到加速度計的直流輸出為V。加速度計測得的傾斜角度按公式(2)計算:(2)θ°arcsin(2)式中:θ—加速度計測量的傾斜角度值,(°);V0—加速度計的敏感軸方向垂直于重力加速度方向時的直流輸出,mV;V—試驗臺傾斜后加速度計的直流輸出,mV;g—當?shù)刂亓铀俣?m/s2;S—加速度計的靈敏度,mV/(m/s2)。圖2傾斜校準系統(tǒng)示意圖JJF1870—202057.2.2搖擺角度示值誤差將試驗臺臺面置于水平位置,將加速度計或轉角傳感器安裝在試驗臺臺面中心,加速度計的敏感軸垂直于重力加速度和搖擺的軸線;轉角傳感器的旋轉軸平行于重力加速度。按圖3所示連接設備,在試驗臺搖擺角度范圍內選取校準角度(推薦縱搖角度為±5°、±10°、±30°,周期為3s、5s、7s;橫搖角度為±22.5°、±30°、±45°、±60°,周期為5s、7s、10s;艏搖角度為±4°,推薦的周期為10s)。操作試驗臺按照設定角度搖擺,使用動態(tài)信號分析儀的交流耦合方式讀取加速度計或轉角傳感器的輸出值。分別記錄搖擺角度測量值和試驗臺的搖擺角度示值,按公式(3)計算搖擺角度示值誤差δφi:δφi×100%(3)式中:δφi—試驗臺搖擺角度示值誤差,%;i測量次數(shù);φSi—試驗臺搖擺角度示值,(°);φMi—由加速度計或轉角傳感器測得的搖擺角度值,(°)。加速度計測量搖擺(縱搖和橫搖)角度的方法為:試驗臺搖擺后,使用動態(tài)信號分析儀的交流耦合方式測量加速度計的交流輸出峰值VP。加速度計測得的搖擺角度按公式(4)計算:(4)(4)式中:φ—加速度計測量的搖擺角度值,(°);VP—加速度計輸出的峰值(正峰值或負峰值),mV;g—當?shù)刂亓铀俣?m/s2;S—加速度計的靈敏度,mV/(m/s2)。圖3搖擺校準系統(tǒng)示意圖JJF1870—202067.2.3搖擺加速度示值誤差將試驗臺臺面置于水平位置,將加速度計安裝在試驗臺臺面中心,加速度計的敏感軸平行于搖擺的運動方向。按圖3所示連接設備,在試驗臺搖擺加速度范圍內選取校準加速度(在搖擺周期范圍內,推薦使用縱蕩加速度為5m/s2;橫蕩加速度為6m/s2;垂蕩加速度為6m/s2、10m/s2),操作試驗臺按照設定加速度搖擺,使用動態(tài)信號分析儀讀取加速度計的輸出。分別記錄搖擺加速度測量值和試驗臺的搖擺加速度示值,按公式(5)計算縱搖擺度示值誤差δai:(5)δai=aSMi×100%(5)式中:δai—試驗臺搖擺加速度示值誤差,%;i測量次數(shù);aSi—試驗臺搖擺加速度示值,m/s2;aMi—由加速度計測得的搖擺加速度值,m/s2。7.2.4搖擺周期示值誤差將試驗臺臺面置于水平位置,按圖3所示連接設備。按照7.2.2和7.2.3的規(guī)定安裝加速度計和轉角傳感器,選擇搖擺的角度、加速度和周期。操作試驗臺按照設定值搖擺,通過動態(tài)信號分析儀讀取傳感器的輸出波形。分別記錄搖擺周期測量值和試驗臺的搖擺周期示值,按公式(6)計算搖擺的搖擺周期的示值誤差δti:(6)δti×100%(6)式中:δti—試驗臺搖擺周期示值誤差,%;i測量次數(shù);tSi—試驗臺搖擺周期顯示值,s;tMi—由加速度計或轉角傳感器測得的搖擺周期值,s。搖擺周期測量的數(shù)據(jù)讀取方法如圖4所示。圖4周期讀取方法JJF1870—20207根據(jù)角度測量波形的峰值讀取n(n≥5)個周期的間隔為Δt,那么單個搖擺周期tMi=Δt/n。7.2.5搖擺波形失真度將試驗臺臺面置于水平位置,按圖3所示連接設備。按照7.2.2和7.2.3的規(guī)定安裝加速度計和轉角傳感器,選擇搖擺的角度、加速度和周期。操作試驗臺按照設定值搖擺,通過動態(tài)信號分析儀對傳感器的輸出波形的諧波失真度進行測量。波形失真度一般取5次諧波,按公式(7)計算: γ×100%(7)式中:γ—搖擺的波形失真度,%;φ2、φ3、φ4、φ5—被測信號的2、3、4、5次諧波的幅值,(°)或m/s2;φ1—被測信號的基波幅值,(°)或m/s2。8校準結果表達校準結束后出具校準證書。校準證書應準確、客觀地報告校準結果,校準結果以校準數(shù)據(jù)、校準曲線等形式給出。校準證書應包含委托方的要求、說明校準結果所必需的和所用方法要求的全部信息。校準證書至少應包含以下信息:a)標題:“校準證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識;e)客戶名稱和地址;f)被校設備的名稱、制造廠、型號規(guī)格、編號;g)進行校準的日期;h)校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識,包括名稱及代號;i)本次校準所使用的測量標準的溯源性及有效性說明;j)校準環(huán)境的描述,包括溫度和相對濕度;k)校準結果及其測量不確定度的說明;l)校準證書簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識;m)校準結果僅對被校對象有效的聲明;n)未經(jīng)實驗室書面批準,不得復制證書的聲明。9復校時間間隔傾斜搖擺試驗臺的復校時間間隔一般為1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等因素決定的,因此,送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。JJF1870—20208附錄A搖擺角度測量不確定度評定實例A.1測量模型使用加速度計測量搖擺角度,角度量值由加速度計的輸出確定,它的計算由公式(A.1)得到。在不確定度分析中只需要分析各分量對于加速度計輸出的影響。(A.1)(A.1)式中:φ—加速度計測量的搖擺角度值,(°);VP—加速度計輸出的峰值(正峰值或負峰值),mV;g—當?shù)刂亓铀俣?m/s2;S—加速度計的靈敏度,mV/(m/s2)。在選擇的測量角度、周期和放大器擋位等分量產生的相對擴展不確定度按照公式(A.2)計算:A.2標準不確定度k·uc,rel=k·u,rel+u,rel+…+u,rel(A.2)對傾斜搖擺試驗臺進行搖擺角度測量時,其測量不確定度評定的不確定度主要來源如下。A.2.1測量重復性引入的不確定度分量對傾斜搖擺試驗臺進行搖擺角度測量時,A類方法評定的不確定度主要來源于測量的重復性。設定搖擺角度為5°、30°和60°,搖擺周期為5s,對傾斜搖擺試驗臺的搖擺角度重復測量10次,使用貝塞爾函數(shù)法進行不確定度評定,測量結果與不確定度評定結果如表A.1所示。表A.1重復性測量數(shù)據(jù)及其引入的不確定度測量次數(shù)5°時測量結果/(°)30°時測量結果/(°)60°時測量結果/(°)15.130.460.425.230.459.935.230.660.145.430.260.455.230.460.265.230.159.875.329.960.585.030.560.290.2%30.8%2表A.1(續(xù))0.2%30.8%2測量次數(shù)5°時測量結果/(°)30°時測量結果/(°)60°時測量結果/(°)95.230.260.1105.230.460.3平均值5.2030.3160.19不確定度分量u1,5,rel=0.64%u1,30,rel=0.22%u1,60,rel=0.12%A.2.2加速度計靈敏度校準引入的不確定度分量測量使用加速度計靈敏度校準的不確定度為2.0%,其引入的標準不確定度按正態(tài)分布,包含因子k=2,由加速度計靈敏度校準引入的不確定度分量為u2,rel,則u2,rel=1.0%A.2.3加速度計頻率響應偏差引入的不確定度分量測量使用加速度計頻率響應偏差為1.0%,其引入的標準不確定度按正態(tài)分布,包含因子k=2,由加速度計靈敏度校準引入的不確定度分量為u3,rel,則u3,rel=0.50%A.2.4加速度計幅值線性度引入的不確定度分量測量使用加速度計幅值線性度為0.1%,其引入的標準不確定度按正態(tài)分布,包含因子k=2,由加速度計靈敏度校準引入的不確定度分量為u4,rel,則u4,rel=0.05%A.2.5加速度計輸出電壓測量引入的不確定度分量加速度計輸出電壓測量誤差約為0.2%,其引入的標準不確定度按均勻分布,包含u5,rel==0.115%因子k=3,由加速度計輸出電壓測量不準引入的不確定度分量為u5u5,rel==0.115%A.2.6傾斜搖擺試驗臺橫向運動引入的不確定度分量傾斜搖擺試驗臺橫向運動對加速度計電壓輸出造成的影響約為0.8%,其引入的標u6,rel,則u6,rel==0.57%準不確定度按反正弦分布,包含因子k=2,由橫向運動引入的不u6,rel,則u6,rel==0.57%A.2.7加速度計安裝引入的不確定度分量加速度計安裝對其輸出造成的影響約為1.0%,其引入的標準不確定度按正態(tài)分布,包含因子k=2,由加速度計安裝誤差引入的不確定度分量為u7,rel,則u7,rel=0.50%JJF1870—2020100.1%2A.2.8溫度對加速度計靈敏度影響引入的不確定度分量0.1%2溫度變化對加速度計靈敏度造成的影響約為0.1%,其引入的標準不確定度按均勻k=3,由溫度對加速度計靈敏度影響引入的不確定度分量為0.1%3u8,rel=0.1%3=0.058%A.2.9交流聲和噪聲引入的不確定度分量的不確定度分量為u9,rel,則u9,rel==0.071%0.1%的不確定度分量為u9,rel,則u9,rel==0.071%A.2.10重力加速度引入的不確定度分量當?shù)刂亓铀俣鹊臏y量和引用對測量結果會產生影響,重力加速度取4位有效數(shù)由當?shù)刂亓铀俣纫氲牟淮_定度分量為u10,rel,則字,其四舍五入誤差為0.01%,其引入的標準不確定度按均勻分布由當?shù)刂亓铀俣纫氲牟淮_定度分量為u10,rel,則u10,rel=A.3合成標準不確定度0.01%3=0.006%搖擺角度測量結果的不確定度分量獨立無關,故搖擺角度測量結果的合成標準不確定度為:當搖擺角度為5°時:當搖擺角度為3el=u,5,rel+u,5,rel+…+u,5,rel=1.50%當搖擺角度為60°時:uc,30,rel=u,30,