资料介绍
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1210—2008
低速转台校准规范
2008-09-27发布 2009-01-01 实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
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本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2008年 9 月 27 日批准 , 并自2009年 1月 1 日起施行。
归口单位 : 全国振动冲击转速计量技术委员会
起草单位 : 中国航空工业第一集团公司第三〇四研究所
本规范委托全国振动冲击转速计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人 :
彭军 (中国航空工业第一集团公司第三〇四研究所)
何群 (中国航空工业第一集团公司第三〇四研究所)参加起草人 :
徐晓梅 (中国航空工业第一集团公司第三〇四研究所)
孙丰甲 (中国航空工业第一集团公司第三〇四研究所)
目录
1 范围
本规范适用于角速率不大于 2000°/s的低速转台 (以下简称转台) 的校准。
2 引用文献
GJB 1728—1993 速率转台通用规范
GJB 1801—1993 惯性技术测试设备主要性能试验方法
使用本规范时 , 应注意使用上述引用文献的现行有效版本。
3 术语
3.1 角速率 angularvelocity
单位时间内的角位置变化量。 即式中 θ— 定角间隔 ;
T— 转过定角间隔所用的时间。
3.2 幅值误差 amplitude error
转台给定幅值与测量解算得到的角运动量幅值的相对误差。
3.3 相位误差 phase error
转台激励信号相位角与测量解算得到的角运动量相位角的差值。
3.4 轴线垂直度 orthogonality
轴线之间的角度与 90°的偏差角。
4 概述
转台是用于对惯性器件进行姿态角位置、角速率和动态特性校准的一种专用测量装置 , 它可分为位置转台、速率转台、速率位置转台、仿真台等。转台按台体的结构可分为台面式转台和框架式转台 ; 按旋转轴数可分为 : 单轴、双轴和多轴转台。
5 计量特性
转台的计量特性见表 1。
表 1 计量特性
6 校准条件
6.1 校准环境条件
6.1.1 温度 : (23±5)℃
6.1.2 相对湿度 : ≤85%
6.1.3 周围无强电磁场 , 无腐蚀性气体或液体 , 无强振源。
6.1.4 供电电压 (380±38) V, (220±22) V。
6.2 测量标准及设备
6.2.1 速率测量系统
由测角圆光栅、读数头、安装芯轴、标准时基 , 细分电路和数据采集卡等组成。角速率测量范围 : 0.0001°/s~2000°/s。
6.2.2 频率计
测量日稳定性优于 2× 10-7。
6.2.3 光电自准直仪
定位误差 ≤2″的转台用分度值 ≤0.1″的自准直仪 ;
定位误差 ≤10″的转台用分度值 ≤0.2″的自准直仪 ;
定位误差 ≤30″的转台用分度值 ≤1″的自准直仪。
6.2.4 棱体
定位误差 ≤2″的转台用不少于 17面的 2等多面棱体 ;
定位误差 ≤10″的转台用不少于 16面的 3等多面棱体 ;
定位误差 ≤30″的转台用不少于 12面的 3等多面棱体。
6.2.5 电子水平仪
示值误差 : Ⅰ 挡不超过 ±2″。
Ⅱ挡不超过 ±1″。
6.2.6 动态测量系统
由测角圆光栅、读数头、安装芯轴、数据采集卡等组成。进行频率范围 0.5 Hz~ 100 Hz的转台幅值误差和相位误差的测量。
幅值测量误差 : ±2%。
相位测量误差 : ±2°。
7 校准项目和校准方法
7.1 轴回转误差校准
转台轴的回转误差可以用电子水平仪校准 , 也可采用平面镜和光电自准直仪校准。一般垂直轴采用电子水平仪校准 , 水平轴采用平面镜和光电自准直仪校准。
7.1.1 电子水平仪校准方法
一台电子水平仪分两次互相垂直放置在工作台面的某一位置上 (或将两台电子水平仪互相垂直放置) , 见图 1所示。
图 1 用水平仪校准回转误差示意图
旋转被测轴 , 被测轴按 30°间隔转动一周 , 被测轴角位置 θ=i×30°, i= 1, 2, … ,
12。记下被测轴在各相应位置水平仪的读数 Wxi , 将水平仪调转 90°测量 , 被测轴按 30°
间隔转动一周 , 记下水平仪的读数 Wyi。
利用傅立叶分析法对周期函数 Wxi , Wyi进行展开 , 去除台面安装与回转轴不垂直造成的零次和一次谐波分量。
式中 : i= 1, … , n;
k为谐波次数 ;
零次和一次项傅氏系数为 ax0 , ay0和 ax1 , bx1 , ay1 , by1
倾角回转的两个正交分量 ΔWxi , ΔWyi
轴回转误差 :
W = ±{Wi}max (12)
7.1.2 平面镜— 光电自准直仪校准方法
如图 2所示 , 在工作台面上或被测件安装位置处安装一可以调整的平面镜 , 光电自准直 (简称 : 光管) 和被测轴机座放置在同一基础上。调整光管位置使光轴与被测轴线初步对准 , 按照方法 7.1.1 记下 被测 轴在 相应 角位 置上 光管 在 X 和 Y 方向 上的 读数Wxi , Wyi。数据处理及结果评定同 7.1.1。
图 2 水平轴回转误差测量示意图
7.2 角速率误差及稳定性校准
在进行角速率 ⑴ 测量时 , 根据测量的角速率大小选取测量的角度间隔 , 见表 2。
表 2 测量的角度间隔表
测量点的选择根据转台的角速率范围而定 , 一般应包括最大转速、最小转速 , 在整个范围内不少于 10个测量点。
除有明确规定外 , 应在转台额定负荷下测量。
7.2.1 速率测量系统校准方法
将速率测量系统中的光栅安装在被测轴上 , 并使光栅与被测轴轴线重合 , 同轴度误差不大于 0.02 mm, 安装 调整 光栅 读数 头 , 并转 动被 测轴 , 使其 信号 输出 工作 正常。如图 3所示。转台处于速率工作状态 , 按给定的速率 ⑴ 指令稳速运转。根据速率指令大小选择定角间隔 θ, 计算采样时间 , 待转台以规定的角速率稳定运行后 , 同步锁存角度测量值 ,计算出角速率值 ⑴i, 连续测量 10次。 角速率低于 0.001°/s时 , 测量次数不少于 4次。
图 3 速率测量系统校准角速率示意图
1—台面 ; 2—光栅 ; 3—芯轴 ; 4—读数头 ; 5—数据采集处理系统
i (13)
式中 : ωi— 单次测量的角速率值 ;
ω-—n次测量的角速率平均值 ;
n — 某角速率点连续测量次数 ;
Δ稳 — 角速率的平稳性。
7.2.2 频率计校准方法
用频率计测量转台的同步脉冲输出信号 , 根据转台提供的同步角度间隔脉冲 , 测量
相邻脉冲的 时间 间隔 , 连续 测量 10 次得 到 Ti (i= 1, 2, … , 10)。 角速 率低 于
度 , 并在不确定度计算中加入此分量)。 同时记录转台测试系统显示的角速率值。
平均时间 Ti (15)
角速率平均值 (16)
稳定性 : (17)
式中 : Ti— 单次测量的时间 ;
T—n次测量的时间平均值 ;
ω-— 角速率平均值 ;
θ— 角速率测量的定角间隔 ;
角速率误差 : 输入给定转台的角速率 ω (标称值) 与标准装置所测角速率的平均值ω- 的相对偏差。
7.3 角位置定位及重复性校准
将棱体安装在转台被测轴的旋转中心 , 将光管安装于良好的隔震基础上 , 使光管光轴线垂直于棱 体或 平面 镜。 启动 转台 测控 系统 , 使其 工作 正常、稳定。 安装 如图 4所示。
棱体从被测轴角度测量系统数字显示 0位置起 , 记下光管的初读数b1 , 转台测角系统显示的角度值 d1 , 依次使轴转动棱体面规定的角度 a, 记下光管相应的读数 b2 , … , bn , 同时记录转台测角系统显示的角度值 d2 , … , dn。正向测一周后 , 同样的方法反方向测一周 , 记为 b, d。
图 4 角位置校准示意图
1—转台台面 ; 2—棱体 ; 3—光管 ; 4—光管支架
转台各测点角位置定位误差计算公式 :
ei = (di -d1) - (bi -b1) - ci (19)
式中 : bi— 自准直仪第i测点的读数 ;
ci— 棱体第 i面与第 1 面的夹角 ;
di— 转台测角系统第i测点的数显读数 ;
i= 1, 2, … , n;
ei— 转台第i测点的误差值。
转台角位置定位误差取各校准点误差的最大值和最小值之差的 1作为校准结果 , 公式表
示为 :
转台角位置定位重复性计算公式 :
fi =bi+1 -bi
f=b+1 - b (21)
式中 : bi— 正方向自准直仪第i测点的读数 ;
b— 反方向自准直仪第i测点的读数 ;
fi— 正方向相邻测点读数值之差 ;
f— 反方向相邻测点读数值之差 ;
Δ — 角位置定位重复性。
7.4 转台动态特性校准
将动态测量系统中的光栅安装在被测轴上 , 并使光栅与被测轴轴线重合 , 同轴度误差不大于 0.02 mm, 安装 调整 光栅 读数 头 , 将其 信号 接入 数据 采集 系统 的输 入通 道 ,并转动被测轴 , 观测其信号是否正常。 同时将被校转台的激励信号接入数据采集系统的
另一个通道。如图 5所示。转台工作于角振动工作状态 , 使其按给定的频率 f与幅值(角位移 A、角速度 ν和角加速度ε) 进行振动 , 数据采集系统同步采集光栅读数头及转台的激励信号 , 计算光栅测量的角位移 A′和相位θ1 及激励信号的相位 θ2。在其频率和幅值范围内 , 选取不少于 6个测量点进行测量。每个测量点读取 3个有效值 , 将 3个有效值的平均值作为该点的测量值 (角位移 A′、角速度 ν′和角加速度 ε′)。
图 5 动态特性校准示意图
1—台面 ; 2—光栅 ; 3—芯轴 ; 4—读数头 ; 5—数据采集系统 ; 6—计算机处理系统
被校转台的角速度 : ν′= 2πfA′ (23)
被校转台的角加速度 : ε′= (2πf) 2A′ (24)
被校转台角位移幅值误差 : EA (25)
被校转台相位误差 : Δθ=θ2 -θ1 (26)
参照 GJB 1801—1993 《惯性技术测试设备主要性能试验方法》 中的方法 103。
7.6 台面端跳校准
参照 JJF 1114—2004 《光学、数显分度台校准规范》 中 6.2条校准方法。
7.7 台面平面度校准
参照 JJG 117—2005 《平板》 中 6.3.4条检定方法。
8 校准结果表达
校准结果应在校准证书或校准报告上反映。 校准证书或校准报告至少应包括以下信息 :
a) 标题 , “校准证书” 或 “校准报告”;
b) 实验室名称和地址 ;
c) 证书或报告的编号 , 每页及总页数的标识 ;
d) 校准单位校准专用章 ;
e) 送校单位的名称和地址 ;
f) 被校转台的名称、制造厂、型号规格、编号 ;
g) 进行校准的日期 ;
h) 对校准所依据的技术规范的标识 , 包括名称及代号 ;
i) 本次校准所用的测量标准的名称、 出厂编号、准确度/等级、证书编号、溯源性及有效性说明 ;
j) 校准环境条件的描述 , 包括 : 温度、湿度等 ;
k) 校准结果及其测量不确定度的说明 ;
l) 校准证书或校准报告签发人的签名、职务 , 以及签发日期 ;
m) 校准试验的操作人及核验人的签名 ;
n) 校准结果仅对被校转台有效的声明 ;
o) 未经实验室书面批准 , 不得部分复制证书或报告的声明。
9 复校时间间隔
建议复校时间间隔为 1年。送校单位可根据实际使用情况自主决定。
