地球重力法低頻振動校準規范-征求意見稿

聯系方式：caichenguang@nim.ac.cn

1  任務來源
“動態重力法加速度計校準規范”制定項目來源于市監量函[2018]540號“市場監管總局辦公廳關于國家計量技術規范制定、修訂及宣貫計劃有關事項的通知”及國振計委第[2018]18號“關于下發2018年國家計量技術法規制制定、修訂計劃’的通知”。
2  制訂依據
本規范依據《國家計量檢定規程管理辦法》、JJF 1001-2011《通用計量術語及定義》、JJF 1071-2010《國家計量校準規范編寫規則》和JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的相關規定編制。結合已經發布的國際標準ISO 16063-16：2014《振動與沖擊傳感器校準方法第16部分地球重力法振動校準》、ISO 16063-42：2014《振動與沖擊傳感器校準方法第42地球重力法地震儀高精度校準》和正在起草的國際標準ISO 16063-18《振動與沖擊傳感器校準方法第18部分地球重力法低頻振動校準》，編寫本規范，以滿足加速度傳感器生產制造企業、廣大用戶和計量機構對地球重力法低頻振動校準的需求。
3  主要技術說明
3.1  關于范圍
本規范適用于頻率范圍DC～20Hz、加速度范圍≤1 gloc內，對加速度計的校準。
3.2  關于引用文件
規范中引用的相關標準和規范均為現行最新版本。
3.3  關于術語
本規范定義了地球重力法低頻振動校準涉及的旋轉臺面、旋轉臺面零位、旋轉臺面重力軸、最大靈敏度、幾何軸靈敏度、最大橫向靈敏度、靈敏度、動態時空同步法及靜態時空對準法等術語。
3.4  關于概述
加速度計是基于慣性原理把被測加速度轉化為電量的傳感器，通常由加速度敏感元件和電量轉換元件組成。按敏感機理，可分為：慣性質量式、氣體熱對流式等；按轉換機理，可分為：壓電式、電容式、壓阻式、電磁式、力平衡式、熱式等。
加速度計動態重力法校準的基本原理是將加速度計在重力場中勻速旋轉，使加速度計敏感軸上的重力分量呈正弦變化，實現加速度計向當地重力加速度的絕對法溯源。按將加速度計在重力場旋轉的形式，動態重力法校準可分為：單軸轉動式、雙軸轉動式、傾斜轉動式、虛擬擺式等。
3.5 關于計量特性
根據地球重力法低頻振動校準和加速度傳感器的特性，給出了靈敏度幅值、靈敏度相位、頻率響應、幅值線性度等計量特性，并于ISO 16063-1、-11、-16、-31等相關國際標準協調統一。
3.6  關于校準條件
按照對測量不確定度的影響和實驗室環境條件，綜合給出了校準條件。
3.7  關于校準項目和校準方法
對各靈敏度幅值、靈敏度相位、頻率響應、幅值線性度等校準項目給出了對應可行的校準方法。
3.8  關于校準結果表達
經校準的儀器出具校準證書。并對相應校準證書的基本內容作了規定。
3.9 關于附錄
附錄A給出了校準原始記錄推薦格式，附錄B給出了校準證書的內容，附錄C給出了不確定度評定示例。
4 有關專利的說明
本規范不涉及知識產權問題。
5 預期達到的社會效益
解決低頻高加速度量值的溯源問題
傳統的振動臺校準系統受到行程限制在低頻段的加速度幅值往往很小，造成加速度計的信噪比變差，難以滿足傳感器低頻段的校準需求。目前，我國低頻振動計量基標準裝置0.5Hz頻率點的最大加速度測量能力低于5m/s2。最大加速度與頻率平方成正比，隨著頻率的減小而逐漸降低，在0.1Hz時將低于0.2m/s2。顯然無法滿足低頻高加速度的溯源要求。基于地球重力場動態校準方法能夠在頻帶范圍內提供高達1g的加速度幅值，確保加速度計低頻段動態校準結果的有效性，有效拓展了加速度計動態校準的頻率范圍。因此本項目擬建立地球重力場法振動校準系統，旨在解決低頻高加速度的量值溯源問題。
風力發電、導線舞動監測領域，由于振動幅度極大（米級以上，甚至百米級），頻率極低（0.1Hz），所用傳感器的靈敏度很低（典型100mV/g），采集器的位數較低（典型12bit）。振動臺方法，由于信噪比的限制難以校準。而國外多采用重力進行校準，成本低、效率高，直接支撐了國外傳感器的國際競爭力。而我國廠家由于校準方法的限制，難以與國外產品競爭。
補充激光絕對法振動校準的不足
國內比對和國際比對中，都出現了由于重力分量造成的低頻靈敏度超差，而有些國家具備重力法絕對校準的能力，避免了這一現象的發生。
6 廢止現行相關規范的建議
本校準規范是首次發布。