DB13∕T 5469-2021 機(jī)電設(shè)備傾斜和搖擺試驗(yàn)臺校準(zhǔn)方法

1、ICS17.080CCSL 8513河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 13/T 54692021機(jī)電設(shè)備傾斜和搖擺試驗(yàn)臺校準(zhǔn)方法Calibration method for mechatronics inclinations and swings test equipment2021 - 12 - 13 發(fā)布2022 - 01 - 13 實(shí)施河北省市場監(jiān)督管理局發(fā) 布DB 13/T 54692021前言本文件按照GB/T 1.12020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。本文件由中共河北省委軍民融合發(fā)展委員會辦公室提出。本文件由河北省軍民融合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（HeB/TC 21）歸

2、口。本文件起草單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所。本文件主要起草人：徐曉暉、王錦強(qiáng)、楊群、李靜、柴小麗、湯雪志、陳濤、李軍科 、朱炎峰。IDB 13/T 54692021機(jī)電設(shè)備傾斜和搖擺試驗(yàn)臺校準(zhǔn)方法1 范圍本文件規(guī)定了機(jī)電設(shè)備傾斜和搖擺試驗(yàn)臺（六自由度及以下運(yùn)動平臺）的校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)設(shè)備、校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)和復(fù)校時(shí)間間隔。本文件適用于機(jī)電設(shè)備傾斜和搖擺試驗(yàn)臺（六自由度及以下運(yùn)動平臺，以下均簡稱試驗(yàn)臺）的校準(zhǔn)。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新

3、版本（包括所有的修改單） 適用于本文件。JJF1001通用計(jì)量術(shù)語及定義JJF1156振動沖擊轉(zhuǎn)速計(jì)量術(shù)語及定義JJF1675慣性技術(shù)計(jì)量術(shù)語及定義3 術(shù)語和定義JJF 1001、JJF 1156和 JJF 1675界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。傾斜 inclination包括縱傾、橫傾兩種形式?？v傾時(shí)船舶中縱剖面垂直于水平面，中橫剖面與鉛錘面成一縱傾角時(shí)的浮態(tài)。橫傾時(shí)船舶中橫剖面垂直于水平面，中縱剖面與鉛錘面成一橫傾角時(shí)的浮態(tài)。搖擺 swing橫搖、縱搖和首搖是指船舶繞其縱向、橫向和垂向三個(gè)坐標(biāo)軸所做的交變性角位移運(yùn)動；縱蕩、橫蕩和垂蕩是指船舶沿其縱向、橫向和垂向三個(gè)坐標(biāo)軸所做的往復(fù)

4、性平移運(yùn)動。六自由度 six degrees of freedom沿x、y、z 三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。4 校準(zhǔn)條件校準(zhǔn)條件如下：a)溫度：535；b) 濕度：80%RH；c) 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境應(yīng)無強(qiáng)振動和沖擊源，無強(qiáng)電磁場。5 試驗(yàn)臺試驗(yàn)臺主要用于模擬在潛艇、航母、艦艇、民船、水上飛機(jī)、行進(jìn)火炮等裝備上的各類機(jī)械、電工和電子產(chǎn)品的傾斜搖擺環(huán)境，以確定產(chǎn)品經(jīng)受規(guī)定嚴(yán)酷等級傾斜和搖擺的能力和結(jié)構(gòu)完好性。試驗(yàn)臺可以產(chǎn)生橫傾、縱傾、橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩及其相互耦合的運(yùn)動，試驗(yàn)臺如圖1所示，試驗(yàn)臺傾斜和搖擺方向如圖2所示。3圖 1機(jī)電設(shè)備傾斜搖擺試驗(yàn)臺（六自

5、由度）圖中：X橫蕩，Y縱蕩，Z垂蕩， x橫傾/橫搖，y縱傾/縱搖，z首搖。圖 2 機(jī)電設(shè)備傾斜搖擺試驗(yàn)臺（六自由度）傾斜和搖擺方向6 校準(zhǔn)設(shè)備 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(shù)指標(biāo)滿足以下要求： a） 頻率范圍：0.1Hz10kHz；b） 電壓測量不確定度：Urel=0.5%（k=2）。 動態(tài)傾角傳感器主要用于橫搖、縱搖、橫傾、縱傾測量。技術(shù)指標(biāo)滿足以下要求： a） 角度測量范圍：±30°；b） 分辨率：0.1°。 微慣導(dǎo)傳感器主要用于首搖、橫蕩、縱蕩、垂蕩的測量。技術(shù)指標(biāo)滿足以下要求：a)轉(zhuǎn)角測量范圍：±30°；b

6、)分辨率：0.1°；c)加速度測量范圍：±1g 。7 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法 外觀及工作正常性檢查試驗(yàn)臺外觀應(yīng)完好，開機(jī)正常，銘牌應(yīng)標(biāo)注名稱、型號規(guī)格、生產(chǎn)廠家、出廠日期及出廠編號等。 零點(diǎn)穩(wěn)定性試驗(yàn)臺在規(guī)定時(shí)間內(nèi)其零值隨時(shí)間變化的程度。將試驗(yàn)臺中立于水平位置，設(shè)定試驗(yàn)臺歸零（試驗(yàn)臺傾斜及搖擺所有狀態(tài)的零點(diǎn)），按圖3所示連接設(shè)備,設(shè)定試驗(yàn)臺輸出測量的采樣間隔時(shí)間和記錄時(shí)間，記錄試驗(yàn)臺在測試時(shí)間內(nèi)的輸出。一般情況下，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間為1h以上，使得測試的性能特性達(dá)到要求的置信度。進(jìn)行10次平均計(jì)算，根據(jù)公式（1）計(jì)算零點(diǎn)穩(wěn)定性 。 （1）式中：零點(diǎn)穩(wěn)定性；試驗(yàn)臺的第i次輸出，i=1，

7、2，3，；試驗(yàn)臺i次輸出的平均值。說明：1-試驗(yàn)臺面；2-傳感器。圖3 校準(zhǔn)系統(tǒng)示意 零點(diǎn)重復(fù)性試驗(yàn)臺在同樣條件下及規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)，重復(fù)測量零值偏差的一致程度。按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，設(shè)定試驗(yàn)臺輸出測量的采樣間隔時(shí)間和記錄時(shí)間，記錄試驗(yàn)臺在測試時(shí)間內(nèi)的輸出。將試驗(yàn)臺及主要設(shè)備全部關(guān)機(jī)，在同樣條件下及規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)i次（i9）。將各組數(shù)據(jù)取均值，根據(jù)公式（2）計(jì)算零點(diǎn)重復(fù)性Br。DB 13/T 54692021（2）式中：Br零點(diǎn)重復(fù)性；試驗(yàn)臺的第i次輸出，i=1，2，3，； 試驗(yàn)臺i次輸出的平均值。 傾斜角度范圍、示值誤差試驗(yàn)臺傾斜角度最小值到最大值的范圍，包括橫傾角度和縱傾角

8、度范圍。試驗(yàn)臺傾斜角度示值與實(shí)際測量傾斜角度的偏差，包括橫傾角度和縱傾角度示值誤差。按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，選取包含上下限的至少3個(gè)測量點(diǎn)。分別記錄傾斜角度測量值和試驗(yàn)臺的傾斜角度示值，測量值的最小值到最大值的范圍，即為傾斜角度范圍，根據(jù)公式（3） 計(jì)算傾斜角度示值誤差 。（3）式中：測量次數(shù)；第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺傾斜度示值； 第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺傾斜角度測量值；第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺傾斜角度示值誤差。 搖擺角度范圍、示值誤差試驗(yàn)臺搖擺角度最小值到最大值的范圍，包括橫搖角度、縱搖角度和首搖角度范圍。試驗(yàn)臺搖擺角度示值與實(shí)際測量搖擺角度的偏差，包括橫搖角度、縱搖角度和首搖角度示值誤差。

9、按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，選取包含上下限的至少3個(gè)測量點(diǎn)。分別記錄搖擺角度測量值和試驗(yàn)臺的搖擺角度示值，測量值的最小值到最大值的范圍，即為搖擺角度范圍，根據(jù)公式（4） 計(jì)算搖擺角度示值誤差 。 （4）式中：測量次數(shù)；第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺角度示值； 第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺角度測量值； 第 個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺角度示值誤差。 搖擺加速度范圍、示值誤差試驗(yàn)臺搖擺加速度最小值到最大值的范圍，包括橫蕩加速度、縱蕩加速度和垂蕩加速度的范圍。試驗(yàn)臺搖擺加速度示值與實(shí)際測量搖擺加速度的偏差，包括橫蕩加速度、縱蕩加速度和垂蕩加速度示值誤差。9按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，選取包含上下限的至

10、少3個(gè)測量點(diǎn)。分別記錄搖擺加速度測量值和試驗(yàn)臺的搖擺加速度示值，測量值的最小值到最大值的范圍，即為搖擺加速度范圍，根據(jù)公式（5）計(jì)算搖擺加速度示值誤差𝛿𝑎𝑖。𝑎𝛿𝑎𝑖 = 𝑎𝑆𝑖𝑎𝑀𝑖 × 100% （5）𝑀𝑖式中𝑖測量次數(shù)；𝑎𝑆𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺加速度示值；&

11、#119886;𝑀𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺加速度測量值；𝛿𝑎𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)的試驗(yàn)臺搖擺加速度示值誤差。搖擺周期示值誤差試驗(yàn)臺搖擺周期的最小值到最大值的測試范圍，包括橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6種工況。試驗(yàn)臺搖擺周期示值與實(shí)際測量搖擺周期的偏差即為周期示值誤差，包括橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6種工況。按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，選取3組搖擺的角度、加速度和周期。操作試驗(yàn)臺按照設(shè)定值搖擺，通過讀取動態(tài)傾角傳感器、微慣導(dǎo)傳感器的輸出，通過動態(tài)信號分析儀，讀取搖擺周

12、期， 分別記錄搖擺周期測量值和試驗(yàn)臺的搖擺周期示值，根據(jù)公式（6）計(jì)算搖擺周期示值誤差𝛿ti。𝑡𝛿𝑡𝑖 = 𝑡𝑆𝑖𝑡𝑀𝑖 × 100% （6）𝑀𝑖式中：𝑖測量次數(shù)；𝑡𝑆𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)試驗(yàn)臺搖擺周期顯示值；𝑡𝑀𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)試驗(yàn)臺搖擺周期測

13、量值；𝛿𝑡𝑖第𝑖個(gè)測量點(diǎn)試驗(yàn)臺搖擺周期示值誤差。 搖擺波形失真度試驗(yàn)臺搖擺波形失真度，包括橫搖、縱搖、首搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6種工況的波形失真度，波形失真度一般取5次諧波。按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備，選取搖擺的角度、加速度和周期。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(jìn)行測量。波形失真度至少取5次諧波，根據(jù)公式（7）計(jì)算波形失𝜙2+𝜙2+𝜙223𝑛式中：真度𝛾。𝛾 =𝜙1× 100% (n5)

14、（7）𝜙1被測信號的基波幅值；𝜙2，𝜙3， ，𝜙n被測信號的2，3，n次諧波的幅值；𝛾搖擺波形失真度。 試驗(yàn)臺橫向運(yùn)動比試驗(yàn)臺在各搖擺狀態(tài)下，垂直于主運(yùn)動方向的兩相互垂直方向最大幅值的矢量和與主運(yùn)動方向幅值之比。按7.2操作方法，圖3所示連接設(shè)備。選取搖擺的角度、加速度和周期。通過同時(shí)測量并記錄橫搖、縱搖輸出量；垂蕩、縱蕩、橫蕩輸出量；首搖輸出量。根據(jù)公式（8）計(jì)算試驗(yàn)臺橫向運(yùn)動比T。𝑎2+𝑎2𝑥𝑦𝑇 =𝑎⻗

15、1;× 100% （8）式中：T-試驗(yàn)臺橫向運(yùn)動比；𝑎𝑥、𝑎𝑦-垂直于主動軸且互相垂直兩個(gè)軸向的輸出量；𝑎𝑧-主運(yùn)動軸向得的輸出量。 測量不確定度評定測量不確定度評定參見附錄A。8 校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)結(jié)束后應(yīng)出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書應(yīng)準(zhǔn)確、客觀地報(bào)告校準(zhǔn)結(jié)果，校準(zhǔn)結(jié)果以校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及測量不確定度（評定方法可參照附錄A）形式給出。校準(zhǔn)證書應(yīng)包括委托方要求的、說明校準(zhǔn)結(jié)果所必需的和所用方法要求的全部信息。校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包含以下信息：a) 標(biāo)題,“校準(zhǔn)證書”；b) 實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c) 進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)

16、；d) 證書的唯一性標(biāo)識（如編號），每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e) 客戶的名稱和地址；f) 被校試驗(yàn)臺的描述和明確標(biāo)識；g) 校準(zhǔn)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方法的標(biāo)識，包括名稱及代號；h) 本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；i) 校準(zhǔn)環(huán)境的描述；j) 校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；k) 對校準(zhǔn)方法的偏離的說明；l) 校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識；m) m)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校試驗(yàn)臺有效的說明；n) 未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書的聲明。9 復(fù)校時(shí)間間隔建議試驗(yàn)臺復(fù)校時(shí)間間隔一般不超過12個(gè)月。送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定。AA附 錄 A（資料性）試驗(yàn)臺主要參數(shù)測量不確定度評定示例A.1

17、測量不確定度來源使用動態(tài)傾角傳感器測量搖擺角度，測量使用直接測量法。分析測量不確定度來源為：a) 測量結(jié)果的重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u1；b) 動態(tài)傾角傳感器的傾角測量不準(zhǔn)確引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u2。A.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定對試驗(yàn)臺進(jìn)行搖擺角度測量時(shí)，評定的不確定度主要來源于測量的重復(fù)性。設(shè)定搖擺角度為5°、15°和30°，搖擺周期為5s，對試驗(yàn)臺的搖擺角度重復(fù)測量10次，測量結(jié)果如表A.1所示。表A.1 重復(fù)性測量結(jié)果測量次數(shù)測量結(jié)果/°測量結(jié)果/°測量結(jié)果/°14.98514.98929.99424.99414.9792

18、9.99634.99114.98629.97744.99114.98729.98654.99414.98529.98164.99214.99929.98874.98614.96729.98684.99814.98829.99894.98614.97629.987104.99114.98529.977平均值4.990814.984129.987標(biāo)準(zhǔn)不確定度u10.13%0.27%0.23%對試驗(yàn)臺進(jìn)行搖擺角度測量時(shí)，評定的不確定度主要來源于：a) 動態(tài)傾角傳感器的傾角測量不準(zhǔn)確引入的不確定度分量2查動態(tài)傾角傳感器校準(zhǔn)證書，其不確定度𝑈𝑟𝑒𝑙=0.1%（k=2），則u21=0.1% =0.05%。b) 動態(tài)傾角傳感器安裝引入的不確定度分量動態(tài)傾角傳感器安裝對其輸出造成的影響約為1.0%，其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包含因子k=2，由安裝誤差引入的不確定度分量u ,則u =1% =0.5%。2222 2c) 環(huán)境噪聲引入的不確定度分量動態(tài)傾角傳感器電源引起的環(huán)境噪聲對動態(tài)傾角傳感器輸出電壓測量造成的影響約為0.1%，其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包含因子𝑘 = 2，由環(huán)境噪聲引入的不確定度分量u