JJF 2086-2023 地質(zhì)羅盤儀校準規(guī)范

中華人民共和國國家計量技術規(guī)范地質(zhì)羅盤儀校準規(guī)范2023-10-12發(fā)布2024-04-12實施JJF2086—2023地質(zhì)羅盤儀校準規(guī)范CalibrationSpecificationforGeologicCompassesJJF2086—2023歸口單位:全國慣性技術計量技術委員會主要起草單位:上海市計量測試技術研究院中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所參加起草單位:哈爾濱光學儀器廠有限責任公司國家測繪地理局第一大地測量隊廣州計量檢測技術研究院本規(guī)范委托全國慣性技術計量技術委員會負責解釋JJF2086—2023本規(guī)范主要起草人:馬建敏(上海市計量測試技術研究院)董雪明(中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所)張小嫚(上海市計量測試技術研究院)參加起草人:劉祥慧(哈爾濱光學儀器廠有限責任公司)張泉喜(國家測繪地理局第一大地測量隊)霍保華(國家測繪地理局第一大地測量隊)魏純(廣州計量檢測技術研究院)JJF2086—2023Ⅰ引言 (Ⅱ)1范圍 (1)2引用文獻 (1)3概述 (1)4計量特性 (2)5校準條件 (3)5.1環(huán)境條件 (3)5.2主要標準器及配套設備 (3)6校準方法 (3)6.1外觀及各部分相互作用 (3)6.2磁北方位角零位誤差 (4)6.3方位刻度盤示值誤差 (4)6.4方位角指向測量重復性 (5)6.5阻尼作用下磁針從啟動到靜止所需時間 (6)6.6傾斜角(坡度)水準長氣泡零位及水準圓氣泡零位 (6)6.7傾斜角示值誤差 (6)7校準結(jié)果的表達 (8)8復校時間間隔 (8)附錄A羅盤儀方位刻度示值誤差測量不確定度評估示例 (9)附錄B羅盤儀傾斜角示值誤差測量不確定度評估示例 (11)附錄C組合刻度盤示值校準方法 (13)附錄D磁北方位角測量 (14)附錄E校準證書內(nèi)頁格式 (15)JJF2086—2023ⅡJJF1001—2011《通用計量術語及定義》、JJF1071—2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》共同構(gòu)成制定本規(guī)范的基礎性系列規(guī)范。本規(guī)范參考了JJG103—2005《電子水平儀和合像水平儀》,JJF1915—2021《傾角儀校準規(guī)范》以及JJF1114—2004《光學、數(shù)顯分度臺校準規(guī)范》。本規(guī)范為首次發(fā)布。JJF2086—20231地質(zhì)羅盤儀校準規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于方位角測量范圍為0°~360°,示值誤差為±0.5°;傾斜角測量范圍為:-90°~90°,示值誤差為±0.5°的地質(zhì)羅盤儀的校準。2引用文獻本規(guī)范引用下列文獻:JJG103—2005電子水平儀和合像水平儀JJF1001—2011通用計量術語及定義JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示JJF1071—2010國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則JJF1915—2021傾斜角儀校準規(guī)范JJF1114—2004光學、數(shù)顯分度臺校準規(guī)范3概述地質(zhì)羅盤儀是一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、攜帶方便的袖珍地質(zhì)、礦山測量儀器,是進行野外地質(zhì)工作測量方位角和地面坡度(傾斜度)必不可少的測量工具,借助它可以草測(初步的快速的概略測量法)儀器定位點到目標的方位角,并粗測目標平面的俯仰角?？蓽y定火成巖的各種構(gòu)造要素,如:巖層層面、褶皺軸面、斷層面、節(jié)理面等構(gòu)造面的空間位置,礦體的產(chǎn)狀等。也可用于民航機場地面風向測量、戶外運動的方向定位、太陽能設備的安裝調(diào)整。用于粗測方位角及傾斜角又稱坡度角(y/x):地表單元陡緩程度,通常為坡面的垂直高度和水平方向的距離之比,該比值的反正切函數(shù)即為傾斜角α,用途的地質(zhì)羅盤儀校準。儀器典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。24計量特性4.1外觀及各部分相互作用儀器面板透明保護罩完整，N極指針正常轉(zhuǎn)動，確定沒有影響其他校準計量特性4.2磁北方位角零位誤差儀器N極指針指示方向與標準磁北方向(真北方位角+磁偏角)比較，方位角零位示值最大允許誤差：±0.5°。4.3方位角度盤讀數(shù)示值誤差方位角刻度盤讀數(shù)示值最大允許誤差：±0.5°。4.4方位角指向測量重復性磁性物體靠近儀器，帶動磁針偏轉(zhuǎn)90°,然后移走磁性物體，或轉(zhuǎn)臺帶動羅盤儀底座轉(zhuǎn)動90°,磁針恢復指北停留位置的刻度讀數(shù)測量重復性不超過0.5°。4.5阻尼作用下磁針從啟動到靜止所需時間快速撥動地質(zhì)羅盤儀底座，沿方位角方向轉(zhuǎn)動約90°(無正反方向要求),磁針恢復指北，由晃動至靜止所需經(jīng)歷的時間為(30～60)s。JJF2086—202334.6水準長氣泡零位及水準圓氣泡零位水準長氣泡為控制儀器合頁展開后測量坡度的側(cè)立狀態(tài)指示器,零位示值允許誤差±2'。水準圓氣泡為控制儀器刻度盤面水平的指示器,零位示值允許誤差±3'。4.7傾斜角示值誤差傾斜角示值的最大允許誤差:±0.3°。注:校準工作不判斷合格與否,上述計量特性要求僅供參考。5校準條件5.1環(huán)境條件實驗室溫度為(20±5)℃;相對濕度不大于75%,被檢地質(zhì)羅盤儀和檢定器具在室內(nèi)平衡溫度時間不少于2h;實驗室區(qū)域除了存在(0.5~0.6)Gs①的正常狀態(tài)環(huán)境地磁以外,周邊沒有影響儀器正常工作的干擾磁場。5.2主要標準器及配套設備(見表1)表1校準項目和校準設備序號校準項目校準設備1外觀及各部分相互作用2磁北方位角零位誤差磁北標準裝置(或真北標準裝置),最大允許誤差:±0.1°(±6')3方位刻度盤示值誤差萬能工具顯微鏡及轉(zhuǎn)臺,最大允許誤差:±0.05°(±3')4方位角指向測量重復性光學放大鏡:10倍以上5阻尼作用下磁針從啟動到靜止所需時間秒表,最大允許誤差:±0.05s6傾斜儀水準長氣泡零位水準圓氣泡零位合像水平儀最大允許誤差±0.02mm/m,測量結(jié)果優(yōu)優(yōu)于1級于U=0.6',k=2的水平標準工作平臺,優(yōu)于1級7傾斜角(坡度角)示值誤差臥軸分度頭,最大允許誤差±0.05°(±3')6校準方法檢查外觀,確定沒有影響校準計量特性的因素。6.1外觀及各部分相互作用方位指針轉(zhuǎn)動靈活,儀器表面防護玻璃罩完好,合頁無松動現(xiàn)象。①1Gs=10-4T。JJF2086—202346.2磁北方位角零位誤差采用磁北標準裝置作為標準器,由于磁北方位角各地不同,量值等于真北方位角加當?shù)卮牌?。磁北方位角裝置復現(xiàn)的標準值最大允許誤差:±0.1°(±6'),裝置可采用多種形式:室內(nèi)重錘吊線式方位基線裝置、陀螺經(jīng)緯儀標定的室內(nèi)平面鏡基線裝置、裝置。參考國家權威部門發(fā)布的各地磁偏角數(shù)據(jù),進行大致磁偏角的正負值判斷,然后通過具有經(jīng)緯儀功能的地質(zhì)羅盤儀對磁北標準裝置所在現(xiàn)場的磁偏角進行精確標定。標定方法見附件C。磁北零位實測值作表2的記錄。表2磁北零位實測值單位:(°)磁北標準裝置復現(xiàn)的標準值Yi受校儀器示值Yj示值誤差Δ=Yj-Yi6.3方位刻度盤示值誤差方位角校準前,需調(diào)平轉(zhuǎn)臺平面,固定聯(lián)接被校準儀器,將儀器指針軸心與轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心調(diào)至同心,并且調(diào)平羅盤儀水平氣泡。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺,通過光學瞄準系統(tǒng),分別對刻度盤刻線整數(shù)位置0.0°、15.0°、30.0°、45.0°、60.0°、75.0°、90.0°、105.0°、120.0°、135.0°、150.0°、165.0°、180.0°、195.0°、210.0°、225.0°、240.0°、255.0°、270.0°、285.0°、300.0°、315.0°、330.0°、345.0°分別讀取轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度的實測值。分別將各角度刻線對應的實測值作表3的記錄。表3各角度刻線對應的實測值單位:(°)刻線示值X0(轉(zhuǎn)臺)實測值Xi示值誤差Δ=X0-Xi0.0°15.0°30.0°45.0°60.0°75.0°90.0°105.0°120.0°135.0°150.0°JJF2086—20235表3(續(xù))單位:(°)刻線示值X0(轉(zhuǎn)臺)實測值Xi示值誤差Δ=X0-Xi165.0°180.0°195.0°210.0°225.0°240.0°255.0°270.0°285.0°300.0°315.0°330.0°345.0°360.0°(0.0°)結(jié)果:式中:Δ=X0式中:X0—刻度名義值;Xi—刻度實測值;Δ—示值誤差。方位角刻度盤示值的最大允許誤差:±0.2°(±12')。6.4方位角指向測量重復性將轉(zhuǎn)臺帶動羅盤儀底座轉(zhuǎn)動90°,可觀察到磁針恢復指向發(fā)生偏轉(zhuǎn)(或永磁體靠近地質(zhì)羅盤儀,帶動磁針偏轉(zhuǎn)90°,然后迅速移走永磁體)。當磁針經(jīng)過往復晃動后,恢復指北穩(wěn)定在原停留位置,示值測量重復性應≤0.5°。轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90°同時帶動儀器底座旋轉(zhuǎn)(或采用外部永磁體引導磁針偏轉(zhuǎn)90°),讀取指針位置讀數(shù),反復上述過程測量10次。磁針方位角指向測量的重復性按下式進行計算。 (xi-(xi-x)2式中:s—磁針方位角指向測量的重復性;xi—磁針方位角指向第i次測量值;JJF2086—20236x—磁針方位角指向10次測量的平均值;n—取10。6.5阻尼作用下磁針從啟動到靜止所需時間磁鐵引導磁針偏轉(zhuǎn)90°(或轉(zhuǎn)臺帶動羅盤儀底座轉(zhuǎn)動90°),磁針恢復指北,由晃動至靜止所經(jīng)歷的時間,從磁針偏轉(zhuǎn)晃動開始計時,至偏轉(zhuǎn)往復偏移小于1/5格值結(jié)束計時,阻尼作用下磁針從啟動到靜止所需時間為(30~60)s。6.6傾斜角(坡度)水準長氣泡零位及水準圓氣泡零位配置1級水平標準工作臺,水平臺工作面的平面度≤0.003mm(工作面不允許有凸形),將水平儀(電子水平儀或合像水平儀)放置在平面工作臺(亦可采用小角度傾斜儀工作臺)上,通過調(diào)整支承螺釘,觀測水平儀示值,將平臺調(diào)至0°0'位置,水平儀標定,k長氣泡指示器置零,讀取傾斜指針的示值,由于水平標準值為零,故該示值即為傾斜角的零位示值誤差。傾斜角零位允許誤差要求為±2',即目視觀察氣泡距離左右邊緣刻線在對稱范圍內(nèi)。水準圓氣泡零位校準,是為了確保地質(zhì)羅盤儀方位角測量時,處于正常工作的位置狀態(tài),水準圓氣泡零位允許誤差要求為±3',即觀察氣泡邊緣在內(nèi)圓刻線范圍內(nèi)。將地質(zhì)羅盤儀方位角測量面放置在水平標準工作臺上,讀取圓氣泡的示值,由于水平標準值為零,故該示值即為圓氣泡零位示值誤差。6.7傾斜角示值誤差傾斜角又稱坡度角,采用側(cè)底盤與被測表面貼合,并旋轉(zhuǎn)調(diào)整水準長氣泡至中心位置,讀取指針在度盤上的指示刻度值,即可得到傾斜角示值。采用最大允許誤差優(yōu)于±0.05°臥軸轉(zhuǎn)臺作為傾斜角校準測量標準器。將地質(zhì)羅盤儀側(cè)立豎直放置在臥軸轉(zhuǎn)臺工作面上,將羅盤儀傾斜角指針對準相應刻度。調(diào)整臥軸轉(zhuǎn)臺輸出角度,觀察水平長氣泡居中,轉(zhuǎn)臺輸出標準值作為傾斜角實測值。轉(zhuǎn)動羅盤儀傾斜指針,分別對準刻度0.0°、±5.0°、±10.0°、±15.0°、±20.0°、±25.0°、±30.0°、±35.0°、±40.0°、±45.0°、±50.0°、±55.0°、±60.0°、65.0°、70.0°、75.0°、80.0°、±85.0°、±90.0°,調(diào)整臥軸轉(zhuǎn)臺輸出角度,觀察水平長氣泡居中,讀取臥軸轉(zhuǎn)臺輸出值為實測值,與被測儀器示值比較得到各點示值誤差。分別將各角度刻線對應的實測值作表4的記錄。表4各角度刻線對應的實測值順時針傾斜方向:單位:(°)傾斜角刻線示值Y0(臥軸轉(zhuǎn)臺)實測值Yi示值誤差Δ=Y0-Yi0.0°5.0°10.0°15.0°20.0°25.0°JJF2086—20237表4(續(xù))順時針傾斜方向:單位:(°)傾斜角刻線示值Y0(臥軸轉(zhuǎn)臺)實測值Yi示值誤差Δ=Y0-Yi30.0°35.0°40.0°45.0°50.0°55.0°60.0°65.0°70.0°75.0°80.0°85.0°90.0°逆時針傾斜方向:單位:(°)坡度刻線示值Y0(臥軸轉(zhuǎn)臺)實測值Yi示值誤差Δ=Y0-Yi0.0°5.0°10.0°15.0°20.0°25.0°30.0°35.0°40.0°45.0°50.0°55.0°60.0°65.0°JJF2086—20238表4(續(xù))逆時針傾斜方向:單位:(°)坡度刻線示值Y0(臥軸轉(zhuǎn)臺)實測值Yi示值誤差Δ=Y0-Yi70.0°75.0°80.0°85.0°90.0°以上述方法依次測量出其余各校準點的示值誤差,取示值誤差最大絕對值為測量結(jié)果:式中:Y0—式中:Y0—傾斜角示值;Yi—傾斜角實測值;Δ—示值誤差。7校準結(jié)果的表達經(jīng)校準的地質(zhì)羅盤儀發(fā)給校準證書。校準證書應給出各校準項目的測量結(jié)果及地質(zhì)羅盤儀方位示值測量結(jié)果的擴展不確定度。8復校時間間隔復校定期進行,期間核查的條件下,建議復校時間間隔為1年。JJF2086—20239附錄A羅盤儀方位刻度示值誤差測量不確定度評估示例A.1測量方法將地質(zhì)羅盤儀固定聯(lián)接在標準器轉(zhuǎn)臺上,調(diào)整羅盤磁針旋轉(zhuǎn)中心與標準器轉(zhuǎn)臺軸心同軸,羅盤儀分度盤刻度示值誤差測量采用與標準轉(zhuǎn)臺固定聯(lián)接的光學系統(tǒng)瞄準刻線。首先瞄準0位刻線,然后逐一對準15°、30°、…、330°、345°、360°刻線,讀取轉(zhuǎn)臺同步轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù),將羅盤刻線名義值與轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角標準數(shù)據(jù)進行差值比較,由此得到羅盤儀刻度的示值誤差。被校儀器刻度示值最大允許誤差為:±0.50°。A.2測量模型轉(zhuǎn)臺標準器選用校準不確定度優(yōu)于U=3'=0.05°(k=2)的豎軸轉(zhuǎn)臺A.2測量模型示值誤差Δi的計算公式為:Δ=|Δi|式中:Δi—第i校準點的示值誤差式中:Δi—第i校準點的示值誤差,(°);αi—羅盤儀方位角刻度名義值,(°);βi—分度轉(zhuǎn)臺標準值,(°)。A.3不確定度和靈敏系數(shù)A.4不確定度的來源不確定度的來源主要有:被測對象圓盤A.4不確定度的來源不確定度的來源主要有:被測對象圓盤刻線進行光學瞄準所引入的不確定度u1、標準裝置示值引入的不確定度u2。其中被測對象刻線引入的不確定度u1主要有:測量重復性引入的不確定度u11;儀器指針轉(zhuǎn)軸中心與圓盤刻線擬合圓中心不同軸引入的不確定度u12;儀器指針中心與轉(zhuǎn)臺主軸中心安裝不同軸引入的不確定度u13。標準裝置示值引入的不確定度u2為標準裝置轉(zhuǎn)臺示值誤差引入的不確定度。A.5被測對象圓盤刻線進行光學瞄準引入的不確定度u1A.5.1測量重復性引入的不確定度u11按本規(guī)范中規(guī)定的校準方法,對30.00°位置在重復性條件下進行6次測量。計算其u2(Δ)=cu+cu=u+u標準偏差s為: (xi-(xi-x)2JJF2086—202310故A.5.2儀器指針轉(zhuǎn)軸中心與圓盤刻1同軸引入度盤刻線測量示值誤差的不確定度u12因偏心量0.01mm,sinθ=01=0.00017,θ=0.009°。故A.5.3儀器指針中心與轉(zhuǎn)臺主軸中心u引入的度盤刻線測量示值誤差不確定度u13考慮到指針中心晃動造成的瞄準重復性影響,同心度調(diào)整可控制在0.05mm,sinθ=05=0.00008,θ=0.005°。故故:A.6故:A.6標準裝置示值引入的不確定度u2u1===0.018°標準裝置轉(zhuǎn)臺示值誤差校準不確定度U=3'=0.05°,k=2。故=0.025°u2°=0.025°u2A.7合成標準不確定度uc(Δ)合成標準不確定度為A.8擴展不確定度U(Δ)uc(Δ)==0.A.8擴展不確定度U(Δ)U(Δ)=2uc(Δ)U(Δ)=2uc(Δ)=0.06°JJF2086—202311附錄B羅盤儀傾斜角示值誤差測量不確定度評估示例B.1測量方法采用最大允許誤差優(yōu)于±0.05°臥軸轉(zhuǎn)臺作為傾斜角校準測量標準器。將地質(zhì)羅盤儀側(cè)立豎直放置在臥軸轉(zhuǎn)臺工作面上,將羅盤儀傾斜角指針對準相應刻度。調(diào)整臥軸轉(zhuǎn)臺輸出角度,觀察水平長氣泡居中,轉(zhuǎn)臺輸出標準值作為傾斜角實測值。轉(zhuǎn)動羅盤儀傾斜指針,分別對準刻度0.0°、±5.0°、±10.0°、±15.0°、±20.0°、±25.0°、±30.0°、±35.0°、±40.0°、±45.0°、±50.0°、±55.0°、±60.0°、65.0°、70.0°、75.0°、80.0°、±85.0°、±90.0°,調(diào)整臥軸轉(zhuǎn)臺輸出角度,觀察水平長氣泡居中,讀取臥軸轉(zhuǎn)臺輸出值為實測值,與被測儀器示值比較得到各點示值誤差。被校儀器刻度示值最大允許誤差為±0.3°。轉(zhuǎn)臺標準器選用最大允許誤差優(yōu)于±0.05°的臥軸轉(zhuǎn)臺。B.2測量模型示值誤差Δ的計算公式為:Δi=Y0-YΔi=Y0-Yi式中:Y0—傾斜角示值;Yi—傾斜角實測值;Δi—第i校準點的示值誤差,(°)。B.3方差和靈敏系數(shù)c11,c2-1B.4不確定度的來源u2(Δ)=cu+cu=u+u不確定度的來源主要有:被測對象傾斜度盤刻線進行人眼瞄準指針刻線重合并觀察長水平氣泡居中位置的測量重復性所引入的不確定度u1、標準裝置臥軸轉(zhuǎn)臺輸出值引入的不確定度u2。B.5測量重復性引入的不確定度u1按本規(guī)范中規(guī)定的校準方法,對15.0°位置在重復性條件下進行6次測量。計算其標準偏差s為: (Yi-Y(Yi-Y)2故u1=s=0.04°JJF2086—202312B.6標準裝置臥軸轉(zhuǎn)臺輸出值引入的不確定度u2根據(jù)標準臥軸轉(zhuǎn)臺裝置的技術要求,采用誤差優(yōu)于±0.05°的分度臺。按均勻分布,則=0.03°u2=°=0.03°B.7合成標準不確定度uc(Δ)合成標準不確定度為B.8擴展不確定度U包含因子取k=2,則uB.8擴展不確定度U包含因子取k=2,則U(Δ)=2uc(Δ)=0.1°附錄C豎軸標準轉(zhuǎn)臺十光學瞄準系統(tǒng)組合刻度盤示值校準裝置見圖C.1。C.1同軸調(diào)整標準器轉(zhuǎn)臺上方的激光瞄準方位角指針中心，該激光器向下投射的光點即轉(zhuǎn)臺中心，調(diào)整被校儀器方位角指針中心與標準轉(zhuǎn)臺中心同軸。C.2光學觀測系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺具有刻線光學影像采集系統(tǒng)和調(diào)焦功能，通過CCD圖像處理或光學系統(tǒng)人工觀測讀數(shù)方法，得到方位刻線的示值與轉(zhuǎn)臺標準值之差，及方位刻線的示值誤差。C.3機械結(jié)構(gòu)刻線光學測量系統(tǒng)要求為整體設計，為確?；€(wěn)定，轉(zhuǎn)臺底座與搭載光學系統(tǒng)的立柱呈整體固定聯(lián)接。附錄D磁北方位角測量磁北方位角測量裝置見圖D.1。D.1磁北零位誤差計算磁北方向與真北方向不一致，兩者夾角為磁偏角。由于各用磁北基線場進行磁北方位角實地測量標定，被校地質(zhì)羅D.2磁北方位角正負值大致確定方法參考國家權威部門發(fā)布的各地磁偏角數(shù)據(jù)，進行對應地區(qū)大致磁偏角的正負值判D.3磁北方位角測量推薦選址在室內(nèi)，在溫濕度可控的實驗室條件下。如圖所示：距離地基轉(zhuǎn)臺≥3m,配置重錘鋼絲豎直吊線，經(jīng)緯羅盤儀裝夾在地基轉(zhuǎn)臺上，調(diào)平經(jīng)緯羅盤儀，轉(zhuǎn)動水平度盤，將望遠瞄準系統(tǒng)軸線與磁北方向重合，并將讀數(shù)歸零。然后瞄準鋼絲，讀數(shù)測得磁北方位角，測量結(jié)果不確定度優(yōu)于U=0.01°,k=2?？蓾M足地質(zhì)羅盤儀磁偏角=磁北方位角一真北方位角JJF2086—202315附錄E校準證書內(nèi)頁格式校準證書內(nèi)頁格式校準環(huán)境:溫度:℃濕度:%校準地點:其他:1.外觀及相互作用□良好□缺陷描述2.磁北方位角零位誤差單