JG(地震)002-2024强震动加速度计检定规程.docx

®G中国地震局部门计量检定规程JJGOftW0022024强震动加速度计StrongMotionAccelerometer2024-05-01融202404-30发布中国地震局发布i»IkJG(地震)002-202¾I强震动加速度计检定规程VerificationRegulationofStrongMotionAccelerometer妇口单位：全国地震专用计量测试技术委员会主要起草单位：中国地震局地震预测研究所中国地震局第一监测中心中国地震局地球物理研究所浙江大学本规程委托全国地震专用计量测试技术委员会负责解释本提程扫E起草人：薛兵（中国地震局地震预涮研究所）李文（中国地震局第监测中心）李云洋（中国地震局第监测中心）马洁美（中国地猴H地球物理研究所）何闻（浙江大学）叁加起草人赵立军（中国地震局第一监测中心）苏建文（中国地震局第一监测中心）JJG(*)0022024目录引言Il1范围I2引用文件I3术语I4概述25计量性能要求26通用技术要求27计量器具控制2附录A正弦波测试数据处理方法9附录B强震动加速度计使用中检查方法IO附录C强震动加速度计检定证书内页格式13附录D强震动加速度计检定结果通知书内页格式14引言JJF1002-2010国家计量检定规程瞅写规则、JJF1001-2011（通用计量术语及定义*共同构成支撑本规程编制的抵他性系列规范。本规程主要参考DB/T10-2016数字晚点动加速度仪3等进行编制。本规程为首次发布,强震动加速度计检定规程1%三本规程适用于强震动加速度计的首次检定、后续检定和使用中检食.2引用文件本规程引用了卜.列文件：JJF1156-2006振动冲击转速计量术语及定义GB/T19531.1-2004地震台站观测环境技术要求第1部分：测能DB/T10-2016数字强震动加速度仪DB/T21-2007地笈观测仪器进网技术要求常用技术参数表述与测试方法DB/T22-2020地震观测仪器进网技术要求地震仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用本规程：凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。3梓3.1强震动加速度计strongmotionaccelerometer将地面运动加速度量转换为电压量的设备.3.2地震数据采集器earthquakedataacquisitiondevice将地震计或加速度计输出的模拟电压信号转换成数字量并记录的装置。3.3灵敏度sensitivity传感器、测量仪器或测量系统的指定输出量与指定输入量之比。强震动加速度计的灵敏度单位为V(mS)3.4参考灵敏度referencesensitivity在规定的实验型条件下，在给定的参考频率、参考幅值和配套放大器增版条件下传感落的灵敏度。3.5横向灵敏度transversesensitivity传感器在与其灵敏轴垂直的方向被激励时的灵敏度。3.6横向灵根度比transversesensitivityratio传感涔或振动设备的最大横向灵敏度与沿灵破轴方向的灵敏度之比，用百分数表示。43强罐动加速度计(以下简称加速度计)通常用丁地面振动加速度测附，是一种将加速度量转换为电压量输出的设备.加速度计一般采用弹簧加质量块结构传感地面振动，多使用电容位移换能技术把地面振动信号转换成电信号，再通过力平衡反馈系统扩大加速度计的观测动态范围和频带。常用的加速度计通常包括垂直(ID)、东西(EW)、北南(NS)三个方向，采用双端平衡差分输出，在使用时分别传感相互垂直的三个方向地面振动。5计量性能要求5.1 参考灵敏度误差：应优于±35.2 灵敏度幅频误差：-0.3dBO.3dB(频率在0.lHz50Hz):-3dB-IdB(频率在50Hz-80Hz),5.3 幅值线性度：应不大于质。5.4 横向灵敏度比：应不大于3缸5.5 温度漂移：应不大5X10'ms-2C-l.5.6 噪声：应不大于IOSm"(OOIHz-50Hz).6通用技术要求6.1 外观要求加速度计上应标出型号、出厂编号和安装方向标识，并应安装有水准泡及水平调整机构，加速度计充体应无明显的机械损伤。6.2 功能要求加速度计应同时具备曲、EW、NS三个方向信号输出，信号输出采用双端平衡差分方式.加速度计内部应具有能够对摆锤施加测试力的校准装置。6.3 测量范围要求加速度计的测量范围应不小于-19.6ms2'19.611s2,6.4 其他技术耍求加速度计生产厂家应给出加速度计标称参数，包括卫敏度、工作频带、测量范圉等。7itMMM计量器具控制包括：首次检定、后续检定和使用中检杳。7. 1检定条件8. 1.1检定环境条件9. 1.1.1实验室环境条件环境温度：（23±3）C:相对湿度：75%:电源电压的变化不超过欷定电压的士10%：检定现场应无影响被检加速度计正常1：作的强振源、强磁场的干扰及腐蚀性气液体.7.1.1.2噪声检定环境条件：在0.01Hz-50Hz频带范围内，环境地动噪声有效值应不大于10-6S2。10. 1.2检定用标准器具11. 1.2.1绝对法振动标准装理绝对法振动标准装置包括：激光测振仪、振动发生系统（垂直向和水平向振动台）、测及系统（数据采集和处理设备）和必要的隔振基础,其测量范围应能陵盖被检加速度计的测量范围，其不确定度应满足表1的要求。名称测量危也不确定度（k=2频率范围Urcl把对法振动标准数置猱率：0.IHz-120Hz加速度：0.005mN30bs10.1llz120Ilz1%7.1.2.2步入式恒温试验箱（选用）a）温度范围：-40C'80,C:b）温度偏差：优于±2"C;O温度均匀度：W2r；<1）海度波动度：优于±0.5'C;e）试验箱内应具备与箱体相隔离的隔振基础，用于安装被检加速度计。7.2检定项目首次检定、后续检定和使用中检查的项目见表2.电检厕目一般序号项目首次检定后候检定隹用中检杳外观及功能检住÷2测做范困检杳4-3冬考灵敏度误蛉÷.4灵敏度情频误差*÷5用值线性度4-6横向灵敬度比÷-7温度漂移+/-8噪声+-注：表中“+”为应检项目；为可不检项目；为可检可不检项目，根据需要确定。7.3检定方法7.3.1外观及功能捡查依据6.1和6.2进行枪查，符合要求后，再进行以下各条的检荏和检定。7.3.2测量范围检查使用绝对法振动标准装置，将加速度计刚性安装在振动台台面中心,使加速度计的传感方向与振动台台面运动方向一致，并使加速度计处于正常工作状态。控制振动台进行正弦激振，在10HZ频点处输出信号幅值应不小于标称测量范围的最大值，加速度计输出波形应无明显畸形，失典度应不大于3%。对加速度计的三个方向分别进行检杳，检查结果应满足6.3的要求。7.3.3绝对法低频振动检定7.3.3.I本方法适用于参考灵敏度误差、灵极度幅频误差、幅值线性度、横向灵敏度比的检定。a）使用绝对法振动标准装置，将被检加速度计刚性安装在振动台台面中心，使加速度计的传感方向与振动台台面运动方向一致，并使加速度计处于正常匚作状态.b）按照表3控制振动台进行正弦激振，使用正弦逼近法计算振动台各频率点的振动加速度值，并测盘被检加速度计输出电压值，对被检加速度计的UD、EW,NS三个传感方向应分别进行检定。注：本规程所列的正弦振动信号ft渡均为单.峰值，正弦波泅量数据处理方法!Ot录A。表3振动台激标冬散序号项目激振您数说明1冬考灵敏度误差振动领率：IOHz（参考频率点）：振动信号幅度：IOms22灵敏度幅频误差振动频事Qte）：o.h0,5、1、5、Kk20、31.5、40、5。、63、80、100:振动信号幅度：10mC（频率NIOHzlH）检定时依据振动台振幅限制可降低振动优号帼度3I0（ft线性度振动娠率rIOHz（参考侦率点）；振动信号幡度加大2）:0.5、2、4、6,8、10、12、14.16、18,19-1根向灵放度比振动娠率rIOHz（参考侦率点）；振动信号幅度：IOms,满同时记录加速度计三个方向的输出信号注：1振动信号喇度偏整应拴制在±0.511s2以内：当振动信号幡度超过推动台I.作双刊时.或因其他原因无法使用表中卷数时，可根据实际情况P以调整，2”灵敏度幅频i吴处一在首次检定时应典前本我列出的全部振动频率，在后续检定时可只选择仪器工作领带内的57个频点进行检定.7. 3.3.2参考灵敏度误差的检定按照表3激振参数进行检定，在参考频率点,其被检加速度计的输出电压值与所承受的振动加速度值之比为该加速度计的参考频率点的灵檄度，共计电方法为：Sa-式中：S参考频率点的灵敏度，v（mSj）;V-加速度计的输出电压值，V：o振动台输出加速度，msj参考灵敏度误差为：e=受X100%式中：e一参考灵敏度误差：S一参考频率点的灵敏度，V(mS3)：S,标称灵域度，V(mS2).检定结果应符合5.1的要求。7.3.3.3灵敏度幅频误差的检定按照表3激振参数进行检定，分别测量各频率点的输出电压值，计算山各点的灵敏度，并计算它们与参考频率点灵敏度之比,以对数形式表示：e(=20Xlg(3)式中：c第1个频率点的灵敏度与参考频率点灵敏度的偏差，dB：S,第i个频率点的灵敏度，WGns2);S参考频率点灵敏度，V(ms2),检定结果应符令'5.2的要求。7. 3.3.4幅值线性度的检定按照表3激振参数进行检定，分别测量各加速度点的加速度计输出电压值，采用最小二乘法计免幅值线性度“由n次测量的加速度a,和输出电压V,求出网归直线：Vi=V0+Kxai(4)式中：V;加速度计第i个测搔点输出电压的实测值，V：a振动台第i个测量:点输出加速度，疝史K一一用最小二乘法求出的回归系数；V0一一用最小二乘法求出的回归常数项。将各加速度点带入拟合公式，计里实测加速度计输出电压值与拟合值的偏差，幅值战性度误差为：=makoo%式中：幅值线性度误差：V一一加速度计第i个测量点输出电压实测值，V；V加速度计第i个测量点输出电压拟合值，V;FS一一加速度计满量程输出电压，V。检定结果应符合5.3的要求。7.3.3.5横向灵敏度比的检定按照表3激振参数进行检定，同时记录传感方向与振动台台面运动方向正交的其他两个方向的输出电压，按照7.3.3.2计算灵敏度作为横向灵敏度。横向灵敏度与参考频率点灵坡度之比作为横向灵敏度比：TSRTXlO0%式中：TSR加速度计横向灵敏度比：Sr加速度计横向灵敏度，V(11sj):S加速度计参考频率点灵敏度，V(mS1).取其他两个正交方向中TSR较大值作为检定结果，检定结果应符合5.4的要求.7.3.3.6温度漂移的检定采用步入式恒温恒湿试验箱,分别在加速度计工作温度范囹内选择低温-51?、-10,C两个温度点、常温20C、25C两个温度点、高温459、50C两个温度点进行检定,每个温度点保持时间应不少于1.5h,温度变化将引起加速度计的输出电压变化,电压变化量转换为加速度后除以温度变化一敬即为温度漂移，选择三个温度区间的最大值作为温度漂移的检定结果.式中：3温度漂移，ms-2X-l;V温度区间内温度的变化引起的电压变化盘,V：AT温度区间内的温度变化量，为固定值5C：Sa加速度计标称灵敏度，V(nS2).检定结果应符合5.5的要求。7.3.3.7噪声的检定将被检加速度计固定在环境地动噪声水平符合711.2要求的检定场地上，记录不少于20min的加速度计输出数据，采样率宜设置不小于200Hz.根据噪声功率谱计算0.01Ik-50HZ频带内的噪声有效值，计算方法：将输入序列分为M段(M26),每段序列长度为N.为增加分段数At并保持较大的序列长度N值，各个分段间可有50%75%的数据重登。对分段数据应用窗函数进行加权.然后进行FFr计算,得到领域序列X;(k):×tW=x,(n)w(n)e-m"式中：x：(n)第i分段数据序列：w(n)窗函数。计兑平均功率谱：PG)=病，k=OJZ,卜1泄/i-(fc-(HZ-*-1得点的噪声功率谱密度：P（八）工纱(k)5)¥计以频带0.01Hz50H/的有效值：Ng=J-P-UD检定结果应符合5.6的要求。7.4 检定结果的处理经检定符合本规程要求的加速度计发给检定证书，检定证书内页格式见附录C：经检定不符合本规程要求的加速度计发给检定结果通知书，检定结果通知书内页格式见附录D,注明不合格项。注：力唯度计三句撼方向计靴fc频耐足本规程要求。7.5 检定周期强俄动加速度计的检定周期一般不超过10年。检定周期内使用单位应参照附录B的方法，按照台站监测设备运维管理有关规定进行使用中检查，检查不合格的设备重新使用的应进行检定。附录A正弦波测试数据处理方法A.1直接计算正弦波振幅值的时域方法设正弦波测试序列为x;(i=0,l,N-1),采样率为f.在信噪比不小于40dB、测试信号频率不大于0必s的情况下，查找正弦波测试序列为X;中的最大值X三和最小值Xmin,则正弦波测试信号的峰值为(XmaXXInin)/2,正弦波的有效值为(x三-Xmin)/A.2正弦函数拟合方法设正弦波测试序列为x;(iRJ,N-I),采样率为队在测试信号频率不大于OJfS的情况下，彳更用以下正弦函数模型公式进行最小二乘法拟合。公式(A2)为正弦函数拟合的误差函数定义。Xo(t)=A0sin(wot+0)+d0(A.1)P=i1-4sin(i07;+0)-%产(A.2)式中：TS采样周期，S。拟合的过程就是寻找参数、wo,o>do的最佳取值，使误差函数P取极小值(其中%可使用测试信号频率，作为已知量)。根据拟合结果，正弦波测试信号的峰值为以有效值为A。2,正弦信号的频率为wo/(2n).A.3计算正弦波幅值的频域方法设正弦波测试序列为Xnm=OJ,N-I),采样率为fs,测试信号的频率为f.若k=Nffs为整数，则可使用以卜.傅里叶变换式直接计算正弦波峰值。A>=;IXOOI=M-Eq仇正弦波幅值的有效值为2。附录B强St动加速度计使用中检查方法对于地虐台站连续运行的强震动加速度计，可在台站现场进行参考灵敏度误差和灵敏度幅频误差的检杳。B.I弁考灵敏度误差的检杳参考灵敏度误差的枪包，可采用参考加速度计同台对比法、地球重:力法、振动台比技法或地震期件响应计算方法。a）当被测加速度计观测到的台基加速度噪声功率谱密度在1HZ2（）Hz范困内存在明显大于-90dB的区域时，可选择参考加速度计同台对比法。b）当被测加速度计同台安装有地震计时，并在检查周期内有地震事件发生时，可选择地震事件响应计算方法.c）当上述方法不可行时，可选择地球重力法和振动台比较法。8.2 灵敏度幅频误差的检查灵锹度幅频误差的检查可采用振动台比较法或标定线圈激励法。8.3 参考灵敏度误差的检查（同台对比法）a）测试设备：（参考）加速度计，参考灵敏度误差优于±3Kb）测试方法：在被测加速度计正常观测过程中，符参考加速度计与被测加速度计紧邻安装，保持安装方位一致，同步记录不少于20min的连续波形数据。分别以1Hz、2Hz,5Hz.IOHz、15Hz和20HZ扬率作为中心频点，在：分之一倍频程范围内使用带外倍频程衰减不小于12dB的带通滤波器对记录数据进行泄波，将滤波后的数据分为10段，计算同时段被测加速度计与参考加速度计记录数据有效值之比门，取其平均值亏作为两台加速度计的灵敏度之比，使用参考加速度计的灵敏度和计算被测加速度计的参考灵敏度。加速度计的参考灵敏度应通过绝对法振动标准装置进行校准得使用同台对比法进行测试时，测试结果应同时给出了的标准差。，。/7应不大于然.c）测试结果判别：使用同台对比法进行参考灵敏度误差检查时，被测加速度计的参考灵敏度误差应优于±IOk8.4 弁与灵敏度误差的检查（地球篁力法）a）测试设备：水平测试平台，台面尺寸分20OmmX2（）（）mm,可进行台面调平，配备刻度不小于10'/2mm的水准器。b）测试方法将水平测试平台安置在加速度计观测现场，并调平测试平台台面。临时中断加速度计观测，将加速度计拆卸后，在仪器通电工作状态下，分别将加速度冲机壳的六个外接触面紧密靠近在水平测试平台台面上，静置并记录六个姿态下各不少FlOs的数据，计算各姿态下加速度计各传感方向输出电压的平均值作为输出结果。对于加速度计UD、EW、NS三个传感方向，分别计算传感方向与测试平台台面垂直的两个姿态下加速度计该方向输出结果绝对值的平均值，该值与地球重力加速度（取9.8ms2）之比即为加速度计该传感方向的（静态）参考灵敏度测试结果，计算参考灵敏度测试结果与参考灵敏度标称值的相对误差即为（静态）参考灵敏度误差测试结果。C）测试结果判别：使用地球全力法进行参考灵敏度误差检隹时，被测加速度计的静态参考灵敏度误差应优于±6%8.5 弁考灵敏度误差的检查（振动台比较法）a）测试设备：D低频振动台（便携式）：频率范围不小于IHz20Hz,最大位移分100胸，最大峰值加速度196m2,振动台总质用W30kg,最大负载能力25kg,台面尺寸2200mm×200mm。2）（参考）加速度计：频率范围不小于1Hz-20一,最大峰值加速度219.6|«公,参考灵敬度误差W3%参考灵敏度年稳定度WISb）测试方法：将参考加速度计和被测加速度计刚性地安装在低频振动台台面中心，保证被测加速度计、参考加速度计的传感方向与振动台台面运动方向一致.控制振动台在IOHZ频率点进行正弦激振，激振时间不少于IOs,激振加速度幅度一般为被测加速度计最大加速度测量范围的1/2（当振动台输出不足时，可减小激振幅度计兜该频率点被测加速度计的输出电压幅值与参考加速度计的输出加速度幅值的之比，即为该频率点的参考灵敏度,并计兑参考灵敏度与标称值的相对误差。对于加速度计的三个传感方向，应分别进行测试。C）测试结果判别：使用振动台比较法进行参考灵限度误差检台时，被测加速度计的参考灵敏度误差应优于±6k8.6 参考灵敏度误差的检查（地震事件响应计算方法）JJ（iI!）0022024对于同站架设有地爬计的台站，当地赛事件（含人工震源、天然地震）发生时，可参照BJ的方法，对地震计和被测加速度计的观测设符响应波形进行处理，计算被测加速度计参考灵敏度误差，测试结果判别方法同BJoa）测试设备：I）低频振动台（便携式）：频率范圉不小于lHz20Hz,最大位移】00E,最大峰值加速度2l9.6ms2,振动台总质量W30kg,最大负载能力25kg,台面尺寸2200nm×2（X）nm,2）（参考）加速度计：减率范围不小于lHz20Hz,最大峰值加速度小19.6mU,参考灵敏度误差W3%。b）测试方法：参照B.1.3参考灵敏度误差的检查方法，测试频率点应至少包括1Hz、5Hz、IoHZ和20Hz,计算各频率点被测加速度计的输出电压幅值与参考加速度计的输出加速度幅值之比作为该频率点的灵敏度，各频率点与参考频率点灵极度（IoHZ）之比，以对数形式表示，作为灵敏度幅频误差检查结果。C）测试结果判别：以IOHZ作为参考点，被测加速度计其他频率点的灵敏度幅频误差应优于-0.6<1B-0.6dBB.S灵敏度幅频误差的检查（标定线HR激励法）a）测试设备：与加速度计配套使用的地震数据采集涔。b）测试方法：被测加速度计积固安装于台站观测场地，设置地虚数据采集器，使地震数据采集器输出正弦标定信号序列至加速度计内部标定装置驱动线图，测试频率点应至少包括】Hz、5Hz,10HZ和20Ilz1输出信号幅值应处于加速度计满地程的10%70%,每个频率点正弦信号时长不少于10s分别测量各频率点的输出电压值，使用加速度计标称标定灵敏度，计算出各点的灵敏度，单位为V（ms2）.各频率点与参考频率点（10Hz）灵敏度之比，以对数形式表示，作为灵敏度幅频误差检查结果。C）测试结果判别：以IoHZ作为参考点，被测加速度计其他频率点的灵敏度幅频误差应优于-0.6dB06dB.WQ（地震）0022024附量C强震动加速度计检定证书内页格式送检即E检定些Ui制造厂型号规格山厂编号检定项目1 .外观及功能检查测量范围检查2 .参考灵敏度误差0%3 .灵敏度幅频误差效率/Hz加速度/(“s'灵板度灵敏度幅软误差dB4,幅值线性度%缄率/HzliSJK（as2响应帕IIVV建性偏差/Y5.横向灵坡度比领率HZ传密方向灵敏度V7(bs-2)正交方向灵侬度V(ms-2)«5向灵假段比%6.温度漂移(m2yC7.噪声(11Vs2)(0.0lHz-50Hz)检定环境条件：温度：相对海度：其他：注：加U变计各传感方向检定结果应分别列出。附量D强震动加速度计检定结果通知书内页格式送检单位检定地点制造厂型号规格出厂编号经检该加速度计具有以下.不合格项：序号检定项目规程指标实测指标招注检定环境条件：温度：相对温度：其他：