JJF 1401-2013 振弦式频率读数仪校准规范 JJF1401-2013 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

中华人民共和国国家计量技术规范JJF1401—2013
振弦式频率读数仪校准规范
Calibration Specification for Vibrating Wire Frequency Readouts2013-04-27发布
2013-07-27实施
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1401-2013
振弦式频率读数仪校准规范
Calibration Specification for VibratingWire Frequency Readouts
归口单位：全国时间频率计量技术委员会主要起草单位：中国测试技术研究院上海市计量测试技术研究院
参加起草单位：中国科学院唯实仪器研制中心四川金码科技有限公司
重庆市计量质量检测研究院
JJF1401—2013
新疆维吾尔自治区计量测试研究院南京葛南实业有限公司
本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：
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郭春梅（中国测试技术研究院）董莲（上海市计量测试技术研究院）参加起草人：
叶忠临（中国科学院唯实仪器研制中心）杨波（四川金码科技有限公司）祝贵军（重庆市计量质量检测研究院）宋伟（新疆维吾尔自治区计量测试研究院）徐刚（南京葛南实业有限公司）引言
范围·
2引用文件·
3术语和计量单位
3.1振弦式传感器
3.3振弦式频率读数仪
集线箱
3.5频率模数?
4概述
5计量特性·
5.1激励方式
频率测量范围及测量误差
5.3频率测量分辨力
5.4时基准确度
6校准条件：
6.1环境条件
6.2测量标准及其他设备
7校准项目和校准方法
7.1校准项目
7.2校准方法·
8校准结果表达
9复校时间间隔
附录A校准原始记录格式
附录B
校准证书内页格式
附录C下载标准就来标准下载网
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振弦式频率读数仪测量结果不确定度评定示例()
（2）
（3）
（3）
（3）
（3）
（3）
（7）
（8）
（9）
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本规范依据JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》编制。本规范参考了GB/T3412.1一2009《大坝监测仪器检测仪第1部分：振弦式仪器检测仪》：GB/T15406一2007《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》中有关振弦式仪器接收仪表的基本参数、接收仪表技术要求等条目并结合该类通用型产品的常规技术要求。本规范为首次制定。
1范围
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振弦式频率读数仪校准规范
本规范适用于频率范围在300Hz～6000Hz的各类振弦式频率读数仪的校准。其他振弦式频率测量系统的校准可参照本规范。2引用文件
本规范引用下列文件：
GB/T3412.1-2009大坝监测仪器检测仪第1部分：振弦式仪器检测仪GB/T15406一2007岩土工程仪器基本参数及通用技术条件凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范，凡是不注日期的引用文件其最新版本（包括所用的修改单）适用于本规范。3术语和计量单位
3.1振弦式传感器vibratingwiretransducer利用振弦的固有频率变化来测量相关参数的传感器。3.2激励excitation
为使传感器正常工作而施加的外部能量（电压，电流等）。3.3振弦式频率读数仪vibratingwirefrequencyreadout具有为振弦式传感器提供激励信号，测量传感器输出频率，显示频率或频率模数等，并具备数据存储、通讯等功能的专用仪表。3.4集线箱terminalbox
连接传感器，具有手动或自动进行测量点切换功能的专用设备。3.5频率模数frequencymodulus
振弦式传感器输出频率（H2）的平方除以1000获得的值。用英文字母F表示，即：F=fX10-3。
4概述
金属弦在一定的拉力，应力作用下具有一定的自振频率，根据弹性体振动理论推导，弦的自振频率与弦所受的拉力，应力呈单值函数关系。基于此原理而制造的各类振弦式仪器被广范应用于水坝、隧道，公路、桥梁、矿井以及建筑工程的安全监测中。振弦式频率读数仪（以下简称振弦仪）为振弦式传感器的测读仪表，专门用于测量振弦式传感器输出的频率，通过所测得的频率获取相关的工程物理量。注：振弦式频率读数仪在GB/T3412.1一2009中命名为“振弦式仪器检测仪”。振弦仪主要由时基与控制电路、激励信号产生电路、检测电路和显示存储等电路组成，工作原理如图1所示。
世臨器
传感馨
藥线箱
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敬励信号
产生电路
检测电路
时基与控制
图1振弦仪基本工作原理图
显示与存储
通讯电路
振弦仪多以间歇激励方式工作，首先向传感器发出激励信号，激励信号一般有两种，即周期性的扫频信号或周期性的脉冲信号，一般以周期1.2s～2s间歇式发出。当传感器被激励信号作用后即开始工作，传感器内部特定的电路促使内部钢弦发生振动并最终产生谐振效应，同时输出谐振频率。振弦仪在激励信号间隙期内测量谐振频率，并将测量结果显示于面板上。振弦仪显示模式一般为频率（或周期）、频率模数、其他物理量等。
5计量特性
5.1激励方式
5.1.1扫频式：一般在某一频率范围内以扫频的方式输出，幅值为5V～35V矩形波。
5.1.2瞬时脉冲式：
a）高压式：—般为36V~160V单脉冲或n个脉冲。b）低压式：一般为≤35V单脉冲或n个脉冲。5.2频率测量范围及测量误差
振弦仪测频范围一般为表1所列的各类。表1频率测量范围及测量误差
5.3频率测量分辨力
频率范围（下限f～上限fh）
300Hz~4000Hz
600Hz~3000Hz
750Hz-4500Hz
400Hz~6000Hz
频率测量分辨力≤0.1Hz。
最大充许误差
5.4时基准确度
时基准确度<1×10-4
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注：以上指标仅供参考，校准时以产品说明书为准。6校准条件
6.1环境条件
6.1.1环境温度：（18~28）℃。6.1.2环境湿度：<80%RH。
6.1.3电源电压及频率：电压220（1土10%）V，频率50（1士5%）Hz6.1.4周围无强电磁场干扰及无影响校准系统正常工作的机械振动。6.2测量标准及其他设备
6.2.1低频信号发生器（或函数信号发生器）频率输出范围：（01)MHz，分辨力：<0.01Hz：频率准确度：优于被校振弦仪时基准确度一个数量级或有外接频标功能；幅度输出范围：100mV~2V（峰峰值）。6.2.2数字示波器
带宽：优于100MHz
采样率：优于1GS/s；
探头：10：1高阻无源探头。
6.2.3可变衰减器
频率范围满足振弦仪频率测量范围；衰减（0～60)dB，可调步进：1dB，10dB。6.2.4专用校准连接器
幅度限制范围：200mV~600mV（峰峰值）。7
校准项目和校准方法
7.1校准项目
校准项目见表2。
表2校准项目
7.2校准方法
外观及工作正常性检查
激励方式
频率测量范围及测量误差
频率测量分辨力
时基准确度
7.2.1外观及工作正常性检查
方法条款号
被校振弦仪应带有必要的附件。外观完好无影响正常工作的机械损伤，测试接口、3
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显示、存储、时钟等功能均应正常，如有自检功能，应按要求完成自检并确认符合要求。
7.2.2激励方式
7.2.2.1仪器连接及仪器设置
按图2连接。
数字示波器
10:1探头
5100电
图2激励信号校准连接图
摄疏仪
示波器的10：1探头与振弦仪的频率测量端相连接，设置示波器输人衰减×10DC耦合，输人阻抗1MQ。为了真实观测激励信号的波形及幅值，偏转系数和扫描时间系数的合理设置尤为重要，一般情况下按表3给出的范围设置，实测时可根据具体情况适当调整。
表3数字示波器设置
激励方式
脉冲高压式
脉冲低压式
扫频式
7.2.2.2测读方法
垂直偏转系数设置
20V/DIV~50V/DIV
5V/DIV~10V/DIV
2V/DIV~5V/DIV
扫描时间系数设置
1ms/DIV~100ms/DIV
50ms/DIV~1s/DIV
100μs/DIV1ms/DIV
激励方式校准时，示波器设置应从大至小的量程逐步进行。确认振弦仪处于激励状态，当有规律的激励信号出现于示波器屏幕时，通过单次键或停止键捕提激励信号的瞬时图形，并观测波形及幅值，判定激励方式（信号形式、波形）。注：激励方式校准时，一般高压激励方式的信号幅度与传感器内阻有关，校准时可不做定量测试。
7.2.3频率测量范围及测量误差
利用信号发生器模拟传感器的谐振频率对振弦仪进行校准，振弦仪有多种显示模式，一般国产振弦仪多以频率或频率模数两种模式显示：进口的振弦仪多以频率或周期、频率模数或微应变等多种模式显示（微应变一频率模数×K，K值为传感器系数，由说明书给出）。校准时选择频率显示模式，如需选择其他模式则按备注说明进行。7.2.3.1仪器连接方式
振弦仪校准时应特别注意激励信号方式，为防止激励信号高于信号发生器输出端的反向击穿电压而损坏仪器，应按下列要求正确连接仪器。a）振弦仪具有校验功能的将其切换至校验状态，用示波器观测，确认激励信号处于关闭状态。按图3连接（电路申联的无极性电容起隔直作用，为预防误操作使激励信4
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号漏出而损坏信号发生器）。信号发生器输出波形设为正弦波，幅度峰值调至100mV~500mV
50MF/200V无极性电容
低频信号发生器
报激仪
图3测量范围及测量误差校准连接图（1)b）振弦仪无校验功能且激励信号幅度小于衰减器最大允许电压，先将衰减器衰减量调至30dB，按图4连接仪器，用示波器观测激励信号幅度，逐步增大或减小衰减量，使其幅度保持在100mV～500mV内，再改为与信号发生器连接：信号发生器输出波形设置为正弦波，幅度峰值调至200mV~1V。数学示被器
可变衰减器
低频信号发生器
图4测量范围及测量误差校准连接图（2）报装仪
c）振弦仪无校验功能的且激励信号幅度大于衰减器最大允许电压、或校准时没有衰减器时，按图5连接，信号发生器输出波形设置为正弦波，幅度峰值调至200mV～2V。
低舞信号发生器
专用校准连接器
图5测量范围及测量误差校准连接图（3）报弦仪
注：专用校准连接器主要由RC衰减电路组成，对邀励信号做特殊处理，起保护信号发生器的作用。
7.2.3.2频率测量范围
被校振弦仪选择测量功能，信号发生器按被校振弦仪说明书给出的频率范围选取中间值为起点，逐步降低频率值，观测振弦仪示值，当振弦仪显示的频率值从符合技术要求的状态（读教值与标准值之差满足表1中最大允许误差0.5z月稳定可靠心为不符合技术要求状态时的最低频率值为测量范围的下限值。同理逐步升高信号发生器输出频率值，当被校振弦仪显示的频率值从符合技术要求的状态变为不符合技术要求状态时的最高频率值为测量范围的上限值。以区间～为实际的频率测量范围。7.2.3.3频率测量误差
在一频率范围内均选取一组频率值做为测试点，并根据不同的频率点按说明书要求选择适当的激励挡位，每测一个频率点时应重置一次测量键，以确认振弦仪处于测量状态，待振弦仪的示值稳定可靠后，取三次测得的算术平均值于，按公式（1）或公式(2)计算测量误差。
式中：
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A=fI-fo
4一频率测量的绝对误差，Hz
f一振弦仪测得值的平均值，Hz;f。—信号发生器输出的标准频率值，Hz。8=f×100%
式中：
8—一频率测量的相对误差。
注：振弦仪测量误差的校准一般以频率厂（Hz）显示模式为主：如果振弦仪选择其他显示模式时，则按下两点要求进行。
1.信号发生器输出的频率作为标称值应根据所选择的显示模式做相应的单位换算。：2.其他显示模式的测量范国及测量误差的校准参照频率测量范围及测量误差的方法进行。7.2.4频率测量分辨力
按7.2.3要求正确连接仪器。信号发生器调至1kHz，分辨力适当，逐步增大或减小输出频率，观察振弦仪读数应有变化，其显示的最小单位为测量分辨力。7.2.5时基准确度
按7.2.3正确连接仪器。信号发生器调至振弦仪实测频率范围的上限标称值fHo且输出幅度足够大，确认振弦仪处于测量状态，待振弦仪读数稳定可靠后，取三次测得值的算术平均值H，按公式（3）计算时基准确度。fH-fHo
式中：
A—一时基准确度：
fH一振弦仪测得的上限频率平均值，Hz；fHo一一信号发生器输出的实测频率范围上限标称值，Hz。8校准结果表达
振弦仪校准后出具校准证书。校准证书（报告）应至少包括以下信息：a）标题，如“校准证书”；
b）实验室名称和地址：
c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）：d）证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和地址：
f）被校对象的描述和明确标识：(3)
g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性有关时，应说明被校对象的接收日期：
h）如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明：i）对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；6
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i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k）校准环境的描述；
1）校准结果及其测量不确定度的说明m）对校准规范的偏离的说明；
n）校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识：o）校推结果仅对被校对象有效的声明；P）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。复校时间间隔
建议复校时间间隔为1年，用户亦可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。
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