JJF 1427-2013
基本信息
标准号： JJF 1427-2013
中文名称：微机电(MEMS)线加速度计校准规范
标准类别：国家计量标准(JJ)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
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出版信息
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标准简介
JJF 1427-2013 微机电(MEMS)线加速度计校准规范
JJF1427-2013
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标准内容
中华人民共和国国家计量技术规范JJF1427-—2013
微机电（MEMS）线加速度计校准规范Calibration Specification for MEMS Linear Accelerometers2013-09-02发布
2013-12-02实施Www.bzxZ.net
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1427-2013
微机电（MEMS）线加速度计
校准规范
Calibration Specification for MEMSLinearAccelerometers
归口单位：全国惯性技术计量技术委员会JJF1427—2013
起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所中航工业北京长城计量测试技术研究所本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：
JJF1427-—2013
杨拥军（中国电子科技集团公司第十三研究所）董雪明（中航工业北京长城计量测试技术研究所）徐淑静（中国电子科技集团公司第十三研究所）参加起草人：
何懿才（中航工业北京长城计量测试技术研究所）各海锋（中国电子科技集团公司第十三研究所）田阳（中航工业北京长城计量测试技术研究所）引言
范围·
引用文件
术语及定义
计量特性·
校准条件
校准环境条件
6.2测量标准及设备
7校准项目和校准方法
校准项目
7.2校准方法
8校准结果表达·
9复校时间间隔
JJF1427—2013
附录AMEMS线加速度计重力场校准不确定度评估示例附录B校准证书内页格式
（3）
JJF1427-2013
微机电（MEMS）线加速度计广泛应用于国民经济各领域，基于此考虑，结合微机电CMEMS）线加速度计校准的实际情况，参照国际电工委员会IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）编写的60747-14-4Ed.1/CDVIEC半导体加速度计（SEMICONDUCTORDEVICES—Part14-4：Semiconductoraccelerometers）编写本规范。
1范围
JJE1427—2013
微机电（MEMS）线加速度计校准规范本规范规定了微机电（MEMIS）线加速度计（以下简称MEMS线加速度计或加速度计）的校准项目和校准方法，适用于单敏感轴MEMS线加速度计，2引用文件
本规范引用了下列文件：
JJF1116一2004线加速度计的精密离心机校准规范GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法GB/T20485.21一2007振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准
IEC60747Part14-4半导体加速度计（14-4：Semiconductaraccelerometers）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（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语及定义
3.1微机电MicroElectroMechanicalSystem，MEMS运用半导体工艺集成了传感器、执行器和/或电路的系统。3.2MEMS线加速度计MEMSlinearaccelerometers采用MEMS加工工艺制作的用于将输人的线加速度成比例的转化为输出（通常为电学量）的传感器。
3.3敏感质量proofmass
线加速度计中把沿着或绕输人轴的加速度转换为力矩（或力）的有效质量。4概述
MEMS线加速度计一般由敏感质量、挠性支承和转换线路等构成：工作原理为敏感质量在外界加速度产生的惯性力作用下产生一定位移，该位移与输入加速度相关，其物理模型可由公式（1）进行简化：M+D+K+C--Ma
式中：
M——敏感质量，kg；
周围气体提供的阻尼，N·s/m；K-弹簧刚度，N/m；
JJF1427-—2013
敏感质量质心的相对位移，m；
a—输入加速度，m/s；
C—常值，N。
将公式（1）进行Laplace变换可以得到MEMS线加速度计的传递函数见公式（2）)：
HCS)=+25+
式中：
计量特性
Laplace变换的复变量；
固有频率，Hz;
阻尼比。
MEMS线加速度计的计量特性包括静态特性和动态特性，校准参数见表2，其中1~16项为静态特性，第17项为动态特性。MEMS线加速度计的静态特性模型可由公式（3）进行简化：E=B+ar+Ka +Kaai+Yay-a
式中：
加速度计输出，加速度计输出单位偏值，g（g为重力加速度，g，=9.80665m/s2）；标度因数，输出单位/g；
沿加速度计输人基准轴IRA的加速度：g；沿加速度计摆基准轴PRA的加速度，g；沿加速度计输出基准轴ORA的加速度，g；二阶非线性系数，g/g：
三阶非线性系数，g/g；
输人轴IA相对于输人基准轴IRA绕输出基准轴ORA的安装误差，rad；一输人轴IA相对于输人基准轴IRA绕摆基准轴PRA的安装误差，rad；(3)
MEMS线加速度计的动态数学模型由公式（4）和公式（5）进行描述，公式（4）为MEMS线加速度计的幅频特性：公式（5）为MEMS线加速度计相频特性。()
+（2）
式中：
输人加速度的频率，rad；
JJF1427—2013
敏感质量之心位移的相位，ad。对于采用摆式工作原理的MEMS线加速度计，通常用输人基准轴（IRA）、输出基准轴（ORA）、摆基准轴（PRA）来表示加速度计的三个正交方向，相应的安装状态分为摆态和门态两种。如果被校准的MEMS线加速度计不能区分摆态和门态，则按照与输入基准轴（IRA）正交的两个方向进行安装和测试。但本规范中统一按照摆态和门态进行描述。图1和图2分别为两种状态的位置定义。RA
6校准条件
校准环境条件
图1摆态安装校准位置定义
图2门态安装校准位置定义
温度：（20士5）℃，校准过程中温度波动量不超过2℃相对湿度：≤85%：
周围无强电磁场，无腐蚀性气体或液体，无强震源。6.2测量标准及设备
校用标准装置及配套设备如表1所示。PRA
校准类型
静态校准
动态校准
JJF1427-2013
表1校准用标准装置及推荐技术指标校准用标准装置及
配套设备
精密分度
装置：
电压表
(频率计)
加速度计
重力场检定
离心机加速
度标准装置
中频振动
标准装置
水平仪
精密离心机
电压表
(频率计)
中频振动台
题谱分析仪
示波器
电压表
(频率计)
技术指标
极限偏差：5”
分辨力：1”
准确度：0.5
分辨力：6位半
示值误差：±2”
温箱偏差：士2℃
温度稳定度：1℃
均勾度：2℃
6位半
幅值不确定度：3%
频谱分析仪：
1Hz~10kHz
示波器：20MHz
6位半
偏值一致性
标度因数
失准角
分辨力
0g/1g稳定性
偏值短期稳定性
标度因数短期稳定性
偏值短期重复性
标度因数短期重复性
偏值温度灵敏度
标度因数温度灵敏度
标度因数
二阶非线性系数
三阶非线性系数
非线性度
幅频特性
相频特性
注：上述校准装置适用于测量范围小于300名、精度0.1%及以下MEMS线加速度计的校准。校准项目和校准方法
7.1校准项目
校准项目见表2。
7.2校准方法
7.2.1静态校准
7.2.1.1多点法
JJE1427—2013
表2校准项目一览表
项目名称
偏值一致性
标度因数
失准角
分辨力
0g/1g稳定性
偏值短期稳定性
标度因数短期稳定性
偏值短期重复性
标度因数短期重复性
偏值温度灵敏度
标度因数温度灵敏度
二阶非线性系数
三阶非线性系数
非线性度
校方法
多点法用于在重力场内进行多点翻滚测试以分离MEMS线加速度计模型方程的各项系数，包括偏值、标度因数、二阶非线性系数、三阶非线性系数和失推角。按照摆态和门态进行测试，如果摆态测试和门态测试的数据一致性好，或根据实际使用安装状态，则可以简化为其中一种安装状态的测试。5
a）摆态安装：
JJF1427-2013
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0位置，加速度计安装到分度头上，输入基准轴（IRA）位于水平方向，摆基准轴（PRA）的正向垂直向上，输出基准轴(ORA）与分度头转轴平行。
2）加速度计上电预热，输出稳定后记录加速度计的输出（稳定时间参照具体技术条件，数据量不少于7个取平均，下同）：3）按角度增量0,=360/n转动分度头，各转角依次为0，20，.….k0.，（n—1）.，在每一角位置上记录加速度计的输出值：4）将分度头旋转到360°，然后再反向旋转分度头，按角度6依次递减到0%，依次记录每一角位置上加速度计的输出值：5）分别计算分度头正转和反转时各位置输出值的平均值E（k一0，1，2，，n一1)；6）按照公式（6）～公式（10）进行计算：标度因数：
Ki-2ZEsin.+
偏值：
二阶非线性系数：
三阶非线性系数：
输入轴失准角：
b）门态安装：
EasinM
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上，输人基准轴（IRA）位于水平方向，输出基准轴（ORA）的正向垂直向下，摆基准轴(PRA）平行于转轴。
2）重复a）摆态安装的测试步骤和数据处理方法，公式（10）中输入轴失准角的符号换为。
对于多点法中测试点数的选，通常为四点法和两点法。6
7.2.1.2四点法
JJF1427—2013
四点法用于校准MEMS线加速度计的偏值、偏值一致性、标度因数和失准角。a）摆态安装：
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上，输人基准轴（IRA）位于水平方向，摆基准轴（PRA）的正向垂直向上，输出基准轴（ORA）与分度头转轴平行。
2）加速度计上电预热，输出稳定后记录加速度计的输出；3）转动分度头到90°位置，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向上，记录加速度计的输出；
4）转动分度头到180°位置，记录加速度计的输出；5）转动分度头到270°位置，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向下，记录加速度计的输出；
6）反向转动分度头，分别记录在270°、180°、90°、0°四个位置上加速度计的输出。7）计算正转和反转时各位置加速度计输出值的平均值Eg、Ego、E18、E27。8）按公式（11）～（15）进行计算：标度因数：
0g偏值：
1g偏值：
输人轴失准角7。：
偏值一致性：
b）门态安装：
Ki_Eo-Eno
Eso+Ezo
Ego-E270
Y-Eeor-Ezo
B=B, -B
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上输人基准轴（IRA）位于水平方向，输出基准轴（ORA）的正向垂直向下，摆基准轴(PRA）平行于转轴。
2）重复a）摆态安装的测试步骤和数据处理，把公式（14）中输人轴失准角的符号%换为.
7.2.1.3两点法
两点法用于快速校准MEMS线加速度计的偏值和标度因数。a）加速度计安装到分度头上，上电预热，将分度头转到90°位置上，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向上，记录加速度计的输出Ego7
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微机电（MEMS）线加速度计校准规范Calibration Specification for MEMS Linear Accelerometers2013-09-02发布
2013-12-02实施Www.bzxZ.net
国家质量监督检验检疫总局发布JJF1427-2013
微机电（MEMS）线加速度计
校准规范
Calibration Specification for MEMSLinearAccelerometers
归口单位：全国惯性技术计量技术委员会JJF1427—2013
起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所中航工业北京长城计量测试技术研究所本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：
JJF1427-—2013
杨拥军（中国电子科技集团公司第十三研究所）董雪明（中航工业北京长城计量测试技术研究所）徐淑静（中国电子科技集团公司第十三研究所）参加起草人：
何懿才（中航工业北京长城计量测试技术研究所）各海锋（中国电子科技集团公司第十三研究所）田阳（中航工业北京长城计量测试技术研究所）引言
范围·
引用文件
术语及定义
计量特性·
校准条件
校准环境条件
6.2测量标准及设备
7校准项目和校准方法
校准项目
7.2校准方法
8校准结果表达·
9复校时间间隔
JJF1427—2013
附录AMEMS线加速度计重力场校准不确定度评估示例附录B校准证书内页格式
（3）
JJF1427-2013
微机电（MEMS）线加速度计广泛应用于国民经济各领域，基于此考虑，结合微机电CMEMS）线加速度计校准的实际情况，参照国际电工委员会IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）编写的60747-14-4Ed.1/CDVIEC半导体加速度计（SEMICONDUCTORDEVICES—Part14-4：Semiconductoraccelerometers）编写本规范。
1范围
JJE1427—2013
微机电（MEMS）线加速度计校准规范本规范规定了微机电（MEMIS）线加速度计（以下简称MEMS线加速度计或加速度计）的校准项目和校准方法，适用于单敏感轴MEMS线加速度计，2引用文件
本规范引用了下列文件：
JJF1116一2004线加速度计的精密离心机校准规范GJB1037A-2004单轴摆式伺服线加速度计试验方法GB/T20485.21一2007振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准
IEC60747Part14-4半导体加速度计（14-4：Semiconductaraccelerometers）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（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语及定义
3.1微机电MicroElectroMechanicalSystem，MEMS运用半导体工艺集成了传感器、执行器和/或电路的系统。3.2MEMS线加速度计MEMSlinearaccelerometers采用MEMS加工工艺制作的用于将输人的线加速度成比例的转化为输出（通常为电学量）的传感器。
3.3敏感质量proofmass
线加速度计中把沿着或绕输人轴的加速度转换为力矩（或力）的有效质量。4概述
MEMS线加速度计一般由敏感质量、挠性支承和转换线路等构成：工作原理为敏感质量在外界加速度产生的惯性力作用下产生一定位移，该位移与输入加速度相关，其物理模型可由公式（1）进行简化：M+D+K+C--Ma
式中：
M——敏感质量，kg；
周围气体提供的阻尼，N·s/m；K-弹簧刚度，N/m；
JJF1427-—2013
敏感质量质心的相对位移，m；
a—输入加速度，m/s；
C—常值，N。
将公式（1）进行Laplace变换可以得到MEMS线加速度计的传递函数见公式（2）)：
HCS)=+25+
式中：
计量特性
Laplace变换的复变量；
固有频率，Hz;
阻尼比。
MEMS线加速度计的计量特性包括静态特性和动态特性，校准参数见表2，其中1~16项为静态特性，第17项为动态特性。MEMS线加速度计的静态特性模型可由公式（3）进行简化：E=B+ar+Ka +Kaai+Yay-a
式中：
加速度计输出，加速度计输出单位偏值，g（g为重力加速度，g，=9.80665m/s2）；标度因数，输出单位/g；
沿加速度计输人基准轴IRA的加速度：g；沿加速度计摆基准轴PRA的加速度，g；沿加速度计输出基准轴ORA的加速度，g；二阶非线性系数，g/g：
三阶非线性系数，g/g；
输人轴IA相对于输人基准轴IRA绕输出基准轴ORA的安装误差，rad；一输人轴IA相对于输人基准轴IRA绕摆基准轴PRA的安装误差，rad；(3)
MEMS线加速度计的动态数学模型由公式（4）和公式（5）进行描述，公式（4）为MEMS线加速度计的幅频特性：公式（5）为MEMS线加速度计相频特性。()
+（2）
式中：
输人加速度的频率，rad；
JJF1427—2013
敏感质量之心位移的相位，ad。对于采用摆式工作原理的MEMS线加速度计，通常用输人基准轴（IRA）、输出基准轴（ORA）、摆基准轴（PRA）来表示加速度计的三个正交方向，相应的安装状态分为摆态和门态两种。如果被校准的MEMS线加速度计不能区分摆态和门态，则按照与输入基准轴（IRA）正交的两个方向进行安装和测试。但本规范中统一按照摆态和门态进行描述。图1和图2分别为两种状态的位置定义。RA
6校准条件
校准环境条件
图1摆态安装校准位置定义
图2门态安装校准位置定义
温度：（20士5）℃，校准过程中温度波动量不超过2℃相对湿度：≤85%：
周围无强电磁场，无腐蚀性气体或液体，无强震源。6.2测量标准及设备
校用标准装置及配套设备如表1所示。PRA
校准类型
静态校准
动态校准
JJF1427-2013
表1校准用标准装置及推荐技术指标校准用标准装置及
配套设备
精密分度
装置：
电压表
(频率计)
加速度计
重力场检定
离心机加速
度标准装置
中频振动
标准装置
水平仪
精密离心机
电压表
(频率计)
中频振动台
题谱分析仪
示波器
电压表
(频率计)
技术指标
极限偏差：5”
分辨力：1”
准确度：0.5
分辨力：6位半
示值误差：±2”
温箱偏差：士2℃
温度稳定度：1℃
均勾度：2℃
6位半
幅值不确定度：3%
频谱分析仪：
1Hz~10kHz
示波器：20MHz
6位半
偏值一致性
标度因数
失准角
分辨力
0g/1g稳定性
偏值短期稳定性
标度因数短期稳定性
偏值短期重复性
标度因数短期重复性
偏值温度灵敏度
标度因数温度灵敏度
标度因数
二阶非线性系数
三阶非线性系数
非线性度
幅频特性
相频特性
注：上述校准装置适用于测量范围小于300名、精度0.1%及以下MEMS线加速度计的校准。校准项目和校准方法
7.1校准项目
校准项目见表2。
7.2校准方法
7.2.1静态校准
7.2.1.1多点法
JJE1427—2013
表2校准项目一览表
项目名称
偏值一致性
标度因数
失准角
分辨力
0g/1g稳定性
偏值短期稳定性
标度因数短期稳定性
偏值短期重复性
标度因数短期重复性
偏值温度灵敏度
标度因数温度灵敏度
二阶非线性系数
三阶非线性系数
非线性度
校方法
多点法用于在重力场内进行多点翻滚测试以分离MEMS线加速度计模型方程的各项系数，包括偏值、标度因数、二阶非线性系数、三阶非线性系数和失推角。按照摆态和门态进行测试，如果摆态测试和门态测试的数据一致性好，或根据实际使用安装状态，则可以简化为其中一种安装状态的测试。5
a）摆态安装：
JJF1427-2013
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0位置，加速度计安装到分度头上，输入基准轴（IRA）位于水平方向，摆基准轴（PRA）的正向垂直向上，输出基准轴(ORA）与分度头转轴平行。
2）加速度计上电预热，输出稳定后记录加速度计的输出（稳定时间参照具体技术条件，数据量不少于7个取平均，下同）：3）按角度增量0,=360/n转动分度头，各转角依次为0，20，.….k0.，（n—1）.，在每一角位置上记录加速度计的输出值：4）将分度头旋转到360°，然后再反向旋转分度头，按角度6依次递减到0%，依次记录每一角位置上加速度计的输出值：5）分别计算分度头正转和反转时各位置输出值的平均值E（k一0，1，2，，n一1)；6）按照公式（6）～公式（10）进行计算：标度因数：
Ki-2ZEsin.+
偏值：
二阶非线性系数：
三阶非线性系数：
输入轴失准角：
b）门态安装：
EasinM
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上，输人基准轴（IRA）位于水平方向，输出基准轴（ORA）的正向垂直向下，摆基准轴(PRA）平行于转轴。
2）重复a）摆态安装的测试步骤和数据处理方法，公式（10）中输入轴失准角的符号换为。
对于多点法中测试点数的选，通常为四点法和两点法。6
7.2.1.2四点法
JJF1427—2013
四点法用于校准MEMS线加速度计的偏值、偏值一致性、标度因数和失准角。a）摆态安装：
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上，输人基准轴（IRA）位于水平方向，摆基准轴（PRA）的正向垂直向上，输出基准轴（ORA）与分度头转轴平行。
2）加速度计上电预热，输出稳定后记录加速度计的输出；3）转动分度头到90°位置，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向上，记录加速度计的输出；
4）转动分度头到180°位置，记录加速度计的输出；5）转动分度头到270°位置，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向下，记录加速度计的输出；
6）反向转动分度头，分别记录在270°、180°、90°、0°四个位置上加速度计的输出。7）计算正转和反转时各位置加速度计输出值的平均值Eg、Ego、E18、E27。8）按公式（11）～（15）进行计算：标度因数：
0g偏值：
1g偏值：
输人轴失准角7。：
偏值一致性：
b）门态安装：
Ki_Eo-Eno
Eso+Ezo
Ego-E270
Y-Eeor-Ezo
B=B, -B
1）分度头转轴处于水平位置，并将分度头转到0°位置，加速度计安装到分度头上输人基准轴（IRA）位于水平方向，输出基准轴（ORA）的正向垂直向下，摆基准轴(PRA）平行于转轴。
2）重复a）摆态安装的测试步骤和数据处理，把公式（14）中输人轴失准角的符号%换为.
7.2.1.3两点法
两点法用于快速校准MEMS线加速度计的偏值和标度因数。a）加速度计安装到分度头上，上电预热，将分度头转到90°位置上，加速度计的输入基准轴（IRA）垂直向上，记录加速度计的输出Ego7
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。