GB/T 20485.42-2018
基本信息
标准号： GB/T 20485.42-2018
中文名称：振动与冲击传感器校准方法 第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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相关标签： 振动 冲击 传感器 校准 方法 高精度 地震 重力 加速度
标准分类号
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出版信息
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标准简介
GB/T 20485.42-2018 振动与冲击传感器校准方法 第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准
GB/T20485.42-2018
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标准内容
ICS.17.160
口中华人民共和国国家标准
GB/T20485.42—2018/IS016063-42:2014振动与冲击传感器校准方法
第42部分：高精度地震计的
重力加速度法校准
Methods for the calibration of vibration and shock transducers-Part 42: Calibration of seismometers with high accuracyusing acceleration of gravity(ISO16063-42:2014.IDT)
2018-03-15发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2018-10-01实施
规范性引用文件
测量的溯源性
当地重力值的确定
使用绝对重力仪的方法
使用重力加速度标准化网和相对重力仪的方法4.2
使用重力加速度标准化网的方法4.3
5设备及环境条件要求
校准环境
基础与振动环境（校准设备的隔振块）电压表
可调低通滤波器
供电电源
倾斜台
校准原理
6.2校准程序
7结果表述
校准的测量不确定度表述
附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）地震计校准测量的溯源性参考文献·
GB/T20485.422018/ISO16063-42:2014iiiKAoNniKAca
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014GB/T20485《振动与冲击传感器校准方法》主要由基本概念，绝对法校准、比较法校准、环境模拟校准和其他五大类构成，已发布的部分如下：第1部分：基本概念；
第11部分：激光干涉法振动绝对校准；第12部分：互易法振动绝对校准；第13部分：激光干涉法冲击绝对校准；第15部分：激光干涉法角振动绝对校准；第16部分：地球重力法校准；
第21部分：振动比较法校准；
第22部分：冲击比较法校准；
第31部分：横向振动灵敏度测试；第33部分：磁灵敏度测试；
第41部分：激光测振仪校准；
第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准。计划发布的部分有：
第17部分：离心机法绝对校准；第32部分：响应测试冲击激励法的加速度计频率和相位响应测试；第43部分：基于模型参数识别的加速度计校准；第44部分：现场振动校准器校准：第45部分：内置校准线圈的振动传感器校准。本部分为GB/T20485的第42部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用ISO16063-42：2014《振动与冲击传感器校准方法第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准》。本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53)提出并归口。本部分起草单位：中国计量科学研究院、中国地震局工程力学研究所、陕西省计量科学研究院。本部分主要起草人：于梅、杨丽峰、杨巧玉、杨振宇、秦宇。iKAoNi KAca
iiiKAoNiKAca
1范围
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014振动与冲击传感器校准方法
第42部分：高精度地震计的
重力加速度法校准
GB/T20485的本部分规定了使用当地重力加速度（当地的地球引力：由地球重力产生的当地加速度值）作为参考值，进行地震计灵敏度准确校准的仪器和程序。本部分适用于具有（或不具有）速度信号输出的伺服型加速度计，其通常带质量位置输出，属带宽在0.003Hz～100Hz内的宽频类地震计。本部分规定的方法可使用户获得量级低至1×10-m/s（相当于1mGal和大约1×10-重力加速度)的地震计的静态灵敏度
由本方法获得的加速度扩展不确定度（k=2）为1X10-m/s（0.1mGal）。当使用本部分描述的绝对重力仪时，加速度的测量不确定度可降低到5×10-°m/s（5μGal)以内。不计人由被测设备(DUT)引人的不确定度，校准的相对扩展不确定度为0.5%。地震计的预期用途如下：
包括地球物理学应用的地球科学观测；a)
灾害预防，如滑坡前兆的监测；c)
土木工程中建筑结构和基础的可靠性诊断；d
核试验监测。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件IGSN-71,Morelli，Carlo，ed.，1974.国际重力标准化网1971：国际大地测量学协会特种出版物No.4.194p
3测量的溯源性
本方法中测量的溯源性参见附录B。4
当地重力值的确定
使用绝对重力仪的方法
使用自由落体式绝对重力仪（FG5或其他设备）确定当地的绝对重力加速度。由此获得的当地重力加速度的扩展不确定度约为5×10-8m/s（5μGal)。4.2使用重力加速度标准化网和相对重力仪的方法在由IGSN-71建立的当地重力加速度参考点上，可使用相对重力仪来确定当地的绝对重力加速1
HiiKAoNiKAca
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014度。这种情况下不需要对纬度和海拔进行修正。相对重力仪的扩展不确定度值由制造商给出。各国的地质勘查研究院、气象研究院、大地测量或地球物理研究院可以提供比IGSN-71不确定度更小的重力加速度测量值。如果可行，可以使用该值。4.3
使用重力加速度标准化网的方法基于测量点的纬度和海拔，当地的重力加速度可以通过IGSN-71数据库中给出的最近相对地理点的值计算得到。
由此获得的当地重力加速度的不确定度大约是1X10-5m/s（1mGal)。该方法仅适用于没有任何大地形貌不规则的情况。
各国的地质勘查研究院，气象研究院，大地测量或地球物理研究院可以提供比IGSN-71不确定度更小的重力加速度测量值。如果可行，可以使用该值。由于1m高度差相当于约3X10-6m/s（0.3mGal)的重力加速度变化，因此高度差测量的不确定度应该小于2m。
注1：在纬度大约45°处由1°偏差带来的影响，相当于约1×10-\m/s（0.1mGal)的重力加速度变化。注2：当地的重力分布图包括了大地水准面和海拔高度值。5设备及环境条件要求
5.1校准环境
标准参考大气条件：温度（23土3）℃；相对湿度不大于75%。应测量温度、湿度和大气压力，并在报告中给出。
5.2基础与振动环境（校准设备的隔振块）校准设备应该放置在能有效隔离建筑物振动的足够重的基础上。5.3电压表
测量地震计电压输出的电压表对测量的相对扩展不确定度贡献应不大于0.1%（见表A.1）。5.4可调低通滤波器
a）截止频率
截止频率应为10Hz、30Hz或60Hz。典型的截止频率为30Hz。b）衰减率（滤波器陡度）
滤波器阻带内的衰减或插人损耗应不小于24dB/倍频程。5.5供电电源
在某增益条件下测定地震计灵敏度时，供电电源的稳定性和信噪比应满足标称的测量不确定度贡献率的要求。
5.6倾斜台
倾斜台的角度分辨率应不大于0.05°，对扩展不确定度的贡献也应小于0.03°。倾斜台应具有支撑地震计质量的足够刚度、足够小的间隙和滞后，以及足够的线性度。2
-iiiKAoNhikAca
6方法
校准原理
图1和图2给出了校准装置的原理图和操作实例。2
说明：
基础；
平台；
地震计：
滤波器；
电压表：
环境仪表（温度和大气压）：
倾斜台：
地面。
说明：
基础；www.bzxz.net
平台；
地震计：
地面。
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014校准装置
从初始设定起施加任意加速度的实例图2
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014将倾斜台放置在平台上，平台应与5.2描述的基础刚性连接，构成校准设备的隔振块。隔振块顶面所在的水平面应与当地的重力场垂直，且与水平面的角度偏差应小于0.03°。由水平面角度偏差带来的力分量的影响量约为10-7。水平面的角度偏差应该用具有足够分辨力的倾角仪来测定。在倾斜台上，地震计感应到的加速度垂直分量a%或水平分量a%由下式给出：aou=cose.g
aa =sing·g
式中：
放置倾斜台时所得到的与水平面的倾斜角，单位为度（\）；当地的重力加速度，单位为米每二次方秒（m/s\）。地震计输出信号中的垂直和水平分量由式（2)给出。测得的地震计输出信号E为：
E=Sa+B或E=Sam+B
式中：
aa或a品
地震计灵敏度的计算值，单位为伏每米负二次方秒[V/（m·s-2)；加速度计敏感轴的感应加速度分量，单位为米每二次方秒（m/s\）；输出信号偏置分量的计算值，单位为伏（V）：地震计输出电压的测量值，单位为伏（V)。当u或h从の，变化到，地震计输出信号的n次测量值为：E=Sa+B
E=Sa+B
E=Sa+B
地震计的灵敏度S和输出的偏置值B由以下线性回归式（4)和（5)给出：naaE
S(ao）-（ag）
6.2校准程序
（1）
.（2）
·（4）
·（5）
将地震计放置在倾斜台上，使其敏感轴与垂直轴对准。敏感轴与垂直轴之间的角度偏差应小于0.03°精确调整设定后，应适应环境温度一段时间地震计通常有一个因封装外壳导致的相对于敏感轴的角对准误差，也称之为壳体对准误差，当校准地震计时，如上所述，应该将所测加速度输人的方向轴调整到与地震计的敏感轴方向一致。这里真正的敏感轴是通过获取地震计最大输出信号时的倾角来确定的，否则壳体对准误差的不确定度应包括倾斜台的倾角不确定度。在倾斜台上，地震计处于初始倾角时所感应的加速度垂直分量α或水平分量aao：
a=coso。g或aoo=sing。g
在一定的采样时间间隔下，对输出进行必要的多次测量。将施加加速度o或a%。下的输出记录为V。。然后，将倾角调整到61，加速度的垂直分量α1或水平分量a班1为：ai=coso,·g或
a%i=sino,·g
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014设定好倾斜台的倾角后，进行测量。在一定的采样时间间隔下进行必要的多次输出测量。参见图2。
结果表述
需要描述的校准结果内容如下：灵敏度S按6.2中描述的给出，单位为伏每米负二次方秒［V/（m·s-\)]；一扩展不确定度，用所描述的灵敏度的相对值表示，并给出包含因子；施加的加速度，单位为米每二次方秒（m/s）；确定当地重力加速度的方法及评估的不确定度，见第4章；一环境，测量期间的温度、湿度和大气压力；一测量方法，使用水平平台和附加倾斜台的方法；滤波器设置；
测量次数。
GB/T20485.42—2018/IS016063-42:2014附录A
（规范性附录）
校准的测量不确定度表述
校准的扩展不确定度U(S)由下式给出：U(S)=ku(S)
式中，k为包含因子（通常为2)，u（S）为合成相对不确定度。合成相对不确定度由下式给出：u(s）
........
u：（S)是影响灵敏度的不确定度分量，其中表A.1列出了引人每个可能的分量。表A.1
不确定度来源
标准不确定度分量
u（ua）
u(ua）
u(u as)
u(uash）
不确定度来源
当地重力加速度测量的不确定度电压表的测量不确定度
倾斜台平台角度设置引入的不确定度（包括由敏感轴与垂直轴角度偏差引人的不确定度）倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由敏感轴与水平轴角度偏差引人的不确定度）重复性测量引入的不确定度（包括振动噪声和其他不确定度来源引入的不确定度）
倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由地震计自身的敏感轴与垂直轴角度偏差引人的不确定度）倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由地震计自身的敏感轴与水平角度偏差引人的不确定度）...(A.1)
..........A.2)
不确定度贡献
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口中华人民共和国国家标准
GB/T20485.42—2018/IS016063-42:2014振动与冲击传感器校准方法
第42部分：高精度地震计的
重力加速度法校准
Methods for the calibration of vibration and shock transducers-Part 42: Calibration of seismometers with high accuracyusing acceleration of gravity(ISO16063-42:2014.IDT)
2018-03-15发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2018-10-01实施
规范性引用文件
测量的溯源性
当地重力值的确定
使用绝对重力仪的方法
使用重力加速度标准化网和相对重力仪的方法4.2
使用重力加速度标准化网的方法4.3
5设备及环境条件要求
校准环境
基础与振动环境（校准设备的隔振块）电压表
可调低通滤波器
供电电源
倾斜台
校准原理
6.2校准程序
7结果表述
校准的测量不确定度表述
附录A（规范性附录）
附录B（资料性附录）地震计校准测量的溯源性参考文献·
GB/T20485.422018/ISO16063-42:2014iiiKAoNniKAca
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014GB/T20485《振动与冲击传感器校准方法》主要由基本概念，绝对法校准、比较法校准、环境模拟校准和其他五大类构成，已发布的部分如下：第1部分：基本概念；
第11部分：激光干涉法振动绝对校准；第12部分：互易法振动绝对校准；第13部分：激光干涉法冲击绝对校准；第15部分：激光干涉法角振动绝对校准；第16部分：地球重力法校准；
第21部分：振动比较法校准；
第22部分：冲击比较法校准；
第31部分：横向振动灵敏度测试；第33部分：磁灵敏度测试；
第41部分：激光测振仪校准；
第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准。计划发布的部分有：
第17部分：离心机法绝对校准；第32部分：响应测试冲击激励法的加速度计频率和相位响应测试；第43部分：基于模型参数识别的加速度计校准；第44部分：现场振动校准器校准：第45部分：内置校准线圈的振动传感器校准。本部分为GB/T20485的第42部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分使用翻译法等同采用ISO16063-42：2014《振动与冲击传感器校准方法第42部分：高精度地震计的重力加速度法校准》。本部分由全国机械振动、冲击与状态监测标准化技术委员会（SAC/TC53)提出并归口。本部分起草单位：中国计量科学研究院、中国地震局工程力学研究所、陕西省计量科学研究院。本部分主要起草人：于梅、杨丽峰、杨巧玉、杨振宇、秦宇。iKAoNi KAca
iiiKAoNiKAca
1范围
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014振动与冲击传感器校准方法
第42部分：高精度地震计的
重力加速度法校准
GB/T20485的本部分规定了使用当地重力加速度（当地的地球引力：由地球重力产生的当地加速度值）作为参考值，进行地震计灵敏度准确校准的仪器和程序。本部分适用于具有（或不具有）速度信号输出的伺服型加速度计，其通常带质量位置输出，属带宽在0.003Hz～100Hz内的宽频类地震计。本部分规定的方法可使用户获得量级低至1×10-m/s（相当于1mGal和大约1×10-重力加速度)的地震计的静态灵敏度
由本方法获得的加速度扩展不确定度（k=2）为1X10-m/s（0.1mGal）。当使用本部分描述的绝对重力仪时，加速度的测量不确定度可降低到5×10-°m/s（5μGal)以内。不计人由被测设备(DUT)引人的不确定度，校准的相对扩展不确定度为0.5%。地震计的预期用途如下：
包括地球物理学应用的地球科学观测；a)
灾害预防，如滑坡前兆的监测；c)
土木工程中建筑结构和基础的可靠性诊断；d
核试验监测。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件IGSN-71,Morelli，Carlo，ed.，1974.国际重力标准化网1971：国际大地测量学协会特种出版物No.4.194p
3测量的溯源性
本方法中测量的溯源性参见附录B。4
当地重力值的确定
使用绝对重力仪的方法
使用自由落体式绝对重力仪（FG5或其他设备）确定当地的绝对重力加速度。由此获得的当地重力加速度的扩展不确定度约为5×10-8m/s（5μGal)。4.2使用重力加速度标准化网和相对重力仪的方法在由IGSN-71建立的当地重力加速度参考点上，可使用相对重力仪来确定当地的绝对重力加速1
HiiKAoNiKAca
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014度。这种情况下不需要对纬度和海拔进行修正。相对重力仪的扩展不确定度值由制造商给出。各国的地质勘查研究院、气象研究院、大地测量或地球物理研究院可以提供比IGSN-71不确定度更小的重力加速度测量值。如果可行，可以使用该值。4.3
使用重力加速度标准化网的方法基于测量点的纬度和海拔，当地的重力加速度可以通过IGSN-71数据库中给出的最近相对地理点的值计算得到。
由此获得的当地重力加速度的不确定度大约是1X10-5m/s（1mGal)。该方法仅适用于没有任何大地形貌不规则的情况。
各国的地质勘查研究院，气象研究院，大地测量或地球物理研究院可以提供比IGSN-71不确定度更小的重力加速度测量值。如果可行，可以使用该值。由于1m高度差相当于约3X10-6m/s（0.3mGal)的重力加速度变化，因此高度差测量的不确定度应该小于2m。
注1：在纬度大约45°处由1°偏差带来的影响，相当于约1×10-\m/s（0.1mGal)的重力加速度变化。注2：当地的重力分布图包括了大地水准面和海拔高度值。5设备及环境条件要求
5.1校准环境
标准参考大气条件：温度（23土3）℃；相对湿度不大于75%。应测量温度、湿度和大气压力，并在报告中给出。
5.2基础与振动环境（校准设备的隔振块）校准设备应该放置在能有效隔离建筑物振动的足够重的基础上。5.3电压表
测量地震计电压输出的电压表对测量的相对扩展不确定度贡献应不大于0.1%（见表A.1）。5.4可调低通滤波器
a）截止频率
截止频率应为10Hz、30Hz或60Hz。典型的截止频率为30Hz。b）衰减率（滤波器陡度）
滤波器阻带内的衰减或插人损耗应不小于24dB/倍频程。5.5供电电源
在某增益条件下测定地震计灵敏度时，供电电源的稳定性和信噪比应满足标称的测量不确定度贡献率的要求。
5.6倾斜台
倾斜台的角度分辨率应不大于0.05°，对扩展不确定度的贡献也应小于0.03°。倾斜台应具有支撑地震计质量的足够刚度、足够小的间隙和滞后，以及足够的线性度。2
-iiiKAoNhikAca
6方法
校准原理
图1和图2给出了校准装置的原理图和操作实例。2
说明：
基础；
平台；
地震计：
滤波器；
电压表：
环境仪表（温度和大气压）：
倾斜台：
地面。
说明：
基础；www.bzxz.net
平台；
地震计：
地面。
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014校准装置
从初始设定起施加任意加速度的实例图2
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014将倾斜台放置在平台上，平台应与5.2描述的基础刚性连接，构成校准设备的隔振块。隔振块顶面所在的水平面应与当地的重力场垂直，且与水平面的角度偏差应小于0.03°。由水平面角度偏差带来的力分量的影响量约为10-7。水平面的角度偏差应该用具有足够分辨力的倾角仪来测定。在倾斜台上，地震计感应到的加速度垂直分量a%或水平分量a%由下式给出：aou=cose.g
aa =sing·g
式中：
放置倾斜台时所得到的与水平面的倾斜角，单位为度（\）；当地的重力加速度，单位为米每二次方秒（m/s\）。地震计输出信号中的垂直和水平分量由式（2)给出。测得的地震计输出信号E为：
E=Sa+B或E=Sam+B
式中：
aa或a品
地震计灵敏度的计算值，单位为伏每米负二次方秒[V/（m·s-2)；加速度计敏感轴的感应加速度分量，单位为米每二次方秒（m/s\）；输出信号偏置分量的计算值，单位为伏（V）：地震计输出电压的测量值，单位为伏（V)。当u或h从の，变化到，地震计输出信号的n次测量值为：E=Sa+B
E=Sa+B
E=Sa+B
地震计的灵敏度S和输出的偏置值B由以下线性回归式（4)和（5)给出：naaE
S(ao）-（ag）
6.2校准程序
（1）
.（2）
·（4）
·（5）
将地震计放置在倾斜台上，使其敏感轴与垂直轴对准。敏感轴与垂直轴之间的角度偏差应小于0.03°精确调整设定后，应适应环境温度一段时间地震计通常有一个因封装外壳导致的相对于敏感轴的角对准误差，也称之为壳体对准误差，当校准地震计时，如上所述，应该将所测加速度输人的方向轴调整到与地震计的敏感轴方向一致。这里真正的敏感轴是通过获取地震计最大输出信号时的倾角来确定的，否则壳体对准误差的不确定度应包括倾斜台的倾角不确定度。在倾斜台上，地震计处于初始倾角时所感应的加速度垂直分量α或水平分量aao：
a=coso。g或aoo=sing。g
在一定的采样时间间隔下，对输出进行必要的多次测量。将施加加速度o或a%。下的输出记录为V。。然后，将倾角调整到61，加速度的垂直分量α1或水平分量a班1为：ai=coso,·g或
a%i=sino,·g
GB/T20485.42—2018/ISO16063-42:2014设定好倾斜台的倾角后，进行测量。在一定的采样时间间隔下进行必要的多次输出测量。参见图2。
结果表述
需要描述的校准结果内容如下：灵敏度S按6.2中描述的给出，单位为伏每米负二次方秒［V/（m·s-\)]；一扩展不确定度，用所描述的灵敏度的相对值表示，并给出包含因子；施加的加速度，单位为米每二次方秒（m/s）；确定当地重力加速度的方法及评估的不确定度，见第4章；一环境，测量期间的温度、湿度和大气压力；一测量方法，使用水平平台和附加倾斜台的方法；滤波器设置；
测量次数。
GB/T20485.42—2018/IS016063-42:2014附录A
（规范性附录）
校准的测量不确定度表述
校准的扩展不确定度U(S)由下式给出：U(S)=ku(S)
式中，k为包含因子（通常为2)，u（S）为合成相对不确定度。合成相对不确定度由下式给出：u(s）
........
u：（S)是影响灵敏度的不确定度分量，其中表A.1列出了引人每个可能的分量。表A.1
不确定度来源
标准不确定度分量
u（ua）
u(ua）
u(u as)
u(uash）
不确定度来源
当地重力加速度测量的不确定度电压表的测量不确定度
倾斜台平台角度设置引入的不确定度（包括由敏感轴与垂直轴角度偏差引人的不确定度）倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由敏感轴与水平轴角度偏差引人的不确定度）重复性测量引入的不确定度（包括振动噪声和其他不确定度来源引入的不确定度）
倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由地震计自身的敏感轴与垂直轴角度偏差引人的不确定度）倾斜台平台角度设置引人的不确定度（包括由地震计自身的敏感轴与水平角度偏差引人的不确定度）...(A.1)
..........A.2)
不确定度贡献
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