JJG 928-1998 超声波测距仪检定规程.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G 9 2 8 - 1 9 9 8超 声 波 测 距 仪U l t r a s o n i c R a n g e r1 9 9 8 一0 3 一1 9发布1 9 9 8 一1 0 一0 1 实施国 家 技 术 监 督 局发布J J G 9 2 8 - 1 9 9 8超声波测距仪检定规程V e r i f i c a t i o n Re g u l a t i o no f Ul t r a s o n i c Ra n g e r弓00 0乙0 J J G 9 2 8 - 1 9 9 8 己0乙0 本检定规程经国家技术监督局于 1 9 9 8 年 0 3 月 1 9日 批准， 并 自1 9 9 8年 1 0 月 0 1 日 起施行。归口单位 : 陕西省技术监督局起草单位 : 中国测试技术研究院本规程技术条文由起草单位负责解释J J G 9 2 8 - 1 9 9 8本规程主要起草人: 李茂山 龚建明 参加起草人: 李琼 韩玮 谭建 国( 中国测试技术研究院)( 中国测试技术研究院)( 中国测试技术研究院)( 中国测试技术研究院)( 陕西测绘仪器计量中心)J J G 9 2 8 - 1 9 9 8目录一概述 ( 1)二技术要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 )三检定项 目和检定条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 )四检定方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 )五检定结果处理和检定周期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 6 )附录 1 标准检定场的建立及测试方法 ( 7)附录 2 检测计算范例 ( 9)J J G 9 2 8 - 1 9 9 8超声波测距仪检定规程本规程适用于新制造、使用中和修理后的超声波测距仪的检定。一概述 超声波测距仪是一种用声波速度测量距离的仪器，适用于在空气中1 0 0 m以内的距离测量，标准不确定度:1 . 5 X1 0 - 3 D ( D为所测距离) 。该仪器主要应用在建筑工程、机械安装、农田水利、公路交通、矿山隧道以及园林规划等场合。 根据超声波在空气里的 传播特性， 超声波源应用频率范围 为: 2 0 - 4 0 k H z . 有两种类型超声波测距仪: 1 )超声波 自反射式，这不需要合作靶，利用待测表面作反射体。 2 )超声波异地反射式，它是需要合作靶的测距仪，一般用红外光控制合作靶发射超声波 。二技术要求1 外观及一般性能检定1 . 1 仪器外壳无碰伤损坏，启动开关正常。1 . 2 光学镜片完好 ，无松动现象。1 . 3 数字显示笔划完整，无闪动现象，当遮挡接收或发射窗口时，应立即切断。1 . 4 对使用中和修理后的超声波测距仪，允许有不影响准确度的缺陷。2 计数频率检定 测距仪的计数频率与声波速度 ( 2 0)的相关量一致。3 超声波发射频率检定 超声波振荡频率与超声换能器的中心频率应已知 ， 保持最佳发射功率。4 测 程 新制造的超声波测距仪测程应与标称值一致，使用中及修理后的测程应不小于标称值的4 / 5 .5 温度补偿 设置有温度补偿功能的仪器，温度补偿功能应可靠。6 测距应用方程 加常数 ( A)及乘常数 ( K) ，用不少于四个标准距离段 ，在标准不确定度小于1 0 - 0 D 的标准长度检 定场上检定， 求出以下形式的 测距方程式中的A及K D i =A +K ， X i i = 1 , 2 , ， n式中:Di 标准距离;J J G 9 2 8 - 1 9 9 8 A 加常数; K乘常数; X测距仪显示的距离值。7 测距标准偏差 测距标准偏差应不超过标准不确定度。8 仪器灵敏度 当仪器沿着测量线移动，增减一个显示当量的距离时，仪器显示也应随之增减一个显示 当量。9 测距重复性 测距数值稳定在标准不确定度范围内变动。1 0 综合测距标准误差 综合测距标准误差应小于仪器标准不确定度。三检定项目和检定条件1 1 检定项 目及主要检定工具列入表序号检定项目主 要 检 定 工 具检定类别新制的修理后使用中1机械 件十+2光学 件+3电子数字显示+4计数频率频率计及示波器+5发射频率频率计及示波器+6测程标准长度检定场+7温度补偿变温箱+8测距方程加乘常数标 准长度检定场+9测距误差标准长度检定场+1 0仪器灵敏度检定场移动台+1 1测距重复性检定场移动台+注:检定类别 “ + ”号为必检项目;“ 一”号为可不检项目。J J G 9 2 8 - 1 9 9 81 2 检定条件1 2 . 1 温度:1 0 一3 0。1 2 . 2 相对湿度:小于8 5 %。1 2 . 3 风力:小于 3 级。1 2 . 4 周围环境:无影响检定的振动及电磁干扰。四检定方法1 3 外观 及一般性能检定 目测外观的完好性，并摇晃仪器内有无松动，而后通电检查数字显示性能，按第 1条中所列各款逐项进行检定。1 4 计数频率 用数字频率计直接测量测距仪的计数脉冲频率 ，或者间接用已知距离作标准量，对测距仪进行校正。1 5 超声波发射频率 在未经过超声换能器之前 ，测量超声波源频率 ，用数字频率计以及通用示波器观察信号转换幅度及波形，如图 1 所示，是否与超声换能器中心频率一致。 图11 6测程 仪器安装在与测距仪标称测程相当的标准长度检定场上，移动仪器或 “ 靶” ，直至仪器所测距离显示值稳定为止，对使用中及修理后的测距仪 ，此距离与标称测程的比值须大于 4 / 5 01 7 温度补偿 把超声波测距仪安置在约5 m的变温箱里， 温度由1 0 变到3 0 r- , 测温误差小于1 C，每变化 5进行同一距离测量 ，所测距离不应当变化 ( 图2 ) 01 8 测距应用方程 如图3所示，把超声波测距仪安置在标准长度检定场标志上，对超声波测距仪进行测距量值检定。获得标准长度与测距仪显示距离的关系 ( 见附录 2附表 1 ) 0D，二 A +K X; i二 1 , 2 , ， nJ J G 9 2 8 - 1 9 9 8 图2式中: 距离编号; D 标准长度检定场的 墩位标志间距; X 超声波测距仪显示距离。 由下式解算，待测应用方程式系数为二 E D iX i 一 ( 7, X i ) ( ZD i )二 ( ; X i ) 一 ( 又 X i ) 2( 又D i ) ( 又X 子 ) 一 ( 又D iX i ) ( EX)二 ( 又 X ? ) 一 ( 7X i ) Z长 度检定场( 活动场或固定墩位)1 9 测距标准偏差 检定值用 1 8 条测量结果 ( 见附录 2 附表 1 ) ，用误差方程式计算残差 ( V iV i =A +K X * 一D i i = 1 , 2 , ， n代人下式计算测距标准偏差J J G 9 2 8 - 1 9 9 8、 ， 一 丫 习。 子 / ( 、 一 : )式中:5 , n测距标准偏差;方程式个数。 计算实例见附录 2 附表 t o2 0 仪器灵敏度 如图 4 所示，测距仪安装在移动工作台上，在离开测距仪可靠测程附近 ，安置“ 靶”或反射屏， 沿着测量线移动工作台， 并且在移动台的标尺上读取移动距离 ( D) 。在此同时，读取测距仪显示的数值 ，每次移动距离 1 c m，正反方向各测 5次，用下式计算超声测距仪灵敏度标准误差。 一 N d ? 1 11 2式中: : 2 仪器灵敏度标准误差; d ; 移动台 移动值 ( A D i ) 与测 距仪显示变化量 ( A X E )的差值; n 2 -测量次数。 计算实例见附录2附表 2 0读数轮 图42 1 测距重复性 在可靠测程内安置超声波测距仪，重复测量某一固定距离，用离散值计算。仪器安置好后，定时重复测量，间隔约 2 分钟测量一次，共测量 6 次 ， 用下式计算测距重复性标准偏差 。: 。 一 丫 E ( X = 一 X o ) 2 / ( n 。 一 1 )式中: 、 3 测距重复性标准偏差; X 测量平均值;X 每次测 量值;J J G 9 2 8 - 1 9 9 8 n 3 - 测 量次 数 。 计算实例测距见附录 2附表 3 02 2 综合测距标准误差 由标准长度检定场标准误差及检测仪器标准误差量部分组成。 综合测距标准误差 ( 合成标准不确定度) u 。 一 丫 m 圣 + m 圣式中: ml 标准长度场检测标准误差; m 2 被检测仪 器标准误差。其中m 2 一 I/ 5 21 +5 2 + 5 3五检定结果处理和检定周期超声波测距仪经过检定提供的数据。 测距方程式的系数2323D、二A +K 戈式中:A加常数; K乘常数; X ; 仪器读数; D用超声波测距仪测得实际距离。2 3 . 2 实际测 距综合标准误差 ( 合成标准不确 定度)u o2 3 . 3 标注实际可靠测程。2 4 经检定合格的测距仪发给检定证书，并提供第 2 3 条数据;不合格的发给检定结果通知书，并说明原因。2 5 超声波测距仪检定周期为 1 年。J J G 9 2 8 - 1 9 9 8附录标准检定场的建立及测试方法1 标准长度检定场量值传递系统 检测超声波测距仪的标准长度检定场须满足长度量值传递要求，如附图 1 量值传递系统表。长度 m附图2 固定墩位式标准检定场建立方法 在平坦地面上沿一条直线埋设若干个小泥桩，桩的端面离地面约 0 . 8 m，地下基础视地质条件深人地下 1 m，一般首尾间距为 1 0 0 m，水泥端面预埋金属固定标志端头有 “ 十”刻线的柱状标志。墩位布局宜在 5 0 m内密布。如0 5 -1 0 -1 5 - 2 0 -3 0 - -6 0 一9 0 ( 1 0 0 ) m，中选用 4 一6 段。 利用经过检定过的钢卷尺测量标准长度检定场 ，它作为一种特殊的长度实物标准，提供超声波测距仪长度量值传递标准。2 . 1 固定墩位应具备的条件2 . 1 . 1 长度量值准确 ，用高一级的量具或仪器进行测长标准不确定度须小于 1 x1 0 - 4L ( L为长度)每年检测 2 次2 . 1 . 2 埋设的 墩位稳定， 具有较好的地理地质条件， 能够长期保存。2 . 1 . 3 墩位如附图2所示。3 活动式支架标准长度检定场建立方法:活动检定场是指可以随时组装成的检测装置，特点是不依赖地基稳固作长度量值传递依据，而是在对超声波测距仪检定之前组装检测装置 ，用标准尺测量装置上标志的间距。在应用之后，可把装置撤除。3 . 1 设计测量程序时应用约制条件 ( 限差)如附图3 所示。3 . 2 活动支架检测装置为附图4 所示，用三脚架支撑柱状标志。 7.T .T G 9 2 8 - 1 9 9 8属固定标读粤/ 了了 77 77 7 7/ 77 77 7 727固定墩位检定场附图2附图3附图4J J c 9 2 8 - 1 9 9 8附录 2检测计算范例仪器号附表 1 加常数 ( A)乘常数 ( K)及标准偏差 ( *)检测 日期 :年月日温度 :A = + 0 . 0 5 mK = 1. 0 0 1 6s , -0. 0 1 5 mJ J G 9 2 8 - 1 9 9 8附表 2度仪 器号 :检测 日期 :检测 间距 :3 0 m器仪年移动方向移动量 ( m)测量量 ( m)差值 dd d正向移动0 . 0 10. 0 10. 0 00. 0 0 0 00, 0 20 . 0 30 . 0 10. 0 0 0 10 . 0 30. 0 50. 0 20. 0 0 0 40. 0 40 . 0 40 . 0 00. 0 0 0 00. 0 50 . 0 60 . 0 10. 0 0 0 1反向移动0. 0 10 . 0 10. 0 00. 0 0 0 00. 0 20 . 0 30 . 0 10. 0 0 0 10. 0 30 . 0 40 . 0 10. 0 0 0 10. 0 40. 0 30. 0 10 . 0 0 0 10. 0 50 . 0 60 . 0 10. 0 0 0 1正向移动0. 0 10 . 0 00. 0 10 . 0 0 0 10 . 0 20. 0 20. 0 00 . 0 0 0 00 . 0 30. 0 20. 0 10 . 0 0 0 10. 0 40. 0 40. 0 00 . 0 0 000 . 0 50. 0 40. 0 10. 0 0 0 1反向移动0 . 0 10. 0 10. 0 00 . 0 0 0 00 . 0 20. 0 20. 0 00. 0 0 0 00. 0 30 . 0 20. 0 10. 0 0 0 10. 0 40. 0 30. 0 10. 0 0 0 10. 0 50 . 0 40. 0 10. 0 0 0 1s 2 =0. 0 0 9 m1 0J .I G 9 2 8 - 1 9 9 8性月复 附表 3 测检测 日期 :距重仪器号 :时间1 4: 2 01 4: 2 21 4: 2 41 4: 2 61 4: 2 81 4 : 3 0平均值X , ( m)X ; ( m)3 0. 0 33 0. 0 23 0. 0 43 0. 0 33 0. 0 43 0 . 0 23 0. 0 3X ; 一X o ( m)0 . 0 0一 0. 0 10. 0 10. 0 00 . 0 1一 0 . 0 1单次测量重复性标准差:S 3 =, / Y- ( X : 一X o ) z / ( n一1 ) =0 . 0 0 9 m综合测距标准误差 ( 合成标准不确定度) :m 2 =丫 0 . 0 0 1 5 2 + 0 . 0 0 9 2 +0 . 0 0 9 , =0 . 0 2 0 m m, =0 . 0 1 2 m( 标准长度 6 0 m的标准误差)。 。 =丫 0 . 0 1 2 2 + 0 . 0 2 0 2 =0 . 0 2 m测距方程及综合测距标准误差 ( 合成标准不确定度) : D ; =0 . 0 5 + 1 . 0 0 1 6 XA =0. 0 5 mK = 1 . 0 01 6u , =0 . 0 2 m