JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1537—2015
陀螺仪动态特性校准规范
Calibration Specification for Gyroscopes with Dynamic Features
2015-06-15发布
2015-09-15实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1537—2015
陀螺仪动态特性校准规范
JJF 1537—2015
Calibration Specification for
Gyroscopes with Dynamic Features
归口单位：全国惯性技术计量技术委员会
主要起草单位：中航工业北京长城计量测试技术研究所
南京理工大学中航工业西安飞行自动控制研究所
参加起草单位：中国电子科技集团公司第十三研究所
本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释 JJF1537—2015
本规范主要起草人：
董雪明（中航工业北京长城计量测试技术研究所）裘安萍（南京理工大学）王京献（中航工业西安飞行自动控制研究所）施芹 (南京理工大学)
参加起草人：
各海锋（中国电子科技集团公司第十三研究所）
余臻（中航工业北京长城计量测试技术研究所） JJF1537—2015
目 录
引言
(I) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (4) (4) (4) (4) (8) (9) (10) (11)
范围· 引用文件.
I 2
3 术语.. 3.1灵敏度. 3.2 幅值非线性度· 3.3 相位延迟· 3. 4 零偏振动变化量.. 3. 5 振动变化量. 3. 6 零偏冲击变化量·. 4 概述· 4. 1 原理· 4. 2 数学模型. 5 计量特性 6
校准条件. 6.1校准环境条件.. 6.2 校准用设备： 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
.
复校时间间隔· 附录A校准证书内页格式附录 B 陀螺仪的灵敏度和相位延迟测量不确定度评定
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I JJF1537—2015
引言
陀螺仪广泛应用于国民经济各领域，其静态特性有相关的校准规范或测试方法，而动态特性国内尚没有相应的技术法规，基于这样的考虑，结合陀螺仪动态特性校准的实际情况，参照GJB2425A一2004《光纤陀螺仪测试方法》编写本规范
Ⅱ JJF1537—2015
陀螺仪动态特性校准规范
1范围
本规范规定了陀螺仪的动态特性校准项目和校准方法，适用于单自由度速率陀螺仪，多自由度速率陀螺仪可以参照执行。 2 引用文件
本规范引用了下列文件： GB321一2005优先数和优先数系 GJB150.15A一2009军用装备实验室环境试验方法第15部分：加速度试验 GJB150.16A一2009军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验 GJB150.18A一2009军用装备实验室环境试验方法第18部分：冲击试验 GJB585A一1998惯性技术术语 GJB2425A一2004光纤陀螺仪测试方法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
GJB585A一1998、GJB2425A一2004确立的以及下列术语、定义和符号适用于本规范。 3.1灵敏度amplitudesensitivity
在正弦角加速度信号的激励下，陀螺仪输出信号正弦分量峰值与输入角加速度信号峰值之比。 3.2幅值非线性度amplitudenonlinearity
表征陀螺仪输出信号正弦分量峰值随正弦输入信号峰值改变而变化所呈现的非线性特性。 3.3相位延迟phasedelay
在正弦角加速度信号的激励下，陀螺仪输出信号正弦分量与输人角加速度信号正弦分量的相位差。 3.4零偏振动变化量biaschangebetweenvibrationbeforeandafter
振动前陀螺仪零偏均值与振动后陀螺仪零偏均值的绝对差，°/h，°/s。 3.5振动变化量biaschangesinvibration
振动过程中陀螺仪零偏均值与陀螺仪零偏在振动前和振动后的平均值的绝对差：
°/h,°/s. 3.6零偏冲击变化量biaschangebetweenshockbeforeandafter
冲击前陀螺仪零偏均值与冲击后陀螺仪零偏均值的绝对差，°/h，°/s。
1 JJF1537—2015
4概述 4.1原理
陀螺仪一般由驱动结构、敏感质量、检测结构和转换线路等构成；工作原理为驱动
结构在激励力作用下产生高频振动，当有外界角速率输人时，产生哥氏加速度，敏感质量块在哥氏加速度产生的惯性力作用下产生一定位移，该位移与输人角速率相关，其物理模型可简化为式（1）和式（2）：
d+KXα=Fa
d?Xa
+Dadt
Ma
(1)
dt? d?X
dx.
dx dt
+KX=2M,2
M.
(2)
+D.
dt2
dt
式中： Fa 驱动力，N；
Ma、M. 分别为驱动结构质量和敏感结构质量，kg；
分别为驱动模态和检测模态的阻尼系数，N·s/m；
Dd、Ds Kd、Ks 分别为驱动模态和检测模态的支撑刚度，N/m；
Xd- 敏感质量块在驱动作用下产生的相对位移，m； X 敏感质量块在哥氏加速度作用下产生的相对位移，m； 2
输入角速率，rad/s。
将式（1）和式（2）进行拉普拉斯变换得到陀螺仪的传递函数见式（3）。
H(s)= M(s2+2+)2+2+ 1
IFals
(3)
式中： s 为拉普拉斯变换的复变量；
wd M.' Kd K.
e NM. 分别为驱动模态和检测模态的固有角频率，rad；
Dd
Ds
d= 2Mawd 2M.ws OZ）垂直，且两两正交，三个轴的正向满足Ox×OY=Z的规定。IRA（即o'"）、 三个轴的正向满足。×。=IRA的规定。
S=
分别为驱动模态和检测模态的阻尼比。
4.2数学模型
陀螺仪轴向与基准轴的关系如图1所示，其中，OX、OY与陀螺仪输人轴IA（即
o’和。y是由安装确定的基准轴，这三个轴名义上是分别与IA、OX、OY平行，且
2 JJF1537—2015
Z(IA) (IRA)
y
P
Y
图1基准轴与陀螺仪轴向的关系图
陀螺仪的动态数学模型为式（4）和式（5）：
Fawd/sd
J 2 K/4(-d-)+(2)
X
4(wwdwn)
wwdwn Ws wd+wn /4(w-wd+w)2+(2)
(4)
1.
180 元
ws
(5)
Xarctan
ps
2Q（w-wd-wn）
式中： wn 输人角加速度的角频率，rad； Φ。一敏感质量在哥氏加速度作用下产生位移的相位角，（°）。
5 计量特性
陀螺仪的主要动态计量特性如表1所示。
表1陀螺仪的主要动态计量特性
序号 1 2 3 4 5 6 7
单位
动态计量特性
幅频特性相频特性幅值非线性度带宽振动变化量振动前后零偏变化量冲击前后零偏变化量
Hz "/s,°/h "/s,°/h "/s,/h
6 校准条件 6.1 校准环境条件
1）环境温度：（20士5）℃，校准过程中温度波动量不超过2℃； 2）相对湿度：≤85%；
3