JJF 2086-2023 地质罗盘仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范地质罗盘仪校准规范2023-10-12发布2024-04-12实施JJF2086—2023地质罗盘仪校准规范CalibrationSpecificationforGeologicCompassesJJF2086—2023归口单位:全国惯性技术计量技术委员会主要起草单位:上海市计量测试技术研究院中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所参加起草单位:哈尔滨光学仪器厂有限责任公司国家测绘地理局第一大地测量队广州计量检测技术研究院本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释JJF2086—2023本规范主要起草人:马建敏(上海市计量测试技术研究院)董雪明(中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所)张小嫚(上海市计量测试技术研究院)参加起草人:刘祥慧(哈尔滨光学仪器厂有限责任公司)张泉喜(国家测绘地理局第一大地测量队)霍保华(国家测绘地理局第一大地测量队)魏纯(广州计量检测技术研究院)JJF2086—2023Ⅰ引言 (Ⅱ)1范围 (1)2引用文献 (1)3概述 (1)4计量特性 (2)5校准条件 (3)5.1环境条件 (3)5.2主要标准器及配套设备 (3)6校准方法 (3)6.1外观及各部分相互作用 (3)6.2磁北方位角零位误差 (4)6.3方位刻度盘示值误差 (4)6.4方位角指向测量重复性 (5)6.5阻尼作用下磁针从启动到静止所需时间 (6)6.6倾斜角(坡度)水准长气泡零位及水准圆气泡零位 (6)6.7倾斜角示值误差 (6)7校准结果的表达 (8)8复校时间间隔 (8)附录A罗盘仪方位刻度示值误差测量不确定度评估示例 (9)附录B罗盘仪倾斜角示值误差测量不确定度评估示例 (11)附录C组合刻度盘示值校准方法 (13)附录D磁北方位角测量 (14)附录E校准证书内页格式 (15)JJF2086—2023ⅡJJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成制定本规范的基础性系列规范。本规范参考了JJG103—2005《电子水平仪和合像水平仪》,JJF1915—2021《倾角仪校准规范》以及JJF1114—2004《光学、数显分度台校准规范》。本规范为首次发布。JJF2086—20231地质罗盘仪校准规范1范围本规范适用于方位角测量范围为0°~360°,示值误差为±0.5°;倾斜角测量范围为:-90°~90°,示值误差为±0.5°的地质罗盘仪的校准。2引用文献本规范引用下列文献:JJG103—2005电子水平仪和合像水平仪JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示JJF1071—2010国家计量校准规范编写规则JJF1915—2021倾斜角仪校准规范JJF1114—2004光学、数显分度台校准规范3概述地质罗盘仪是一种结构紧凑、体积小、携带方便的袖珍地质、矿山测量仪器,是进行野外地质工作测量方位角和地面坡度(倾斜度)必不可少的测量工具,借助它可以草测(初步的快速的概略测量法)仪器定位点到目标的方位角,并粗测目标平面的俯仰角。可测定火成岩的各种构造要素,如:岩层层面、褶皱轴面、断层面、节理面等构造面的空间位置,矿体的产状等。也可用于民航机场地面风向测量、户外运动的方向定位、太阳能设备的安装调整。用于粗测方位角及倾斜角又称坡度角(y/x):地表单元陡缓程度,通常为坡面的垂直高度和水平方向的距离之比,该比值的反正切函数即为倾斜角α,用途的地质罗盘仪校准。仪器典型结构如图1所示。24计量特性4.1外观及各部分相互作用仪器面板透明保护罩完整，N极指针正常转动，确定没有影响其他校准计量特性4.2磁北方位角零位误差仪器N极指针指示方向与标准磁北方向(真北方位角+磁偏角)比较，方位角零位示值最大允许误差：±0.5°。4.3方位角度盘读数示值误差方位角刻度盘读数示值最大允许误差：±0.5°。4.4方位角指向测量重复性磁性物体靠近仪器，带动磁针偏转90°,然后移走磁性物体，或转台带动罗盘仪底座转动90°,磁针恢复指北停留位置的刻度读数测量重复性不超过0.5°。4.5阻尼作用下磁针从启动到静止所需时间快速拨动地质罗盘仪底座，沿方位角方向转动约90°(无正反方向要求),磁针恢复指北，由晃动至静止所需经历的时间为(30～60)s。JJF2086—202334.6水准长气泡零位及水准圆气泡零位水准长气泡为控制仪器合页展开后测量坡度的侧立状态指示器,零位示值允许误差±2'。水准圆气泡为控制仪器刻度盘面水平的指示器,零位示值允许误差±3'。4.7倾斜角示值误差倾斜角示值的最大允许误差:±0.3°。注:校准工作不判断合格与否,上述计量特性要求仅供参考。5校准条件5.1环境条件实验室温度为(20±5)℃;相对湿度不大于75%,被检地质罗盘仪和检定器具在室内平衡温度时间不少于2h;实验室区域除了存在(0.5~0.6)Gs①的正常状态环境地磁以外,周边没有影响仪器正常工作的干扰磁场。5.2主要标准器及配套设备(见表1)表1校准项目和校准设备序号校准项目校准设备1外观及各部分相互作用2磁北方位角零位误差磁北标准装置(或真北标准装置),最大允许误差:±0.1°(±6')3方位刻度盘示值误差万能工具显微镜及转台,最大允许误差:±0.05°(±3')4方位角指向测量重复性光学放大镜:10倍以上5阻尼作用下磁针从启动到静止所需时间秒表,最大允许误差:±0.05s6倾斜仪水准长气泡零位水准圆气泡零位合像水平仪最大允许误差±0.02mm/m,测量结果优优于1级于U=0.6',k=2的水平标准工作平台,优于1级7倾斜角(坡度角)示值误差卧轴分度头,最大允许误差±0.05°(±3')6校准方法检查外观,确定没有影响校准计量特性的因素。6.1外观及各部分相互作用方位指针转动灵活,仪器表面防护玻璃罩完好,合页无松动现象。①1Gs=10-4T。JJF2086—202346.2磁北方位角零位误差采用磁北标准装置作为标准器,由于磁北方位角各地不同,量值等于真北方位角加当地磁偏角。磁北方位角装置复现的标准值最大允许误差:±0.1°(±6'),装置可采用多种形式:室内重锤吊线式方位基线装置、陀螺经纬仪标定的室内平面镜基线装置、装置。参考国家权威部门发布的各地磁偏角数据,进行大致磁偏角的正负值判断,然后通过具有经纬仪功能的地质罗盘仪对磁北标准装置所在现场的磁偏角进行精确标定。标定方法见附件C。磁北零位实测值作表2的记录。表2磁北零位实测值单位:(°)磁北标准装置复现的标准值Yi受校仪器示值Yj示值误差Δ=Yj-Yi6.3方位刻度盘示值误差方位角校准前,需调平转台平面,固定联接被校准仪器,将仪器指针轴心与转台旋转中心调至同心,并且调平罗盘仪水平气泡。转动转台,通过光学瞄准系统,分别对刻度盘刻线整数位置0.0°、15.0°、30.0°、45.0°、60.0°、75.0°、90.0°、105.0°、120.0°、135.0°、150.0°、165.0°、180.0°、195.0°、210.0°、225.0°、240.0°、255.0°、270.0°、285.0°、300.0°、315.0°、330.0°、345.0°分别读取转台转动角度的实测值。分别将各角度刻线对应的实测值作表3的记录。表3各角度刻线对应的实测值单位:(°)刻线示值X0(转台)实测值Xi示值误差Δ=X0-Xi0.0°15.0°30.0°45.0°60.0°75.0°90.0°105.0°120.0°135.0°150.0°JJF2086—20235表3(续)单位:(°)刻线示值X0(转台)实测值Xi示值误差Δ=X0-Xi165.0°180.0°195.0°210.0°225.0°240.0°255.0°270.0°285.0°300.0°315.0°330.0°345.0°360.0°(0.0°)结果:式中:Δ=X0式中:X0—刻度名义值;Xi—刻度实测值;Δ—示值误差。方位角刻度盘示值的最大允许误差:±0.2°(±12')。6.4方位角指向测量重复性将转台带动罗盘仪底座转动90°,可观察到磁针恢复指向发生偏转(或永磁体靠近地质罗盘仪,带动磁针偏转90°,然后迅速移走永磁体)。当磁针经过往复晃动后,恢复指北稳定在原停留位置,示值测量重复性应≤0.5°。转台旋转90°同时带动仪器底座旋转(或采用外部永磁体引导磁针偏转90°),读取指针位置读数,反复上述过程测量10次。磁针方位角指向测量的重复性按下式进行计算。 (xi-(xi-x)2式中:s—磁针方位角指向测量的重复性;xi—磁针方位角指向第i次测量值;JJF2086—20236x—磁针方位角指向10次测量的平均值;n—取10。6.5阻尼作用下磁针从启动到静止所需时间磁铁引导磁针偏转90°(或转台带动罗盘仪底座转动90°),磁针恢复指北,由晃动至静止所经历的时间,从磁针偏转晃动开始计时,至偏转往复偏移小于1/5格值结束计时,阻尼作用下磁针从启动到静止所需时间为(30~60)s。6.6倾斜角(坡度)水准长气泡零位及水准圆气泡零位配置1级水平标准工作台,水平台工作面的平面度≤0.003mm(工作面不允许有凸形),将水平仪(电子水平仪或合像水平仪)放置在平面工作台(亦可采用小角度倾斜仪工作台)上,通过调整支承螺钉,观测水平仪示值,将平台调至0°0'位置,水平仪标定,k长气泡指示器置零,读取倾斜指针的示值,由于水平标准值为零,故该示值即为倾斜角的零位示值误差。倾斜角零位允许误差要求为±2',即目视观察气泡距离左右边缘刻线在对称范围内。水准圆气泡零位校准,是为了确保地质罗盘仪方位角测量时,处于正常工作的位置状态,水准圆气泡零位允许误差要求为±3',即观察气泡边缘在内圆刻线范围内。将地质罗盘仪方位角测量面放置在水平标准工作台上,读取圆气泡的示值,由于水平标准值为零,故该示值即为圆气泡零位示值误差。6.7倾斜角示值误差倾斜角又称坡度角,采用侧底盘与被测表面贴合,并旋转调整水准长气泡至中心位置,读取指针在度盘上的指示刻度值,即可得到倾斜角示值。采用最大允许误差优于±0.05°卧轴转台作为倾斜角校准测量标准器。将地质罗盘仪侧立竖直放置在卧轴转台工作面上,将罗盘仪倾斜角指针对准相应刻度。调整卧轴转台输出角度,观察水平长气泡居中,转台输出标准值作为倾斜角实测值。转动罗盘仪倾斜指针,分别对准刻度0.0°、±5.0°、±10.0°、±15.0°、±20.0°、±25.0°、±30.0°、±35.0°、±40.0°、±45.0°、±50.0°、±55.0°、±60.0°、65.0°、70.0°、75.0°、80.0°、±85.0°、±90.0°,调整卧轴转台输出角度,观察水平长气泡居中,读取卧轴转台输出值为实测值,与被测仪器示值比较得到各点示值误差。分别将各角度刻线对应的实测值作表4的记录。表4各角度刻线对应的实测值顺时针倾斜方向:单位:(°)倾斜角刻线示值Y0(卧轴转台)实测值Yi示值误差Δ=Y0-Yi0.0°5.0°10.0°15.0°20.0°25.0°JJF2086—20237表4(续)顺时针倾斜方向:单位:(°)倾斜角刻线示值Y0(卧轴转台)实测值Yi示值误差Δ=Y0-Yi30.0°35.0°40.0°45.0°50.0°55.0°60.0°65.0°70.0°75.0°80.0°85.0°90.0°逆时针倾斜方向:单位:(°)坡度刻线示值Y0(卧轴转台)实测值Yi示值误差Δ=Y0-Yi0.0°5.0°10.0°15.0°20.0°25.0°30.0°35.0°40.0°45.0°50.0°55.0°60.0°65.0°JJF2086—20238表4(续)逆时针倾斜方向:单位:(°)坡度刻线示值Y0(卧轴转台)实测值Yi示值误差Δ=Y0-Yi70.0°75.0°80.0°85.0°90.0°以上述方法依次测量出其余各校准点的示值误差,取示值误差最大绝对值为测量结果:式中:Y0—式中:Y0—倾斜角示值;Yi—倾斜角实测值;Δ—示值误差。7校准结果的表达经校准的地质罗盘仪发给校准证书。校准证书应给出各校准项目的测量结果及地质罗盘仪方位示值测量结果的扩展不确定度。8复校时间间隔复校定期进行,期间核查的条件下,建议复校时间间隔为1年。JJF2086—20239附录A罗盘仪方位刻度示值误差测量不确定度评估示例A.1测量方法将地质罗盘仪固定联接在标准器转台上,调整罗盘磁针旋转中心与标准器转台轴心同轴,罗盘仪分度盘刻度示值误差测量采用与标准转台固定联接的光学系统瞄准刻线。首先瞄准0位刻线,然后逐一对准15°、30°、…、330°、345°、360°刻线,读取转台同步转角数据,将罗盘刻线名义值与转台转角标准数据进行差值比较,由此得到罗盘仪刻度的示值误差。被校仪器刻度示值最大允许误差为:±0.50°。A.2测量模型转台标准器选用校准不确定度优于U=3'=0.05°(k=2)的竖轴转台A.2测量模型示值误差Δi的计算公式为:Δ=|Δi|式中:Δi—第i校准点的示值误差式中:Δi—第i校准点的示值误差,(°);αi—罗盘仪方位角刻度名义值,(°);βi—分度转台标准值,(°)。A.3不确定度和灵敏系数A.4不确定度的来源不确定度的来源主要有:被测对象圆盘A.4不确定度的来源不确定度的来源主要有:被测对象圆盘刻线进行光学瞄准所引入的不确定度u1、标准装置示值引入的不确定度u2。其中被测对象刻线引入的不确定度u1主要有:测量重复性引入的不确定度u11;仪器指针转轴中心与圆盘刻线拟合圆中心不同轴引入的不确定度u12;仪器指针中心与转台主轴中心安装不同轴引入的不确定度u13。标准装置示值引入的不确定度u2为标准装置转台示值误差引入的不确定度。A.5被测对象圆盘刻线进行光学瞄准引入的不确定度u1A.5.1测量重复性引入的不确定度u11按本规范中规定的校准方法,对30.00°位置在重复性条件下进行6次测量。计算其u2(Δ)=cu+cu=u+u标准偏差s为: (xi-(xi-x)2JJF2086—202310故A.5.2仪器指针转轴中心与圆盘刻1同轴引入度盘刻线测量示值误差的不确定度u12因偏心量0.01mm,sinθ=01=0.00017,θ=0.009°。故A.5.3仪器指针中心与转台主轴中心u引入的度盘刻线测量示值误差不确定度u13考虑到指针中心晃动造成的瞄准重复性影响,同心度调整可控制在0.05mm,sinθ=05=0.00008,θ=0.005°。故故:A.6故:A.6标准装置示值引入的不确定度u2u1===0.018°标准装置转台示值误差校准不确定度U=3'=0.05°,k=2。故=0.025°u2°=0.025°u2A.7合成标准不确定度uc(Δ)合成标准不确定度为A.8扩展不确定度U(Δ)uc(Δ)==0.A.8扩展不确定度U(Δ)U(Δ)=2uc(Δ)U(Δ)=2uc(Δ)=0.06°JJF2086—202311附录B罗盘仪倾斜角示值误差测量不确定度评估示例B.1测量方法采用最大允许误差优于±0.05°卧轴转台作为倾斜角校准测量标准器。将地质罗盘仪侧立竖直放置在卧轴转台工作面上,将罗盘仪倾斜角指针对准相应刻度。调整卧轴转台输出角度,观察水平长气泡居中,转台输出标准值作为倾斜角实测值。转动罗盘仪倾斜指针,分别对准刻度0.0°、±5.0°、±10.0°、±15.0°、±20.0°、±25.0°、±30.0°、±35.0°、±40.0°、±45.0°、±50.0°、±55.0°、±60.0°、65.0°、70.0°、75.0°、80.0°、±85.0°、±90.0°,调整卧轴转台输出角度,观察水平长气泡居中,读取卧轴转台输出值为实测值,与被测仪器示值比较得到各点示值误差。被校仪器刻度示值最大允许误差为±0.3°。转台标准器选用最大允许误差优于±0.05°的卧轴转台。B.2测量模型示值误差Δ的计算公式为:Δi=Y0-YΔi=Y0-Yi式中:Y0—倾斜角示值;Yi—倾斜角实测值;Δi—第i校准点的示值误差,(°)。B.3方差和灵敏系数c11,c2-1B.4不确定度的来源u2(Δ)=cu+cu=u+u不确定度的来源主要有:被测对象倾斜度盘刻线进行人眼瞄准指针刻线重合并观察长水平气泡居中位置的测量重复性所引入的不确定度u1、标准装置卧轴转台输出值引入的不确定度u2。B.5测量重复性引入的不确定度u1按本规范中规定的校准方法,对15.0°位置在重复性条件下进行6次测量。计算其标准偏差s为: (Yi-Y(Yi-Y)2故u1=s=0.04°JJF2086—202312B.6标准装置卧轴转台输出值引入的不确定度u2根据标准卧轴转台装置的技术要求,采用误差优于±0.05°的分度台。按均匀分布,则=0.03°u2=°=0.03°B.7合成标准不确定度uc(Δ)合成标准不确定度为B.8扩展不确定度U包含因子取k=2,则uB.8扩展不确定度U包含因子取k=2,则U(Δ)=2uc(Δ)=0.1°附录C竖轴标准转台十光学瞄准系统组合刻度盘示值校准装置见图C.1。C.1同轴调整标准器转台上方的激光瞄准方位角指针中心，该激光器向下投射的光点即转台中心，调整被校仪器方位角指针中心与标准转台中心同轴。C.2光学观测系统转台具有刻线光学影像采集系统和调焦功能，通过CCD图像处理或光学系统人工观测读数方法，得到方位刻线的示值与转台标准值之差，及方位刻线的示值误差。C.3机械结构刻线光学测量系统要求为整体设计，为确保基座稳定，转台底座与搭载光学系统的立柱呈整体固定联接。附录D磁北方位角测量磁北方位角测量装置见图D.1。D.1磁北零位误差计算磁北方向与真北方向不一致，两者夹角为磁偏角。由于各用磁北基线场进行磁北方位角实地测量标定，被校地质罗D.2磁北方位角正负值大致确定方法参考国家权威部门发布的各地磁偏角数据，进行对应地区大致磁偏角的正负值判D.3磁北方位角测量推荐选址在室内，在温湿度可控的实验室条件下。如图所示：距离地基转台≥3m,配置重锤钢丝竖直吊线，经纬罗盘仪装夹在地基转台上，调平经纬罗盘仪，转动水平度盘，将望远瞄准系统轴线与磁北方向重合，并将读数归零。然后瞄准钢丝，读数测得磁北方位角，测量结果不确定度优于U=0.01°,k=2。可满足地质罗盘仪磁偏角=磁北方位角一真北方位角JJF2086—202315附录E校准证书内页格式校准证书内页格式校准环境:温度:℃湿度:%校准地点:其他:1.外观及相互作用□良好□缺陷描述2.磁北方位角零位误差单