JJF 2048-2023 (0.1～3)kJ激光能量计校准规范.docx

中华人民共和国国家计量技术规范JJF204820230(.13)kJ激 光 能 量 计 校 准 规 范iiii  iCalbratonSpecfcatonfor0t(.13)kJLaserEnergy Meers- - -20230630发布20231230实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局发 布􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣JJF204820230(.13)kJ激 光 能 量 计校准规范iiii  iCalbratonSpecfcatonfor0t(.13)kJLaserEnergy Meers􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀥣􀧣JJF20482023归 口 单 位:全国光学计量技术委员会主要起草单位:中国计量科学研究院中国人民解放军军事科学院军事医学研究院西南技术物理研究所参加起草单位:中国工程物理研究院激光聚变研究中心本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释JJF20482023本规范主要起草人:徐涛 (中国计量科学研究院)杨在富 (中国人民解放军军事科学院军事医学研究院)樊红英 (西南技术物理研究所)参加起草人:张云鹏 (中国计量科学研究院)刘华 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心)JJF20482023目录引言  ()1 范围 (1)2 引用文件 (1)3 概述 (1)4 计量特性 (1)5 校准条件 (1)5.1 环境条件 (1)5.2 测量标准及其他设备 (1)6 校准项目及校准方法 (2)6.1 校准前准备 (2)6.2 激光能量相对示值误差 (2)6.3 面响应不均匀性 (3)6.4 响应非线性 (4)7 校准结果 (5)8 复校时间间隔 (5)附录 A校准原始记录推荐格式  (6)附录 B 校准证书内页推荐格式  (8)附录 C测量不确定度评定示例  (9)JJF20482023引言JJF1071 国 家 计 量 校 准 规 范 编 写 规 则 、JJF1001 通 用 计 量 术 语 及 定 义 、JJF1059.1 测量不确 定 度 评 定 与 表 示 共 同 构 成 支 撑 本 规 范 制 定 工 作 的 基 础 性 系 列规范。本规范为首次发布。JJF204820230(.13)kJ激光能量计校准规范1 范围0本规范适用于 (.13)kJ激光能量计的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:JJG3121983 激光能量计凡是注日期的引用 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 (包括所有修改单) 适用于本规范。3 概述0激光能量计 (以下简称能量计) 是用来测量激光脉冲能量的仪器,由探测器、信号处理与显示单元组成。能量计按探测器工作原理分为光电型和热电型。 (.13)kJ能量计一般为热电型,其探测器的吸收体吸收激光脉冲能量转化为热能,利用温度传感器测量吸收体温升或吸收体与热沉之间的温差得到电信号,经信号处理后在显示单元显示激光能量值,其单位通常为J。4 计量特性4.1 激光能量相对示值误差:±8%。4.2 面响应不均匀性:5%。4.3 响应非线性:±5%。注:以上技术指标不适用于合格性判别,仅供参考。5 校准条件5.1 环境条件2环境温度:(3±5);相对湿度:80%;校准环境内无影响正常测量数据的机械振动、电磁干扰和强光辐射。5.2 测量标准及其他设备5.2.1 标准能量计0测量范围:(.13)kJ;0波长范围:(.1911)m;响应非线性:±3%;k扩展不确定度:Urel=4% ( =2)。5.2.2 脉冲激光源1JJF204820230能量范围:(.13)kJ;0波长范围:(.1911)m;能量不稳定度:10%。5.2.3 分束监测系统组成:分束镜、监测能量计;监测比重复性:4%;00监测能量范围:(.13)kJ;波长范围:(.1911)m。5.2.4 其他包括机械调整组件、激光衰减器、光束调整与观察组件、挡板等。6 校准项目及校准方法6.1 校准前准备校准前,先对被校仪器进行外观检查,被校能量计应:a) 标明仪器的名称、型号、制造厂商及出厂编号;b) 提供必要的技术资料、附件、配件;c) 无影响测量性能的电器、光学和机械故障或损伤。必要时,按照仪器使用说明书的规定执行仪器的启动和准备程序。6.2 激光能量相对示值误差6.2.1 能量计校准装置示意图如图1 所 示, 调 整 激 光 束 对 准 标 准 能 量 计 或 被 校 能 量 计探测器接收面中心,使光束与接收面垂直,保持光斑落在探测器接收面中心。图1 能量计校准装置示意图6.2.2 调节脉冲激光器和衰减器,使激光输出脉冲达到要求的校准能量值。16.2.3 输出一个激光脉冲,使用标准能量计与监测能量计同时进行测量,并按公式 ()计算标准能量计监测比:E2i  ×CStd             ()式中:iiiR1 标准能量计监测比;E1 标准能量计示值;E2 监测能量计示值;iiR1 =E1 12                     E4i()            R2  ×100%()                     R2()JJF20482023CStd标准能量计示值修正因子。i6.2.4 重复6.2.3,总测 量 次 数 不 少 于 3 次, 计 算 标 准 能 量 计 监 测 比 R1 的 算 术 平 均值R1。6.2.5 将标准能量计替换为被校 能 量 计, 输 出 一 个 脉 冲, 使 用 被 校 能 量 计 与 监 测 能 量2计同时进行测量,按公式 () 计算被校能量计监测比:iiR2 =E32式中:iiiR2 被校能量计监测比;E3 被校能量计示值;E4 监测能量计示值。i6.2.6 重复6.2.5,总测 量 次 数 不 少 于 3 次, 计 算 被 校 能 量 计 监 测 比 R2 的 算 术 平 均值R2。36.2.7 按公式 () 计算被校能量计相对示值误差:= 1-R13式中: 被校能量计相对示值误差;ii4R1 标准能量计监测比 R1 的算术平均值;R2 被校能量计监测比 R2 的算术平均值。按公式 () 计算被校能量计示值修正因子 CDUT:CDUT=R146.3 面响应不均匀性6.3.1 能量计校准装置示意图如图1所示,将被校能量计探测器安装在光学调整架上,使其可以在垂直于光束的平面内做水平和垂直移动。6.3.2 选择合适孔径的 光 阑, 根 据 被 校 能 量 计 的 实 际 使 用 需 求 设 定 并 调 整 光 束 尺 寸,当实际使用需求无法确定时,参考JJG3121983,光斑直径调整为 接 收 面 直 径 的 1/5,但至少不小于1 mm。6.3.3 调整激光输出能量、衰减器,使激光脉冲达到校准要求的能量值。6.3.4 在相互垂直的二维方向上,选 择 接 收 面 中 心 和 上 下 左 右 不 少 于 5 个 测 量 点, 参见图2,边缘测量点与中心的距离根据被校能量 计 的 实 际 使 用 需 求 进 行 设 定。 当 实 际 使用需求无法确定时,检测区域直径不小 于 接 收 面 直 径 的 2/3。按 6.2.5 和 6.2.6 的 要 求测量各测量点监测比均值Ri,每点测量次数不少于3次。3JJF20482023R  ×100%          ()R1                     ()NL(  H ,  L)=2×   (SEH)+S   (  L)×100%       ()S(  H)-S   (  L)EE7图2 面响应不均匀性测试空间位置示意图56.3.5 按照公式 () 计算面响应不均匀性:s=Rmax-Rmin5式中:s面响应不均匀性;Rmax最大监测比均值;Rmin最小监测比均值;R5点监测比均值。6.4 响应非线性6.4.1 能量计校准装置示意图如图1所示,根据被校能量计满量程的20%和80% (或根据实际使用需求) 确定低能量点 EL和高能量点 EH 。6.4.2 调节激光输出能量、衰减器,按6.2.36.2.6,分别在 EL和 EH 能 量 点 测 量 标准能量计监测比和被校能量计监测比。66.4.3 按公式 () 计算被校能量计监测比与标准能量计监测比的比值:ES( )=R26式中:ES( )E 能量点下,被校能量计监测比与标准能量计监测比的比值;R1标准能量计监测比均值;R2被校能量计监测比均值。76.4.4 按公式 () 计算被校能量计在该量程下响应非线性:E式中:EEEENL( H ,EL)( LEH) 能量范围内被校能量计响应非线性;S( H)EH 能量点下,被校能量计监测比与标准能量计监测比的比值;S( L)EL能量点下,被校能量计监测比与标准能量计监测比的比值。4JJF204820237 校准结果校准结果应在校准证书上反映,校准证书至少包括以下信息:a) 标题,如 “校准证书” 或 “校准报告”;b) 实验室名称和地址;c) 进行校准的地点 (如果与实验室地址不同);d) 证书或报告的唯一性标识 (如编号),每页及总页数的标识;e) 客户的名称和地址;f) 被校对象的描述和明确标识;g) 进行校准的日期;h) 如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对抽样程序进行说明;i) 对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k) 校准环境的描述;l) 校准结果及其测量不确定度的说明;m) 对校准规范的偏离的说明;n) 校准证书或校准报告签发人的签名、职位或等效标识;o) 校准结果仅对被校对象有效的声明;p) 未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。8 复校时间间隔由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔不超过1年。更换重要部件、维修或对仪器性能有怀疑时,应及时送校。5委托单位名称委托单位地址被校能量计型         号:                       编         号:委托日期:                       生产厂家:标准能量计型         号:                       编         号:示值修正因子:              不确定度:生产厂家:证书编号:                       有效日期:依据文件实验室/地址环境条件温         度:                            相对湿度:校准日期监测示值标准示值标准值监测比监测比均值监测比重复性监测示值被校示值监测比监测比均值监测比重复性相对示值误差示值修正因子不确定度外观正常/不正常工作正常性正常/不正常吸收面均匀/有损伤原始记录编号:                              证书编号:外观及工作正常性检查一、  二、示值修正因子激光波长:       光斑尺寸:         脉冲宽度:6JJF20482023附录 A校准原始记录推荐格式位置监测示值被校示值监测比监测比均值中心上下左右不均匀性监测示值标准示值标准值监测比监测比均值比值(EL)监测示值被校示值监测比监测比均值监测示值标准示值标准值监测比监测比均值比值(EH)监测示值被校示值监测比监测比均值非线性JJF20482023三、面响应不均匀性激光波长:       光斑尺寸:       边缘点偏移距离:四、响应非线性激光波长:       光斑尺寸:         其他:注:EL低能量点,EH 高能量点。校准:(签名)核验:(签名)7量程示值相对示值误差修正因子不确定度能量范围非线性JJF20482023附录 B校准证书内页推荐格式证书编号:第页共页校 准 结 果一、示值修正因子测试条件激光波长:脉冲宽度:光斑直径:测试结果面响应不均匀性二、  测试条件激光波长:光斑直径:边缘点偏移距离:测试结果不均匀性:三、响应非线性测试条件激光波长:测试结果8􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁􀪁R1i =E1iE2i  ·CStdR1 = 1niJJF20482023附录 C测量不确定度评定示例本附录仅对用标准能量计校准被校能量计修正因子的测量不确定度做示例评定。C.1 校准方法RiiRR按照本规范的规定,调整好光路、光斑尺寸和脉冲能量,分别测量标准能量计监测比 ( 1 ) 和被校能量计监 测 比 ( 2 ), 测 量 次 数 不 少 于 3 次。 根 据 测 量 结 果 计 算 监 测比均值 ( 1和 R2),进而计算出被校能量计相对示值误差 和示值修正因子CDUT。C.2 测量模型被校能量计示值修正因子的测量模型为:􀮦ni=1R1R2 =E3􀮧CDUT =R1iE4ni=1R2R2􀮨式中:iiR1 标准能量计监测比;E1 标准能量计示值;CStd标准能量计示值修正因子;iiiE2 监测能量计示值 (标准能量计监测比测量);R2 被校能量计监测比;E3 被校能量计示值;iE4 监测能量计示值 (被校能量计监测比测量);CDUT被校能量计示值修正因子;C(.1)R1标准监测比均值;R2被校监测比均值。CX12qC公式 (.1) 中,对于被校能量计示值修正 因 子 的 计 算 公 式, 由 于 输 入 量 R1和 R2独立不相关,函数符合Y=A ( q1 ,Xq2 , ,Xnn ) 的 形 式, 可 以 采 用 相 对 不 确 定 度进行评定,其合成标准不确定度的计算模型见公式 (.2):uc( )yy =   qu(x  )/x   2ni=1i i iC(.2)9不确定度分量编号不确定度类型标准能量计修正因子ur1B标准能量计监测比重复性ur2A标准能量计分辨力ur3B监测能量计分辨力(标准监测比测量)ur4B被校能量计监测比重复性ur5A被校能量计分辨力ur6B监测能量计分辨力(被测监测比测量)ur7BC.3   输入量的              R1·d   ·n(.3)JJF20482023根据公式 (C.1),被校能量计示值修正因子 CDUT计算公式中 包 含R1和R2两 个 输 入量,可分别对这两个变量的标准不确定度进行评定,再进行合成。不确定度分量汇总见表 C.1,各不确定度分量的系数绝对值为1。当 分 辨 力 引 入 的 不 确 定 度 小 于 监 测 比 重 复性引入的不确定度时,分辨力影响已包含在重复性结果中,在合成时无需计入分辨力不确定度分量。表 C.1   不确定度来源汇总表C.3.1 标准能量计修正因子引入的标准不确定度ur1k标准能量计 (型号:2000J) 的示值修正 因 子 CStd=1.01, 扩 展 不 确 定 度 Urel=4%( =2)。因此标准能量计示值修正因子引入的标准不确定度分量ur1=2%。C.3.2 标准能量计监测比重复性引入的标准不确定度ur2用 A 类评定,采用极差法,计算见公式 (C.3):ur2=R1max-R1minC式中:R1标准能量计监测比均值;R1max标准能量计监测比最大值;R1min标准能量计监测比最小值;n测量次数;d极差系数。标准能量计监测比测 量 数 据 见 表 C.2, 测 量 次 数n=6, 极 差 系 数 d=2.53, 通 过公式 (C.3) 计算得到ur2=0.6%。10监测/J标准能量计示值/J标准值/J(C1=1.01)监测比监测比均值93.514681482.715.85815.76092.814321446.315.58593.214741488.715.97494.214391453.415.42993.114591473.615.82892.314521466.515.889监测/J被校能量计示值/J监测比监测比均值89.6138815.49115.47788.2137215.55687.5136515.60089.2136815.33688.1136315.47189.9138515.406JJF20482023表 C.2   标准能量计监测比测量数据表2 3E                  (.4)C.3.3   标准能量计和监测能量计分辨力引入的标准不确定度ur3和ur4根据公式 (C.4) 进行计算:ur= C式中:最小示值分辨力间隔;E能量计示值。C对于标准能量计,=1J,E=1554J,根据公式 (.4) 计算得ur3=0.02%。 对于监测能 量 计, 根 据 表 C.2, =0.1J,E =93.2J, 利 用 公 式 (C.4) 计 算 ur4 =0.04%。由于ur3和ur4远小于重复性不确定度分量ur2,在不确定度合成中忽略不计。C.3.4 被校能量计监视比重复性引入的标准不确定度ur5被校能量计监测比测 量 数 据 见 表 C.3, 测 量 次 数n=6, 极 差 系 数 d=2.53, 参 考公式 (C.3) 计算得到ur5=0.3%。表 C.3   被校能量计监测比测量数据表C.3.5   被校能量计和监测能量计分辨力引入的标准不确定度ur6和ur7对于被校能量计,根据表 C.3,=1J,E=1374J,采用公 式 (C.4) 计 算ur6=0.03%。对于监测能量计,=0.1J,E=88.8J,采用公式 (C.4) 计算ur7=0.04%。由于ur6和ur7远小于重复性不确定度分量ur5,在不确定度合成中忽略不计。11不确定度分量分类不确定度标准能量计示值修正因子Bur12%标准监测比重复性Aur20.6%被校监测比重复性Aur50.3%相对合成标准不确定度ucrel2.2%JJF20482023C.4 合成标准不确定度的计算被校能量计示值修正因子各不确定度分量的评定结果见表 C.4,其 合 成 标 准 不 确 定C度的计算见公式 (.5):Cucrel= ur12+ur22+ur52 =2.2%(.5)表 C.4   被校能量计示值修正因子不确定度评定表C.5   扩展不确定度的计算C取k=2,被校能量计示值修正因子的扩展不确定度为:Urel=k·ucrel=2×2.2%=4.4%(.6)12