JJF 1588-20161 kHz~10 kHz矢量水听器校准规范(自由场比较法)-(高清原版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 8 82 0 1 61k H z 1 0k H z矢量水听器校准规范(自由场比较法)C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rV e c t o rH y d r o p h o n e si nF r e q u e n c yR a n g e1k H z t o1 0k H z(F r e e-f i e l dC o m p a r i s o nM e t h o d)2 0 1 6-1 1-2 5发布2 0 1 7-0 2-2 5实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总
2、 局 发 布市场监管总局市场监管总局1k H z 1 0k H z矢量水听器校准规范(自由场比较法)C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rV e c t o rH y d r o p h o n e si nF r e q u e n c yR a n g e1k H z t o1 0k H z(F r e e-f i e l dC o m p a r i s o nM e t h o d)J J F1 5 8 82 0 1 6 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 主要起草单位:中国船舶重工集团公司第七一五研究所 参加起草单位
3、:中国科学院声学研究所中船重工海声科技有限公司 本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:费 腾(中国船舶重工集团公司第七一五研究所)赵 涵(中国船舶重工集团公司第七一五研究所)参加起草人:莫喜平(中国科学院声学研究所)郭林发(中船重工海声科技有限公司)J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 矢量水听器(1)3.2 轴向灵敏度不对称性(1)3.3 横向抑制比(1)3.4 矢量-声压通道的相位差(2)4 概述(2)5 计
4、量特性(2)5.1 自由场电压灵敏度级(2)5.2 自由场振速灵敏度级(2)5.3 自由场声压梯度灵敏度级(2)5.4 矢量-声压通道的相位差(2)5.5 指向性(2)6 校准条件(2)6.1 环境条件(2)6.2 测量标准及其他设备(2)7 校准项目和校准方法(4)7.1 校准项目(4)7.2 校准方法(4)8 校准结果表达(8)8.1 校准数据处理(8)8.2 校准证书(8)8.3 校准结果的测量不确定度(9)9 复校时间间隔(9)附录A 校准证书的内容(1 0)附录B 电压灵敏度级测量不确定度的评定示例(1 4)J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局引 言本规范依
5、据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则进行编制。本规范参考了I E C6 0 5 6 5 水声 水听器 0.0 1H z 1 MH z频率范围内的校准(U n d e r w a t e ra c o u s t i c sH y d r o p h o n e sC a l i b r a t i o ni n f r e q u e n c y r a n g e 0.0 1 H zt o1MH z)和J J G1 8 51 9 9 75 0 0H z 1MH z测量水听器中规定的水听器自由场电压灵敏度二级校准方法,测量不确定度按照J J F1 0 5 9.12
6、 0 1 2进行评定。本规范为首次发布。J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局1k H z 1 0k H z矢量水听器校准规范(自由场比较法)1 范围本规范适用于常压下1k H z 1 0k H z频率范围内使用的矢量水听器的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J G1 8 51 9 9 7 5 0 0H z 1MH z测量水听器J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义J J F1 0 3 42 0 0 5 声学计量名词术语及定义J J F1 3 4 02 0 1 2 2 0H z 20 0 0H z矢量水听器校准规范G B3 1 0 2.71
7、9 9 3 声学的量和单位G B/T3 9 4 71 9 9 6 声学名词术语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 术语和计量单位J J F1 0 0 12 0 1 1、J J F1 0 3 42 0 0 5、G B3 1 0 2.71 9 9 3和G B/T3 9 4 71 9 9 6界定的及以下术语和定义适用于本规范。本规范采用G B3 1 0 2.71 9 9 3规定的量和单位。3.1 矢量水听器 v e c t o rh y d r o p h o n e输出电压与质点振速或声压梯度成比率的水听器,其指
8、向性图具有与余弦函数相似形状的特性,并且该特性不随频率的改变而变化。J J F1 3 4 02 0 1 2,定义3.13.2 轴向灵敏度不对称性 a x i a l d e v i a t i o no f s e n s i t i v i t y矢量水听器矢量通道的自由场电压灵敏度级两极大值之差。J J F1 3 4 02 0 1 2,定义3.5注:1.单位为分贝(d B)。2.也称为指向性不对称性或最大值不均匀性。3.3 横向抑制比 l a t e r a l r e j e c t i o nr a t i o矢量水听器矢量通道极大值与极小值之差。J J F1 3 4 02 0 1 2
9、,定义3.6注:1.单位为分贝(d B)。2.也称为凹点深度。1J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局3.4 矢量-声压通道的相位差 p h a s es h i f tb e t w e e nv e c t o r c h a n n e l a n dp r e s s u r ec h a n n e l带有声压通道的矢量水听器,在矢量通道的极大值正方向上,矢量通道和声压通道之间的相位差。4 概述矢量水听器用于测量媒质质点振速或声压梯度,也称振速水听器或声压梯度水听器。在声波作用下,矢量水听器产生与媒质中质点振速或声压梯度值成正比的开路电压值。根据敏感元件材料的
10、不同,矢量水听器可以分为压电式、压阻式、光纤式等;根据拾振原理的不同,又可分为同振式和压差式等,通常的矢量水听器内部还包含声压通道。矢量水听器由灵敏元件、水密包覆层、支撑结构、前置放大器和电缆等组成。5 计量特性5.1 自由场电压灵敏度级在校准的频率范围内,被校矢量水听器的自由场电压灵敏度级(以下简称电压灵敏度级)一般在-2 4 0d B-1 5 0d B之间(以1V/P a为参考)。5.2 自由场振速灵敏度级在校准的频率范围内,被校矢量水听器的自由场振速灵敏度级(以下简称振速灵敏度级)一般在-1 1 7d B-2 7d B之间 以1V/(ms-1)为参考。5.3 自由场声压梯度灵敏度级在校准
11、的频率范围内,被校矢量水听器的自由场声压梯度灵敏度级(以下简称声压梯度灵敏度级)一般在-2 5 3d B-1 8 3d B之间 以1V/(P am-1)为参考。5.4 矢量-声压通道的相位差对于振速水听器,矢量通道和声压通道之间的相位差一般在-1 0 1 0 之间,对于声压梯度水听器,矢量通道和声压通道之间的相位差一般在8 0 1 0 0 之间。5.5 指向性在校准的频率范围内,被校矢量水听器的横向抑制比一般不低于2 0d B,轴向灵敏度不对称性一般不超过3d B。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件环境条件及其要求如下:a)环境温度:1 03 0;b)相对湿
12、度:3 0%9 0%;c)媒质温度:53 0。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 标准水听器2J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局电压灵敏度级不应小于-2 2 0.0d B,校准的不确定度不应大于0.7d B(k=2)。6.2.2 消声水池消声水池为六面消声,长、宽、深尺寸不应小于(1 51 01 0)m。6.2.3 坐标回转装置坐标回转装置能带动被校矢量水听器在校准声场内做水平回转,回转角度范围应大于3 6 0,角度示值误差不应超过1。回转装置浸没在测量媒质中的部分对声场的幅度影响应小于0.5d B,对相位影响不应超过2;回转装置应能进行回转角度读取,分辨力不低于
13、0.5。6.2.4 信号源在校准频率范围内,能产生连续正弦信号或脉冲调制正弦信号。最大输出幅度不应小于1V有效值,在校准期间内输出幅度变化不应超过0.1%,频率示值误差不应超过0.1%。6.2.5 测量放大器在校准频率范围内,测量放大器的输入阻抗比水听器的阻抗至少高1 0 0倍,动态范围不应小于6 0d B,增益误差不超过0.2d B。6.2.6 数字示波器具备与计算机通讯的接口,采样频率应高于1MH z,幅度测量最大允许误差不应超过1%。6.2.7 滤波器满足2级要求的1/3或1/1倍频程滤波器。6.2.8 电子开关在校准频率范围内,通道隔离度应优于6 0d B。6.2.9 电压电流取样器在
14、校准频率范围内,电压取样系数为0.0 1或者0.1,电流取样系数为0.1或者1,取样误差不超过2%。6.2.1 0 功率放大器在校准频率范围内,输出阻抗与发射换能器阻抗相匹配,最大输出功率不应小于5 0W,输出波形总失真(THD+N)不应大于2%。6.2.1 1 发射换能器在校准频率范围内,发射换能器各频带发射源级应大于背景噪声1 5d B。6.2.1 2 绝缘电阻测量仪工作电压1 0 0V,绝缘电阻测量最大允许误差应优于1 0%。6.2.1 3 电容测试仪电容值测量范围1n F1 0 0F,电容测量最大允许误差应优于5%。6.2.1 4 卷尺量程不应小于3m,最小分度1mm,优于2级。3J
15、J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局7 校准项目和校准方法7.1 校准项目矢量水听器的校准项目见表1。表1 矢量水听器校准项目一览表编号项目名称计量特性的条款号校准方法的条款号1电压灵敏度级5.17.2.22振速灵敏度级5.27.2.23声压梯度灵敏度级5.37.2.24矢量-声压通道的相位差5.47.2.35指向性5.57.2.47.2 校准方法7.2.1 校准前准备校准前准备步骤如下:a)矢量水听器的外观应完好,并有明显的通道工作方向标识,无影响正常工作的机械损伤等,被校矢量水听器应有明显的信号线、地线和供电线的标记,并说明供电电压值;b)用无腐蚀作用的洗涤剂擦洗被校
16、矢量水听器和标准水听器的表面,在媒质中浸泡至少1h;c)对于不带前置放大器的矢量水听器,用电容测试仪测量输出端的电容值,用绝缘电阻测量仪测量输出端的绝缘电阻,并记录;d)按照矢量水听器的安装要求,固定于坐标回转装置上,将发射换能器、标准水听器和被测矢量水听器放置在水下同一深度,并用卷尺测量发射换能器和被校矢量水听器之间的距离dF X,以及发射换能器和标准水听器之间的距离dF P;e)按照图1所示连接各仪器设备、发射换能器、标准水听器及被校矢量水听器;f)开启所有校准用仪器设备,并预热1 5m i n以上;g)在实际工作状态下,通过对发射换能器的激励和停止,测量标准水听器和被校矢量水听器开路输出
17、电压的信噪比,其值不应小于1 5d B;h)调整信号源的输出电压幅度或者功率放大器的增益,使在校准工作频率范围内被校矢量水听器的开路电压不发生饱和失真;i)通过坐标回转装置调节被校矢量水听器的方向,使被校矢量通道的输出值为最大。7.2.2 电压灵敏度级、振速灵敏度级和声压梯度灵敏度级7.2.2.1 校准方法校准装置的框图如图1所示。4J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局图1 校准装置组成原理框图 将发射换能器F、标准水听器P及被校矢量水听器X按图2所示的排列放入校准声场中,当发射换能器的水平指向性起伏小于2d B时,可以采用图2(a)的声场排列方式,一般推荐采用图2(
18、b)的声场排列方式,以减小由于水听器的指向性造成的测试误差。测量换能器对F-P时发射换能器的发射电流和标准水听器的开路电压,按照公式(1)计算转移阻抗模|ZF P|:ZF P=I FUF P(1)式中:IF 发射换能器F的激励电流,A。UF P 标准水听器P的开路电压,V;测量换能器对F-X时发射换能器的发射电流和被校矢量水听器的开路电压,按照公式(2)计算转移阻抗模|ZF X|:ZF X=IFUF X(2)5J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局 式中:IF 发射换能器F的激励电流,A。UF X 被校矢量水听器X的开路电压,V;(a)(b)图2 灵敏度测量的声场布置图
19、被校矢量水听器的电压灵敏度Mp为Mp=M0UF XI FIFUF PdF XdF P(3)式中:M0 标准水听器的自由场灵敏度,V/P a;dF X 发射换能器F与被校矢量水听器X声中心之间的距离,m;dF P 发射换能器F与标准水听器P声中心之间的距离,m。若测量时使IF=IF,则公式(3)变为Mp=M0UF XUF PdF XdF P(4)或用级表示为Mp=M0+2 0 l gUF X-2 0 l gUF P+2 0 l gdF X-2 0 l gdF P(5)被校矢量水听器的振速灵敏度级和声压梯度灵敏度级由公式(6)和公式(7)给出。校准频率按1/3倍频程,或根据客户的指定。Mv=Mp+
20、2 0 l g(c)(6)Mp g=Mp-2 0 l g(2 f/c)(7)式中:Mp 矢量水听器的电压灵敏度级,d B(以1V/P a为参考);Mv 矢量水听器的振速灵敏度级,d B 以1V/(ms-1)为参考;Mp g 矢量水听器的声压梯度灵敏度级,d B 以1V/(P am-1)为参考;媒质的密度,k g/m3;f 频率,H z,c 媒质中声速,m/s。校准频率为1/3倍频程中心频率,或根据客户的指定。7.2.2.2 校准步骤校准步骤如下:a)按照7.2.1进行校准前的准备;b)调节信号源产生所需频率的信号;6J J F1 5 8 82 0 1 6市场监管总局市场监管总局c)将电子开关切
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