JJF 1861-2020 1 kHz~200 kHz水声换能器校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 8 6 12 0 2 01k H z 2 0 0k H z水声换能器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rU n d e r w a t e rS o u n dT r a n s d u c e r si n1k H z t o2 0 0k H z 2 0 2 0-0 9-1 1发布2 0 2 1-0 3-1 1实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局1k H z 2 0 0k H z水声换能器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rU n d e r w a t e rS o u n dT r a n s d u c e r si n1k H z t o2 0 0k H zJ J F1 8 6 12 0 2 0 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:中国科学院声学研究所中国船舶重工集团公司第七二六研究所 本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:易文胜(中国船舶重工集团公司第七一五研究所)赵颂阳(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)王 艳(中国船舶重工集团公司第七二六研究所)J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文献(1)3 术语和计量单位(1)3.1 等效电阻抗模(1)3.2 等效电导纳模(1)3.3 自由场灵敏度(1)3.4 自由场灵敏度级(2)3.5 发送电压响应(2)3.6 发送电压响应级(2)3.7 发送电流响应(2)3.8 发送电流响应级(2)3.9 声源级(2)3.1 0 指向性图案(2)4 概述(2)5 计量特性(3)5.1 等效电阻抗模、等效电导纳模(3)5.2 自由场灵敏度级(3)5.3 发送电压响应级(3)5.4 发送电流响应级(3)5.5 声源级(3)5.6 指向性(3)6 校准条件(3)6.1 环境条件(3)6.2 测量标准及其他设备(3)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(9)8.1 校准数据处理(9)8.2 校准证书(9)8.3 校准结果的测量不确定度(1 0)9 复校时间间隔(1 0)附录A 校准证书的内容(1 1)附录B 脉冲声校准技术(1 4)附录C 测量不确定度评定示例(1 6)J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局引 言 J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 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。本规范在制定中参考了G B/T7 9 6 52 0 0 2 声学 水声换能器测量和G B/T7 9 6 72 0 0 2 声学 水声发射器的大功率特性和测量中规定的测量方法。本规范为首次发布。J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局1k H z 2 0 0k H z水声换能器校准规范1 范围本规范适用于1k H z 2 0 0k H z频率范围内水声换能器的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G4 4 92 0 1 4 倍频程和分数倍频程滤波器J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 3 4 声学计量名词术语及定义J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示G B/T3 1 0 2.7 声学的量和单位G B/T3 9 4 71 9 9 6 声学名词术语G B/T7 9 6 52 0 0 2 声学 水声换能器测量G B/T7 9 6 72 0 0 2 声学 水声发射器的大功率特性和测量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 1、J J F1 0 3 4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 B/T3 1 0 2.7中规定的量和单位。3.1 等效电阻抗模 e q u i v a l e n t e l e c t r i c i m p e d a n c em a g n i t u d e在某频率下水声换能器电端的瞬时电压与引起的瞬时电流之复数比为等效电阻抗,其幅值为等效电阻抗模,符号为|Z|。注:单位为欧姆()。3.2 等效电导纳模 e q u i v a l e n t e l e c t r i ca d m i t t a n c em a g n i t u d e水声换能器等效电阻抗的倒数为等效电导纳,其幅 值 为 等 效 电导 纳 模,符 号为|Y|。注:单位为西门子(S)。3.3 自由场灵敏度 f r e e-f i e l ds e n s i t i v i t y接收换能器输出端的开路电压,与在声场中引入换能器前存在于换能器参考声中心处的自由场声压的比值,符号为M。注:单位为伏每帕(V/P a)。J J F1 0 3 42 0 0 5,定义3.6 41J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局3.4 自由场灵敏度级 f r e e-f i e l ds e n s i t i v i t y l e v e l自由场灵敏度的量值与基准值之比值的以1 0为底的对数乘以2 0,符号为M。注:单位为分贝(d B);基准值为1V/P a。3.5 发送电压响应 t r a n s m i t t i n gv o l t a g er e s p o n s e水声换能器在某频率下、在指定方向上,离其参考声中心1m处的表观声压与加到输入电端的信号电压的比值,符号为SV。注:单位为帕米每伏(P am/V)。J J F1 0 3 42 0 0 5,定义3.6 73.6 发送电压响应级 t r a n s m i t t i n gv o l t a g er e s p o n s e l e v e l发送电压响应的量值与基准值之比值的以1 0为底的对数乘以2 0,符号为SV。注:单位为分贝(d B);基准值为1P am/V。3.7 发送电流响应 t r a n s m i t t i n gc u r r e n t r e s p o n s e水声换能器在某频率下、在指定方向上,离其参考声中心1m处的表观声压与输入电端的电流的比值,符号为SI。注:单位为帕米每安(P am/A)。J J F1 0 3 42 0 0 5,定义3.6 83.8 发送电流响应级 t r a n s m i t t i n gc u r r e n t r e s p o n s e l e v e l发送电流响应的量值与基准值之比值的以1 0为底的对数乘以2 0,符号为SI。注:单位为分贝(d B);基准值为1P am/A。3.9 声源级 s o u n dp r e s s u r e l e v e l o f as o u n ds o u r c e水声换能器在某频率下、在指定方向上,离其参考声中心1m处的表观声压级,符号为Ls p。注:单位为分贝(d B);基准值为1P am。3.1 0 指向性图案 d i r e c t i v i t yp a t t e r n频率固定时,在通过参考声中心的指定平面内用图形描述的,水声换能器灵敏度作为发射或入射声波方向的函数。J J F1 0 3 42 0 0 5,定义3.5 44 概述水声换能器是实现水中声能与电能相互转换的器件。当处于发射状态时称为发射换能器,由电能转换为声能,以一定的转换特性向水中发射声波;当处于接收状态时称为接收换能器(或水听器),由声能转换为电能,以一定的转换特性接收水中声信号。一般情况下,水声换能器既能用于发射,也能用于接收。水声换能器由有源元件、水密包覆层、支撑结构和电缆等组成。2J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局5 计量特性5.1 等效电阻抗模、等效电导纳模水声换能器等效电阻抗模一般在11 0 0k 之间,等效电导纳模一般在1 0S1S之间。5.2 自由场灵敏度级水声换能器自由场灵敏度级一般在-2 2 0d B-1 6 0d B(基准值为1V/P a)之间。5.3 发送电压响应级水声换能器发送电压响应级一般大于1 0 0d B(基准值为1P am/V)。5.4 发送电流响应级水声换能器发送电流响应级一般大于1 0 0d B(基准值为1P am/A)。5.5 声源级水声换能器声源级一般在1 0 0d B2 2 0d B(基准值为1P am)之间。5.6 指向性用指向性图案表征的,有指向性的水声换能器波束宽度一般不小于2,最大旁瓣级一般不大于-3d B;无指向性水声换能器在3 6 0 范围内的响应起伏不大于3d B。注:波束宽度是指从主轴的最大响应下降3d B时左右两个方向间的开角2-3d B,最大旁瓣级是指最大旁瓣(通常是第一旁瓣)比主轴响应下降的分贝数。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:53 5;b)相对湿度:不大于9 0%;c)媒质温度:53 0。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 标准水听器在频率范围1k H z1 0 0k H z内,自由场灵敏度级测量不确定度不大于0.7d B(k=2);在频率范围1 0 0k H z2 0 0k H z内,自由场灵敏度级测量不确定度不大于0.9d B(k=2)。6.2.2 信号发生器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,电压示值最大允许误差应不超过1%,频率示值最大允许误差应不超过0.0 2%。6.2.3 数字示波器通道数不少于4通道,在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,垂直偏转系数应不超过3%。3J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局6.2.4 电压电流取样器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,电压电流取样的最大允许误差应不超过2%。6.2.5 阻抗分析仪在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,阻值最大允许误差应不超过2%。6.2.6 测量放大器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,输入阻抗应不小于1 M,动态范围应不小于6 0d B,增益误差不超过0.3 d B。6.2.7 滤波器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,满足J J G4 4 92 0 1 4对级滤波器的要求。6.2.8 电子开关在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,通道隔离度应不小于8 0d B。6.2.9 功率放大器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,最大输出功率应不小于1 0 0 W,总失真应不大于2%。6.2.1 0 升降回转装置回转角度范围-1 8 0 +1 8 0,最小步进不大于0.2,回转一周的最大误差应不超过0.5。6.2.1 1 辅助发射换能器在频率范围1k H z 2 0 0k H z内,发射换能器发射信号应大于背景噪声2 0d B,且性能稳定。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目水声换能器的校准项目见表1。表1 水声换能器校准项目一览表编号项目名称技术要求的章条号校准方法的章条号1等效电阻抗模、等效电导纳模5.17.2.22自由场灵敏度级5.27.2.33发送电压响应级5.37.2.44发送电流响应级5.47.2.45声源级5.57.2.56指向性5.67.2.67.2 校准方法水声换能器校准装置组成框图见图1。4J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局图1 水声换能器校准装置组成框图7.2.1 校准前准备a)外观检查:发射换能器、接收换能器、标准水听器的辐射面应整洁光滑、无明显机械损伤,在换能器或电缆上应具有清晰的产品型号、序列号和制造商名称,并给出明显的参考声中心位置与校准方向的标记等信息;带前置放大器的接收换能器、标准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)确定发射换能器、接收换能器和标准水听器的参考声中心位置;c)用无腐蚀作用的洗涤剂擦洗发射换能器、接收换能器和标准水听器的表面,将其在水中浸泡至少1h;d)按照图1所示连接各仪器设备、发射换能器、接收换能器和标准水听器;e)开启所有校准用仪器设备,并预热1 5m i n以上。7.2.2 等效电阻抗模、等效电导纳模水声换能器等效电阻抗Z为激励电压U与激励电流I的复数比,即Z=UI=UIe x p(j)(1)用取样电压代替式中的U与I可得5J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局Z=UVUICICVe x p(j)=|Z|e x p(j)(2)式中:UV 水声换能器激励电压的取样电压,V;UI 水声换能器激励电流的取样电压,V;CV 电压取样系数;CI 电流取样系数;激励电压U与激励电流I(即UV与UI)之间的相位差,即等效电阻抗幅角,();|Z|等效电阻抗模,。同样,水声换能器等效电导纳Y可由激励电流I与激励电压U的复数比表示。对I与U取样测量后可得Y=|UIUV|CVCIe x p(-j)=|Y|e x p(-j)(3)式中:|Y|等效电导纳模,S。校准步骤如下:a)将被校水声换能器放入满足自由场条件的声场中;b)采用脉冲调制正弦信号,设定信号发生器频率;c)通过调节功率放大器的输出增益设置工作电压,也可参考水声换能器的实际工作状态设置;d)读取电压取样信号UV和电流取样信号UI及电压取样系数CV、电流取样系数CI;e)按公式(2)、公式(3)处理校准数据,计算被校水声换能器等效电阻抗模|Z|、等效电导纳模|Y|;f)记录相关校准数据;g)其他频率点重复步骤b)f),直至校准完毕。水声换能器在不超过1V信号激励下的等效电阻抗模|Z|、等效电导纳模|Y|可以由阻抗分析仪直接测得。7.2.3 自由场灵敏度级自由场灵敏度级校准采用自由场比较法,应用脉冲声技术(见附录B)校准。在自由场远场条件下,布放辅助发射换能器、标准水听器和被校水声换能器。测量标准水听器的开路电压UF P和被校水声换能器的开路电压UF X,则被校水声换能器的自由场灵敏度级MX见公式(4):MX=M0+2 0l gUF XUF P+2 0l gdF XdF P(4)式中:MX 被校水声换能器的自由场灵敏度级,d B,基准值为1V/P a;6J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局M0 标准水听器的自由场灵敏度级,d B,基准值为1V/P a;UF X 被校水声换能器输出的开路电压,V;UF P 标准水听器输出的开路电压,V;dF X 辅助发射换能器和被校水声换能器参考声中心间的距离,m;dF P 辅助发射换能器和标准水听器参考声中心间的距离,m。校准步骤如下:a)将辅助发射换能器(图1发射换能器的位置)、被校水声换能器(图1接收换能器的位置)、标准水听器悬挂在校准水域的同一深度,被校水声换能器、标准水听器按图1布放在辅助发射换能器轴向远场处,被校水声换能器的指定校准方向、标准水听器的标记方向对准辅助发射换能器,测量并记录辅助发射换能器和被校水声换能器参考声中心间的距离dF X及辅助发射换能器和标准水听器参考声中心间的距离dF P,该距离应满足自由场远场条件;b)在校准频率范围内,调节功率放大器的输出增益,检查辅助发射换能器激励前后被校水声换能器UF X、标准水听器开路电压UF P,其输出信噪比应不小于2 0d B;c)采用脉冲调制正弦信号,设定信号发生器频率;d)根据校准频率设定滤波器的滤波频率带宽;e)将电子开关置于标准水听器信号输出通道,读取标准水听器的开路电压UF P;f)将电子开关切换至被校水声换能器信号输出通道,读取被校水声换能器的开路电压UF X;g)按照公式(4)计算被校水声换能器的自由场灵敏度级MX;h)记录相关校准数据;i)其他频率点重复步骤c)h),直至校准完毕。7.2.4 发送电压响应级、发送电流响应级发送电压响应级、发送电流响应级校准采用自由场比较法,应用脉冲声技术(见附录B)校准。在自由场远场条件下,布放被校水声换能器和标准水听器,测量被校水声换能器的激励电压U和激励电流I,测量标准水听器的开路电压UF P,则被校水声换能器发送电压响应级SV、发送电流响应级SI见公式(5)、公式(6):SV=2 0l gUF PdUd0-M0(5)SI=2 0l gUF PdId0-M0(6)式中:SV 被校水声换能器的发送电压响应级,d B,基准值为1P am/V;SI 被校水声换能器的发送电流响应级,d B,基准值为1P am/A;U 被校水声换能器激励电压,V;UF P 标准水听器输出的开路电压,V;M0 标准水听器的自由场灵敏度级,d B,基准值为1V/P a;7J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局I 被校水声换能器激励电流,A;d 被校水声换能器和标准水听器参考声中心间的距离,m。d0 表征距被校水声换能器参考声中心1m的距离,m。校准步骤如下:a)将被校水声换能器(图1发射换能器的位置)、标准水听器悬挂在校准水域的同一深度,标准水听器按图1布放在被校水声换能器轴向远场处,标准水听器的校准方向对准被校水声换能器,测量并记录被校水声换能器和标准水听器参考声中心间的距离d,该距离应满足自由场远场条件;b)在校准频率范围内,调节功率放大器的输出增益,检查被校水声换能器激励前后标准水听器的开路电压UF P,其输出信噪比应不小于2 0d B;c)采用脉冲调制正弦信号,设定信号发生器频率;d)根据校准频率设定滤波器的滤波频率带宽;e)读取激励电压U、激励电流值I;f)读取标准水听器的开路电压值UF P;g)按照公式(5)、公式(6)处理校准数据,计算被校水声换能器的发送电压响应级SV、发送电流响应级SI;h)记录相关校准数据;i)其他频率点重复步骤c)h),直至校准完毕。7.2.5 声源级声源级校准采用自由场比较法,应用脉冲声技术(见附录B)校准。在自由场远场条件下,布放被校水声换能器和标准水听器,观察被校水声换能器激励电压和激励电流的信号 波 形,测 量 标 准 水 听 器 的 开 路 电 压UF P,则 被 校 水 声 换 能 器 声 源 级LS P见公式(7):LS P=2 0l gUF Pdd0-M0(7)式中:LS P 被校水声换能器的声源级,d B,基准值为1P am;UF P 标准水听器输出的开路电压,V;d 被校水声换能器和标准水听器参考声中心间的距离,m;d0 表征距被校水声换能器参考声中心1m的距离,m;M0 标准水听器的自由场灵敏度级,d B,基准值为1V/m P a。校准步骤如下:a)将被校水声换能器(图1发射换能器的位置)、标准水听器悬挂在校准水域的同一深度,标准水听器按图1布放在被校水声换能器轴向远场处,标准水听器的校准方向对准被校水声换能器,测量并记录被校水声换能器和标准水听器参考声中心间的距离d,该距离应满足自由场远场条件;b)在校准频率范围内,调节功率放大器的输出增益,使被校水声换能器激励电8J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局压、激励电流和标准水听器输出信号临近产生畸变为止;c)采用脉冲调制正弦信号,设定信号发生器频率;d)根据校准频率设定滤波器的滤波频率带宽;e)读取标准水听器的开路电压UF P;f)按照公式(7)处理校准数据,计算被校水声换能器的声源级LS P;g)记录相关校准数据;h)其他频率点重复步骤c)g),直至校准完毕。7.2.6 指向性通过升降回转装置带动水声换能器旋转,同时测量水声换能器各方向上的电压输出,最后进行归一化处理,得到水声换能器的指向性图案。通过指向性图案可求得波束宽度及最大旁瓣级等参数。校准步骤如下:a)测量发射指向性时,将被校水声换能器(图1发射换能器的位置)、标准水听器悬挂在校准水域的同一深度,按图1布放,测量并记录两者参考声中心间的距离,该距离应满足自由场远场条件;测量接收指向性时,将辅助发射换能器(图1发射换能器的位置)、被校水声换能器(图1接收换能器的位置)悬挂在校准水域的同一深度,按图1布放,测量并记录两者参考声中心间的距离,该距离应满足自由场远场条件;b)将被校水声换能器安装在升降回转装置上,使其参考声中心位于旋转轴上;c)在校准频率范围内,测量发射指向性时,调节功率放大器的输出增益,检查被校水声换能器激励前后标准水听器的开路电压,其输出信噪比应不小于2 0d B;测量接收指向性时,调节功率放大器的输出增益,检查辅助发射换能器激励前后被校水声换能器的开路电压,其输出信噪比应不小于2 0d B;d)通过升降回转装置将被校水声换能器按照一定角度间隔转动;e)记录当前的回转角度值及其对应的开路电压值;f)重复步骤d)e),直至回转完成;g)根据开路电压值的最大值对测量数据进行归一化处理并绘制为极坐标图,极坐标图格式见附录A;h)处理测量数据,得到波束宽度、最大旁瓣级。8 校准结果表达8.1 校准数据处理所有的数据应先计算,后修约。出具校准结果的数据按如下方法修约:a)等效电阻抗模、等效电导纳模校准结果,一般保留4位有效数字;b)其他参数的校准结果,修约到1位小数。8.2 校准证书经校准的水声换能器应出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式参见附录A。9J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局8.3 校准结果的测量不确定度水声换能器校准结果的测量不确定度按J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示的要求评定,测量不确定度评定的示例见附录C。9 复校时间间隔水声换能器的复校时间间隔建议一般不超过2 4个月。由于复校时间间隔的长短取决于仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素,因此,送校单位可根据实际使用情况自定复校时间间隔。01J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局附录A校准证书的内容A.1 校准证书至少应包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)校准实验室的名称和地址;c)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);c)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;d)客户的名称和地址;e)被校对象的描述和明确标识;f)进行校准的日期;g)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;h)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;j)环境条件的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)对校准规范的偏离的说明;m)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经校准实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。11J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局A.2 推荐的水声换能器校准证书的内页格式校 准 结 果共页 第页一、等效电阻抗模、等效电导纳模被校水声换能器编号:f/k H zU/VI/A/()测量不确定度/()|Y|/S测量不确定度/%|Z|/测量不确定度/%二、自由场灵敏度级(基准值:1V/P a)被校水声换能器编号:被校水声换能器到辅助发射换能器之间的距离:标准水听器到辅助发射换能器之间的距离:f/k H zM/d B测量不确定度/d Bf/k H zM/d B测量不确定度/d B三、发送电压响应级(基准值:1P am/V)被校水声换能器编号:被校水声换能器到标准水听器之间的距离:f/k H zSV/d B测量不确定度/d Bf/k H zSV/d B测量不确定度/d B四、发送电流响应级(基准值:1P am/A)被校水声换能器编号:被校水声换能器到标准水听器之间的距离:f/k H zSI/d B测量不确定度/d Bf/k H zSI/d B测量不确定度/d B五、声源级(基准值:1P am)被校水声换能器编号:被校水声换能器到标准水听器之间的距离:f/k H zLs p/d B测量不确定度/d Bf/k H zLs p/d B测量不确定度/d B21J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局六、指向性:被校水声换能器编号:校准频率:波束宽度:最大旁瓣级:校准条件:环境温度:相对湿度:%媒质温度:校准依据:J J F1 8 6 12 0 2 01k H z 2 0 0k H z水声换能器校准规范测量不确定度:使用校准装置名称:31J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局附录B脉冲声校准技术B.1 以矩形水池为例,当换能器按图B.1所示放置在水池中时,为了避免来自边界的反射声影响,则脉冲宽度应同时满足下列条件:1cd2+H2-d()(B.1)1cd2+B2-d()(B.2)1cL-d()(B.3)式中:c 声波在水中传播的速度,m/s;d 两换能器之间的距离,m;H 水池的深度,m;B 水池的宽度,m;L 水池的长度,m。图B.1 矩形水池中直达声和各界面的一次反射途径示意图B.2 当换能器的最大尺寸大于或等于声波波长时,换能器之间的反射应引起注意,为了避免此反射对测试的影响,则脉冲宽度应满足下列条件:2l c(B.5)式中:l 沿声波传播方向上接收换能器的尺寸,m。B.4 当换能器共振时,欲使脉冲声测试达到稳态值的9 6%以上,即与连续信号测试相比,幅度实测值不小于理论值的0.4d B,则脉冲宽度应满足下列条件:Qf0(B.6)式中:Q 换能器的品质因数;f0 换能器的共振频率,H z。B.5 为了保证脉冲声信号在测试过程中不发生畸变,则脉冲宽度应满足下列条件:2f(B.7)式中:f 前置放大器、滤波器和换能器等的带宽,H z。B.6 为了使水池引起的混响不影响测试结果,在下一个直达声脉冲到达时,所有的反射声声压级应小于直达声的4 0d B,则脉冲的重复周期T应满足下列条件:T23T6 0(B.8)式中:T6 0 水池的混响时间,s。51J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局附录C测量不确定度评定示例C.1 引言自由场灵敏度级为水声换能器的计量性能之一,以下对其测量结果进行不确定度评定。C.2 测量模型MX=M0+2 0l gUF X-2 0l gUF P+2 0l gdF X-2 0l gdF P(C.1)C.3 灵敏系数由式(C.1)可求得自由场灵敏度级各计算分量的灵敏系数为:c(M0)=MXM0=1(C.2)c(UF X)=MXUF X=2 0UF Xl ge(C.3)c(UF P)=MXUF P=-2 0UF Pl ge(C.4)c(dF X)=MXdF X=2 0dF Xl ge(C.5)c(dF P)=MXdF P=-2 0dF Pl ge(C.6)C.4 测量不确定度的评定C.4.1 1k H z 1 0 0k H z频率范围内测量不确定度的评定C.4.1.1 测量重复性引入的不确定度分量测量重复性引入的不确定度分量按A类方法评定。在相同测量条件下,在1k H z 1 0 0k H z频率范围对水声换能器进行了6次独立重复测量,得到的测量数据如表C.1所示。表C.1 1k H z 1 0 0k H z自由场灵敏度级重复性测量数据和实验标准偏差f/k H zM1/d BM2/d BM3/d BM4/d BM5/d BM6/d BM/d Bsn/d B1.0-1 8 0.3-1 8 0.5-1 8 0.7-1 8 0.1-1 8 0.6-1 8 0.9-1 8 0.50.2 92.0-1 7 4.3-1 7 4.6-1 7 4.3-1 7 4.8-1 7 4.4-1 7 4.2-1 7 4.40.2 35.0-1 6 5.2-1 6 5.4-1 6 5.1-1 6 5.5-1 6 5.3-1 6 5.3-1 6 5.30.1 41 0.0-1 7 3.1-1 7 3.5-1 7 3.2-1 7 3.4-1 7 3.1-1 7 3.3-1 7 3.30.1 62 0.0-1 7 9.4-1 7 9.6-1 7 9.3-1 7 9.5-1 7 9.4-1 7 9.5-1 7 9.50.1 03 0.0-1 8 1.1-1 8 1.5-1 8 1.3-1 8 1.5-1 8 1.3-1 8 1.2-1 8 1.30.1 65 0.0-1 8 5.4-1 8 5.5-1 8 5.4-1 8 5.3-1 8 5.6-1 8 5.3-1 8 5.40.1 28 0.0-1 9 9.3-1 9 9.7-1 9 9.5-1 9 9.6-1 9 9.5-1 9 9.4-1 9 9.50.1 41 0 0.0-1 9 6.4-1 9 6.2-1 9 6.3-1 9 6.5-1 9 6.2-1 9 6.4-1 9 6.30.1 261J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局 测量结果的实验标准偏差最大值为sn=0.2 9d B。取单次测量的平均值作为校准结果,则由测量重复性引入的不确定度分量为:u1=sn=0.2 9d BC.4.1.2 标准水听器校准引入的不确定度分量在1k H z 1 0 0k H z频率范围内标准水听器校准结果偏差不超过0.7 0d B,以正态分布考虑,取k=2,则由标准水听器校准引入的不确定度分量为:u2=0.7 0d B/2=0.3 5d BC.4.1.3 被校水声换能器开路电压测量引入的不确定度分量是由数字示波器电压示值误差、换能器方向未对准、仪器输入阻抗不足、信噪比不足和电干扰引入的。a)数字示波器电压示值误差引入的不确定度分量数字示波器的示值误差不超过3%,由表C.2可得绝对误差为0.0 0 65V,以均匀分布考虑,取k=3,则数字示波器电压示值误差引入的不确定度分量为:u3=0.0 0 65V/3=0.0 0 37V表C.2 f=5 0k H z时自由场灵敏度级测量的原始数据序号UF X/mVUF P/mVdF X/mdF P/m12 4 0.11 1 1.44.9 8 01.9 4 121 4 4.16 6.84.9 8 11.9 4 032 1 6.11 0 0.34.9 8 01.9 4 041 9 2.18 9.14.9 8 01.9 4 152 6 4.11 2 2.54.9 8 01.9 4 062 3 7.71 1 0.34.9 8 11.9 4 0平均值2 1 5.71 0 0.14.9 8 01.9 4 0 b)换能器方向未对准引入的不确定度分量换能器方向未对准引入的误差不超过3%,由表C.2可得绝对误差为0.0 0 65V,以均匀分布考虑,取k=3,则换能器方向未对准引入的不确定度分量为:u4=0.0 0 65V/3=0.0 0 37V c)仪器输入阻抗不足引入的不确定度分量仪器输入 阻 抗 不 足 引 入 的 测 量 误 差 不 超 过2%,由 表C.2可 得 绝 对 误 差 为0.0 0 43V,以均匀分布考虑,取k=3,则仪器输入阻抗不足引入的不确定度分量为:u5=0.0 0 43V/3=0.0 0 25V d)信噪比不足引入的不确定度分量信噪比不足引入的测量误差不超过2%,由表C.2可得绝对误差为0.0 0 43V,以均匀分布考虑,取k=3,则信噪比不足引入的不确定度分量为:u6=0.0 0 43V/3=0.0 0 25V71J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局 e)电干扰引入的不确定度分量电干扰引入的测量误差不超过2%,由表C.2可得绝对误差为0.0 0 43mV,以均匀分布考虑,取k=3,则电干扰引入的不确定度分量为:u7=0.0 0 43V/3=0.0 0 25V 则被校水声换能器开路电压UF X测量引入的不确定度分量为:uUF X=u23+u24+u25+u26+u27=0.0 0 68V 同理,可获得标准水听器开路电压UF P测量引入的不确定度分量为:uUF P=0.0 0 32VC.4.1.4 距离测量引入的不确定度分量对距离测量的示值误差不超过1.0%,以dF X为例,由表C.2可知,距离测量的算术平均值为4.9 8 0m,则绝对误差为0.0 4 98m,以正态分布考虑,取k=1.9 6,则测量dF X时由距离测量的示值误差引入的不确定度分量为:udF X=0.0 4 98m/1.9 6=0.0 2 54m 同理,可获得测量dF P时由距离测量的示值误差引入的不确定度分量为:udF P=0.0 1 94m/1.9 6=0.0 0 99mC.4.2 合成标准不确定度测量不确定度汇总于表C.3。表C.3 测量不确定度汇总表序号标准不确定度来源符号数值1测量重复性u10.2 9d B2标准水听器校准u20.3 5d B3被校水声换能器开路电压测量uUF X0.0 0 68V4标准水听器开路电压测量uUF P0.0 0 32V5辐射换能器与被校换能器间距离测量udF X0.0 2 54m6辐射换能器与标准水听器间距离测量udF P0.0 0 99m 可得自由场灵敏度的合成标准不确定度为:uc=c(M0)u12+c(M0)u22+c(UF X)uUF X2+c(UF P)uUF P2+c(dF X)udF X2+c(dF P)udF P20.6 0d BC.4.3 扩展不确定度取包含因子k=2,则在1k H z 1 0 0k H z频率范围内,自由场灵敏度的扩展不确定度为:U=kuc=1.2 0d B,取U=1.5 0d B。81J J F1 8 6 12 0 2 0市场监管总局市场监管总局C.5 1 0 0k H z 2 0 0k H z频率范围水声换能器自由场灵敏度级测量不确定度的评定C.5.1 测量重复性引入的不确定度分量测量重复 性 引 入 的 不 确 定 度 分 量 按A类 方 法 评 定。在 相 同 测 量 条 件 下,在1 0 0k H z 2 0 0k H z频率范围对水声换能器进行了6次独立重复测量,得到的测量数据如表C.4所示。表C.4 1 0 0k H z 2 0 0k H z自由场灵敏度级重复性测量数据和实验标准偏差f/k H zM1/d BM2/d BM3/d BM4/d BM5/d BM6/d BM/d Bsn/d B1 0 0.0-1 9 5.3-1 9 5.7-1 9 5.4-1 9 5.6-1 9 5.5-1 9 5.4-1 9 5.50.1 51 2 0.0-1 9 8.7-1 9 8.4-1 9 8.5-1 9 8.4-1 9 8.7-1 9 8.6-1 9 8.60.1 41 4 0.0-2 0 0.3-2 0 0.5-2 0 0.8-2 0 0.5-2 0 0.4-2 0 0.6-2 0 0.50.1 71 6 0.0-2 0 4.7-2 0 4.9-2 0 4.5-2 0 4.8-2 0 4.7-2 0 4.2-2 0 4.60.2 51 8 0.0-2 0 9.5-2 0 9.2-2 0 9.8-2 0 9.6-2 0 9.7-2 0 9.2-2 0 9.50.2 52 0 0.0-2 1 3.1-2 1 3.9-2 1 3.3-2 1 3.4-2 1 3.8-2 1 3.5-2 1 3.50.3 0 测量结果的实验标准偏差最大值为sn=0.3 0d B。取单次测量的平均值作为校准结果,则由测量重复性引入的不确定度分量为:u1=sn=0.3 0d BC.5.2 标准水听器校准引入的不确定度分量在1 0 0k H z 2 0 0k H z频率范围内标准水听器校准结果偏差不超过0.9 0d B,以正态分布考虑,取k=2,则由标准水听器校准引