JJF 1496-2014声源识别定位系统(波束形成法)校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 9 62 0 1 4声源识别定位系统(波束形成法)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 rS o u n dS o u r c e I d e n t i f i c a t i o na n dL o c a l i z a t i o nS y s t e m s(B e a m f o r m i n gM e t h o d)2 0 1 4-1 1-1 7发布2 0 1 5-0 2-1 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布声源识别定位系统(波束形成法)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 rS o u n dS o u r c eI d e n t i f i c a t i o na n dL o c a l i z a t i o nS y s t e m s(B e a m f o r m i n gM e t h o d)J J F1 4 9 62 0 1 4 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 起 草 单 位:浙江省计量科学研究院浙江工业大学中国计量科学研究院上海声望声学工程有限公司 本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释J J F1 4 9 62 0 1 4本规范主要起草人:姚 磊(浙江省计量科学研究院)卢奂采(浙江工业大学)牛 锋(中国计量科学研究院)参加起草人:俞醒言(浙江省计量科学研究院)桑帅军(浙江省计量科学研究院)金江明(浙江工业大学)王 欢(上海声望声学工程有限公司)J J F1 4 9 62 0 1 4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 横向空间分辨力(1)3.2 主旁瓣抑制比(1)3.3 定位误差(1)4 概述(1)5 计量特性(1)5.1 横向空间分辨力(1)5.2 主旁瓣抑制比(2)5.3 定位误差(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(2)7.1 校准项目(2)7.2 校准方法(3)8 校准结果表达(5)8.1 校准记录(5)8.2 校准数据处理(5)8.3 校准证书(5)8.4 校准结果的测量不确定度(5)9 复校时间间隔(5)附录A 校准记录的内容(6)附录B 校准证书的内容(7)附录C 测量不确定度评定示例(9)J J F1 4 9 62 0 1 4引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则的规则和格式编制。声源识别定位系统(波束形成法)无相应的国家标准和国际标准,规范中的校准参数参考了国内外各大生产厂商对应的技术资料及其实验方法。本规范为首次发布。J J F1 4 9 62 0 1 4声源识别定位系统(波束形成法)校准规范1 范围本规范适用于空气声平面阵列声源识别定位系统(波束形成法)的校准。2 引用文件本规范引用下列文件: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G B3 1 0 2.5 电学和磁学的量和单位G B3 1 0 2.7 声学的量和单位G B/T6 8 8 22 0 0 8 声学 声压法测定噪声源声功率级 消声室和半消声室精密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 术语和计量单位J J F1 0 0 12 0 1 1和J J F1 0 3 42 0 0 5界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1 横向空间分辨力 t r a n s v e r s es p a t i a l r e s o l u t i o n在与声阵列轴向垂直方向上可分辨的两个声源的声中心之间的最小距离。3.2 主旁瓣抑制比 m a i n-t o-s i d e l o b e i n h i b i t i o nr a t i o在对单声源识别定位的成像区域内,主瓣与最大旁瓣的声压级之差。3.3 定位误差 l o c a l i z a t i o ne r r o r在与声阵列轴向垂直方向上,实际声源中心点与声成像区域内声压最大值处的距离偏差。4 概述声源识别定位系统(以下简称“声源定位系统”)基于传声器阵列测量技术,通过特定形状的传声器阵列,测量一定空间内声波信号到达各传声器的相位差异以及声波的幅值,经波束形成方法计算得到以图像的方式显示声场及声源在空间的分布。声源定位系统一般由传声器阵列、摄像头、阵列信号采集分析单元以及阵列信号分析软件等组成,主要应用于声源识别与定位。5 计量特性5.1 横向空间分辨力声源定位系统在距标准声源1m处,对于1k H z中心频率的横向空间分辨力一般1J J F1 4 9 62 0 1 4不大于6 0 0mm。5.2 主旁瓣抑制比声源定位系统在距标准声源1m处,在1k H z频点的主旁瓣抑制比一般不小于5.0d B。5.3 定位误差声源定位 系 统 在 距 标 准 声 源1 m处,在1k H z频 点 的 定 位 误 差 一 般 不 大 于1 0 0mm。注:以上技术要求不用于合格判定,仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件空气温度:(2 33);相对湿度:(3 09 0)%;静压:(9 41 0 3)k P a。6.2 测量标准及其他设备a)声频信号发生器在测量频率范围内,频率误差不超过0.2 5%,输出信号总失真应不大于0.1%,稳定性优于0.0 2d B。b)测量放大器在测量频率范围内,频率响应不超过0.2 0d B,总失真小于0.1%,稳定性优于0.0 2d B。注:a)、b)对应的设备可采用满足上述校准要求的其他等效测量仪器(如信号发生系统、信号采集分析系统等)。c)功率放大器在测量频率范围内,频率响应不超过0.2 0d B。d)工作标准传声器在1 0 0H z 2 0k H z频率范围内,传声器灵敏度级校准的测量扩展不确定度应优于0.2 0d B(k=2)。e)标准声源系统在测量频段内标准声源总失真不大于3%,稳定性在测量时间内优于0.1d B。f)消声室在测量频 率 范 围 内 自 由 声 场 范 围 不 小 于3 m,本 底 噪 声A计 权 声 级 不 高 于4 0.0d B。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目声源定位系统的校准项目见表1。2J J F1 4 9 62 0 1 4表1 声源定位系统校准项目一览表序号项目名称技术要求的条号校准方法的条号1横向空间分辨力5.17.2.12主旁瓣抑制比5.27.2.23定位误差5.37.2.37.2 校准方法7.2.1 横向空间分辨力图1 横向空间分辨力校准示意图a)如图1所示,声频信号发生器1与2的输出分别接功率放大器1与2的输入,功率放大器1与2的输出分别接到标准声源1与标准声源2。b)测量频点按1/3倍频程取点。对于测量频点fi处,在标准声源1正前方1m处布置工作标准传声器,设定声频信号发生器1输出正弦信号的频率为fi-f,调节输出电压幅值U1使工作标准传声器处的声压级Lp比背景噪声高2 0d B以上;同样在标准声源2正前方1m处布置工作标准传声器,设定声频信号发生器2输出正弦信号的频率为fi+f,调节输出电压幅值U2使工作标准传声器处的声压级也为Lp。注:为兼顾两声源信号非相干性以及横向空间分辨力准确度等因素,此处f取2H z。c)移除工作标准传声器,将声源定位系统传声器阵列的中心点正对标准声源1与标准声源2连线的中心点,阵列与声源的中心位置相距1m(若该产品的工作距离未包含1m,也可取该产品技术指标对应的其他距离值)。d)将标准声源1和标准声源2调整至距离最近,标准声源1和标准声源2同时发出声信号。调节声源定位系统图形显示的动态范围为3d B,逐渐增大两声源之间的横向距离(粗调时建议距离步进为对应声波波长的1/2 0,细调时距离步进建议优于1 0mm)。每个距离间隔处的测量持续时间对于中心频率等于或小于1 6 0H z的频带,测量时间至少为3 0s;中心频率等于或大于2 0 0H z的频带,测量时间至少为1 0s。e)增大两声源之间的横向距离直到成像图形上两声源成像的边界相切,此时读出成像图形上的标准声源1声压最大值处到其边界的距离r1以及标准声源2声压最大值处到其边界的距离r2(见图2),则fi频点下声源定位系统的横向空间分辨力R可用公式(1)计算得到。3J J F1 4 9 62 0 1 4图2 成像图形上的声压最大值处与其边界的距离示意图R=r1+r2(1)式中:R 横向空间分辨力,mm;r1 标准声源1在成像图形上(3d B显示范围)声压最大值处到其边界的距离,mm;r2 标准声源2在成像图形上(3d B显示范围)声压最大值处到其边界的距离,mm。7.2.2 主旁瓣抑制比图3 主旁瓣抑制比校准示意图a)如图3所示,在标准声源正前方1m处布置工作标准传声器,设定声频信号发生器输出正弦信号的频率为fi,调节输出电压幅值使标准传声器处声压级比背景噪声高4 0d B以上。b)移除工作标准传声器,将声源定位系统传声器阵列的中心点正对标准声源的中心点,两中心位置相距1m(若该产品的工作距离未包含1m,也可取该产品技术指标对应的其他距离值)。c)标准声源发出声信号,测量持续时间依照本规范7.2.1 d)进行。从0d B开始逐渐增大声源定位系统图形显示的动态范围(步进建议取0.5d B),直到成像图形上出现旁瓣,读出此时成像图形上的声源主瓣声压级最大值L1i与旁瓣声压级最大值L2i,用公式(2)计算fi频点下声源定位系统的主旁瓣抑制比Di。Di=L1i-L2i(2)式中:Di fi(H z)频点下声源定位系统的主旁瓣抑制比,d B;L1i 主瓣最大声压级,d B;4J J F1 4 9 62 0 1 4L2i 旁瓣最大声压级,d B。7.2.3 定位误差a)如图3所示,在标准声源正前方1m处布置工作标准传声器,设定声频信号发生器输出正弦信号的频率为fi,调节输出电压幅值使标准传声器处声压级比背景噪声高4 0d B以上。b)移除工作标准传声器,将声源定位系统传声器阵列的中心点正对标准声源的中心点,两中心位置相距1m(若该产品的工作距离未包含1m,也可取该产品技术指标对应的其他距离值)。读出成像图形上实际声源中心点的坐标位置(x1i,y1i)。c)标准声源发出声信号,测量持续时间依照本规范7.2.1d)进行。调节声源定位系统图形显示的动态范围为3d B,读出声成像图形上声压最大值处的坐标位置(x2i,y2i),用公式(3)计算fi频点下声源定位系统的定位误差Mi。Mi=(x2i-x1i)2+(y2i-y1i)2(3)式中:Mi fi频点下声源定位系统的定位误差,mm;(x1i,y1i)成像图形上实际声源中心点的坐标位置,mm;(x2i,y2i)声成像图形上声压最大值处的坐标位置,mm。8 校准结果表达8.1 校准记录推荐的校准记录的格式见附录A。8.2 校准数据处理所有的数据应先计算,后修约。横向空间分辨力、定位误差校准数据应修约至mm,主旁瓣抑制比校准数据应修约至十分之一分贝。8.3 校准证书声源定位系统经过校准,出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内页格式见附录B。8.4 校准结果的测量不确定度声源定位系统校准结果的测量不确定度按J J F1 0 5 9.12 0 1 2的要求评定,不确定度评定的实例见附录C。9 复校时间间隔声源定位系统的复校时间间隔一般为1年。复校时间间隔的长短取决于其使用情况,如环境条件、使用频率及测量对象等,因此,使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。5J J F1 4 9 62 0 1 4附录A校准记录的内容推荐的声源定位系统校准记录的格式见图A.1。声源识别定位系统标准记录共 页 第 页委托方:校准日期:年月日制造者:产品型号:出厂编号:1 横向空间分辨力(测量距离m)测试频率/H z横向空间分辨力/mm测量不确定度2 主旁瓣抑制比(测量距离m)测试频率/H z主旁瓣抑制比/d B测量不确定度3 定位误差(测量距离m)测试频率/H z定位误差/mm测量不确定度校准的技术依据:J J F1 4 9 62 0 1 4声源识别定位系统(波束形成法)校准规范校准所使用的标准装置的名称、溯源性及有效性的说明:图A.1 校准记录的格式6J J F1 4 9 62 0 1 4附录B校准证书的内容B.1 校准证书至少应包括以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(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,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校准对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代码;j)本次校准所用测量标准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、职务或等效标识;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,不得部分复制证书的声明。B.2 推荐的声源定位系统校准证书的内页格式见表B.1。7J J F1 4 9 62 0 1 4表B.1 校准证书的内页格式证书编号校 准 结 果1 横向空间分辨力(测量距离(1m)测试频率/H z横向空间分辨力/mm测量不确定度2 主旁瓣抑制比(测量距离1m)测试频率/H z主旁瓣抑制比/d B测量不确定度3 定位误差(测量距离1m)测试频率/H z定位误差/mm测量不确定度校准的环境条件:温度:相对湿度:%气压k P a第页 共页图B.1 校准证书内页的格式8J J F1 4 9 62 0 1 4附录C测量不确定度评定示例C.1 概述本示例以声源定位系统的主旁瓣抑制比参数为范例,进行测量不确定度的评定。将声源定位系统传声器阵列的中心点正对标准声源的中心点,两中心位置相距1m。标准声源发出声信号,从0d B开始逐渐增大声源定位系统图形显示的动态范围,直到成像图形上出现旁瓣,读出此时成像图形上的声源主瓣声压级最大值与旁瓣声压级最大值之差,即为fi时声源定位系统的主旁瓣抑制比。以1k H z频点为例进行不确定度的评定,其他频点的重复性及不确定度结果也列于本附录中。C.2 测量模型根据本规范的方法,主旁瓣抑制比D按式C.1计算:D=L1-L2(C.1)式中:D 主旁瓣抑制比,d B;L1 主瓣最大声压级,d B;L2 旁瓣最大声压级,d B。C.3 标准不确定度的A类评定校准主旁瓣抑制比参数时,用A类方法评定的不确定度主要来源于测量的重复性(标准偏差s)并用u1表示,在各测试中心频率上的测量数据见表C.1。表C.1 主旁瓣抑制比的测量重复性序号频率/H z主旁瓣抑制比D/d BT 1T 2T 3T 4T 5T 6平均值Dd B标准偏差d B10 0 06.46.66.66.56.86.76.6 00.1 4 112 5 07.17.17.37.07.17.07.1 00.1 1 016 0 06.46.76.66.46.56.66.5 30.1 2 120 0 07.46.87.17.17.06.77.0 20.2 4 825 0 04.54.54.64.64.74.54.5 70.0 8 231 5 04.74.64.74.94.94.94.7 80.1 3 340 0 04.24.44.63.93.84.64.2 50.3 4 550 0 05.85.75.55.96.05.15.6 70.3 2 763 0 05.75.75.75.55.45.25.5 30.2 0 79J J F1 4 9 62 0 1 4 由表C.1可知,在10 0 0H z频点由测量重复性引入的不确定度u1=0.1 4 1d B。C.4 标准不确定度的B类评定校准主旁瓣抑制比参数时用B类方法评定的不确定度主要来源于:信号发生器输出稳定性、信号分析仪稳定性以及标准声源输出稳定性。C.4.1 信号发生器输出稳定性引入的不确定度u2信号发生器输出信号级误差引入的标准不确定度分量,信号分析仪信号输出稳定性为0.0 2d B,按均匀分布估计,取k2=3,则信号发生器输出信号误差引入不确定度分量u2为:u2=0.0 2/3=0.0 1 2d BC.4.2 信号分析仪稳定性引入的不确定度u3信号分析仪引入的标准不确定度分量,其测量稳定性优于0.0 2d B,按均匀分布估计,取k3=3,则信号分析仪引入不确定度分量u3为:u3=0.0 2/3=0.0 1 2d BC.4.3 标准声源输出稳定性引入的不确定度u4标准声源引入的标准不确定度分量,标准声源的输出稳定性优于0.1d B,按均匀分布估计,取k4=3,则标准声源输出引入不确定度分量u4为:u4=0.1/3=0.0 5 8d BC.5 合成标准不确定度主旁瓣抑制比校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表C.2中。表C.2 主旁瓣抑制比测量不确定度的来源及数值序号来源符号数值/d B1重复性u10.1 4 12信号发生器输出稳定性u20.0 1 23信号分析仪稳定性u30.0 1 24标准声源输出稳定性u40.0 5 8 由于表C.2中各分量独立,互不相关,故合成标准不确定度为uc=u21+u22+u23+u24=0.1 5 4d BC.6 扩展不确定度取包含因子k=2,则声源定位系统在10 0 0H z主旁瓣抑制比的扩展不确定度为U=20.1 5 4d B=0.3 0 8d B 保留一位有效数值时,最后得出其扩展不确定度为:U=0.4d BC.7 其他频点扩展测量不确定度其他频率点的不确定度评定与10 0 0H z的评定类似,结果如表C.3所示。01J J F1 4 9 62 0 1 4表C.3 各频点主旁瓣抑制比的扩展测量不确定度频率/H z10 0 012 5 016 0 020 0 025 0 031 5 040 0 050 0 063 0 0U/d B0.40.30.30.60.30.30.80.70.511J J F1 4 9 62 0 1 4