1 kHz~200 kHz水聲換能器校準(zhǔn)規(guī)范

JJF1861—202011kHz~200kHz水聲換能器校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于1kHz~200kHz頻率范圍內(nèi)水聲換能器的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG449—2014倍頻程和分?jǐn)?shù)倍頻程濾波器JJF1001通用計(jì)量術(shù)語及定義JJF1034聲學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語及定義JJF1059.1—2012測(cè)量不確定度評(píng)定與表示GB/T3102.7聲學(xué)的量和單位GB/T3947—1996聲學(xué)名詞術(shù)語GB/T7965—2002聲學(xué)水聲換能器測(cè)量GB/T7967—2002聲學(xué)水聲發(fā)射器的大功率特性和測(cè)量凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計(jì)量單位JJF1001、JJF1034和GB/T3947—1996界定的及以下術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。本規(guī)范采用GB/T3102.7中規(guī)定的量和單位。3.1等效電阻抗模equivalentelectricimpedancemagnitude在某頻率下水聲換能器電端的瞬時(shí)電壓與引起的瞬時(shí)電流之復(fù)數(shù)比為等效電阻抗,其幅值為等效電阻抗模,符號(hào)為|Z|。注:單位為歐姆(Ω)。3.2等效電導(dǎo)納模equivalentelectricadmittancemagnitude為|Y|。注:單位為西門子(S)。3.3自由場(chǎng)靈敏度free-fieldsensitivity接收換能器輸出端的開路電壓,與在聲場(chǎng)中引入換能器前存在于換能器參考聲中心處的自由場(chǎng)聲壓的比值,符號(hào)為M。注:單位為伏每帕(V/Pa)。[JJF1034—2005,定義3.64]JJF1861—202023.4自由場(chǎng)靈敏度級(jí)free-fieldsensitivitylevel自由場(chǎng)靈敏度的量值與基準(zhǔn)值之比值的以10為底的對(duì)數(shù)乘以20,符號(hào)為M。注:單位為分貝(dB);基準(zhǔn)值為1V/μPa。3.5發(fā)送電壓響應(yīng)transmittingvoltageresponse水聲換能器在某頻率下、在指定方向上,離其參考聲中心1m處的表觀聲壓與加到輸入電端的信號(hào)電壓的比值,符號(hào)為SV。注:單位為帕米每伏(Pa·m/V)。[JJF1034—2005,定義3.67]3.6發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)transmittingvoltageresponselevel發(fā)送電壓響應(yīng)的量值與基準(zhǔn)值之比值的以10為底的對(duì)數(shù)乘以20,符號(hào)為SV。注:單位為分貝(dB);基準(zhǔn)值為1μPa·m/V。3.7發(fā)送電流響應(yīng)transmittingcurrentresponse水聲換能器在某頻率下、在指定方向上,離其參考聲中心1m處的表觀聲壓與輸入電端的電流的比值,符號(hào)為SI。注:單位為帕米每安(Pa·m/A)。[JJF1034—2005,定義3.68]3.8發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)transmittingcurrentresponselevel發(fā)送電流響應(yīng)的量值與基準(zhǔn)值之比值的以10為底的對(duì)數(shù)乘以20,符號(hào)為SI。注:單位為分貝(dB);基準(zhǔn)值為1μPa·m/A。3.9聲源級(jí)soundpressurelevelofasoundsource水聲換能器在某頻率下、在指定方向上,離其參考聲中心1m處的表觀聲壓級(jí),符號(hào)為L(zhǎng)sp。注:單位為分貝(dB);基準(zhǔn)值為1μPa·m。3.10指向性圖案directivitypattern頻率固定時(shí),在通過參考聲中心的指定平面內(nèi)用圖形描述的,水聲換能器靈敏度作為發(fā)射或入射聲波方向的函數(shù)。[JJF1034—2005,定義3.54]4概述水聲換能器是實(shí)現(xiàn)水中聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的器件。當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)稱為發(fā)射換能器,由電能轉(zhuǎn)換為聲能,以一定的轉(zhuǎn)換特性向水中發(fā)射聲波;當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)稱為接收換能器(或水聽器),由聲能轉(zhuǎn)換為電能,以一定的轉(zhuǎn)換特性接收水中聲信號(hào)。一般情況下,水聲換能器既能用于發(fā)射,也能用于接收。水聲換能器由有源元件、水密包覆層、支撐結(jié)構(gòu)和電纜等組成。JJF1861—202035計(jì)量特性5.1等效電阻抗模、等效電導(dǎo)納模水聲換能器等效電阻抗模一般在1Ω~100kΩ之間,等效電導(dǎo)納模一般在10μS~1S之間。5.2自由場(chǎng)靈敏度級(jí)水聲換能器自由場(chǎng)靈敏度級(jí)一般在-220dB~-160dB(基準(zhǔn)值為1V/μPa)之間。5.3發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)水聲換能器發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)一般大于100dB(基準(zhǔn)值為1μPa·m/V)。5.4發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)水聲換能器發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)一般大于100dB(基準(zhǔn)值為1μPa·m/A)。5.5聲源級(jí)水聲換能器聲源級(jí)一般在100dB~220dB(基準(zhǔn)值為1μPa·m)之間。5.6指向性用指向性圖案表征的,有指向性的水聲換能器波束寬度一般不小于2°,最大旁瓣級(jí)一般不大于-3dB;無指向性水聲換能器在360°范圍內(nèi)的響應(yīng)起伏不大于3dB。注:波束寬度是指從主軸的最大響應(yīng)下降3dB時(shí)左右兩個(gè)方向間的開角2θ-3dB,最大旁瓣級(jí)是指最大旁瓣(通常是第一旁瓣)比主軸響應(yīng)下降的分貝數(shù)。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件環(huán)境條件及其要求如下:a)環(huán)境溫度:5℃~35℃;b)相對(duì)濕度:不大于90%;c)媒質(zhì)溫度:5℃~30℃。6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1標(biāo)準(zhǔn)水聽器在頻率范圍1kHz~100kHz內(nèi),自由場(chǎng)靈敏度級(jí)測(cè)量不確定度不大于0.7dB(k=2);在頻率范圍100kHz~200kHz內(nèi),自由場(chǎng)靈敏度級(jí)測(cè)量不確定度不大于0.9dB(k=2)。6.2.2信號(hào)發(fā)生器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),電壓示值最大允許誤差應(yīng)不超過±1%,頻率示值最大允許誤差應(yīng)不超過±0.02%。6.2.3數(shù)字示波器通道數(shù)不少于4通道,在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)應(yīng)不超過±3%。JJF1861—202046.2.4電壓電流取樣器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),電壓電流取樣的最大允許誤差應(yīng)不超過±2%。6.2.5阻抗分析儀在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),阻值最大允許誤差應(yīng)不超過±2%。6.2.6測(cè)量放大器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),輸入阻抗應(yīng)不小于1MΩ,動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)不小于60dB,增益誤差不超過±0.3dB。6.2.7濾波器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),滿足JJG449—2014對(duì)Ⅰ級(jí)濾波器的要求。6.2.8電子開關(guān)在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),通道隔離度應(yīng)不小于80dB。6.2.9功率放大器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),最大輸出功率應(yīng)不小于100W,總失真應(yīng)不大于2%。6.2.10升降回轉(zhuǎn)裝置回轉(zhuǎn)角度范圍-180°~+180°,最小步進(jìn)不大于0.2°,回轉(zhuǎn)一周的最大誤差應(yīng)不超過0.5°。6.2.11輔助發(fā)射換能器在頻率范圍1kHz~200kHz內(nèi),發(fā)射換能器發(fā)射信號(hào)應(yīng)大于背景噪聲20dB,且性能穩(wěn)定。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目水聲換能器的校準(zhǔn)項(xiàng)目見表1。表1水聲換能器校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表編號(hào)項(xiàng)目名稱技術(shù)要求的章條號(hào)校準(zhǔn)方法的章條號(hào)1等效電阻抗模、等效電導(dǎo)納模5.17.2.22自由場(chǎng)靈敏度級(jí)5.27.2.33發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)5.37.2.44發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)5.47.2.45聲源級(jí)5.57.2.56指向性5.67.2.67.2校準(zhǔn)方法水聲換能器校準(zhǔn)裝置組成框圖見圖1。JJF1861—20205圖1水聲換能器校準(zhǔn)裝置組成框圖7.2.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備a)外觀檢查:發(fā)射換能器、接收換能器、標(biāo)準(zhǔn)水聽器的輻射面應(yīng)整潔光滑、無明顯機(jī)械損傷,在換能器或電纜上應(yīng)具有清晰的產(chǎn)品型號(hào)、序列號(hào)和制造商名稱,并給出明顯的參考聲中心位置與校準(zhǔn)方向的標(biāo)記等信息;帶前置放大器的接收換能器、標(biāo)準(zhǔn)水聽器應(yīng)有明顯的信號(hào)線、地線和供電線的標(biāo)記,并說明供電電壓值;b)確定發(fā)射換能器、接收換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器的參考聲中心位置;c)用無腐蝕作用的洗滌劑擦洗發(fā)射換能器、接收換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器的表面,將其在水中浸泡至少1h;d)按照?qǐng)D1所示連接各儀器設(shè)備、發(fā)射換能器、接收換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器;e)開啟所有校準(zhǔn)用儀器設(shè)備,并預(yù)熱15min以上。7.2.2等效電阻抗模、等效電導(dǎo)納模水聲換能器等效電阻抗Z為激勵(lì)電壓U與激勵(lì)電流I的復(fù)數(shù)比,即Z==exp(jφ)(1)用取樣電壓代替式中的U與I可得JJF1861—20206Z=··exp(jφ)=|Z|·exp(jφ)(2)式中:UV—水聲換能器激勵(lì)電壓的取樣電壓,V;UI—水聲換能器激勵(lì)電流的取樣電壓,V;CV—電壓取樣系數(shù);CI—電流取樣系數(shù);φ—激勵(lì)電壓U與激勵(lì)電流I(即UV與UI)之間的相位差,即等效電阻抗幅角,(°);|Z|———等效電阻抗模,Ω。同樣,水聲換能器等效電導(dǎo)納Y可由激勵(lì)電流I與激勵(lì)電壓U的復(fù)數(shù)比表示。對(duì)I與U取樣測(cè)量后可得Y=||··exp(-jφ)=|Y|·exp(-jφ)(3)式中:|Y|———等效電導(dǎo)納模,S。校準(zhǔn)步驟如下:a)將被校水聲換能器放入滿足自由場(chǎng)條件的聲場(chǎng)中;b)采用脈沖調(diào)制正弦信號(hào),設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率;c)通過調(diào)節(jié)功率放大器的輸出增益設(shè)置工作電壓,也可參考水聲換能器的實(shí)際工作狀態(tài)設(shè)置;d)讀取電壓取樣信號(hào)UV和電流取樣信號(hào)UI及電壓取樣系數(shù)CV、電流取樣系數(shù)CI;e)按公式(2)、公式(3)處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù),計(jì)算被校水聲換能器等效電阻抗模|Z|、等效電導(dǎo)納模|Y|;f)記錄相關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù);g)其他頻率點(diǎn)重復(fù)步驟b)~f),直至校準(zhǔn)完畢。水聲換能器在不超過1V信號(hào)激勵(lì)下的等效電阻抗模|Z|、等效電導(dǎo)納模|Y|可以由阻抗分析儀直接測(cè)得。7.2.3自由場(chǎng)靈敏度級(jí)自由場(chǎng)靈敏度級(jí)校準(zhǔn)采用自由場(chǎng)比較法,應(yīng)用脈沖聲技術(shù)(見附錄B)校準(zhǔn)。在自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下,布放輔助發(fā)射換能器、標(biāo)準(zhǔn)水聽器和被校水聲換能器。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP和被校水聲換能器的開路電壓UFX,則被校水聲換能器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí)MX見公式(4):MX==M0+20lg+20lg(4)式中:MX—被校水聲換能器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1V/μPa;JJF1861—20207M0—標(biāo)準(zhǔn)水聽器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1V/μPa;UFX—被校水聲換能器輸出的開路電壓,V;UFP—標(biāo)準(zhǔn)水聽器輸出的開路電壓,V;dFX—輔助發(fā)射換能器和被校水聲換能器參考聲中心間的距離,m;dFP—輔助發(fā)射換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離,m。校準(zhǔn)步驟如下:a)將輔助發(fā)射換能器(圖1發(fā)射換能器的位置)、被校水聲換能器(圖1接收換能器的位置)、標(biāo)準(zhǔn)水聽器懸掛在校準(zhǔn)水域的同一深度,被校水聲換能器、標(biāo)準(zhǔn)水聽器按圖1布放在輔助發(fā)射換能器軸向遠(yuǎn)場(chǎng)處,被校水聲換能器的指定校準(zhǔn)方向、標(biāo)準(zhǔn)水聽器的標(biāo)記方向?qū)?zhǔn)輔助發(fā)射換能器,測(cè)量并記錄輔助發(fā)射換能器和被校水聲換能器參考聲中心間的距離dFX及輔助發(fā)射換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離dFP,該距離應(yīng)滿足自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件;b)在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),調(diào)節(jié)功率放大器的輸出增益,檢查輔助發(fā)射換能器激勵(lì)前后被校水聲換能器UFX、標(biāo)準(zhǔn)水聽器開路電壓UFP,其輸出信噪比應(yīng)不小于20dB;c)采用脈沖調(diào)制正弦信號(hào),設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率;d)根據(jù)校準(zhǔn)頻率設(shè)定濾波器的濾波頻率帶寬;e)將電子開關(guān)置于標(biāo)準(zhǔn)水聽器信號(hào)輸出通道,讀取標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP;f)將電子開關(guān)切換至被校水聲換能器信號(hào)輸出通道,讀取被校水聲換能器的開路電壓UFX;g)按照公式(4)計(jì)算被校水聲換能器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí)MX;h)記錄相關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù);i)其他頻率點(diǎn)重復(fù)步驟c)~h),直至校準(zhǔn)完畢。7.2.4發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)、發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)、發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)校準(zhǔn)采用自由場(chǎng)比較法,應(yīng)用脈沖聲技術(shù)(見附錄B)校準(zhǔn)。在自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下,布放被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器,測(cè)量被校水聲換能器的激勵(lì)電壓U和激勵(lì)電流I,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP,則被校水聲換能器發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)SV、發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)SI見公式(5)、公式(6):SV=20lg-M0SI=20lg-M0式中:SV—被校水聲換能器的發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1μPa·SI—被校水聲換能器的發(fā)送電流響應(yīng)級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1μPa·U—被校水聲換能器激勵(lì)電壓,V;UFP—標(biāo)準(zhǔn)水聽器輸出的開路電壓,V;M0—標(biāo)準(zhǔn)水聽器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1V/μPa;(5)(6)m/V;m/A;JJF1861—20208I—被校水聲換能器激勵(lì)電流,A;d—被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離,m。d0—表征距被校水聲換能器參考聲中心1m的距離,m。校準(zhǔn)步驟如下:a)將被校水聲換能器(圖1發(fā)射換能器的位置)、標(biāo)準(zhǔn)水聽器懸掛在校準(zhǔn)水域的同一深度,標(biāo)準(zhǔn)水聽器按圖1布放在被校水聲換能器軸向遠(yuǎn)場(chǎng)處,標(biāo)準(zhǔn)水聽器的校準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)被校水聲換能器,測(cè)量并記錄被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離d,該距離應(yīng)滿足自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件;b)在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),調(diào)節(jié)功率放大器的輸出增益,檢查被校水聲換能器激勵(lì)前后標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP,其輸出信噪比應(yīng)不小于20dB;c)采用脈沖調(diào)制正弦信號(hào),設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率;d)根據(jù)校準(zhǔn)頻率設(shè)定濾波器的濾波頻率帶寬;e)讀取激勵(lì)電壓U、激勵(lì)電流值I;f)讀取標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓值UFP;g)按照公式(5)、公式(6)處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù),計(jì)算被校水聲換能器的發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)SV、發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)SI;h)記錄相關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù);i)其他頻率點(diǎn)重復(fù)步驟c)~h),直至校準(zhǔn)完畢。7.2.5聲源級(jí)聲源級(jí)校準(zhǔn)采用自由場(chǎng)比較法,應(yīng)用脈沖聲技術(shù)(見附錄B)校準(zhǔn)。在自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下,布放被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器,觀察被校水聲換能器激勵(lì)電壓和激勵(lì)電流的信號(hào)波形,測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP,則被校水聲換能器聲源級(jí)LSP見公式(7):LSP=20lg-M0(7)式中:LSP—被校水聲換能器的聲源級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1μPa·m;UFP—標(biāo)準(zhǔn)水聽器輸出的開路電壓,V;d—被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離,m;d0—表征距被校水聲換能器參考聲中心1m的距離,m;M0—標(biāo)準(zhǔn)水聽器的自由場(chǎng)靈敏度級(jí),dB,基準(zhǔn)值為1V/mPa。校準(zhǔn)步驟如下:a)將被校水聲換能器(圖1發(fā)射換能器的位置)、標(biāo)準(zhǔn)水聽器懸掛在校準(zhǔn)水域的同一深度,標(biāo)準(zhǔn)水聽器按圖1布放在被校水聲換能器軸向遠(yuǎn)場(chǎng)處,標(biāo)準(zhǔn)水聽器的校準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)被校水聲換能器,測(cè)量并記錄被校水聲換能器和標(biāo)準(zhǔn)水聽器參考聲中心間的距離d,該距離應(yīng)滿足自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件;9壓、激勵(lì)電流和標(biāo)準(zhǔn)水聽器輸出信號(hào)臨近產(chǎn)生畸變?yōu)橹?c)采用脈沖調(diào)制正弦信號(hào),設(shè)定信號(hào)發(fā)生器頻率;d)根據(jù)校準(zhǔn)頻率設(shè)定濾波器的濾波頻率帶寬;e)讀取標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓UFP;f)按照公式(7)處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù),計(jì)算被校水聲換能器的聲源級(jí)LSP;g)記錄相關(guān)校準(zhǔn)數(shù)據(jù);h)其他頻率點(diǎn)重復(fù)步驟c)~g),直至校準(zhǔn)完畢。7.2.6指向性通過升降回轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)水聲換能器旋轉(zhuǎn),同時(shí)測(cè)量水聲換能器各方向上的電壓輸出,最后進(jìn)行歸一化處理,得到水聲換能器的指向性圖案。通過指向性圖案可求得波束寬度及最大旁瓣級(jí)等參數(shù)。校準(zhǔn)步驟如下:a)測(cè)量發(fā)射指向性時(shí),將被校水聲換能器(圖1發(fā)射換能器的位置)、標(biāo)準(zhǔn)水聽器懸掛在校準(zhǔn)水域的同一深度,按圖1布放,測(cè)量并記錄兩者參考聲中心間的距離,該距離應(yīng)滿足自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件;測(cè)量接收指向性時(shí),將輔助發(fā)射換能器(圖1發(fā)射換能器的位置)、被校水聲換能器(圖1接收換能器的位置)懸掛在校準(zhǔn)水域的同一深度,按圖1布放,測(cè)量并記錄兩者參考聲中心間的距離,該距離應(yīng)滿足自由場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)條件;b)將被校水聲換能器安裝在升降回轉(zhuǎn)裝置上,使其參考聲中心位于旋轉(zhuǎn)軸上;c)在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),測(cè)量發(fā)射指向性時(shí),調(diào)節(jié)功率放大器的輸出增益,檢查被校水聲換能器激勵(lì)前后標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電壓,其輸出信噪比應(yīng)不小于20dB;測(cè)量接收指向性時(shí),調(diào)節(jié)功率放大器的輸出增益,檢查輔助發(fā)射換能器激勵(lì)前后被校水聲換能器的開路電壓,其輸出信噪比應(yīng)不小于20dB;d)通過升降回轉(zhuǎn)裝置將被校水聲換能器按照一定角度間隔轉(zhuǎn)動(dòng);e)記錄當(dāng)前的回轉(zhuǎn)角度值及其對(duì)應(yīng)的開路電壓值;f)重復(fù)步驟d)~e),直至回轉(zhuǎn)完成;g)根據(jù)開路電壓值的最大值對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理并繪制為極坐標(biāo)圖,極坐標(biāo)圖格式見附錄A;h)處理測(cè)量數(shù)據(jù),得到波束寬度、最大旁瓣級(jí)。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)8.1校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理所有的數(shù)據(jù)應(yīng)先計(jì)算,后修約。出具校準(zhǔn)結(jié)果的數(shù)據(jù)按如下方法修約:a)等效電阻抗模、等效電導(dǎo)納模校準(zhǔn)結(jié)果,一般保留4位有效數(shù)字;b)其他參數(shù)的校準(zhǔn)結(jié)果,修約到1位小數(shù)。8.2校準(zhǔn)證書經(jīng)校準(zhǔn)的水聲換能器應(yīng)出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書應(yīng)包括的信息及推薦的校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式參見附錄A。JJF1861—2020108.3校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度水聲換能器校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度按JJF1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的要求評(píng)定,測(cè)量不確定度評(píng)定的示例見附錄C。9復(fù)校時(shí)間間隔水聲換能器的復(fù)校時(shí)間間隔建議一般不超過24個(gè)月。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短取決于儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素,因此,送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自定復(fù)校時(shí)間間隔。JJF1861—202011附錄A校準(zhǔn)證書的內(nèi)容A.1校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包括以下信息:a)標(biāo)題,如“校準(zhǔn)證書”;b)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果不在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn));c)證書的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識(shí);d)客戶的名稱和地址;e)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);f)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期;g)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明;h)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱及代號(hào);i)本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;j)環(huán)境條件的描述;k)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說明;l)對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;m)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);n)校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;o)未經(jīng)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。12A.2推薦的水聲換能器校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式一、等效電阻抗模、等效電導(dǎo)納模被校水聲換能器編號(hào):f/kHzU/VI/Aφ/(°)測(cè)量不確定度/(°)|Y|/S測(cè)量不確定度/%|Z|/Ω測(cè)量不確定度/%二、自由場(chǎng)靈敏度級(jí)(基準(zhǔn)值:1V/μPa)被校水聲換能器編號(hào):被校水聲換能器到輔助發(fā)射換能器之間的距離:標(biāo)準(zhǔn)水聽器到輔助發(fā)射換能器之間的距離:f/kHzM/dB測(cè)量不確定度/dBf/kHzM/dB測(cè)量不確定度/dB三、發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)(基準(zhǔn)值:1μPa·m/V)被校水聲換能器編號(hào):被校水聲換能器到標(biāo)準(zhǔn)水聽器之間的距離:f/kHzSV/dB測(cè)量不確定度/dBf/kHzSV/dB測(cè)量不確定度/dB四、發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)(基準(zhǔn)值:1μPa·m/A)被校水聲換能器編號(hào):被校水聲換能器到標(biāo)準(zhǔn)水聽器之間的距離:f/kHzSI/dB測(cè)量不確定度/dBf/kHzSI/dB測(cè)量不確定度/dB五、聲源級(jí)(基準(zhǔn)值:1μPa·m)被校水聲換能器編號(hào):被校水聲換能器到標(biāo)準(zhǔn)水聽器之間的距離:f/kHzLsp/dB測(cè)量不確定度/dBf/kHzLsp/dB測(cè)量不確定度/dB13六、指向性:被校水聲換能器編號(hào):波束寬度:校準(zhǔn)頻率:最大旁瓣級(jí):校準(zhǔn)條件:環(huán)境溫度:℃相對(duì)濕度:%媒質(zhì)溫度:℃校準(zhǔn)依據(jù):JJF1861—2020《1kHz~200kHz水聲換能器校準(zhǔn)規(guī)范》測(cè)量不確定度:使用校準(zhǔn)裝置名稱:JJF1861—202014附錄B脈沖聲校準(zhǔn)技術(shù)B.1以矩形水池為例,當(dāng)換能器按圖B.1所示放置在水池中時(shí),為了避免來自邊界的反射聲影響,則脈沖寬度τ應(yīng)同時(shí)滿足下列條件:1c(B.1)(B.2)(B.3)τ<(d2+H21c(B.1)(B.2)(B.3)τ<1cτ<(d2+B2-1cτ<τ<(L-dτ<式中:c—聲波在水中傳播的速度,m/s;d—兩換能器之間的距離,m;H—水池的深度,m;B—水池的寬度,m;L—水池的長(zhǎng)度,m。圖B.1矩形水池中直達(dá)聲和各界面的一次反射途徑示意圖B.2當(dāng)換能器的最大尺寸大于或等于聲波波長(zhǎng)時(shí),換能器之間的反射應(yīng)引起注意,為了避免此反射對(duì)測(cè)試的影響,則脈沖寬度τ應(yīng)滿足下列條件:τ<(B.4)B.3為了使脈沖聲技術(shù)測(cè)試相當(dāng)于連續(xù)信號(hào)測(cè)試,要求脈沖聲波作用于接收換能器上的時(shí)間足夠長(zhǎng),以使換能器各部分之間完成相互作用,則脈沖寬度τ應(yīng)滿足下列條件:JJF1861—202015τ>(B.5)式中:l'沿聲波傳播方向上接收換能器的尺寸,m。B.4當(dāng)換能器共振時(shí),欲使脈沖聲測(cè)試達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的96%以上,即與連續(xù)信號(hào)測(cè)試相比,幅度實(shí)測(cè)值不小于理論值的0.4dB,則脈沖寬度τ應(yīng)滿足下列條件:Qτ>(B.6)f0式中:Q—換能器的品質(zhì)因數(shù);f0—換能器的共振頻率,Hz。B.5為了保證脈沖聲信號(hào)在測(cè)試過程中不發(fā)生畸變,則脈沖寬度τ應(yīng)滿足下列條件:τ>2(B.7)Δf式中:Δf—前置放大器、濾波器和換能器等的帶寬,Hz。B.6為了使水池引起的混響不影響測(cè)試結(jié)果,在下一個(gè)直達(dá)聲脈沖到達(dá)時(shí),所有的反射聲聲壓級(jí)應(yīng)小于直達(dá)聲的40dB,則脈沖的重復(fù)周期T應(yīng)滿足下列條件:T>T60(B.8)式中:T60—水池的混響時(shí)間,s。JJF1861—202016附錄C測(cè)量不確定度評(píng)定示例C.1引言自由場(chǎng)靈敏度級(jí)為水聲換能器的計(jì)量性能之一,以下對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。C.2測(cè)量模型MX=M0+20lgUFX-20lgUFP+20lgdFX-20lgdFPC.3靈敏系數(shù)由式(C.1)可求得自由場(chǎng)靈敏度級(jí)各計(jì)算分量的靈敏系數(shù)為:c(M0)==1c(UFX)==Xlgec(UFP)==-Plgec(dFX)==lgec(dFP)==-lgeC.4測(cè)量不確定度的評(píng)定C.4.11kHz~100kHz頻率范圍內(nèi)測(cè)量不確定度的評(píng)定C.4.1.1測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量(C.1)(C.2)(C.3)(C.4)(C.5)(C.6)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量按A類方法評(píng)定。在相同測(cè)量條件下,在1kHz~100kHz頻率范圍對(duì)水聲換能器進(jìn)行了6次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量,得到的測(cè)量數(shù)據(jù)如表C.1所示。表C.11kHz~100kHz自由場(chǎng)靈敏度級(jí)重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差f/kHzM1/dBM2/dBM3/dBM4/dBM5/dBM6/dB—M/dBsn/dB1.0-180.3-180.5-180.7-180.1-180.6-180.9-180.50.292.0-174.3-174.6-174.3-174.8-174.4-174.2-174.40.235.0-165.2-165.4-165.1-165.5-165.3-165.3-165.30.1410.0-173.1-173.5-173.2-173.4-173.1-173.3-173.30.1620.0-179.4-179.6-179.3-179.5-179.4-179.5-179.50.1030.0-181.1-181.5-181.3-181.5-181.3-181.2-181.30.1650.0-185.4-185.5-185.4-185.3-185.6-185.3-185.40.1280.0-199.3-199.7-199.5-199.6-199.5-199.4-199.50.14100.0-196.4-196.2-196.3-196.5-196.2-196.4-196.30.1217測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為sn=0.29dB。取單次測(cè)量的平均值作為校準(zhǔn)結(jié)果,則由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為:u1=sn=0.29dBC.4.1.2標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)引入的不確定度分量在1kHz~100kHz頻率范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)結(jié)果偏差不超過±0.70dB,以正態(tài)分布考慮,取k=2,則由標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)引入的不確定度分量為:u2=0.70dB/2=0.35dBC.4.1.3被校水聲換能器開路電壓測(cè)量引入的不確定度分量是由數(shù)字示波器電壓示值誤差、換能器方向未對(duì)準(zhǔn)、儀器輸入阻抗不足、信噪比不足和電干擾引入的。a)數(shù)字示波器電壓示值誤差引入的不確定度分量數(shù)字示波器的示值誤差不超過±3%,由表C.2可得絕對(duì)誤差為±0.0065V,以均勻分布考慮,取k=3,則數(shù)字示波器電壓示值誤差引入的不確定度分量為:u3=0.0065V/3=0.0037V表C.2f=50kHz時(shí)自由場(chǎng)靈敏度級(jí)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)序號(hào)UFX/mVUFP/mVdFX/mdFP/m1240.1111.44.9801.9412144.166.84.9811.9403216.1100.34.9801.9404192.189.14.9801.9415264.1122.54.9801.9406237.7110.34.9811.940平均值215.7100.14.9801.940b)換能器方向未對(duì)準(zhǔn)引入的不確定度分量換能器方向未對(duì)準(zhǔn)引入的誤差不超過±3%,由表C.2可得絕對(duì)誤差為±0.0065V,以均勻分布考慮,取k=3,則換能器方向未對(duì)準(zhǔn)引入的不確定度分量為:u4=0.0065V/3=0.0037Vc)儀器輸入阻抗不足引入的不確定度分量?jī)x器輸入阻抗不足引入的測(cè)量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對(duì)誤差為量為:±0.0043V,以均勻分布考慮,取k=3,則儀器輸入阻抗不足引入的不確定度量為:d)信噪比不足引入的不確定度分量u5=0.0043V/3=d)信噪比不足引入的不確定度分量信噪比不足引入的測(cè)量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對(duì)誤差為±0.0043V,以均勻分布考慮,取k=3,則信噪比不足引入的不確定度分量為:u6=0.0043V/3=0.0025VJJF1861—202018e)電干擾引入的不確定度分量電干擾引入的測(cè)量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對(duì)誤差為±0.0043mV,以則被校水聲換能器開路電壓UFX測(cè)量引入的不確定度分量為:均勻分布考慮,取k則被校水聲換能器開路電壓UFX測(cè)量引入的不確定度分量為:u7=0.0043V/3=0.0025VuUFX=u+u+u+u+u=0.0068V同理,可獲得標(biāo)準(zhǔn)水聽器開路電壓UFP測(cè)量引入的不確定度分量為:uUFP=0.0032VC.4.1.4距離測(cè)量引入的不確定度分量對(duì)距離測(cè)量的示值誤差不超過±1.0%,以dFX為例,由表C.2可知,距離測(cè)量的算術(shù)平均值為4.980m,則絕對(duì)誤差為±0.0498m,以正態(tài)分布考慮,取k=1.96,則測(cè)量dFX時(shí)由距離測(cè)量的示值誤差引入的不確定度分量為:同理,可獲得測(cè)量dFP時(shí)由距離測(cè)量的示值誤差引入的不確定度分量為同理,可獲得測(cè)量dFP時(shí)由距離測(cè)量的示值誤差引入的不確定度分量為:C.4.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度udFP=0.0194m/1.96=0.0099m測(cè)量不確定度匯總于表C.3。表C.3測(cè)量不確定度匯總表序號(hào)標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源符號(hào)數(shù)值1測(cè)量重復(fù)性u(píng)10.29dB2標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)u20.35dB3被校水聲換能器開路電壓測(cè)量uUFX0.0068V4標(biāo)準(zhǔn)水聽器開路電壓測(cè)量uUFP0.0032V5輻射換能器與被校換能器間距離測(cè)量udFX0.0254m6輻射換能器與標(biāo)準(zhǔn)水聽器間距離測(cè)量udFP0.0099m可得自由場(chǎng)靈敏度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uc=[c(M0)u1]2+[c(M0)u2]2+[c(UFX)uUFX]2+[c(UFP)uUFP]2+[c(dFX)udFX]2+[c(dFP)udFP]2≈0.60dBC.4.3擴(kuò)展不確定度取包含因子k=2,則在1kHz~100kHz頻率范圍內(nèi),自由場(chǎng)靈敏度的擴(kuò)展不確定度為:U=k·uc=1.20dB,取U=1.50dB。JJF1861—202019C.5100kHz~200kHz頻率范圍水聲換能器自由場(chǎng)靈敏度級(jí)測(cè)量不確定度的評(píng)定C.5.1測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量按A類方法評(píng)定。在相100kHz~200kHz頻率范圍對(duì)水聲換能器進(jìn)行了6次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量,得到的測(cè)量數(shù)據(jù)如表C.4所示。表C.4100kHz~200kHz自由場(chǎng)靈敏度級(jí)重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差f/kHzM1/dBM2/dBM3/dBM4/dBM5/dBM6/dB M/dB sn/dB100.0-195.3-195.7-195.4-195.6-195.5-195.4-195.50.15120.0-198.7-198.4-198.5-198.4-198.7-198.6-198.60.14140.0-200.3-200.5-200.8-200.5-200.4-200.6-200.50.17160.0-204.7-204.9-204.5-204.8-204.7-204.2-204.60.25180.0-209.5-209.2-209.8-209.6-209.7-209.2-209.50.25200.0-213.1-213.9-213.3-213.4-213.8-213.5-213.50.30測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為sn=0.30dB。取單次測(cè)量的平均值作為校準(zhǔn)結(jié)果,則由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為:u1=sn=0.30dBC.5.2標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)引入的不確定度分量在100kHz~200kHz頻率范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)結(jié)果偏差不超過±0.90dB,以正態(tài)分布考慮,取k=2,則由標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)引入的不確定度分量為:C.5.3被校水聲換能器開路電u量是由數(shù)字示波器電壓示值誤差、換能器方向未對(duì)準(zhǔn)、儀器輸入阻抗不足、信噪比不足和電干擾引入的。a)數(shù)字示波器電壓示值誤差引入的不確定度分量數(shù)字示波器的示值誤差不超過±3%,由表C.5可得絕對(duì)誤差為±0.0030V,以均勻分布考慮,取k=3,則數(shù)字示波器電