JJG185-1997500 Hz-- 1 MHz测量水听器.pdf

U V 场 中华人民共和国国家计量检定规程 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 5 0 0 H z - --- 1 MH z 测量水听器 Me a s u r i n g H y d r o p h o n e i n t h e F r e q u e n c y R a n g e 500 Hz t o 1 M Hz 1 9 9 7 一0 9 一0 1 发布 1 9 9 8 一0 3 一0 1 实施 国 家 技 术 监 督 局发布 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 5 0 0 H z -1 MH z 测量 水听器检定规程 尹 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 一 0. 飞 V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f J J G 1 8 5 -1 9 9 7 代替 J J G 1 8 5 -1 9 7 8 Me a s u r i n g H y d r o p h o n e i n t h e .o .o .o .o .o .o . o. o.o . o. o. o. o. a F r e q u e n c y R a n g e 5 0 0 H z t o 1 MH z 本检定规程经国家技术监督局于 1 9 9 7 年 0 9 月 0 1日 批准，并自1 9 9 8 年 0 3 月 0 1 日 起施行。 归口单位 全国声学计量技术委员会 起草单位 中国 科学院声学研究所 中国测试技术研究院 本规程技术条文由 起草单位负责解释 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 本规程主要起草人 朱厚卿 孙磊 中国科学院声学研究所 中国测试技术研究院 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 目录 一 技术要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 二 检定条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 三 检定项目 和检定方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 四 检定结果的 处理和检定周期 ， . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 附 录1 脉 冲 声 校准 技 术 。 ， ， 。 ⋯⋯ 8 附录2 灵敏度 响应级与灵敏 度 响应 换算表 ⋯⋯ 1 0 附录3 检定证书格式 背面 ⋯⋯ 1 1 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 5 0 0 H z -1 M H z 测A水听器检定规程 本规程适用于新制造、 使用中及修理后的频率范围 在 S o o H z 至1 M H z 的测量水听 器的自 由场电压灵敏度级的 检定， 也适用于在该频率范围内的测量用水声发射器的 发射 电流或发射电压响应级的校准。 一技术要求 1 5 0 0 H z -- - 1 0 0 k H z 测量水听器 1 . 1 自 由 场灵 敏 度 级 应不 低 于一 2 1 0 d B 0 d B 1 V / pPa 注 ①自 由场灵敏度指自由 场灵敏度频响应曲 线平坦部分的 平均值。 ②此处灵敏度均为电缆末端开路电压灵敏度。 1 . 2 频率响应 在整个使用频率范围内， 至少有 3 个十倍频程的范围，自由 场灵敏度 级的不均匀性应不超过士 2 d B . 1 . 3 水听器应有明显的校准方向标记，在该方向士 3 。 范围内， 灵敏度级或发送响应级 的 变化应不超过土 0 . 5 d B . 1 . 4 水听器不带前置放大器时 ，1 0 0 V试验电压下的绝缘电阻应不小于 1 0 0 MO . 2 1 0 0 k H z 一1 MH z 测量水听器 2 . 1 自 由 场 灵敏 度 级 应 不低 于一 2 7 0 d B 0 d B 1 V / 挤 P a 注见 1 . 1的注。 2 .2频 率 “向 应 在 整 个 使 用 频 率 范 围 .内 ， 至 少 有 2 告 倍 频 程 的 范 围 ， 自 由 场 灵 敏 度 级 的不均匀性不超过士 4 d B ， 且频率每改变 1 0 0 k H z 时灵敏度级变化应不超过士 1 d B . 2 . 3 水听器应有明显的校准方向 标记， 要求同1 . 3 的规定。 2 . 4 水听器不带前置放大器时， 1 0 0 V试验电压下的 绝缘电阻应不小于1 0 0 k n o 3 当 检定带前置放大器的 水听器时，在它的电缆端处应有明显的关于信号线、地线和 供电 线的标记， 并应说明 供电电压值。当供电电 压波动不超过士 1 0 时， 前置放大器增 益变化应不超过1 0 . 1 d B . 二检定条件 4 测量水听器的检定采用自由场比较法。检定装置如图 1 所示 5 自由场可以采用消声水池，开阔水域 如海洋、水库等或在有限水域 如非消声 水池中 采用正弦脉冲信号等方法获得。 在消声水池或开阔水域中 采用正弦连续信号检定时，需事先检验检定区 域的自由 场 特性与其理想自由 场的偏差， 其偏差应不超过1 0 . 5 d B 。当 使用脉冲正弦信号时， 应满 足附录 1的要求 。 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 图1 注当 使用正弦 脉冲信号时，只要 在图1 装置中于信号发生器与功率放大器之间插入脉冲调制 器 即可 。 6 发射换能器和水听器声中 心之间的距离 d应足够大， 使水听器处于发射换能器的远 场中并等效接收平面声波，即 应满足公式 1 中的 要求。 d a , a z / J ， “a l , da 2 1 式中d 发射换能器与水听器声中 心之间距离， m ; a l 发射换能器敏感元件的 最大尺寸， m; a 2 水听器敏感元件的最大尺寸， m ; 久 检定频率对应的水中 声波波长， m o 7 检定用仪器 对图1 检定装置中 各仪器的要求如下 7 . 1 信号发生器的频率稳定度应优于士0 . 2 / h ;数字频率计的准确度应优于 士 0. 2 ; 7 . 2 标 准电阻R为 精密小电阻， 也可以是电流变换器， 其电阻 值要求小于发送换能器 总阻 抗分量的1 ， 且不大于几个欧姆， 其准确度应优于土 1 ; 7 . 3 标准衰减器的准确度应优于土0 . 2 d B ; 7 . 4 放大器的输人阻抗应比水听器阻抗至少高 1 0 0 倍; 7 . 5 辅助声源应满足线性条件。非线性在检定所用电流范围内 或在与此电流相应 的电 压范围内1 0 0 k H z 频率以下应不超过 士 0 . 2 d B ; 1 0 0 k H z 频率以上应不超过 土0 . 5 d Ba 7 . 6 标准水听器灵敏度级的不确定度 当频率低于 1 0 0 k H z 时优于 0 . 7 d B ;当频率高 于 1 0 0 k H z 时优于 1 . 5 d B o 8 检定环境条件 温度 5 一3 5℃ 气压8 6 . 0 - - 1 0 6 . 0 k P a 相对湿度3 0 一9 0 z J J G 1 8 5 -1 9 9 7 水温 5一35℃ 三检定项目和检定方法 9 在本检定规程中， 采用与标准水听器或标准水声发射器比 较的 方法来检定测量水听 器和测量用水声发射器。 1 0 检定应按下列程序进行 1 0 . 1 检定前应将换能器表面 擦洗干净， 并在水中浸泡至少 1 h ， 使之表面湿润且不附 有气泡。然后将其安置于检定深度状态下至少3 0 m i n ， 使温度、 压力呈平 衡状态。 1 0 . 2 检定时所有换能器应以 适当方式悬挂于检定水域的同 一深度处。 两 个换能器的 检 定方向应相互对准 ， 其角度偏差应不超过指向标记的 士 3 0 ，每对换能器声中心间的距离 d应精确测量， 测量误差应不超过2 。 当换能器用坐 标支架固 定时， 应避免支架引起 的声反射和振动的干扰影响。 1 0 . 3 检定时换能器间 距离d在所检频段内应满足第6 条和附录1 中的相应要求和下 列要求 d2 L 2 / A , d2 L 2 式中L 换能器在垂直于声波振动传播方向 上的 最大尺寸， m ; 又 检定频率对应的水中声波波长， m o 1 0 . 4 检定装置应注意正确接地。 不要多点接地， 以免引人电干扰和 旁路电 阻， 如发 现 电干扰等问题应设法排除。 1 0 . 5 检定前将整个装置所用的电子仪器预热 2 0 mi n o 1 0 . 6 检定时信噪比应大于 2 0 d B . 1 1 自由 场灵敏度的 检定 检定测量水听器的自由场灵敏度的方法有 2 种 一是与标准水听器比较;一是与标 准水声发射器比较。 1 1 . 1 与标准水听器比 较检定 用此方法检定时，将发射器 F 、标准水听器 P 和待检定的测量水听器 X 按图2 所示排列， 分别测量换能器对 F -P , F -X 的水听器开路电压 U 与输 人发射器的电 流 I 的比值模 也称电转移阻抗I Z F P } 和} Z F X I ， 则待检定水听 器的 自由 场灵敏度 MX 为 M X 二 MP I Z F X I / I Z F P I d F X / d F P 3 式中 M P 标准 水听 器的自 由 场 灵 敏 度， V / P a ; d F x , d F r 发射器 F 和标准水听器 P 或待检定的 测量水听器 X 的 声中 心 间的距离，m0 若检定时， 使 d F X d F P , I F I P ， 则式 3 成为 3 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 图2 Mx MP U F x / UF P 4 式中U F X 待检定测量水听器的开路电压， V ; U F P 标准水听器的开路电压， V o 1 1 . 2 与标准水声发射器比较 按图3 所示排列， 测量由标准水声发射器 F 和待检定水听器 X 组成的换能 器对 F -X 的电转移阻抗模} Z F x I ， 则可得到待检定的测量水听器的自由场灵敏度 Mx Mx U F X d / I F S IF } Z F x} d / S IF 5 式中I Z F x } 二U F x / I P ; U F x -待检定水听器 X的开路电 压， V; S I F -标准水声发射器的 发送电流响应， P a “ m / A ; d 标准水声发射器与待检定水听器的 声中心间的 距离， m; I P 输人标准水声发射器的电流， A ; R一 一标准电阻，几。 1 2 发送电流响应 的检定 发射器 X 的 发送电 流响应S , x 的检定， 可按图4 所示排列， 测量发射器 X 和 标准水听器 P 组成的换能器对 X -P 的电转移阻抗{ Z X F I ， 则发射器 X 的发 送电 流响应 S I X 为 S I X二 U X F d / I x MP } Z x p} d / MP 6 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 式 中I Z P x } 二 U P x / I x d 待检定发射器和标准水听器的声中心间的距离， m ; M, 水听 器的自由 场灵敏度， V / P a ; U x p 标准水听器的开路电压， V ; I x 输人待检定的发射器电流， A ; R 标准电阻，几 。 图4 1 3 发送电 压响应的检定 检定发射器发送电 压响应S v x 时， 将待检定发射器 X 和标准水听器 P 按图5 排列 ，则 S v x U X P / U x d / Mp 7 式中U x 加到发射器 X 输人端的电压， V ; U x p 一一 标准水听器的开路电压， V; d 发射器和标准 水听器的声中心间的 距离， m ; Mp 标准水听器的自由 场灵敏度， V / P a o xn - 一丁一 门、夕 门 一 u., I。 一 」 - 一 一 布 一一 - --0 ‘卜 一曰‘习\ - I 一 _ I x e 图5 1 4 电 转移阻抗值的测量和测量水听器检定的计算公式 按第 1 1 , 1 2 , 1 3 条测量需检频率上的电转移阻抗值，当使用标准衰减器测量时， 测量使通过衰减器后的电压值与水听器的输出电压值指示相同时的衰减器的分贝值 a 所测值均以电缆末端为准 ， 则根据公式 4 , 5 , 6 , 7 可得被检测量水听器的 自 由场灵敏度级 Mx d B 和测量用发射器的发射电流响应级 S ,x d B ， 以及发射电 压响应级 S v x d B Mx Mp a 二一a FX 8 M 2 0 1 o g d R 一 a P X 一S IP 9 S I X2 0 1 o g d R 一a x p 一MP 1 0 5 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 S vx 2 0 l o g d一 I x p 一 mp 1 1 式中mp 标准水听器的自由 场灵敏度级， d B ; a F P 使 输 人到 辅助 声 源F 的 电 流斤在 串 联于 辅 助声 源 末端的 标 准电 阻R上 的电压降， 通过衰减器后与标准水听 器的输出电 压 U F P 的指示相同 时的 衰减器分贝值读数 a F P 2 0 1o g R一 2 0 1o g U F P / I F ; a F x 使输人到辅助声源F 的电流 I F 在串联于辅助声源末端的 标准电阻R上 的电压降， 通过衰减器后与被检水听器的输出电压 U 二的指示相同时的 衰减器分贝值读数 a F x 2 0 1o g R一 2 0 1o g U F x / I F ; d 标准水声发射器的有效声中 心至被检件某参考点间距离， m; R标准小电阻，0; a p x 使输人到标准水声发射器P上的电流 I p 在标准电阻R上的电压降， 通 过衰减器后与被检水听器的 输出电压 U F P 的指示相同时的衰减器分贝值 读数 a p X 2 0 1 o g R一2 0 1 o g U F P / I P ; S I P 标准水声发射器发送电流响应级; a X p 使输人到被检测量用标准水声发射器X上的电流 I x 在标准电阻 R上的 电压降， 通过衰减器后与标准水听器的 输出电压 U X P 的指示相同时的衰 减器分贝值读数 a x p 二2 0 1 o g R一 2 0 1 o g U xp / I x ; N X P 使输人到被检测量用水声发射换能器X上的电 压 U x ， 通过衰减器后与 标准水听器的 输出电 压 U X P 的 指示相同时的 衰减器分贝值读数 Q x p 2 0 1 o g U x p / U x 注电转移阻 抗亦可用如网络分析仪等类似的测量仪器直接测量， 也可用数字程控系统来测 量，要求测量电 压、电流比的量值的 准确度优于士 0 . 2 d B . 巧 检定次数一般不应少于6 次， 每次检定前应将被检件重新对准方向 及调节距离， 然 后进行检定， 最后取平均值作为检定结果。 若随机误差超过1 1 . 0 d B ， 则应对整个装置 进行检查， 排除产生较大误差的因素。 1 6 检定不确 定度 测量水听器检定的合成不确定度，当频率低于 1 0 0 k H z 时小于 1 . 5 d B ;高于 1 0 0 k H z 时小于2 . 5 d B . 6 J J G 1 8 5 - 1 9 9 7 四检定结果的处理和检定周期 按本规程要求检定合格的， 发给检定证书; 不合格的发给 检定结果通知书。 检定周期为 1 年。 ，汀9门 11刁1孟 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 附录 I 脉冲声校准技术 当在 非消声 水池或 其它有限水域中用脉冲正弦 信号检定时，为了达到相当于连续信 号校准的结果，对换能器的放置、脉冲宽度、脉冲重复周期以及测试设备的带宽等应同 时满足以下各项要求。 1 为使检定声场等效于自 由声场，即使由边界来的反射声与直达声分开， 则脉冲宽度 应满足 r 2l “ /c 1 . 2 式中l . 沿声波传播方向上水听器的尺寸， m ; 。 声波在水中 传播的速度， m/s. 3 脉冲宽度应足够大，使换能器达稳态条件，特别是当换能器共振时，欲使脉冲声测 试达到稳定值的以上，即与连续信号测试相比， 实测值不小于理论值的0 . 4 d B , 则脉冲宽度 二 应满足 r Qm / f , 1 . 3 式中 Q m 换能器的机械品质因 数; f o 换能器的 共振频率， H z . 4 为避免换能器之间的反射， 应有 r 2 / 3 T 6 0 1 . 5 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 式中T 60 水池的混响时间， s o 6 为保证脉冲信号在测试过程中不发生畸变，则测试设备 如放大器、滤波器、 换能 器等的带宽 △ 了 H z 应满足 匀 2 / z 1 . 6 式中r 脉冲宽度 ，5 。 7 .T G 1 8 5 -1 9 9 7 附录 2 灵敏度 响应级与灵敏度 响应换算表 下表为水听器的自由场灵敏度级与 自由场灵敏度，或发射器的发送电流 或电压 响 应级与发送电 流 或电压响应的换算表。表中的数值单位， 对于自由场灵敏度 M 为微伏每帕 u V / P a ， 对于发 送电 流响应 S ， 为帕米每安 P a “ m / A ， 对于 发送电压响 应 S , 为帕米每伏 P a “ m / V 。当灵敏度 或响应 级每增加2 0 d B ， 其相应的灵敏度 或 响 应 则 增 加1 0 倍。 例如自 由 场 灵敏度 级M - 2 1 1 . 3 d B ， 则M 2 7 . 2 tt V / P a ; 若M一 1 9 1 . 3 d B 增加 2 0 d B ， 则 M 2 7 2 r V / P a 增加 1 0 倍 。同样，发送 电 流响应级S , 二 1 4 8 . 7 d B ， 则 S , 2 7 . 2 P a - m / A ; 若 S , 1 6 8 . 7 d B 增加2 0 d B ， 则 S , 2 7 2 P a “ m / A 增加 1 0 倍 。 M / d B0. 00. 10 . 20 . 30 . 40. 5 0. 6 0. 7 0. 80. 91 . 0 一 2 0 01 0 0. 09 8. 99 7. 79 6. 69 5 . 59 4 . 49 3. 39 2. 39 1 . 29 0. 28 9. 1 1 5 9 一 2 0 18 9. 18 8. 18 7. 18 6. 18 5 . 18 4 . 18 3. 28 2. 28 1 . 38 0. 47 9. 4 1 5 8 一2 0 27 9 . 47 8. 57 7. 67 6. 77 5 . 97 5 . 07 4 . 17 3 . 37 2 . 47 1. 67 0. 8 1 5 7 一2 0 37 0 . 87 0 . 06 9. 26 8. 46 7. 66 6 . 86 6 . 16 5 . 36 4 . 66 3. 86 3. 11 5 6 一 2 0 46 3 . 16 2 . 46 1. 76 1 . 06 0. 35 9 . 65 8 . 95 8 . 25 7 . 65 6. 95 6. 2 1 5 5 一 2 0 55 6 . 25 5 . 65 5. 05 4. 35 3 . 75 3 . 15 2 . 55 1 . 95 1 . 35 0. 75 0. 11 5 4 一 2 0 65 0. 14 9 . 64 9. 04 8. 44 7. 94 7. 34 6. 84 6 . 24 5 . 74 5 . 24 4 . 71 5 3 一2 0 74 4. 74 4 . 24 3. 74 3. 24 2. 74 2. 24 1 . 74 1 . 24 0. 74 0 . 33 9 . 81 5 2 一2 0 83 9. 83 9 . 43 8. 93 8. 53 8. 03 7. 63 7. 23 6 . 73 6 . 33 5 . 93 5 . 51 5 1 一2 0 9 3 5. 5 3 5 . 13 4. 73 4. 33 3. 93 3. 53 3. 13 2. 73 2 . 43 2. 03 1 . 61 5 0 一2 1 03 1 . 63 1 . 1 3 0. 93 0 . 63 0. 2 2 9. 9 2 9. 52 9. 22 8. 82 8. 52 8 . 21 4 9 一2 1 12 8. 22 7. 92 7. 6 2 7 . 22 6. 9 2 6. 6 2 6. 32 6. 02 5. 72 5. 42 5 . 11 4 8 一 2 1 22 5. 12 4. 82 4. 52 4 . 32 4. 02 3. 72 3. 42 3. 22 2. 92 2. 62 2. 41 4 7 一 2 1 32 2. 42 2. 12 1 . 92 1 . 62 1 . 42 1. 12 0. 92 0. 72 0. 42 0. 22 0. 0 1 4 6 一 2 1 42 0 . 01 9. 71 9. 51 9 . 31 9 . 11 8 . 81 8 . 61 8 . 4 1 8. 21 8. 01 7. 81 4 5 一 2 1 51 7 . 81 7. 61 7. 41 7. 21 7 . 01 6 . 81 6 . 61 6 . 41 6. 21 6. 01 5. 91 4 4 一 2 1 61 5 . 91 5. 71 5. 51 5. 31 5 . 11 4 . 91 4 . 81 4 . 61 4. 51 4. 31 4. 11 4 3 一 2 1 71 4 . 11 4. 01 3. 81 3. 71 3. 51 3 . 31 3 . 21 3 . 01 2. 91 2. 71 2. 61 4 2 一2 1 81 2. 61 2. 51 2. 31 2. 21 2. 01 1 . 91 1 . 71 1 . 61 1 . 51 1 . 41 1 . 21 4 1 一2 1 91 1 . 21 1 . 11 1. 0 1 0. 8 1 0. 71 0. 6 1 0. 51 0. 41 0. 21 0 . 11 0 . 01 4 0 1 . 00. 90. 80. 70. 60. 50. 40 . 30 . 20 . 10 . 0S/d B 注 灵敏度 或响应 “ 级” 的基准值分别 M, 1 V乍 P a ; S ,, 1 p P a - m / A ; S v r 1 t P a - m / V 1 0 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 附录 3 检定证书格式 背面 _m电 缆 末 端 处的 水 听 器自 由 场 灵 敏 度 级M 0 d B 1 V / p P a ， 发 送 电 流响 应级 0 d B 1 p P a “ m / A ， 发 送电 压 响 应 级 0 d B 1 p P a “ m / V 的 频 率 响 应 频率 f / k H z 自由场灵敏度级 M / d B 发送电流响应级 S , / d B 发送电压响应级 S v / d B 检定条件 水温 _ 室温_ 水深_ 气压_ 相对湿度 备注 ℃ ; ℃ ; n 刁 ; kP a