1、中华人民共和国国家标准GB/T 4128-1995 声学标准水听器代替GB4128-84 Acoustics-Standard hydrophone 本标准参照采用IEC500，1974标准水听器及IEC866，1987工作于O.515 MHz频率范围内水听器的特性和校准方法儿1 主题内容与适用范围本标准规定了用作110MHz频率范围内计量器具的压电型标准水听器的主要性能参数和其他技术要求。本标准适用于对生产厂制造的水声、超声计量器具的标准水听器的质量评价。2 51用标准GB 3223 水声换能器自由场校准方法GB 3947 声学名词术语GB 4130 水听器低频校准方法GB/T 15611
2、高频水昕器的校准方法3 术语本标准中所用的声学术语均按GB3947的规定。4 分类4.1 按使用目的和校准不确定度分成二级。4.1.1 标准水昕器(也称一级标准水昕器)，用作汁量标准器具或作精确的声学测量，此类水昕器应使用GB3223、GB4130及GB/T15611规定的绝对校准方法进行校准。4.1.2 测量水听器(也称二级标准水昕器)，用作工作计量器具.此类水昕器应使用GB3223、GB4130 规定的比较校准方法进行校准。4.2 按使用频率范围分成二段4.2.1 c低频水昕器使用频率范围为1Hz100 kHzo 注E低频水昕器在不致混淆时可简称水听器。4.2.2高频水昕器使用频率范围为O
3、.110 MHz. 5 主要性能参数本标准规定的主要性能参数的技术指标，应在水温530-C，水深010m的环境条件下测量。并应给出实际测量的环境条件。5.1 C低频水听器5 1- 1 C低频标准水昕器国京技术监督局1995-07-03批准1996-02-01实施GB/T 4128-1995 5.1.1.1 灵敏度级声压灵敏度或低频自由场灵敏度应不低于一205dB(O dB1 V /IPal。注2低频自由场灵敏度是指自由场灵敏度频响曲线平坦部分的平均值.此处灵敏度均为开路电压灵敏度。5.1. 1. 2 自由场灵敏度频率响应在整个使用频率范围内，至少有三个十倍程的范围，自由场灵敏度的不均匀性应小于
4、士1.5 dB。5.1.1.3 指向性a 水平指向性.在最高使用频率下的3 dB波束宽度应大于300，在选定方向或主轴的士5.范围内，灵敏度变化应小于士0.2dB. b. 垂直指向性g在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于150，在选定方向(或主轴)的士2。范围内，灵敏度变化应小于土0.2dB. 5.1. 1.4 动态范围在60dB的动态范围内，水昕器的输出电压应与自由场声压成线性关系，其偏差应小于土0.5dB. 5.1. 1.5 稳定性8. 温度稳定性=在0-40(;的工作温度范围内，灵敏度与23.C时的灵敏度的偏差应不大于0.04dB/C b. 静压稳定性z在0-100m水深内，灵敏度的
5、变化应不大于0.3dB/MPa. c 时间稳定性=在校准周期一年的时间内，灵敏度的变化应不大于士0.7dB。5.1.2 C低频测量水昕器5.1.2.1 灵敏度级声压灵敏度或低频自由场灵敏度应不低于210 dB(O dB企1V /IPa)。注z见5.1. 1. 1的注、.5.1.2.2 自由场灵敏度频率响应在整个使用频率范围内，至少有三个十倍程的频率范围，自由场灵敏度的不均匀性应小于士2dB。5.1.2.3 指向性8. 水平指向性z在使用的频率范围内应是全向的，其指向性图与理想的全向指向性图的偏差应小于土2dB。b. 垂直指向性z在最高使用频率下的-3dB波束宽度应大于30。5.1.2.4 动态
6、范围在60dB的动态范围内，水听器的输出电压应与自由场声压成线性关系，其偏差应小于士1dB. 5.1.2.5 稳定性8. 温度稳定性z在0-40.C的工作温度范围内。灵敏度变化应不大于0.05dB/，C。b. 静压稳定性s在0-100m的水深内，灵敏度的变化应不大于0.4dB/MPa. c. 时间稳定性z在校准周期一年的时间内，灵敏度的变化应不大于土1.5 dB. 5.2 高频水昕器5.2.1 高频标准水听器5.2.1.1 灵敏度级灵敏度应不低于-265dB(O dB1 V /IPa)。注=该灵敏度为自由场灵敏度频响曲线平坦部分的开路电压灵敏度的平均值b5. 2. 1. 2 自由场灵敏度频率响
7、应1 在整个使用频率范围内.应至少有2一倍频程的范围，自由场灵敏度的不均匀性小于土2dB，且频2 率每改变100kHz时灵敏度的变化应小于:tO.5dB. 5.2.1.3 指向性GB/T 4128一1995a. 有效立体角z在最高使用频率下.-6dB的波束宽度应大于w。b. 波束对称性:在有效立体角内，被束的不对称性应小于士3dBo 轴偏差g最大灵敏度方向与几何对称轴方向间的偏差应小于30。5.2.1.4 动态范围在40dB的动态范围内，水昕器的输出电压应与自由场声压成线性关系，其偏差应小于土1dB.在信噪比大于6dB的条件下，能测量的最小声压级应不低于190dB(O dB尘1Pa)囚5.2.
8、1.5 稳定性a. 温度稳定性z在1630C的范围内，灵敏度与230时的灵敏度的偏差应不大于土1dB.在3040C的范围内，灵敏度与230时的灵敏度的偏差应不大于士2dBo b. 时间稳定性=在校准周期一年的时间内，灵敏度的变化应不大于土2dBo 5.2.2 高频测量水昕器5.2.2.1 灵敏度级灵敏度应不低于-270dB(O dB企1V/Pa)。注2见5.Z. 1. 1条的注。5.2.2.2 自由场灵敏度频率响应在整个使用频率范围内，至少有2土倍频程的范围，自由场灵敏度的不均匀性小于土4dB.且频率2 每改变100kHz时灵敏度的变化应小于土1dB。5.2.2.3 指向性同5.2.1.3条的
9、规定。5.2.2.4 动态范围同5.2. . 4条的规定。5.2.2.5 稳定性a. 温度稳定性，在1630C的范围内，灵敏度与23C时的灵敏度的偏差应不大于士1.5 dB.在3040C的范围内，灵敏度与23C时的灵敏度的偏差应不大于士3dBo b. 时间稳定性z在校准周期一年的时间内，灵敏度的变化应不大于士3dB。6 其他技术要求6.1 机械性能要求6.1.1 水昕器暴露于水中的所有金属和非金属部件均应采用耐腐蚀的材料制作。6.1.2 水昕器的参考声中心位置与参考方向应有明显标志。6.1.3 水昕器与水接触的表面应是光滑的、非多孔性的和能被水浸润的。6.2 电学性能要求6.2.1 对不带前置
10、放大器的低频水听器，在电缆端测得的绝缘电阻应大于100MO(测试电压不小于100V)。对高频水昕器，绝缘电!也应大于100kO. 6.2.2 高阻扰的敏感元件应有静电屏蔽。静电屏蔽和水听器暴露于水中的金属外壳应与电缆的屏蔽连接。6.2.3 C低频水听器的连接屏蔽电缆应不少于10m. 6.2.4 当敏感元件的电容量小于连接电缆的电容量时，可加接前置放大器。水昕器与前置放大器之间连接电缆的长度由生产厂给定团GB!T 4128-1995 附录A制造厂提供的数据资料(参考件)A1 不带前置放大器的水听器a. 灵敏度级JdB(OdB尘1V /IPa) , b. 频率范围和均匀频响范围以及频响曲线Hz;
11、c. 电缆末端处的电容量pF; d. 电缆末端处的绝缘电阻(直流)0 , e. 给出至少四个典型频率其中包括最高使用频率)上的水平与垂直指向性图sf. 在水听器的外壳上应有参考声中心位置和测量方向的明显标志，g. 敏感元件材料的品名和型号;b. 敏感元件的位置及元件的尺寸;i 示出电缆接线图，j. 与液体相接触的外露金属材料的品名和型号sk. 与液体相接触的外套或包敷材料的品名和型号gi 电缆长度m , m. 不计及电缆的尺寸mm; R. 汁及电缆时的重量峙，o. 工作温度范围C , p. 温度稳定性dB或dB/C，q. 最大工作深度m; r 静压稳定性dB; s. 储存条件gt 时间稳定性d
12、B。A2 带前置放大器的水听器A2.1 水昕器系统8. 灵敏度级JdB(O dB企1V/Pa) , b. 频率范围和均匀频响范围以及频响曲线Hz , c. 等效噪声压谱级的频率特性曲线dB(O dB主1Pa/./Hz), d. 过载声压级dB(O dB全lPa)，e 水昕器头的电容量pF, f 给出至少四个典型频率(其中包括最高使用频率上的水平和垂直指向性图$g. 在水听器的外壳上应有参考中心位置和测量方向的明显标志，b. 敏感元件材料的品名和型号;i. 敏感元件的位置及元件的尺寸gL 示出电缆接线图，k. 与液体相接触的外露金属材料的品名和型号$I. 与液体相接触的外套或包敷材料的品名和型号
13、，ID. 电缆长度m; G8/T 4128-1995 . 不计及电缆的尺寸mm; O. 计及电缆时的重量地，p. 工作温度范围C , q. 温度稳定性dB或dB/C，r. 最大工作深度m, S. 静压稳定性dB, 储存条件;U. 时间稳定性dB。A2.2 前置放大器8. 频率响应，b. 增益dB, 输入电容pF, d. 输入电阻MO, e. 最大输入电压mV, f. 自噪声(宽带、输入端短路)V， g. 输出电容F， h. 输出电阻。， 供电电源电压V , j. 消耗电流mA。附录E水听器等效噪声E谱级的测量(参考件)81 原理水听器的等效噪声压是平行于水听器的主轴传播的平面正弦式行波，使水听
14、器产生的开路电压等于带宽1Hz的噪声电压时所具有的声压。用公式表示为zP. = U./M) ( Bl ) 式中s户，一一水昕器的等效噪声压，带宽1Hz.Pa, U. 水昕器端的带宽1Hz的开路噪声电压.V，M一一水昕器的自由场灵敏度.V/Pa。在实际测量中，测量水听器端的开路噪声电压所用滤波器的带宽M通常大于1Hz.即实测的是带宽M中的有效电压U.因而由公式。1)得到的也是带宽M中的有效噪声压。由于水听器或水昕器系统的自噪声主要是热噪声，在带宽M范围内可以认为是频谱均匀的、连续的白噪声，故水昕器的等效噪声压可表示为2队=P; .;互7= U/(M,jf .;互7).0.0.( B2 ) 式中s
15、扣水听器的等效噪声压.Pa/.fFjZ, P，一一带宽M中的有效啸声压，Pa;M-滤波器的有效带宽，Hz;GB/T 4128-1995 U 带宽M中的有效噪声压，V，Mff一一带宽t:.j中有效自由场灵敏度，V/Pa。若自由场灵敏度M在带宽t:.j内不随频率变化或呈线性变化，则有效自由场灵敏度可用其中心频率的值来代替，若其变化呈非线性或不规则，贝tl应由下式求得sI 1 rfo 去Meu=lEJY叫UUO ou . . . ( B3 ) 式中=带宽.f=f，一元，1/.，/1为测量频带的上、下限频率。水昕器的等效噪声压着用声压级表示，则称为水昕器的等效噪声压谱级，为:L ,. =201g(pJ
16、p.,) = 201g(pd .fAf)/(户口/J t:.j, )J =Lpf一101g.f式中:L，一一水听器等效噪声压谱级，dB(OdB尘lPa/.jHz), 户f一一带宽t:.j中的有效噪声压，Pa;p, 基准声压，等于1Pa;t:.j-滤波器的有效带宽，Hz，t:.j，。一基准带宽，等于1Hz , L 带宽t:.j中的有效噪声压级，dB(OdB尘1Pa)。由式(B2)，则上式可写成zL, = Lu - M.fI - 101g.f 式中:Lu=201gU ,dB(O dB主1V) , Mdf 有效自由场灵敏度级，dB(OdB主1V/pPa)。B2 测量方法水听器等效噪声压的测量装置如图
17、Bl所示.待测水昕器应肯于真空中，并与基础隔振，以避免环榄噪声、外界振动等对测量的影响。图Bl水听器等放喋声if五测结装监后意回( B4 ) ( B5 ) GB!T 4128-1995 前置放大器应是低嘿声的，测量中此噪声应至少比被测水听器的自噪声小10dBo其输入阻抗应比水昕器的输出电阻抗大100倍，否则应对测量结果进行修正。前置放大器的增益K一般应不小于4080 dB.并应精确测定。频谱分析仪的输入阻抗应比前置放大器输出阻抗大100倍，其测量带宽最好是可变的，测量中应根据具体情况选择带宽.J.以使能正确反映出水昕器等效噪声压谱级的频率特性。附加说明:本标准由全国声学标准化技术委员会提出。本标准由中国科学院声学研究所、中国船舶工业总公司715所、721厂、上海交通大学负责起草。本标准主要起草人徐唯义、贾友婚、宋受锤、寿文德。
