1、中华人民共和国国家计量检定规程JJG 340-1999 1 Hz -1000Hz测量水昕器Measuring Hydrophone in the Frequency Range 1Hz1创附Hz1999-05-06发布1999-09-01实施国家质量技术监督局发布JJG 340-1999 1 Hz 1 OOOHz测量水昕器检定规程Verification Regulation of Measuring Hydrophone in the Frequency Range 1Hz to 1000Hz jM 1999 2 代替JJG340-1984 本规程经国家质量技术监督局于1999年05月06日
2、批准，并自1999年09月01日起施行。归口单位:全国声学计量技术委员会起草单位:中国船舶工业总公司第715研究所中国科学院声学研究所参加单位:中国船舶工业总公司第701研究所本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释JJG 340-1999 本规程主要起草人:袁文俊(中国船舶工业总公司第715研究所)贾友嫌(中国船舶工业总公司第715研究所)朱厚卿(中国科学院声学研究所)参加起草人:刘方雄(中国船舶工业总公司第701研究所)JJG 340-1999 目录1 技术要求.(1) 2 检定条件.(1) 3 检定项目和检定方法. . . (3) 4 检定结果的处理和检定周期.(6) 附录A检定结果不确
3、定度分析. (7) 附录B密闭水腔设计要求. (9) 附录C检定证书格式. (10) JJG 340-1999 1 Hz_ 1000 Hz测量水昕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1Hz至1000Hz内的刚性、非谐振测量水听器的声压灵敏度级的检定。注:通常，测量水听器的刚性远大于同体积水的刚性，且在本规程规定的频率范围内尺寸远小于水中声波波长。因此，这里的声压灵敏度等于自由场灵敏度。1 技术要求1.1 受检水昕器的声压灵敏度级在检定的频率范围内，应不低于-210dB (基准值为1V/IPa)。1. 2 受检水听器频率响应不均匀性，在检定的频率范围内应不超过:t2dB。1.
4、 3 当受检水昕器不带前置放大器时，100 V试验电压下的绝缘电阻值应不小于100MO。1. 4 当受检水昕器带前置放大器时，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，并应注明供电电压值。当供电电压波动不超过士10%时，前置放大器的增益变化应不超过士0.1dB。1.5 对于不带前置放大器的水听器，受检时所带电缆长度应与使用时相一致。注:若检定时电缆长度与使用时不一致，则其声压灵敏度级需按下式修正:L = Mo + 20lg一旦立一吧Co+CL 式中:M一一水听器带短电缆时的灵敏度级，dB; ML一一水听器带较长电缆时的灵敏度级，dB; Co一一水听器带短电缆时的电容量，pF; C
5、L一一水听器电缆加长后的电容量增加值，pF。2 检定条件2.1 检定用仪器和设备2. 1.1 频率合成器的频率稳定度应优于:t0.5%1h，频率指示不确定度不大于0.5%。2.1.2 频率合成器的输出电压和功率放大器及阻抗匹配器的性能应保证激励信号失真度应不大于3%，并与声源换能器(以下简称声源)配合在密闭水腔中产生足够大声压级，使测量信噪比应不小于30dB。2. 1.3 程控开关通道间的电串漏应小于-80dBo 2. 1.4 前置放大器应具有高输入阻抗，其值应比受检水听器和标准水昕器的阻抗值至少高100倍。2. 1.5 测量放大器和滤波器的总增益应不小于40dB，并在40dB的动态范围内增益
6、的非线性或换档误差应不大于0.2dB 2. 1.6 数字电压测量仪可以是数字电压表，也可以是数字采样示波器，它对电压值的测量不确定度应不大于0.2dB。JJG 340-1999 2. 1.7 标准水听器的校准不确定度应不大于0.6dB (包含因子走=2)。2. 1.8 检定用密闭水腔密闭水腔的内腔壁应刚性，腔内应无释压材料。腔体的大小应保证在使用频段内腔中声压不均匀性不超过:t0.3dB (详细要求见附录B)，下面给出二种典型的密闭水腔结构示意图。2. 1.8.1 用同时比较法检定时通常用如图1所示结构的密闭水腔。密闭水腔呈短圆柱形。水腔壁由不锈钢材料做成。声源固定安装于腔体底部中央。标准水听
7、器和受检水听器用专用的转接紧固配件经由插孔同时密封放置于密闭水腔内。图1同时比较法腔体结构图2. 1. 8.2 用置换比较法检定时通常应用图2所示结构的密闭水腔。用于监测水听器的大尺寸压电陶瓷圆管被不锈钢材料做的上、下盖板夹紧，构成密闭水腔。在圆管外面再围一金属外壳，既作保护用又起电屏蔽作用。声源固定安装于下盖板中央。受检水昕器和标准水昕器，分别用转接紧固配件通过插孔密封固定于测量水腔内。2.2 检定环境条件温度:5- 35 t 2 气压:(86-106) kPa 相对湿度:30% - 90% 水温:5- 35 t 属外壳图2置换比较法腔体结构图3 检定项目和检定方法3.1 外观和电性能检查J
8、JG 340-1999 3.1.1 用目测检查受检水昕器的外观(包括所带电缆)，应没有影响其正常工作的机械损伤。当受检水听器带有前置放大器时，电缆端处各线的标志应符合1.4条的要求。3.1.2 用100V摇表测量不带前置放大器的受检水听器的绝缘电阻值，所得值应符合1.3的要求口3. 1.3 用电容表测量不带前置放大器的受检水听器的静态电容量D3.2 声压灵敏度级的检定3.2.1 检定装置的组成框图如图3所示。采用同时比较法时，图中水听器A和水昕器B分别表示受检水听器和标准水昕器;采用置换比较法时，水昕器A既表示受检水听器又表示标准水昕器，而水听器B则表示监测水听器。当受检水听器和标准水听器都带
9、有前置放大器时，装置中的前置放大器可以省略。图3检定装置方框图3.2.2 检定前准备3.2.2.1 检定前应提前2h用清洁蒸馆水充满密闭水腔，并在安装水听器前将腔内气泡排除干净。3.2.2.2 用无腐蚀作用的洗涤剂清洗标准水听器和受检水昕器表面，并在水中至少浸泡1h，然后通过密封连接件将其固定于水腔内。当应用同时比较法时，受检水听器和标准水听器的声中心应靠近刚性边界顶部附近，并尽可能位于同一水平面中。当应用置换比较法时，受检水听器与标准水昕器的声中心先后置于圆管形监测水昕器中心轴上，两位置尽可能靠近。在插入和密封固定水听器时，须避免带入气泡。3.2.2.3 水听器安装安毕后，须等待15min再
10、进行正式测量，以便使水昕器的内外温度和压力达到平衡状态。3.2.2.4 检查并排除静电和电磁场干扰(包括电源干扰和串音干扰)，使其对水听器开路电压测量的影响不大于0.1dB。3.2.2.5 在实际工作状态下检查信噪比，其值应不小于30dB。增大声源激励功率或对测量信号的多次采样平均可提高信噪比。3 JJG 340-1999 3.2.3 同时比较法3.2.3.1 方法原理同时比较法的原理如图4所示。位于密闭水腔底部的声源F在电压U的激励下，在腔中产生均匀的声压。同时位于腔中合适位置处的被检水听器X和标准水听器P，在相同声压作用下各自产生开路电压UFX和UFP。若用同一套电压测量设备通过一开关分别
11、测量它们，则可由(1)式求得被检水昕器的声压灵敏度级Mox:Mox = 20 19( UFIUFP) + Mop 式中:问p一一已知的标准水听器的声压灵敏度级(dB)。、，4，且J、U 2电、一斗电压测量设备l图4同时比较法的原理图F一声源;P-一标准水听器;X一被检水听器3.2.3.2 检定步骤图5同时比较法测量流程图a)将所用仪器设备预热15min; b)把功率放大器的放大量调至适宜值，把所有程控仪器调定至程控状态;c)操作计算机，按照图5所示的流程进行控制和测量。3.2.4 置换比较法3.2.4.1 方法原理置换比较法的原理图如图6所示。声源F位于水腔的底部，圆管形监测水听器H构4 JJ
12、G 340-1999 成密闭水腔的侧壁，标准水昕器P和受检水听器X先后置于腔中的同一位置。P置于腔中时，F在电压U激励下于腔中产生均匀低频声压，在此声压作用下，H和P分别产生开路电压UFH和UFP，用X置换腔中的P，则H和X分别产生开路电压U阳和U睬，由(2)式可求得X的声压灵敏度级MoxoMox = 20 19( U阳/U陀)+ 20 19( UFX/U FH) + Mop (2) 图6置换比较法原理图F一声源;H一监测水听器;p-标准水听器;X一受检水听器如果，在测量过程中把前后两次组合测量下的声源激励电压调节至使UFH=U阳，则(2)式就变换成了(1)式。3.2.4 .2 检定步骤a)同
13、3.2.3.2的(a);b)同于3.2.3.2的(b);c)操作计算机，按照图7所示的流程进行控制和测量。图7置换比较法测量流程图注:当无条件进行计算机程控测量时，利用满足2.1要求的仪器按照图5或图7所示流程，也可进行人工手动逐点测量。3.3 频率响应的检定5 JJG 340-1999 由不同频率点处的灵敏度级值可直接求得其频率响应。频率点通常按1/3倍频程选择，也可根据实际使用要求选择。3.4 检定结果不确定度检定结果的扩展不确定度为U:;1.1dB ( k =2)。不确定度的详细分析见附录A。4 检定结果的处理和检定周期4.1 按本规程要求检定合格的测量水听器，发给检定证书(检定证书格式
14、见附录C);不合格的发给检定结果通知书。4 .2 检定周期应视具体使用情况确定，一般不超过1年。6 JJG 340-1999 附录A检定结果不确定度分析A.l 用同时比较法的不确定度A. 1. 1 B类标准不确定度分量a)放大滤波系统非线性和换档误差引起的分量:UB10.2 dB; b)腔中声场不均匀引起的分量:UB2二0.3dB; 。?c)电压测量误差引起的分量(按均匀分布):U以言也0.6 d)标准水昕器校准不确定度引起的分量(己知走=2):U田三二亏一dB总的B类标准不确定度分量UB.J Ul +也+2他+也=.1 0 .22 + 0 . 32 + 2 x俘12+ (06)2句0.5扭I
15、V V. .J . l J3 J . 2 J A. 1.2 A类标准不确定度分量用测量的重复性评定A类不确定度分量，测量重复性是n次(n二三6)独立重复测量结果的实验标准偏差5。用本规程所规定的检定条件，一般情况下s不大于0.2dB。因此，A类标准不确定度分量可定为:uA0.2dB A.1.3 合成标准不确定度为:Uc三v 0 . 52 + 0.22 = 0.54 dB A. 1.4 置信水平为95%的扩展不确定度(是=2):U 0.54 x 2 = 1. 08 dB A.2 用置换比较法的不确定度A.2.1 B类标准不确定度分量a)放大滤波系统非线性和换档误差引起的分量:UBl0.2 dB;
16、 0.2 b)电压测量误差引起的分量(按均匀分布):U以言也。c)标准水听器校准不确定度引起的分量(已知=2):UB3亏dB;d)声场不均匀引起的不确定度可以忽略。总的B类标准不确定度分量UB .J2U1 + 4位+也=) 2 x 0.22 + 4 x r 0; r + (旦1至)2句0.47扭.f -V.,- ,-,. l .J3 J 2 ) A.2.2 A类标准不确定度同A.1.2，A类不确定度分量为:uA0.2dB A.2.3 合成标准不确定度7 JJG 340-1999 Uc :s二v0 .472 + 0.22 = 0.51 dB A.2.4 置信水平为95%的扩展不确定度(k= 2)
17、 U:s三0.51x 2 = 1.02 dB 8 JJG 340-1999 附录B密闭水腔设计要求B.l 密闭水腔的构造要求B.l.l 密闭水腔的腔体通常取圆柱形，由刚硬的上顶、下底和圆柱形侧壁所构成。声源位于腔体底部中心位置，腔体顶盖上部附加一储水槽。对用于同时比较法的腔体，其结构应设计成被检件与标准水听器的声中心，同时位于靠近腔体顶部附近的同一水平面上。对用于置换比较法的腔体，其结构应设计成被检件与标准水听器的声中心，可先后分别放置到腔体中心轴上的中点左右位置处口B. 1.2 为了避免产生弯曲振动和激发高次谐波，腔底应选用具有一定厚度的不锈钢材料，当腔底外径为20cm时，其厚度应不小于3.
18、5cm。腔体顶盖材料也应是刚硬的，且其厚度要稍大于腔体底板的厚度。B. 1.3 对用于同时比较法的腔体，其周壁宜采用不锈钢材料。壁的厚度与腔体半径之比应不小于0.2。由于要同时放置被检件和标准水昕器，腔体内径通常取12-20cm, 相应的腔体高度通常取20-30cm。腔体使用的上限频率由被检件灵敏元件的最大线度，远小于检定信号波长这一条件确定。通常上限频率为500Hz至1000 Hz。对用于置换比较法的腔体，腔体周壁为作监测水听器用的压电陶瓷圆管，其管壁厚度与腔体半径之比应不小于0.12。腔体内径通常取7-11cm，相应的腔体高度可取10- 18 cm，此时相应的上限频率约为1000-2000
19、 Hz。B.2 声源的声学设计要求B.2.1 声源可由圆形平板压电陶瓷片组成，其谐振频率应为腔体上限工作频率的3-4倍频程以上。B.2.2 声源辐射面半径与腔体半径之比不小于0.85，以减小高阶简正波的影响。B.2.3 声源辐射面应满足刚性边界条件。B.3 圆管形监测水听器声学设计要求B.3.1 监测水听器是采用压电陶瓷材料的厚壁圆管，其最小厚度应不小于5mm，其谐振频率应为腔体上限工作频率的2-3个倍频程以上。B.3.2 监测水昕器的装配既要保证水密，又要保证去稿，通常采用高弹性的橡胶材料垫圈作绝缘去搞材料。B.3.3 监测水昕器的内壁不得涂覆橡胶等低声阻抗材料。9 JJG 340-1999
20、 附录C检定证书格式送检单位:被送检水昕器型号:编号水听器生产厂家:绝缘电阻(100V): M; 电容量:前放增益:m电缆末端处水听器声压灵敏度级(基准值为1V/Pa)的频率响应(根据中华人民共和国国家计量检定规程JJG340-1999 1 Hz-1000 Hz测量水昕器检定规程的规定，包含因子走=2情况下，扩展不确定度不大于1.1dB): 频率Hz灵敏度级dB在检定的频率范围内频率响应的不均匀性为(当有必要时，还应给出频率响应曲线图)检定条件:水温C;室温:; 气压kPa;频率Hz相对湿度:%。检定结论:10 灵敏度级dBdB。中华人民共和国国家计量检定规程1 Hz 1 OOOHz测量水昕器JJG 340-1999 国家质量技术监督局颁布峰中国计量出版社出版北京和平里面街甲2号邮政编码1013 中国计量出版社印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版权所有不得翻印* 880 nun X 1230 nun 16开本印张1字数14千字1999年8月第1版1999年8月第1次印刷印数1-15统一书号155026- 1071 定价:14.00元
