JJF1861—202011kHz~200kHz水聲換能器校準規范1范圍本規范適用于1kHz~200kHz頻率范圍內水聲換能器的校準。2引用文件本規范引用了下列文件:JJG449—2014倍頻程和分數倍頻程濾波器JJF1001通用計量術語及定義JJF1034聲學計量名詞術語及定義JJF1059.1—2012測量不確定度評定與表示GB/T3102.7聲學的量和單位GB/T3947—1996聲學名詞術語GB/T7965—2002聲學水聲換能器測量GB/T7967—2002聲學水聲發射器的大功率特性和測量凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規范。3術語和計量單位JJF1001、JJF1034和GB/T3947—1996界定的及以下術語和定義適用于本規范。本規范采用GB/T3102.7中規定的量和單位。3.1等效電阻抗模equivalentelectricimpedancemagnitude在某頻率下水聲換能器電端的瞬時電壓與引起的瞬時電流之復數比為等效電阻抗,其幅值為等效電阻抗模,符號為|Z|。注:單位為歐姆(Ω)。3.2等效電導納模equivalentelectricadmittancemagnitude為|Y|。注:單位為西門子(S)。3.3自由場靈敏度free-fieldsensitivity接收換能器輸出端的開路電壓,與在聲場中引入換能器前存在于換能器參考聲中心處的自由場聲壓的比值,符號為M。注:單位為伏每帕(V/Pa)。[JJF1034—2005,定義3.64]JJF1861—202023.4自由場靈敏度級free-fieldsensitivitylevel自由場靈敏度的量值與基準值之比值的以10為底的對數乘以20,符號為M。注:單位為分貝(dB);基準值為1V/μPa。3.5發送電壓響應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電壓的比值,符號為SV。注:單位為帕米每伏(Pa·m/V)。[JJF1034—2005,定義3.67]3.6發送電壓響應級transmittingvoltageresponselevel發送電壓響應的量值與基準值之比值的以10為底的對數乘以20,符號為SV。注:單位為分貝(dB);基準值為1μPa·m/V。3.7發送電流響應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,符號為SI。注:單位為帕米每安(Pa·m/A)。[JJF1034—2005,定義3.68]3.8發送電流響應級transmittingcurrentresponselevel發送電流響應的量值與基準值之比值的以10為底的對數乘以20,符號為SI。注:單位為分貝(dB);基準值為1μPa·m/A。3.9聲源級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,符號為Lsp。注:單位為分貝(dB);基準值為1μPa·m。3.10指向性圖案directivitypattern頻率固定時,在通過參考聲中心的指定平面內用圖形描述的,水聲換能器靈敏度作為發射或入射聲波方向的函數。[JJF1034—2005,定義3.54]4概述水聲換能器是實現水中聲能與電能相互轉換的器件。當處于發射狀態時稱為發射換能器,由電能轉換為聲能,以一定的轉換特性向水中發射聲波;當處于接收狀態時稱為接收換能器(或水聽器),由聲能轉換為電能,以一定的轉換特性接收水中聲信號。一般情況下,水聲換能器既能用于發射,也能用于接收。水聲換能器由有源元件、水密包覆層、支撐結構和電纜等組成。JJF1861—202035計量特性5.1等效電阻抗模、等效電導納模水聲換能器等效電阻抗模一般在1Ω~100kΩ之間,等效電導納模一般在10μS~1S之間。5.2自由場靈敏度級水聲換能器自由場靈敏度級一般在-220dB~-160dB(基準值為1V/μPa)之間。5.3發送電壓響應級水聲換能器發送電壓響應級一般大于100dB(基準值為1μPa·m/V)。5.4發送電流響應級水聲換能器發送電流響應級一般大于100dB(基準值為1μPa·m/A)。5.5聲源級水聲換能器聲源級一般在100dB~220dB(基準值為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°,最大旁瓣級一般不大于-3dB;無指向性水聲換能器在360°范圍內的響應起伏不大于3dB。注:波束寬度是指從主軸的最大響應下降3dB時左右兩個方向間的開角2θ-3dB,最大旁瓣級是指最大旁瓣(通常是第一旁瓣)比主軸響應下降的分貝數。6校準條件6.1環境條件環境條件及其要求如下:a)環境溫度:5℃~35℃;b)相對濕度:不大于90%;c)媒質溫度:5℃~30℃。6.2測量標準及其他設備6.2.1標準水聽器在頻率范圍1kHz~100kHz內,自由場靈敏度級測量不確定度不大于0.7dB(k=2);在頻率范圍100kHz~200kHz內,自由場靈敏度級測量不確定度不大于0.9dB(k=2)。6.2.2信號發生器在頻率范圍1kHz~200kHz內,電壓示值最大允許誤差應不超過±1%,頻率示值最大允許誤差應不超過±0.02%。6.2.3數字示波器通道數不少于4通道,在頻率范圍1kHz~200kHz內,垂直偏轉系數應不超過±3%。JJF1861—202046.2.4電壓電流取樣器在頻率范圍1kHz~200kHz內,電壓電流取樣的最大允許誤差應不超過±2%。6.2.5阻抗分析儀在頻率范圍1kHz~200kHz內,阻值最大允許誤差應不超過±2%。6.2.6測量放大器在頻率范圍1kHz~200kHz內,輸入阻抗應不小于1MΩ,動態范圍應不小于60dB,增益誤差不超過±0.3dB。6.2.7濾波器在頻率范圍1kHz~200kHz內,滿足JJG449—2014對Ⅰ級濾波器的要求。6.2.8電子開關在頻率范圍1kHz~200kHz內,通道隔離度應不小于80dB。6.2.9功率放大器在頻率范圍1kHz~200kHz內,最大輸出功率應不小于100W,總失真應不大于2%。6.2.10升降回轉裝置回轉角度范圍-180°~+180°,最小步進不大于0.2°,回轉一周的最大誤差應不超過0.5°。6.2.11輔助發射換能器在頻率范圍1kHz~200kHz內,發射換能器發射信號應大于背景噪聲20dB,且性能穩定。7校準項目和校準方法7.1校準項目水聲換能器的校準項目見表1。表1水聲換能器校準項目一覽表編號項目名稱技術要求的章條號校準方法的章條號1等效電阻抗模、等效電導納模5.17.2.22自由場靈敏度級5.27.2.33發送電壓響應級5.37.2.44發送電流響應級5.47.2.45聲源級5.57.2.56指向性5.67.2.67.2校準方法水聲換能器校準裝置組成框圖見圖1。JJF1861—20205圖1水聲換能器校準裝置組成框圖7.2.1校準前準備a)外觀檢查:發射換能器、接收換能器、標準水聽器的輻射面應整潔光滑、無明顯機械損傷,在換能器或電纜上應具有清晰的產品型號、序列號和制造商名稱,并給出明顯的參考聲中心位置與校準方向的標記等信息;帶前置放大器的接收換能器、標準水聽器應有明顯的信號線、地線和供電線的標記,并說明供電電壓值;b)確定發射換能器、接收換能器和標準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射換能器、接收換能器和標準水聽器的表面,將其在水中浸泡至少1h;d)按照圖1所示連接各儀器設備、發射換能器、接收換能器和標準水聽器;e)開啟所有校準用儀器設備,并預熱15min以上。7.2.2等效電阻抗模、等效電導納模水聲換能器等效電阻抗Z為激勵電壓U與激勵電流I的復數比,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—水聲換能器激勵電壓的取樣電壓,V;UI—水聲換能器激勵電流的取樣電壓,V;CV—電壓取樣系數;CI—電流取樣系數;φ—激勵電壓U與激勵電流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納Y可由激勵電流I與激勵電壓U的復數比表示。對I與U取樣測量后可得Y=||··exp(-jφ)=|Y|·exp(-jφ)(3)式中:|Y|———等效電導納模,S。校準步驟如下:a)將被校水聲換能器放入滿足自由場條件的聲場中;b)采用脈沖調制正弦信號,設定信號發生器頻率;c)通過調節功率放大器的輸出增益設置工作電壓,也可參考水聲換能器的實際工作狀態設置;d)讀取電壓取樣信號UV和電流取樣信號UI及電壓取樣系數CV、電流取樣系數CI;e)按公式(2)、公式(3)處理校準數據,計算被校水聲換能器等效電阻抗模|Z|、等效電導納模|Y|;f)記錄相關校準數據;g)其他頻率點重復步驟b)~f),直至校準完畢。水聲換能器在不超過1V信號激勵下的等效電阻抗模|Z|、等效電導納模|Y|可以由阻抗分析儀直接測得。7.2.3自由場靈敏度級自由場靈敏度級校準采用自由場比較法,應用脈沖聲技術(見附錄B)校準。在自由場遠場條件下,布放輔助發射換能器、標準水聽器和被校水聲換能器。測量標準水聽器的開路電壓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靈敏度級MX見公式(4):MX==M0+20lg+20lg(4)式中:MX—被校水聲換能器的自由場靈敏度級,dB,基準值為1V/μPa;JJF1861—20207M0—標準水聽器的自由場靈敏度級,dB,基準值為1V/μPa;UFX—被校水聲換能器輸出的開路電壓,V;UFP—標準水聽器輸出的開路電壓,V;dFX—輔助發射換能器和被校水聲換能器參考聲中心間的距離,m;dFP—輔助發射換能器和標準水聽器參考聲中心間的距離,m。校準步驟如下:a)將輔助發射換能器(圖1發射換能器的位置)、被校水聲換能器(圖1接收換能器的位置)、標準水聽器懸掛在校準水域的同一深度,被校水聲換能器、標準水聽器按圖1布放在輔助發射換能器軸向遠場處,被校水聲換能器的指定校準方向、標準水聽器的標記方向對準輔助發射換能器,測量并記錄輔助發射換能器和被校水聲換能器參考聲中心間的距離dFX及輔助發射換能器和標準水聽器參考聲中心間的距離dFP,該距離應滿足自由場遠場條件;b)在校準頻率范圍內,調節功率放大器的輸出增益,檢查輔助發射換能器激勵前后被校水聲換能器UFX、標準水聽器開路電壓UFP,其輸出信噪比應不小于20dB;c)采用脈沖調制正弦信號,設定信號發生器頻率;d)根據校準頻率設定濾波器的濾波頻率帶寬;e)將電子開關置于標準水聽器信號輸出通道,讀取標準水聽器的開路電壓UFP;f)將電子開關切換至被校水聲換能器信號輸出通道,讀取被校水聲換能器的開路電壓UFX;g)按照公式(4)計算被校水聲換能器的自由場靈敏度級MX;h)記錄相關校準數據;i)其他頻率點重復步驟c)~h),直至校準完畢。7.2.4發送電壓響應級、發送電流響應級發送電壓響應級、發送電流響應級校準采用自由場比較法,應用脈沖聲技術(見附錄B)校準。在自由場遠場條件下,布放被校水聲換能器和標準水聽器,測量被校水聲換能器的激勵電壓U和激勵電流I,測量標準水聽器的開路電壓UFP,則被校水聲換能器發送電壓響應級SV、發送電流響應級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送電壓響應級,dB,基準值為1μPa·SI—被校水聲換能器的發送電流響應級,dB,基準值為1μPa·U—被校水聲換能器激勵電壓,V;UFP—標準水聽器輸出的開路電壓,V;M0—標準水聽器的自由場靈敏度級,dB,基準值為1V/μPa;(5)(6)m/V;m/A;JJF1861—20208I—被校水聲換能器激勵電流,A;d—被校水聲換能器和標準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。校準步驟如下:a)將被校水聲換能器(圖1發射換能器的位置)、標準水聽器懸掛在校準水域的同一深度,標準水聽器按圖1布放在被校水聲換能器軸向遠場處,標準水聽器的校準方向對準被校水聲換能器,測量并記錄被校水聲換能器和標準水聽器參考聲中心間的距離d,該距離應滿足自由場遠場條件;b)在校準頻率范圍內,調節功率放大器的輸出增益,檢查被校水聲換能器激勵前后標準水聽器的開路電壓UFP,其輸出信噪比應不小于20dB;c)采用脈沖調制正弦信號,設定信號發生器頻率;d)根據校準頻率設定濾波器的濾波頻率帶寬;e)讀取激勵電壓U、激勵電流值I;f)讀取標準水聽器的開路電壓值UFP;g)按照公式(5)、公式(6)處理校準數據,計算被校水聲換能器的發送電壓響應級SV、發送電流響應級SI;h)記錄相關校準數據;i)其他頻率點重復步驟c)~h),直至校準完畢。7.2.5聲源級聲源級校準采用自由場比較法,應用脈沖聲技術(見附錄B)校準。在自由場遠場條件下,布放被校水聲換能器和標準水聽器,觀察被校水聲換能器激勵電壓和激勵電流的信號波形,測量標準水聽器的開路電壓UFP,則被校水聲換能器聲源級LSP見公式(7):LSP=20lg-M0(7)式中:LSP—被校水聲換能器的聲源級,dB,基準值為1μPa·m;UFP—標準水聽器輸出的開路電壓,V;d—被校水聲換能器和標準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—標準水聽器的自由場靈敏度級,dB,基準值為1V/mPa。校準步驟如下:a)將被校水聲換能器(圖1發射換能器的位置)、標準水聽器懸掛在校準水域的同一深度,標準水聽器按圖1布放在被校水聲換能器軸向遠場處,標準水聽器的校準方向對準被校水聲換能器,測量并記錄被校水聲換能器和標準水聽器參考聲中心間的距離d,該距離應滿足自由場遠場條件;9壓、激勵電流和標準水聽器輸出信號臨近產生畸變為止;c)采用脈沖調制正弦信號,設定信號發生器頻率;d)根據校準頻率設定濾波器的濾波頻率帶寬;e)讀取標準水聽器的開路電壓UFP;f)按照公式(7)處理校準數據,計算被校水聲換能器的聲源級LSP;g)記錄相關校準數據;h)其他頻率點重復步驟c)~g),直至校準完畢。7.2.6指向性通過升降回轉裝置帶動水聲換能器旋轉,同時測量水聲換能器各方向上的電壓輸出,最后進行歸一化處理,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等參數。校準步驟如下:a)測量發射指向性時,將被校水聲換能器(圖1發射換能器的位置)、標準水聽器懸掛在校準水域的同一深度,按圖1布放,測量并記錄兩者參考聲中心間的距離,該距離應滿足自由場遠場條件;測量接收指向性時,將輔助發射換能器(圖1發射換能器的位置)、被校水聲換能器(圖1接收換能器的位置)懸掛在校準水域的同一深度,按圖1布放,測量并記錄兩者參考聲中心間的距離,該距離應滿足自由場遠場條件;b)將被校水聲換能器安裝在升降回轉裝置上,使其參考聲中心位于旋轉軸上;c)在校準頻率范圍內,測量發射指向性時,調節功率放大器的輸出增益,檢查被校水聲換能器激勵前后標準水聽器的開路電壓,其輸出信噪比應不小于20dB;測量接收指向性時,調節功率放大器的輸出增益,檢查輔助發射換能器激勵前后被校水聲換能器的開路電壓,其輸出信噪比應不小于20dB;d)通過升降回轉裝置將被校水聲換能器按照一定角度間隔轉動;e)記錄當前的回轉角度值及其對應的開路電壓值;f)重復步驟d)~e),直至回轉完成;g)根據開路電壓值的最大值對測量數據進行歸一化處理并繪制為極坐標圖,極坐標圖格式見附錄A;h)處理測量數據,得到波束寬度、最大旁瓣級。8校準結果表達8.1校準數據處理所有的數據應先計算,后修約。出具校準結果的數據按如下方法修約:a)等效電阻抗模、等效電導納模校準結果,一般保留4位有效數字;b)其他參數的校準結果,修約到1位小數。8.2校準證書經校準的水聲換能器應出具校準證書。校準證書應包括的信息及推薦的校準證書的內頁格式參見附錄A。JJF1861—2020108.3校準結果的測量不確定度水聲換能器校準結果的測量不確定度按JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》的要求評定,測量不確定度評定的示例見附錄C。9復校時間間隔水聲換能器的復校時間間隔建議一般不超過24個月。由于復校時間間隔的長短取決于儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸多因素,因此,送校單位可根據實際使用情況自定復校時間間隔。JJF1861—202011附錄A校準證書的內容A.1校準證書至少應包括以下信息:a)標題,如“校準證書”;b)校準實驗室的名稱和地址;c)進行校準的地點(如果不在實驗室內進行校準);c)證書的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數的標識;d)客戶的名稱和地址;e)被校對象的描述和明確標識;f)進行校準的日期;g)如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;h)校準所依據的技術規范的標識,包括名稱及代號;i)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;j)環境條件的描述;k)校準結果及其測量不確定度的說明;l)對校準規范的偏離的說明;m)校準證書或校準報告簽發人的簽名、職務或等效標識;n)校準結果僅對被校對象有效的聲明;o)未經校準實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。12A.2推薦的水聲換能器校準證書的內頁格式一、等效電阻抗模、等效電導納模被校水聲換能器編號:f/kHzU/VI/Aφ/(°)測量不確定度/(°)|Y|/S測量不確定度/%|Z|/Ω測量不確定度/%二、自由場靈敏度級(基準值:1V/μPa)被校水聲換能器編號:被校水聲換能器到輔助發射換能器之間的距離:標準水聽器到輔助發射換能器之間的距離:f/kHzM/dB測量不確定度/dBf/kHzM/dB測量不確定度/dB三、發送電壓響應級(基準值:1μPa·m/V)被校水聲換能器編號:被校水聲換能器到標準水聽器之間的距離:f/kHzSV/dB測量不確定度/dBf/kHzSV/dB測量不確定度/dB四、發送電流響應級(基準值:1μPa·m/A)被校水聲換能器編號:被校水聲換能器到標準水聽器之間的距離:f/kHzSI/dB測量不確定度/dBf/kHzSI/dB測量不確定度/dB五、聲源級(基準值:1μPa·m)被校水聲換能器編號:被校水聲換能器到標準水聽器之間的距離:f/kHzLsp/dB測量不確定度/dBf/kHzLsp/dB測量不確定度/dB13六、指向性:被校水聲換能器編號:波束寬度:校準頻率:最大旁瓣級:校準條件:環境溫度:℃相對濕度:%媒質溫度:℃校準依據:JJF1861—2020《1kHz~200kHz水聲換能器校準規范》測量不確定度:使用校準裝置名稱:JJF1861—202014附錄B脈沖聲校準技術B.1以矩形水池為例,當換能器按圖B.1所示放置在水池中時,為了避免來自邊界的反射聲影響,則脈沖寬度τ應同時滿足下列條件: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—水池的長度,m。圖B.1矩形水池中直達聲和各界面的一次反射途徑示意圖B.2當換能器的最大尺寸大于或等于聲波波長時,換能器之間的反射應引起注意,為了避免此反射對測試的影響,則脈沖寬度τ應滿足下列條件:τ<(B.4)B.3為了使脈沖聲技術測試相當于連續信號測試,要求脈沖聲波作用于接收換能器上的時間足夠長,以使換能器各部分之間完成相互作用,則脈沖寬度τ應滿足下列條件: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當換能器共振時,欲使脈沖聲測試達到穩態值的96%以上,即與連續信號測試相比,幅度實測值不小于理論值的0.4dB,則脈沖寬度τ應滿足下列條件:Qτ>(B.6)f0式中:Q—換能器的品質因數;f0—換能器的共振頻率,Hz。B.5為了保證脈沖聲信號在測試過程中不發生畸變,則脈沖寬度τ應滿足下列條件: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試結果,在下一個直達聲脈沖到達時,所有的反射聲聲壓級應小于直達聲的40dB,則脈沖的重復周期T應滿足下列條件:T>T60(B.8)式中:T60—水池的混響時間,s。JJF1861—202016附錄C測量不確定度評定示例C.1引言自由場靈敏度級為水聲換能器的計量性能之一,以下對其測量結果進行不確定度評定。C.2測量模型MX=M0+20lgUFX-20lgUFP+20lgdFX-20lgdFPC.3靈敏系數由式(C.1)可求得自由場靈敏度級各計算分量的靈敏系數為:c(M0)==1c(UFX)==Xlgec(UFP)==-Plgec(dFX)==lgec(dFP)==-lgeC.4測量不確定度的評定C.4.11kHz~100kHz頻率范圍內測量不確定度的評定C.4.1.1測量重復性引入的不確定度分量(C.1)(C.2)(C.3)(C.4)(C.5)(C.6)測量重復性引入的不確定度分量按A類方法評定。在相同測量條件下,在1kHz~100kHz頻率范圍對水聲換能器進行了6次獨立重復測量,得到的測量數據如表C.1所示。表C.11kHz~100kHz自由場靈敏度級重復性測量數據和實驗標準偏差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測量結果的實驗標準偏差最大值為sn=0.29dB。取單次測量的平均值作為校準結果,則由測量重復性引入的不確定度分量為:u1=sn=0.29dBC.4.1.2標準水聽器校準引入的不確定度分量在1kHz~100kHz頻率范圍內標準水聽器校準結果偏差不超過±0.70dB,以正態分布考慮,取k=2,則由標準水聽器校準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量引入的不確定度分量是由數字示波器電壓示值誤差、換能器方向未對準、儀器輸入阻抗不足、信噪比不足和電干擾引入的。a)數字示波器電壓示值誤差引入的不確定度分量數字示波器的示值誤差不超過±3%,由表C.2可得絕對誤差為±0.0065V,以均勻分布考慮,取k=3,則數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時自由場靈敏度級測量的原始數據序號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)換能器方向未對準引入的不確定度分量換能器方向未對準引入的誤差不超過±3%,由表C.2可得絕對誤差為±0.0065V,以均勻分布考慮,取k=3,則換能器方向未對準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儀器輸入阻抗不足引入的測量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對誤差為量為:±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量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對誤差為±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量誤差不超過±2%,由表C.2可得絕對誤差為±0.0043mV,以則被校水聲換能器開路電壓UFX測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,可獲得標準水聽器開路電壓UFP測量引入的不確定度分量為:uUFP=0.0032VC.4.1.4距離測量引入的不確定度分量對距離測量的示值誤差不超過±1.0%,以dFX為例,由表C.2可知,距離測量的算術平均值為4.980m,則絕對誤差為±0.0498m,以正態分布考慮,取k=1.96,則測量dFX時由距離測量的示值誤差引入的不確定度分量為:同理,可獲得測量dFP時由距離測量的示值誤差引入的不確定度分量為同理,可獲得測量dFP時由距離測量的示值誤差引入的不確定度分量為:C.4.2合成標準不確定度udFP=0.0194m/1.96=0.0099m測量不確定度匯總于表C.3。表C.3測量不確定度匯總表序號標準不確定度來源符號數值1測量重復性u10.29dB2標準水聽器校準u20.35dB3被校水聲換能器開路電壓測量uUFX0.0068V4標準水聽器開路電壓測量uUFP0.0032V5輻射換能器與被校換能器間距離測量udFX0.0254m6輻射換能器與標準水聽器間距離測量udFP0.0099m可得自由場靈敏度的合成標準不確定度為: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擴展不確定度取包含因子k=2,則在1kHz~100kHz頻率范圍內,自由場靈敏度的擴展不確定度為: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靈敏度級測量不確定度的評定C.5.1測量重復性引入的不確定度分量測量重復性引入的不確定度分量按A類方法評定。在相100kHz~200kHz頻率范圍對水聲換能器進行了6次獨立重復測量,得到的測量數據如表C.4所示。表C.4100kHz~200kHz自由場靈敏度級重復性測量數據和實驗標準偏差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測量結果的實驗標準偏差最大值為sn=0.30dB。取單次測量的平均值作為校準結果,則由測量重復性引入的不確定度分量為:u1=sn=0.30dBC.5.2標準水聽器校準引入的不確定度分量在100kHz~200kHz頻率范圍內標準水聽器校準結果偏差不超過±0.90dB,以正態分布考慮,取k=2,則由標準水聽器校準引入的不確定度分量為:C.5.3被校水聲換能器開路電u量是由數字示波器電壓示值誤差、換能器方向未對準、儀器輸入阻抗不足、信噪比不足和電干擾引入的。a)數字示波器電壓示值誤差引入的不確定度分量數字示波器的示值誤差不超過±3%,由表C.5可得絕對誤差為±0.0030V,以均勻分布考慮,取k=3,則數字示波器電