JJF 1946-2021 波浪測量儀(聲學(xué)法)校準(zhǔn)規(guī)范 高清晰版

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范1波浪測量儀聲學(xué)法校準(zhǔn)規(guī)范resc)8發(fā)布 8實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局 發(fā)布1波浪測量儀聲學(xué)法校準(zhǔn)規(guī)范res)

1歸 口 單 位:全國聲學(xué)計量技術(shù)委員會起 草 單 位:中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所中國計量科學(xué)研究院深圳市計量檢測技術(shù)研究院武漢碧海云天科技股份有限公司交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所本規(guī)范委托全國聲學(xué)計量技術(shù)委員會負(fù)責(zé)解釋本規(guī)范起草人:朱傳煥中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所)中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所)楊平中國計量科學(xué)研究院)張國慶深圳市計量檢測技術(shù)研究院)張恒萍中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇一研究所)楊樂群武漢碧海云天科技股份有限公司)柳義成交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所)目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術(shù)語……………………4概述……………………5計量特性………………1波高…………………2周期…………………3發(fā)射信號中心頻率…………………4發(fā)射信號脈沖寬度…………………5聲換能器波束角……………………6校準(zhǔn)條件………………1環(huán)境條件……………2主要標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備……………7校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法…………………1校準(zhǔn)項目……………2校準(zhǔn)方法……………8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)…………1校準(zhǔn)記錄……………2校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理………………………3校準(zhǔn)證書……………4校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度…………9復(fù)校時間間隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)3)3)3)5)5)5)5)5)6)附錄A 校準(zhǔn)記錄的內(nèi)附錄B 校準(zhǔn)證書的內(nèi)容

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7)9)附錄C 測量不確定度評定示

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)Ⅰ引 言0國家計量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則1通用計量術(shù)語及定義2測量不確定度評定與表示》共同構(gòu)成支撐本規(guī)范編制工作的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范在技術(shù)方面主要參考了T9海洋觀測規(guī)范第2部分:海濱觀測》中海浪觀測技術(shù)要求。本規(guī)范為首次發(fā)布。Ⅱ波浪測量儀聲學(xué)法校準(zhǔn)規(guī)范范圍本規(guī)范適用于超聲波測距原理的波浪測量儀以下稱為聲學(xué)法波浪測量儀”)的校準(zhǔn)。引用文件本規(guī)范引用了下列文件:1通用計量術(shù)語及定義4聲學(xué)計量術(shù)語及定義2測量不確定度評定與表示3電學(xué)和磁學(xué)的量和單位3聲學(xué)的量和單位9海洋觀測規(guī)范 第2部分:海濱觀測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。術(shù)語4和9中界定的術(shù)語適用于本規(guī)范。概述聲學(xué)法波浪測量儀通常由聲換能器、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、前置放大模塊、濾波模塊、控制系統(tǒng)等組成。聲學(xué)法波浪測量儀是基于聲波測距原理,由發(fā)射換能器向水面發(fā)射一束窄脈沖聲波,經(jīng)水面反射后返回到與發(fā)射換能器在同位置上的接收換能器接收,通過波速和時間得到準(zhǔn)確的波高,由波高隨時間變化的序列值獲取波浪周期等參數(shù)。聲學(xué)法波浪測量儀主要用于海洋臺站、港口碼頭、海上平臺以及江河湖泊、水庫等波浪的波高、周期及波形的測量。計量特性波高波高測量范圍的上限一般不超過0;測量最大允許誤差:當(dāng)波高不大于1m時,一般不超過0;當(dāng)波高大于1m時,一般不超過±H1其中H為波高測量值,單位為米。1周期周期測量范圍一般為;測量最大允許誤差一般為。發(fā)射信號中心頻率發(fā)射信號中心頻率誤差一般不超過標(biāo)稱值的0。發(fā)射信號脈沖寬度發(fā)射信號脈沖寬度誤差一般不超過標(biāo)稱值的0。聲換能器波束角偏離聲換能器中心軸線信號級下降的角度一般不超過。注:以上計量特性不是用于合格判別,僅供參考。校準(zhǔn)條件環(huán)境條件校準(zhǔn)應(yīng)在以下環(huán)境條件下進(jìn)行:空氣溫度為℃;相對濕度為);靜壓為;不存在影響測量的機(jī)械振動與電磁干擾。主要標(biāo)準(zhǔn)器及其他設(shè)備測量水聽器在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),自由場靈敏度級不小于0,測量不確定度優(yōu)于U=B。前置放大器在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),動態(tài)范圍不小于,增益誤差不超過。數(shù)字示波器帶寬不小于0,垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)誤差不超過2,水平偏轉(zhuǎn)系數(shù)誤差不超過2。信號分析儀在校準(zhǔn)頻率范圍內(nèi),幅值測量誤差不超過,頻率測量誤差不超過2。波浪模擬架由兩平行軸為導(dǎo)軌和上下平行移動的反射板組成,測量時應(yīng)保證反射板沿導(dǎo)軌上下平行移動。秒表計時范圍覆蓋,分辨力優(yōu)于,測量誤差不超過。游標(biāo)卡尺測量范圍為),最大測量誤差不超過2。2卷尺測量范圍為),最大測量誤差不超過1。溫度計在校準(zhǔn)的環(huán)境條件下,溫度計的測量誤差不超過5℃。濕度計在校準(zhǔn)的環(huán)境條件下,濕度計的測量誤差不超過5。校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)項目見表。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)根據(jù)聲學(xué)法波浪測量儀的型號及客戶的要求,選擇校準(zhǔn)其中的適用項目。表1校準(zhǔn)項目一覽表序號項目名稱技術(shù)要求的條款號校準(zhǔn)方法的條款號1波高122周期233發(fā)射信號中心頻率344發(fā)射信號脈沖寬度455聲換能器波束角56校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)前檢查校準(zhǔn)前,檢查波浪測量儀的外觀,應(yīng)無影響正常工作的機(jī)械損傷;檢查波浪模擬架移動情況以及水池水深、水質(zhì)、水溫等。波高在水池安裝有橋式行車中將聲換能器剛性地固定在橋式行車上作為反射面用垂直發(fā)射聲波,用聲學(xué)法波浪測量儀對不同距離進(jìn)行測量測量值記同時用卷尺測量換能器表面與池壁之間距離Hs從1m開始測量后續(xù)間距1,逐點(diǎn)測量,按公式)計算測量誤差,記錄測量結(jié)果。式中:

iii-Hs )聲學(xué)法波浪測量儀波高測量誤差,;聲學(xué)法波浪測量儀設(shè)定或固定聲速,;校準(zhǔn)時溫度對應(yīng)的水中聲速,。周期在水池中,將聲換能器的發(fā)射面向上,放置于波浪模擬架的反射板下面,使發(fā)射面3和反射板平行,操作反射板,上下往返移動。用數(shù)字示波器觀察波聲學(xué)浪測量儀接收器高放級輸出回波幅度,使其為最大。操作波浪模擬架的反射板,上下往返移動一次的時間即為波浪周期,用秒表測量0個波浪周期,其算術(shù)平均值為,周期誤差按公式)計算,記錄測量結(jié)果。式中:

Ti-s )T周期測量誤差;聲學(xué)法波浪測量儀周期示值;0個波浪周期的平均值。發(fā)射信號中心頻率在水池中用測量水聽器和信號分析儀進(jìn)行測量,用支架安裝好測量水聽器和聲學(xué)法波浪測量儀聲換能器,測量水聽器對準(zhǔn)聲換能器并在中心軸線上,間距為1m,離水面距離不小于1m。聲學(xué)法波浪測量儀正常工作測量水聽器接收信號用信號分析儀測量信號頻率,按公式)計算發(fā)射信號中心頻率誤差。記錄測量結(jié)果。f is0 )式中:中心頻率誤差,

= 中心頻率標(biāo)稱值;中心頻率測量值。發(fā)射信號脈沖寬度數(shù)字示波器連接到聲學(xué)法波浪測量儀發(fā)射信號監(jiān)測端口或輸出端口開啟儀器設(shè)備,聲學(xué)法波浪測量儀正常工作,用數(shù)字示波器在發(fā)射信號脈沖寬度,按公式)計算發(fā)射信號脈沖寬度誤差。記錄測量結(jié)果。tis0 )式中:脈沖寬度誤差,

=s聲學(xué)法波浪測量儀脈沖寬度示值;數(shù)字示波器脈沖寬度測量值。聲換能器波束角聲換能器和標(biāo)桿布置示意圖如圖1所示。4圖1聲換能器和標(biāo)桿布置示意圖聲換能器的支架底部安裝可繞中心桿轉(zhuǎn)動的圓盤半徑為1水池中在支架中心桿上水平安裝好聲學(xué)法波浪測量儀聲換能器,圓盤邊緣安裝金屬標(biāo)桿,標(biāo)桿上安裝的反射板對準(zhǔn)聲換能器,標(biāo)桿頂部與聲換能器齊平,間距為1m,離水面距離約1m。聲學(xué)法波浪測量儀測量標(biāo)桿距離,用數(shù)字示波器觀察波聲學(xué)浪測量儀接收器高放級輸出回波幅度,幅值為L,標(biāo)記此時起始位置慢慢轉(zhuǎn)動圓盤同時觀察數(shù)字示波器,當(dāng)示波器幅值為L時,停止轉(zhuǎn)動,測量標(biāo)桿此時位置與起始位置之間的距離記為按公式)計算聲換能器波束角。rθd )r式中:聲換能器波束角d標(biāo)桿轉(zhuǎn)動前后位置之間的距離,m;標(biāo)桿與中心桿之間距離,。校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)記錄校準(zhǔn)記錄應(yīng)詳盡記載測量數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。推薦的校準(zhǔn)記錄的格式見附錄A。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理所有的數(shù)據(jù)應(yīng)先計算,后修約。出具校準(zhǔn)數(shù)據(jù)按如下方法修約:波高測量誤差、周期測量誤差、中心頻率誤差、脈沖寬度誤差、聲換能器波束角修約到2位有效數(shù)字。校準(zhǔn)證書經(jīng)校準(zhǔn)的聲學(xué)法波浪測量儀應(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)頁格式見附錄。校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度聲學(xué)法波浪測量儀校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度按2的要求評定,測5量不確定度評定的示例見附錄C。復(fù)校時間間隔聲學(xué)法波浪測量儀的復(fù)校時間間隔建議為一年。然而,復(fù)校時間間隔的長短取決于聲學(xué)法波浪測量儀的使用情況使用部位的重要性、環(huán)境條件、使用頻率、使用者、設(shè)備本身質(zhì)量等諸多因素,因此客戶可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校的時間間隔。6附錄A校準(zhǔn)記錄的內(nèi)容波高指示值m測量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)距離Hm波高測量誤差m0個波浪周期的平均值s波浪測量儀示值s測量誤差s中心頻率標(biāo)稱值z中心頻率測量值z中心頻率誤差/脈沖寬度標(biāo)稱值s脈沖寬度測量值s脈沖寬度誤差/聲學(xué)法波浪測量儀校準(zhǔn)記錄的內(nèi)容及推薦的格式見圖。校準(zhǔn)記錄共 頁 第 頁1聲學(xué)法波浪測量儀校準(zhǔn)記錄的內(nèi)容及推薦的格式見圖。校準(zhǔn)記錄共 頁 第 頁12客戶名稱: 校準(zhǔn)日期: 年 月 日制造單位: 產(chǎn)品型號: 編號: 校準(zhǔn)前檢查結(jié)論: 波高聲學(xué)波浪測量儀固定聲速vs:,水池中校準(zhǔn)時聲速:s3周期4發(fā)射信號中心頻率5發(fā)射信號脈沖寬度76換能器波束角

校準(zhǔn)記錄 共 頁 第 頁起始位置時波浪測量儀距離測量值: m標(biāo)桿與中心桿之間距離前后位置間距測量值d/m波束角/)校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度的描述:校準(zhǔn)的技術(shù)依據(jù)1波浪測量儀聲學(xué)法)校準(zhǔn)規(guī)范校準(zhǔn)所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置的名稱:校準(zhǔn)的環(huán)境條件:空氣溫度: ℃; 相對濕度: ; 大氣壓: 校準(zhǔn)人員: 核驗(yàn)員:圖1校準(zhǔn)記錄的格式續(xù))8附錄B校準(zhǔn)證書的內(nèi)容聲學(xué)法波浪測量儀的校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包括以下信息:標(biāo)題,如校準(zhǔn)證書;證書的編號、頁碼及總頁數(shù);校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的名稱和地址;進(jìn)行校準(zhǔn)的日期;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)客戶的名稱和地址;被校波浪測量儀聲學(xué)法的型號、規(guī)格及出廠編號;本技術(shù)規(guī)范的名稱及代號;本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)溯源性及有效性的說明;校準(zhǔn)環(huán)境的描述;校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識,以及簽發(fā)日期;校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。推薦的波浪測量儀聲學(xué)法校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式見圖。9外觀檢查

校準(zhǔn)結(jié)果 共 頁 第 頁結(jié)論: 波高波浪測量儀聲學(xué)法)固定波聲速: ,水池中校準(zhǔn)時聲速: s波高指示值m測量點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)距離Hm波高測量誤差m周期0個波浪周期的平均值s波浪測量儀示值s測量誤差s發(fā)射信號中心頻率: 誤差: 發(fā)射信號脈沖寬度: ,誤差: 聲換能器波束角: °校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度的描述:校準(zhǔn)的技術(shù)依據(jù)1波浪測量儀聲學(xué)法)校準(zhǔn)規(guī)范校準(zhǔn)所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置的名稱: 校準(zhǔn)的環(huán)境條件:空氣溫度: ℃;相對濕度: ;大氣壓: a圖1校準(zhǔn)證書內(nèi)頁的格式0附錄C測量不確定度評定示例對波高、周期等參數(shù)進(jìn)行測量不確定度評定。波高測量不確定度評定測量模型

( 。波高測量誤差測量模型見公式

1式中:

iii-Hs )聲學(xué)波浪測量儀波高測量誤差,;H換能器表面與池壁間距測量值,;聲學(xué)法波浪測量儀固定波聲速,;水池中校準(zhǔn)時聲速,;測量點(diǎn)聲學(xué)法波浪測量儀波高指示值,。對公式)求偏導(dǎo),計算靈敏系數(shù)1=i=i2=i=。標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量評定測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

i s

Hs在相同條件下對同一距離連續(xù)測量6次,測量重復(fù)性用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征,聲學(xué)法波浪測量儀固定聲速0,溫度約0℃水池中聲速測量值0,比值為,測量結(jié)果如表1所示。表1波高測量誤差重復(fù)性測量結(jié)果m算術(shù)平實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)123456150538650550639455050616358586576385表1中的測量結(jié)果采用統(tǒng)計方法來評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量,用測量結(jié)果的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。水池中水中聲速測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度水池中水中聲速測量誤差不超過5,即6,按均勻分布=,其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為26/9。1距離測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度鋼卷尺距離測量誤差優(yōu)于,按均勻分布=,其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為3/。合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度1+12+221+12+22=取包含因子,則擴(kuò)展不確定度為U。合成標(biāo)