JJF 1955-2021 次聲傳感器校準規(guī)范(耦合腔比較法) 高清晰版

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范1次聲傳感器校準規(guī)范耦合腔比較法)sn)8發(fā)布 8實施國家市場監(jiān)督管理總局 發(fā)布1次聲傳感器校準規(guī)范耦合腔比較法)sn)

1歸 口 單 位:全國聲學(xué)計量技術(shù)委員起 草 單 位:中國計量科學(xué)研究院軍事科學(xué)院防化研究院浙江大學(xué)航空工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所中國測試技術(shù)研究院本規(guī)范委托全國聲學(xué)計量技術(shù)委員會負責解釋本規(guī)范起草人:馮秀娟中國計量科學(xué)研究院)何龍標中國計量科學(xué)研究院)劉 偉軍事科學(xué)院防化研究院何 聞?wù)憬髮W(xué))張炳毅航空工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所)牛 鋒中國計量科學(xué)研究院)中國測試技術(shù)研究院)目 錄引言………………………

Ⅱ)1范圍……………………2引用文件………………3術(shù)語和計量單位………………………4概述……………………5計量特性………………6校準條件………………1環(huán)境條件……………2測量標準及其他設(shè)備………………7校準項目和校準方法…………………1校準項目……………2校準方法……………8校準結(jié)果表達…………1校準記錄……………2校準數(shù)據(jù)處理………………………3校準證書……………4校準結(jié)果的不確定度評定…………9復(fù)校時間間隔…………

1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)3)5)5)5)5)5)5)附錄A 參考傳感器聲壓靈敏度級的環(huán)境參數(shù)修正…………………

6)附錄B 校準記錄的內(nèi)容及格式………

7)附錄C 校準證書的內(nèi)容及內(nèi)頁格式…………………

9)附錄D 測量不確定度評定示例………

)Ⅰ引 言本規(guī)范依據(jù)0國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》給出的規(guī)則編制。本規(guī)范參考T6測量傳聲器第4部分:工作標準傳聲器規(guī)范6電聲學(xué)測量傳聲器第5部分:工作標準傳聲器聲壓校準的比較法7工作標準傳聲器耦合腔比較法)》制定。測量不確定度按照2測量不確定度評定與表示》的要求評定和表示。本規(guī)范為首次發(fā)布。Ⅱ次聲傳感器校準規(guī)范耦合腔比較法)范圍本規(guī)范適用于10z頻率范圍的次聲傳感器的耦合腔比較法校準。引用文件本規(guī)范引用了下列文件:7工作標準傳聲器耦合腔比較法)1通用計量術(shù)語及定義0聲學(xué)計量術(shù)語及定義2測量不確定度評定與表示3聲學(xué)的量和單位6聲學(xué)名詞術(shù)語6測量傳聲器 第4部分:工作標準傳聲器規(guī)范6電聲學(xué)測量傳聲器第5部分工作標準傳聲器聲壓校準的比較法—ttred)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)語和計量單位本規(guī)范采用7中規(guī)定的量和單位。0和6界定的及以下術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。參考傳感器r聲壓靈敏度已預(yù)先測定的次聲傳感器?？傊C波失真n所有諧波分量的方均根值的方和根與基波方均根值之比。概述次聲傳感器是一種能夠有效探測次聲波的傳感器。為了滿足各種測試需求,存在著電容式、波紋管盒式光纖式等不同工作原理的傳感器工作頻率范圍一般在10,特殊應(yīng)用要求如地震前預(yù)測)傳感器的下限工作頻率可低至1。1計量特性聲壓靈敏度級次聲傳感器在參考頻率f0處的聲壓靈敏度級,

通常不小于0

10由制造商給出,若無具體規(guī)定,則0取1。聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)以參考頻率處的聲壓靈敏度級為參考頻率響應(yīng)不超過?？傊C波失真

次聲傳感器一般在10z范圍的。次聲傳感器在工作聲壓級范圍的總諧波失真一般不大于0注:由于校準無需做出合格與否的判定,因此上述技術(shù)要求僅供參考。校準條件環(huán)境條件空氣溫度0℃6℃相對濕度55;靜壓。測量標準及其他設(shè)備標準次聲源:在校準頻率范圍內(nèi),聲壓級范圍不小于,在校準聲壓級上總諧波失真不大于0 ,其中,參考頻率處的總諧波失真不大于0。功率放大器:在校準頻率范圍內(nèi),頻率響應(yīng)應(yīng)不超過,總諧波失真不大于2,其中,參考頻率處的總諧波失真不大于1。多通道聲分析儀:至少具有兩個輸入通道和一個輸出通道,具備T分析模塊;—校準頻率范圍內(nèi),輸出通道產(chǎn)生正弦信號的頻率誤差應(yīng)不超過5 ,諧波失真不大于1;校準頻率范圍內(nèi),輸入通道的頻率響應(yīng)應(yīng)不超過,級線性誤差應(yīng)不超過,總諧波失真不大于1,任意兩輸入通道的幅值比應(yīng)不超過。參考傳感器:校準頻率范圍內(nèi),參考傳感器包含解調(diào)器、前置放大器等信號調(diào)理模塊)聲壓靈敏度級的測量擴展不確定度不大于B。氣壓計:校準環(huán)境條件內(nèi),靜壓測量的最大允許誤差應(yīng)不超過。溫濕度表:校準環(huán)境條件內(nèi),溫度測量的最大允許誤差應(yīng)不超過5℃,濕度測量的最大允許誤差應(yīng)不超過5。校準項目和校準方法校準項目 。次聲傳感器的校準項目見表12表1次聲傳感器校準項目一覽表序號項目名稱技術(shù)要求的條款號校準方法的條款號1聲壓靈敏度級122聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)233總諧波失真34校準方法校準前檢查次聲傳感器具有以下清晰耐久的標志:制造商的名稱或商標;產(chǎn)品的型號;產(chǎn)品的序列號。次聲傳感器應(yīng)附有單獨的出廠資料,出廠資料包括正常工作的供電方式、聲壓靈敏度級、靜壓均衡方式若有如需做靜壓、溫度、相對濕度及其他修正,則應(yīng)給出相應(yīng)的修正系數(shù)或方法。聲壓靈敏度級 。聲壓靈敏度級校準裝置的示意圖見圖1圖1聲壓靈敏度級校準裝置的示意圖按下列步驟校準次聲傳感器的聲壓靈敏度級:將參考傳感器和被校傳感器經(jīng)由適配器耦合到標準次聲源的聲輸出接口,參考傳感器和被校傳感器的電信號輸出分別連接多通道聲分析儀的輸入通道1和輸入通道。設(shè)置多通道聲分析儀的兩個輸入通道參數(shù):靈敏度設(shè)置為1,根據(jù)傳感器的供電方式設(shè)置相應(yīng)的輸入方式。采用多通道聲分析儀的輸出通道產(chǎn)生正弦信號,信號頻率設(shè)置為參考頻率,正弦信號經(jīng)功率放大器連接標準次聲源,根據(jù)校準聲壓要求,調(diào)節(jié)正弦信號的幅值及功率3放大器的增益。待標準次聲源輸出聲壓穩(wěn)定后,采用多通道聲分析儀的分析模塊采集參考傳感器和被校傳感器的輸出電壓設(shè)置分析模塊的頻率間隔和線數(shù)得到合適的頻率分辨率,分別讀取電壓示值1和2,按公式)計算被校傳感器與參考傳感器的電壓級之差。式中:

L2

)L被校傳感器與參考傳感器的電壓級之差;1參考傳感器的輸出電壓;2—被校傳感器的輸出電壓。 以上步驟重復(fù)測量3次,求出L的平均值L。按公式)計算被校傳感器的聲壓靈敏度級。 ()式中:

x0+L 2x被校傳感器的聲壓靈敏度級;0參考傳感器修正到校準環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;L被校傳感器與參考傳感器的電壓級之差的平均值。參考傳感器聲壓靈敏度級環(huán)境參數(shù)修正的方法見附錄A。注:無特別說明,被校傳感器和參考傳感器均指包含解調(diào)器、前置放大器等信號調(diào)理模塊在內(nèi)的次聲傳感器單元或整機。聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)在校準頻率范圍內(nèi)1f1z時校準頻率點選取12、4z和81f0z時校準頻率點按3倍頻程選取。按2的方法測出每個校準頻率上的聲壓靈敏度級,減去參考頻率的聲壓靈敏度級,得到聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)?？傊C波失真校準步驟如下采用多通道聲分析儀的輸出通道產(chǎn)生正弦信號,將正弦信號頻率設(shè)置為參考頻率以參考傳感器測量標準次聲源產(chǎn)生的聲壓級;調(diào)節(jié)正弦信號的幅值,使得標準次聲源產(chǎn)生的聲壓級達到。設(shè)置多通道聲分析儀的輸入通道參數(shù):被校傳感器的靈敏度級采用2的校準結(jié)果,根據(jù)被校傳感器的供電方式設(shè)置相應(yīng)的輸入方式,高通濾波器設(shè)置選擇。234523456d= 4

)式中:d被校傳感器的總諧波失真,;1被校傳感器輸出聲壓的基波幅值;2,…6被校傳感器輸出聲壓中6次諧波的幅值。以不超過B的步級增加標準次聲源產(chǎn)生的聲壓級,聲壓級自B步進至,重復(fù)步驟依次得到各聲壓級時被校傳感器的總諧波失真。校準結(jié)果表達校準記錄校準記錄應(yīng)盡可能詳盡地記載測量數(shù)據(jù)和計算結(jié)果。推薦的校準記錄格式見附錄。校準數(shù)據(jù)處理所有的數(shù)據(jù)應(yīng)先計算

后修約。

出具校準數(shù)據(jù)按如下方法修約:以下項目的校準數(shù)據(jù)的修約間隔為:聲壓靈敏度級;聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)?？傊C波失真的校準數(shù)據(jù)的修約間隔為1。校準證書經(jīng)校準的次聲傳感器應(yīng)出具校準證書。頁格式見附錄C。

校準證書應(yīng)包括的信息及推薦的校準證書內(nèi)校準結(jié)果的不確定度評定 — ,次聲傳感器校準結(jié)果的測量不確定度應(yīng)按度評定的示例見附錄D。復(fù)校時間間隔

2的要求評定

不確定次聲傳感器的復(fù)校時間間隔建議為1年。然而,復(fù)校時間間隔的長短取決于傳感器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、儀器本身質(zhì)量等諸多因素,因此,客戶可根據(jù)實際情況自主決定復(fù)校的時間間隔。5附錄A參考傳感器聲壓靈敏度級的環(huán)境參數(shù)修正用比較法校準次聲傳感器的聲壓靈敏度級和頻率響應(yīng)時,需要根據(jù)制造廠提供的環(huán)境修正參數(shù),將參考傳感器在校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級修正到校準環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級,修正公式如下:式中:

0rp0t0) )0參考傳感器在校準環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;參考傳感器在校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;

, / ;參考傳感器的靜壓修正系數(shù)—

Ba—t 參考傳感器的溫度修正系數(shù)℃—0—校準時的靜壓; , ;校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的靜壓

a0校準時的空氣溫度℃;校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的空氣溫度℃。6附錄B校準記錄的內(nèi)容及格式次聲傳感器校準記錄的內(nèi)容及推薦的格式見圖。次聲傳感器校準記錄 共 頁 第 頁記錄編號 出具證書的編號 送校單位 儀器名稱 型號 序列號 制造廠 一外觀檢查: 二聲壓靈敏度級參考頻率 ,參考1)聲壓靈敏度級B第一次校準結(jié)果第二次校準結(jié)果第三次校準結(jié)果平均值校準結(jié)果不確定度: 三聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)參考頻率 頻率/Hz頻率響應(yīng)B頻率/Hz頻率響應(yīng)B0000000000500000005000000000校準結(jié)果不確定度: 圖1校準記錄的格式7B總諧波失真/44444校準使用的計量基)標準裝置名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差計量基)標準證書編號有效期至校準使用的標準器名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差標準器證書編號有效期至四總諧波失真參考頻率 四總諧波失真參考頻率 校準結(jié)果不確定度: 校準依據(jù) 校準環(huán)境條件:氣壓 ;溫度 ℃;相對濕度 校準員 核驗員 校準日期 年 月 日8附錄C校準證書的內(nèi)容及內(nèi)頁格式11)標題:校準證書;實驗室名稱和地址;)進行校準的地點如果與實驗室的地址不同證書的唯一性標識如編號、每頁及總頁數(shù)的標識;客戶的名稱和地址;被校次聲傳感器的型號、規(guī)格及序列號;進行校準的日期;本規(guī)范的名稱及代號;本次校準所用測量標準溯源性及有效性的說明;校準環(huán)境的描述;校準結(jié)果及其測量不確定度的說明;m校準證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識,以及簽發(fā)日期;m未經(jīng)實驗室書面批準,不得部分復(fù)制證書的聲明。2推薦的次聲傳感器校準證書的內(nèi)頁格式見圖。校準結(jié)果 共 頁 第 頁一外觀檢查: 二聲壓靈敏度級: B參考頻率 ,參考1)校準結(jié)果不確定度: 三聲壓靈敏度級的頻率響應(yīng)參考頻率 頻率/Hz頻率響應(yīng)B頻率/Hz頻率響應(yīng)B000000000050000000500000000 :0校準結(jié)果不確定度 圖1校準證書內(nèi)頁的格式9B總諧波失真/44444校準使用的計量基)標準裝置名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差計量基)標準證書編號有效期至校準使用的標準器名稱測量范圍不確定度/準確度等級/最大允許誤差標準器證書編號有效期至校準結(jié)果共 頁 第 頁四總諧波失真參考頻率 校準結(jié)果共 頁 第 頁四總諧波失真參考頻率 校準結(jié)果不確定度: 校準依據(jù) 校準環(huán)境條件:氣壓 ;溫度 ℃;相對濕度 0附錄D概述

測量不確定度評定示例不同工作原理和聲輸入接口的次聲傳感器在校準過程中的主要不確定度分量及評定方法類似,本附錄以K4型次聲傳感器為例,說明聲壓靈敏度級和總諧波失真校準的測量不確定度評定方法。聲壓靈敏度級的不確定度評定測量模型校準頻率范圍內(nèi),

次聲傳感器聲壓靈敏度級的計算公式為:式中:

x0+L )x被校傳感器的聲壓靈敏度級;0參考傳感器修正到校準環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;L被校傳感器與參考傳感器的電壓級之差的平均值。L2

)式中:L被校傳感器與參考傳感器的電壓級之差;1參考傳感器的輸出電壓;2被校傳感器的輸出電壓。式中:

0r00 )0參考傳感器在校準環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;參考傳感器在校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的聲壓靈敏度級;

, / ;參考傳感器的靜壓修正系數(shù)

Bat參考傳感器的溫度修正系數(shù)℃;0校準時的靜壓;校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的靜壓;0校準時的空氣溫度℃;校準證書中所列環(huán)境條件或參考環(huán)境條件下的空氣溫度℃。根據(jù)測量模型,次聲傳感器聲壓靈敏度級校準的主要不確定度分量包括:參考傳感器的聲壓靈敏度級、參考傳感器聲壓靈敏度級的環(huán)境參數(shù)修正、參考傳感器的供電如電容傳聲器的極化電壓被校傳感器和參考傳感器的電壓級之差、標準次聲源內(nèi)聲壓分布不均勻、修約誤差等。若被校傳感器同步進行環(huán)境參數(shù)修正、被校傳感器固有空腔1及其與標準次聲源的耦合連接引入空腔的影響修正,還需考慮相關(guān)修正系數(shù)引入的測量不確定度。標準不確定度的評定測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量校準頻率范圍內(nèi),被校傳感器聲壓靈敏度級的測量結(jié)果見表,在相同測量條件下對被校傳感器的聲壓靈敏度級重復(fù)測量0次,以其標準偏差作為測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量。表1聲壓靈敏度級的重復(fù)性測量結(jié)果頻率聲壓靈敏度級dB平均值dB標準偏差dB12345678900113023333228066798677777307577676677680868787676672064466566665858888787788820133322443431078787766647104444542222405222222111121001111199990700001009999000900000998897099999988889809999998888930899999888891089999988889508999998888822表1續(xù))頻率聲壓靈敏度級dB平均值dB標準偏差dB12345678900899999888888089999988888608899998888850889999888883088999988888208898998888810889999888889089999988888708999998888860899999888885參考傳感器聲壓靈敏度級校準引入的測量不確定度分量參考傳感器的聲壓靈敏度級由激光活塞式標準次聲源校準,校準結(jié)果在1~0z的標準不確定度見公式B 0z≤f<0z ( )2B 0z≤f<0zB0z≤f<0z參考傳感器聲壓靈敏度級的溫度修正引入的測量不確定度分量

4校準過程中,溫度波動通常小于1℃,以工作標準傳聲器為參考傳感器,溫度敏感系數(shù)的估計偏差為℃,考慮為均勻分布,參考傳感器聲壓靈敏度級的溫度修正引入的標準不確定度見公式3=℃1/3≈B )參考傳感器聲壓靈敏度級的氣壓修正引入的測量不確定度分量校準過程中,氣壓波動通常小于,以工作標準傳聲器為參考傳感器,氣壓敏感系數(shù)的估計偏差為,考慮為均勻分布,參考傳感器聲壓靈敏度級的氣壓修正引入的標準不確定度見公式4=/3≈B )參考傳感器的供電如電容傳聲器的極化電壓引入的測量不確定度分量以工作標準傳聲器為參考傳感器,其由極化電壓供電,極化電壓引入的測量不確定3,極化電壓測量用高阻抗直流電壓表的最大允許誤差不大于,極化電壓測量用高阻抗直流電壓表的最大允許誤差不大于5 ,考慮為均勻布 標準不確定度為。估計極化電壓在次聲傳感器校準過程中的波動范圍不超過2,由此引入的標準不確定度為。因此,極化電壓測量及校準過程中的波動引入的合成標準不確定度約為。被校傳感器和參考傳感器的電壓級之差測量引入的測量不確定度分量校準過程中,被校傳感器和參考傳感器的電信號輸出由多通道聲分析儀采集,以KC為例,根據(jù)出廠參數(shù),考慮多通道聲分析儀的絕對幅值精度、頻響及幅值線性度,被校傳感器和參考傳感器的電壓級之差測量的標準不確定度見公式/3B 0z≤f<0z6/3B 0z≤f<0z/3B0z≤f≤0z標準次聲源內(nèi)聲壓分布不均勻等其他分量引入的測量不確定度分量

)其他不確定度分量包括標準次聲源內(nèi)聲壓分布不均勻、被校傳感器和參考傳感器與標準次聲源的聲耦合方式存在差異等,上述因素均導(dǎo)致被校傳感器和參考傳感器處聲壓有偏差,影響聲壓靈敏度級的校準結(jié)果估計由此引入的標準不確定度分量為。數(shù)據(jù)修約誤差引入的測量不確定度分量, ,聲壓靈敏度級校準結(jié)果的數(shù)據(jù)修約間隔為標準不確定度見公式

考慮為均勻分布

由此引入的8=/3≈B )合成標準不確定度聲壓靈敏度級的測量不確定度來源及標準不確定度數(shù)值匯總于表2中,

對于沒有提供數(shù)據(jù)的校準頻率點,根據(jù)不確定度分量的規(guī)律,取相鄰頻率點的最大值。由于表2中各測量不確定度分量獨立不相關(guān),故聲壓靈敏度級校準結(jié)果的合成標準不確定度。擴展不確定度取包含因子則次聲傳感器聲壓靈敏度級校準的擴展不確定度見表。4$$*?ü‰%?fi(‰?,l.;?01§3?×1

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多通道聲分析儀的輸出通道產(chǎn)生正弦信號,經(jīng)功率放大器驅(qū)動標準次聲源產(chǎn)生校準聲壓,被校傳感器的輸出聲壓由多通道聲分析儀的輸入通道采集計算分析模塊測量輸出聲壓中的基波和次諧波分量幅值,按公式)計算總諧波分量。因此,校準過程中各環(huán)節(jié)逐級傳遞的總諧波失真即為主要的不確定度分量,包括多通道聲分析儀輸出通道產(chǎn)生正弦信號、功率放大器、標準次聲源聲壓波形和多通道聲分析儀輸入通道,除此之外,還應(yīng)考慮多通道聲分析儀輸入通道級線性導(dǎo)致被校傳感器輸出電壓中基波和各次諧波分量幅值的測量誤差、總諧波失真計算中未包含所有諧波分量、數(shù)據(jù)修約等引入的測量不確定度。標準不確定度的評定測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量參考頻率選擇1,標準次聲源產(chǎn)生聲壓級的變化范圍為,被校傳感器總諧波失真的測量結(jié)果見表,在相同測量條件下對被校傳感器的總諧波失真重復(fù)測量0次,以其標準偏差作為測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量。表3總諧波失真的重復(fù)性測量結(jié)果B總諧波失真/平均值/標準偏差/12345678