聲學(xué) 水聽器校準(zhǔn) 第1部分：自由場(chǎng)水聽器校準(zhǔn)步驟 征求意見稿

5聲學(xué)水聽器水聽器校準(zhǔn)第1部分：自由場(chǎng)水聽器校準(zhǔn)步驟本文件規(guī)定了水聽器以及可作為水聽器（接收器）和/或發(fā)射器（換能器）使用的獨(dú)立電聲換能器聲壓水聽器在低頻下的校準(zhǔn)請(qǐng)參考IEC60565-2[1]。水聽器在高于1MHz頻率時(shí)的校準(zhǔn)請(qǐng)參考IEC62127-2[2]。–Chapter801:Acousticsandelectroacoustics/）.IEC60500:2017水聲-水聽器-1Hz~500kHz頻率范圍內(nèi)的水聽器特性（Underwateracoustics–6●IECElectropedia網(wǎng)址：/。ZPH電壓的傅里葉變換?[UH(t)]與通過(guò)發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電流的傅··············································注2：因?yàn)殡娹D(zhuǎn)移阻抗與所處的聲場(chǎng)條件、靜水壓力、水溫和連接到換能器的電纜長(zhǎng)度有關(guān)，所以應(yīng)指出這些條件水下電聲換能器underwaterelectroacoustictrans水聲換能器underwatertransduc7Mf對(duì)于規(guī)定的頻率和以規(guī)定方向入射到水聽器的平面波，水聽器開路輸出電壓的傅里葉變換?[UH(t)]與引入水聽器前該平面波在水聽器參考中心處的自由聲場(chǎng)聲壓的傅··············································LMLM=20log10dB····························基準(zhǔn)靈敏度為1V·μPa-1。注2：雖然換能器可以在三維空間中所有穿過(guò)其參考中心的平面上都是全向的，但可以僅在二維空間中的一個(gè)平面互易換能器reciprocaltra無(wú)論是電-機(jī)轉(zhuǎn)換還是機(jī)-電轉(zhuǎn)換，耦合系數(shù)都相同的線性、無(wú)源和可逆的電聲8可逆換能器reversiblet水下聲發(fā)射器underwatersoundproj把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成在水中傳播的聲信號(hào)的電聲發(fā)送電流響應(yīng)transmittingresponsetoSI變換?[p(t)]與該點(diǎn)到發(fā)射器參考中心距離d的乘積與通過(guò)發(fā)射··············································發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)transmittingcurrentresLS,ILS,I=20log10dB·························增加了公式，合并了注釋。]發(fā)送電壓響應(yīng)transmittingresponsetoSV9變換?[p(t)]與該點(diǎn)到發(fā)射器參考中心距離d的乘積與發(fā)射器兩端所施加電壓的傅里葉變換?[V(t)]之比?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぐl(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)transmittingvoltagerespLS,VLS,V=20log10dB··················k注2：物理學(xué)不同領(lǐng)域可以取波數(shù)為2π/λ或1/λ,但在聲學(xué)領(lǐng)域首選為2π/λ。在IEC60050-103:2009,10310-12中稱波數(shù)[來(lái)源：IEC60050-726:1982,726-05-02，經(jīng)修改，將“波導(dǎo)波長(zhǎng)的或平面波波波長(zhǎng)”，增加了“乘以2τ”,增加了注釋。]注3：水聽器包括標(biāo)準(zhǔn)水聽器和測(cè)量水聽器。標(biāo)準(zhǔn)水聽器主要用于校準(zhǔn)（例如在比較法校準(zhǔn)中用于與被測(cè)水聽器作注4：水聽器主要用于接收信號(hào)，但是在互易法校準(zhǔn)中，水聽器作為互易換能器，不僅作為接收水聽器，也作為聲注5：集成有數(shù)字采集系統(tǒng)的水聽器有時(shí)被稱作數(shù)字水聽器，但是最好將這種組合視為一個(gè)測(cè)量采集系統(tǒng)而不是單注6：如果水聽器連接到電荷放大器，水聽器的靈敏度有時(shí)用電荷靈敏度來(lái)表述，通過(guò)水聽器的電容建立電荷靈敏指向性響應(yīng)directionalre注1：用于歸一化的靈敏度值為某一規(guī)定基準(zhǔn)方向上的靈敏度，最常用的是換能器主軸方向上的靈敏度（IEC注4：可以在二維空間的一個(gè)平面內(nèi)定義指向性響應(yīng)。習(xí)慣上在IEC60500:2017所定義的換能器坐標(biāo)系的三個(gè)平面（XY，XZ，YZ）中定義二維指向性響應(yīng)。在三維空間中，可以在穿過(guò)換能器參考中心的所有平面上定義換Q換能器諧振峰尖銳度的度量，等于一個(gè)周期內(nèi)最大存儲(chǔ)能量D換能器的最大線性尺度f(wàn)R（換能器的）諧振頻率I電流IP通過(guò)發(fā)射器IT通過(guò)換能器的電流kf遠(yuǎn)場(chǎng)修正因子LS,I發(fā)送電流響應(yīng)級(jí)LS,V發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)MH水聽器的自由場(chǎng)接收靈敏度MP發(fā)射器（用作水聽器時(shí)）的自由場(chǎng)接MR標(biāo)準(zhǔn)水聽器的自由場(chǎng)接收靈敏度pa指向性測(cè)量中用于確定Rθ的基準(zhǔn)方向的聲壓r聲場(chǎng)中某點(diǎn)到聲源的距離Rθ指向性因數(shù)SI發(fā)送電流響應(yīng)SI,H水聽器（用做發(fā)射器時(shí)）發(fā)送電流響應(yīng)SI,P發(fā)射器發(fā)送電流響應(yīng)SI,T互易換能器發(fā)送電流響應(yīng)SV發(fā)射器發(fā)送電壓響應(yīng)T換能器三元組中的互易換能器UH水聽器開路電壓UPH發(fā)射器作為聲源時(shí)的水聽器開路電壓UPT發(fā)射器作為聲源時(shí)的換能器開UTH互易換能器作為聲源時(shí)的水聽器開路電壓W帶寬ZPH發(fā)射器和水聽器的電轉(zhuǎn)移阻抗ZPT發(fā)射器和互易換能器的電轉(zhuǎn)移阻抗ZTH互易換能器和水聽器的電轉(zhuǎn)移阻抗λ水中聲波波長(zhǎng)ρ水的密度τ脈沖持續(xù)時(shí)間5.1校準(zhǔn)的通用要求a)無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)換能器的絕對(duì)校準(zhǔn)b)使用已校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)聲學(xué)換能器的相對(duì)校準(zhǔn)該方法由于附加了標(biāo)準(zhǔn)換能器的不確定度，其精為有效校準(zhǔn)，應(yīng)滿足以下通用要求[3]-[5]：a）聲學(xué)自由場(chǎng)條件，要求最小化來(lái)自介質(zhì)邊界的聲反射的影響（見5.2b）聲學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)條件，要求從源到接收器之間具有足夠的間隔距離（見5.3注1：對(duì)給定的測(cè)量裝置，滿足上述要求的最小距離取決于換能器的指向性、邊界表面的反射系數(shù)和信號(hào)頻率（高因素分別進(jìn)行評(píng)估。水面經(jīng)常是最近的邊界。例如，對(duì)于間距5m的兩個(gè)全向換能器，要使反射幅度滿足上述注2：為連續(xù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)聲學(xué)自由場(chǎng)條件的另一種方法是在測(cè)試水池內(nèi)表面敷設(shè)吸聲材料。吸聲材料的性能（反射損反射邊界，除了池壁和底部以外，全消聲水池還需在水面下懸浮敷設(shè)注3：有些校準(zhǔn)方法使用混響水池和連續(xù)信號(hào)（或至少比水池的無(wú)回波時(shí)間長(zhǎng)得多的信號(hào)）。這些方法利用信號(hào)處理技術(shù)補(bǔ)償邊界反射的影響，實(shí)現(xiàn)偽自由場(chǎng)條件，參見附當(dāng)使用時(shí)間窗信號(hào)時(shí)，例如脈沖或者單頻猝發(fā)注：通過(guò)限制信號(hào)持續(xù)時(shí)間并使用適當(dāng)?shù)臅r(shí)間窗，在有限尺度的水池中可以使用猝發(fā)或脈沖信號(hào)消除反射的影響。該方法令反射信號(hào)比直達(dá)信號(hào)來(lái)得足夠晚，從而可以獲得足法存在一個(gè)下限頻率，低于該頻率則無(wú)法用常規(guī)方法測(cè)量穩(wěn)態(tài)信5.3遠(yuǎn)場(chǎng)要求差最小化。為此，發(fā)射器與水聽器的間距應(yīng)大于換能器的d>kf+···························· 其中Kf是可選的遠(yuǎn)場(chǎng)修正因子，用來(lái)保證在規(guī)定容差內(nèi)聲場(chǎng)滿足球面衰注：當(dāng)測(cè)量換能器的指向性響應(yīng)時(shí)，選擇發(fā)射器與水聽器之間的距離大于由（9）和（10）給出的距離，不小于由（9）或（10）所給出距離中較大者的兩倍，見附錄D和5.4穩(wěn)態(tài)條件要求該要求僅適用于時(shí)間有限信號(hào)。對(duì)于連續(xù)信號(hào)，視換能器已注1：在測(cè)試水池中使用單頻脈沖信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，常規(guī)方法是使用時(shí)間門控技術(shù)分離直達(dá)信號(hào)和來(lái)自邊界和水面的可能具有更高的品質(zhì)因數(shù)，從而減少了可用信號(hào)的長(zhǎng)度（特別是諧振頻率較低時(shí)）[4]-[6注2：如果水聽器所產(chǎn)生的電壓信號(hào)在可用的無(wú)回聲時(shí)間內(nèi)沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件，則不可直接測(cè)量穩(wěn)態(tài)信號(hào)。這意味注3：如果在信號(hào)處理中應(yīng)用窄帶濾波（存在寬帶噪聲時(shí)可增加信噪比），將改變單頻脈沖信號(hào)開始時(shí)的瞬態(tài)建立析的信號(hào)持續(xù)時(shí)間。出于這個(gè)原因，在單頻脈沖信號(hào)校準(zhǔn)中很少使用帶寬窄于一注4：也可以用更先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)確定所需的信號(hào)參數(shù)，從而不需要觀察完整的穩(wěn)態(tài)周期就可以估計(jì)穩(wěn)態(tài)信相位，此外還有利用正交-互補(bǔ)單頻猝發(fā)信號(hào)的方法（詳見附錄5.5設(shè)備要求與時(shí)間門控結(jié)合以消除反射。這種設(shè)施方便操作和精確定位設(shè)備（通過(guò)使用剛性支撐結(jié)構(gòu)或定位系統(tǒng)）以及控制環(huán)境條件。然而，有限的尺寸限制了校準(zhǔn)換能器的頻率范圍和類型。在較小的測(cè)試水池中測(cè)試大孔徑高頻發(fā)射器（高ka值換能器）會(huì)有困難，因?yàn)榭赡軣o(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件（見5.3）。小水池的無(wú)回波時(shí)間有限，可能無(wú)法觀察高Q值換能器的穩(wěn)態(tài)信號(hào)（見5.4注2：如果測(cè)試水池內(nèi)襯有吸聲材料，則可以在較小的測(cè)試水池內(nèi)實(shí)現(xiàn)5.2要求的自由場(chǎng)條件，具體取決于吸聲材料的有效性能（見5.2.1）。然而，當(dāng)水面覆蓋有吸聲材料時(shí)，但定位和對(duì)準(zhǔn)的精度可能會(huì)降低。缺乏對(duì)環(huán)境條件的控制可能帶來(lái)其他問(wèn)題1）水溫的變化（日變化和季節(jié)變化）引起換能器性能變化和引入溫躍層2）風(fēng)和波浪作用引起換能器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)3）來(lái)自附近自5.5.2儀器概述范圍從200Hz到1MHz，但取決于具體應(yīng)用，也可以是更窄的范圍）內(nèi)滿足要求[4],[6],[10]。功率放大器為作為發(fā)射器的換能器提供足夠的功率以在水聽器位置處產(chǎn)生比測(cè)試設(shè)施中的環(huán)境噪注2：通常功率放大器為低輸出阻抗（但有的功率放大器的輸出阻抗可測(cè)量發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電壓需要電壓測(cè)量?jī)x器，例如，測(cè)量換能注：通常用高阻電壓探頭或經(jīng)校準(zhǔn)的衰減器所用的數(shù)字轉(zhuǎn)換器應(yīng)為一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或數(shù)字示波器，在校準(zhǔn)期間用于采集和記錄數(shù)字注2：可使用低通濾波器實(shí)現(xiàn)抗混疊功能，在數(shù)字化之前將信號(hào)的頻率成分限制在采集系統(tǒng)的注1：通常用軟件進(jìn)行信號(hào)分析，包括時(shí)間加窗和信號(hào)振幅的計(jì)算，但其中一部分處理也可以用數(shù)字示波器的內(nèi)置注2：盡管上述一些測(cè)量工作可以手動(dòng)完成換能器之外還需要至少兩個(gè)換能器（參見8通過(guò)使用經(jīng)校準(zhǔn)的水聽器或發(fā)射器進(jìn)行相對(duì)校準(zhǔn)需要標(biāo)注：為了覆蓋寬頻率范圍，有可能需要若干不同換能器（對(duì)于發(fā)射器尤5.6定位與對(duì)準(zhǔn)校準(zhǔn)前應(yīng)定義每個(gè)水聽器和發(fā)射器的基準(zhǔn)方向。上進(jìn)行標(biāo)記[10]。注2：基準(zhǔn)方向可以取在規(guī)定頻率下進(jìn)行測(cè)量所得到的指向性響應(yīng)最大的方向（準(zhǔn)。如果認(rèn)為被測(cè)換能器對(duì)支撐或安裝類型敏感，則應(yīng)在結(jié)果中給出安裝布置準(zhǔn)，任何安裝都需要具有一定程度的剛性[10]。轉(zhuǎn)軸上[4],[10]。還應(yīng)注意盡量減少可能由支撐安裝結(jié)構(gòu)拾取并傳導(dǎo)到換能器的結(jié)構(gòu)噪5.6.4對(duì)準(zhǔn)能器的基準(zhǔn)方向相互對(duì)準(zhǔn)[4],[10]。注1：可以采用特殊的安裝桿或索具進(jìn)行力學(xué)對(duì)準(zhǔn)，或者使用自動(dòng)定位系統(tǒng)（例如包含步進(jìn)電機(jī)和控制器的系統(tǒng)）注2：對(duì)于相對(duì)主軸表現(xiàn)出明顯指向性的換能器，可以通過(guò)在特定頻率處尋找最大接收信號(hào)來(lái)對(duì)換能器進(jìn)行聲學(xué)對(duì)注3：為了通過(guò)搜索特定頻率下的最大接收信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)換能器之間的聲學(xué)對(duì)準(zhǔn)，每個(gè)換能器安裝需要至少兩個(gè)支撐安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)能使發(fā)射器和水聽器以確定的間距布放在水中，其不確定度優(yōu)于2％。注1：間距可以通過(guò)多種方式進(jìn)行力學(xué)測(cè)量。剛性支撐結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行如下校準(zhǔn)：換能器安裝桿以預(yù)定間距懸掛在水注2：可以根據(jù)觸發(fā)信號(hào)和到達(dá)水聽器的直達(dá)信號(hào)之間的聲傳播延遲來(lái)計(jì)算間距。這假定了聲速可以使用科學(xué)文獻(xiàn)中的公式根據(jù)水溫、深度和鹽度計(jì)算出來(lái)[11]-[14]。請(qǐng)注意，一旦聲波作用到換能器的敏感元件上換能器就開始注3：如果水聽器本體尺寸相對(duì)于敏感元件較大，被本體散射的聲波會(huì)與到達(dá)敏感元件的直達(dá)波產(chǎn)生干涉,從而引起應(yīng)選擇足夠數(shù)量的頻率進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保在所需頻率范圍內(nèi)很好地表征換能器性能。對(duì)于水聽器，在靈敏度基本不隨頻率變化的低頻范圍，推薦5.8頻率限制注1：對(duì)于給定的換能器對(duì)，校準(zhǔn)時(shí)為滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件所需的最小距離隨頻率增加而增大（見5.3）。在足夠高的頻率注2：水中吸收引起的聲衰減隨頻率升高迅速增加，在1的間隔距離上，水中吸收引起的聲衰減相對(duì)較小。在淡水中頻率低于500kHz或在海水中頻率低于300kHz，間距幾米量級(jí)的修正值小于0.05dB，可以忽略不計(jì)。聲波在水中的吸收衰減及其隨溫度、深度、PH值和鹽度等注1：在有限尺寸的水池中使用單頻猝發(fā)信號(hào)的一個(gè)主要限制是可用于測(cè)量的穩(wěn)態(tài)信號(hào)的周期數(shù)過(guò)少，這取決于換窗中的信號(hào)周期數(shù)減少，最終導(dǎo)致傳統(tǒng)手段無(wú)法確定穩(wěn)態(tài)信率。對(duì)于大多數(shù)最小尺度在5m以上的水池，水聽器校準(zhǔn)的實(shí)用下限頻率在1kHz量級(jí)，具體取決于聲源換能器的Q值，它決定發(fā)送響應(yīng)諧振峰的尖銳程度和斜率。決定校準(zhǔn)下限頻率的各注3：對(duì)于消聲水池使用連續(xù)信號(hào)的情況下，消聲性能隨頻率降低而下降，這將導(dǎo)致自由注4：混響水池自由場(chǎng)校準(zhǔn)的下限頻率可以通過(guò)使用更復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)來(lái)擴(kuò)展。這些技術(shù)不需要完整信號(hào)周期5.9聲場(chǎng)干涉檢查注2：如果觀察到電轉(zhuǎn)移阻抗（或靈敏度）隨頻率變化的圖案中出現(xiàn)光滑的周期性波紋，表明可能存在聲反射帶來(lái)的相長(zhǎng)、相消干涉。如果圖中連續(xù)峰值之間的頻率間隔是Δf，c是介質(zhì)中的聲信號(hào)之間的路徑差Δd可以通過(guò)下式計(jì)算[1]：Δd=c/Δf。注3：由路徑差為Δd的反射聲信號(hào)引起的振蕩，可以以頻率間隔Δf對(duì)隨頻率變化的復(fù)轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)行滑動(dòng)平均來(lái)消除。利用寬帶信號(hào)在混響場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)自由場(chǎng)校注：也可使用其他信號(hào)類型，例如寬帶短脈沖或線性調(diào)頻信號(hào)。這些信號(hào)需要利用層和放大器的唯一接地點(diǎn)，除此之外不應(yīng)有其他接地算修正[2]。注：如果在特定水聽器的整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程中使用相同的電負(fù)載，則可以對(duì)靈敏度進(jìn)注1：如果電纜和水聽器在電氣上表現(xiàn)為純電容（對(duì)于電纜而言通常是這樣，對(duì)于遠(yuǎn)低于諧振頻率的水聽器也是如此可以根據(jù)水聽器和電纜的電容進(jìn)行修正，詳見附錄C[注2：當(dāng)水聽器的電阻抗不是純電容時(shí)，例如在接近諧振頻率的時(shí)候，應(yīng)使用水聽器和延長(zhǎng)電纜的復(fù)阻抗來(lái)計(jì)算負(fù)注3：如果在特定水聽器的整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程中使用同一根延長(zhǎng)電纜，則可以對(duì)靈敏度進(jìn)行修正而不必對(duì)每個(gè)測(cè)量電壓使用帶通濾波器可以降低寬帶干擾噪聲，但是帶寬必須足夠?qū)捯詫?shí)現(xiàn)信號(hào)不失真的通注1：電噪聲可能會(huì)降低電測(cè)量的精度[3],注2：存在電噪聲的情況下，可以通過(guò)重復(fù)測(cè)量進(jìn)行相干平均來(lái)改善信噪比。對(duì)于隨機(jī)噪聲，N個(gè)信號(hào)的平均將使信噪比提高√N(yùn)（N的平方根）倍。定問(wèn)題的原因并通過(guò)采取適當(dāng)?shù)慕拥兀ɡ绨l(fā)射器驅(qū)動(dòng)電纜引入的）在連續(xù)波信號(hào)的情況下，電串?dāng)_電平應(yīng)至少比信號(hào)電平注：對(duì)脈沖信號(hào)，可以通過(guò)信號(hào)相減來(lái)顯著降低干擾的影響。在信號(hào)到達(dá)之前近似擬合信號(hào)并一直延續(xù)到發(fā)射信號(hào)與聲信號(hào)重疊期間，然后從重疊區(qū)域的總和信號(hào)中將其注：如果水聽器集成了前置放大器，則不需要對(duì)延長(zhǎng)電纜或測(cè)量?jī)x器進(jìn)行通過(guò)發(fā)射器的電流應(yīng)由校準(zhǔn)過(guò)的電流互感器（產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)電流成注：雖然電流互感器是首選儀器，但也可以采用測(cè)量與發(fā)射器串聯(lián)的經(jīng)校準(zhǔn)的小阻測(cè)量發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)使用經(jīng)校準(zhǔn)的高阻抗示波器探頭或經(jīng)校準(zhǔn)的衰減器將驅(qū)動(dòng)電壓降低約40迅速取出，換能器所有表面應(yīng)都被濕潤(rùn)而不應(yīng)看到殘留的干燥區(qū)塊[24]。注1：潤(rùn)濕換能器的目的是減輕氣泡或殘留空氣附著在其表面上的影響。殘留的空氣和氣泡會(huì)引起明顯的聲散射，并且會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈共振，從而導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的誤差。施加洗滌劑作為潤(rùn)濕劑降低水的表面張力并注2：殘留空氣有時(shí)可以表現(xiàn)為空氣膜，在換能器表面呈現(xiàn)出銀色光澤。換能器外殼上的任何凹槽（例如與墊圈或注3：將溫暖的換能器浸入冷水中時(shí)，氣泡附著在換能器表面的現(xiàn)象更加明顯，因?yàn)檩^溫暖的換能器對(duì)與換能器表面接觸的較冷的水有輕微的加熱效應(yīng)，導(dǎo)致溶解的氣體從溶a)在與現(xiàn)場(chǎng)使用條件相同的溫度及深度下進(jìn)b)考慮不同環(huán)境條件，基于先前的校準(zhǔn)與溫度和深度的關(guān)系，或通過(guò)有效的分析模型，對(duì)靈敏度注1：一些電聲換能器的靈敏度可能隨環(huán)境溫度和浸沒(méi)深度而變化（后者由于靜水壓力增加引起）[25]溫度和深度范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)需要專門的設(shè)施，這樣的設(shè)施相對(duì)較少[2注2：在室內(nèi)設(shè)施中復(fù)現(xiàn)海洋中存在的環(huán)境條件（例如，水溫或水深）不大可能。校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)當(dāng)時(shí)的條件嚴(yán)格有注3：在開放水域進(jìn)行校準(zhǔn)的條件一般來(lái)說(shuō)與預(yù)期最終應(yīng)用的環(huán)境條件（水溫或深度）不同。如果需要對(duì)最終應(yīng)用注1：基于聲學(xué)互易性進(jìn)行校準(zhǔn)的設(shè)置形式有很多[28]-法可應(yīng)用于不同幾何形狀聲場(chǎng)的其他設(shè)置，如平面波或柱面波，并且可用于在密閉耦合腔內(nèi)進(jìn)行聲壓校準(zhǔn)注2：該方法是原級(jí)校準(zhǔn)方法，不依賴于使用其他聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)換能器。聲學(xué)校準(zhǔn)可追溯到電測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量和頻率測(cè)常為等邊三角形）。如果所有設(shè)備都同時(shí)浸入水中，換能器必須能轉(zhuǎn)動(dòng)以便在測(cè)量每個(gè)轉(zhuǎn)移阻抗之前將它們的基準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)。注意如果同時(shí)浸入三個(gè)設(shè)備，則在使用兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量時(shí)，另一個(gè)設(shè)備可能會(huì)產(chǎn)生散射在選擇間隔距離時(shí)，應(yīng)滿足聲學(xué)自由場(chǎng)條件（見5.2）和聲學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)條件（見5.3）的要求。建議每次重復(fù)校準(zhǔn)在不同的間隔距離（8.注：為簡(jiǎn)單起見，圖1中所示測(cè)量的每個(gè)階段的設(shè)備間距可以在開始測(cè)量之前，應(yīng)滿足換能器浸泡（見7.1）和潤(rùn)濕（見7.2）的要求。對(duì)于每次測(cè)量電轉(zhuǎn)移阻抗，應(yīng)滿足換能器安裝（5.6.3）和換能器對(duì)準(zhǔn)（5.6.4）注1：為獲得最高精度，可以用同一通道測(cè)量水聽器電壓和發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電流（測(cè)量通道包括放大器、濾波器和數(shù)字注2：如果需要，可以使用經(jīng)校準(zhǔn)的衰減器來(lái)均衡代表發(fā)射器電流的電壓和水聽器電壓，這將減小由于測(cè)量通道中注3：如果使用非常高的頻率，水的吸收衰減不可以忽略，應(yīng)該對(duì)每個(gè)電轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)行修正，詳見5.8.1在每個(gè)頻率下，水聽器自由場(chǎng)接收靈敏度MH的模應(yīng)根據(jù)以下公H|=√··························在每個(gè)頻率下，互易換能器自由場(chǎng)接收靈敏度MT的模應(yīng)根據(jù)以下T|=√·····························I,P|=√·············································I,T|=√·····································如果需要，發(fā)射器或換能器的發(fā)送電壓響應(yīng)（SV）應(yīng)根據(jù)以下公式計(jì)ZP——測(cè)量得到的該設(shè)備的電阻抗（見附錄B）。注：當(dāng)換能器不能用作聲源時(shí)，發(fā)送響應(yīng)沒(méi)注1：在重復(fù)校準(zhǔn)中使用不同間隔距離有助于評(píng)估方法中一些假設(shè)（自由場(chǎng)條件，球面波場(chǎng)等）的符合度，因?yàn)閷?duì)于自由場(chǎng)中的球面波而言，靈敏度不隨間距改變（高頻時(shí)應(yīng)注2：缺乏良好的重復(fù)性表明校準(zhǔn)存在問(wèn)題。原因可能有：信噪比較差，存在聲反射，定位和對(duì)準(zhǔn)精度不良，換能器或儀器的性能穩(wěn)定性不良。若仔細(xì)操作，水互換前后電轉(zhuǎn)移阻抗的幅度（即比較|Z|PT和|Z|TP，其中P和T都是互易的）[3],[4],[40]。注1：離開換能器組合，無(wú)法確定單個(gè)換能器本身是否具有互易性。上述核查方法可以很好地檢驗(yàn)一個(gè)換能器對(duì)的注2：對(duì)于在其工作頻率范圍內(nèi)使用的性能良好注3：差異大于10％表示至少有一個(gè)換能器可能不是互易的。在互易性驗(yàn)證中使用第三個(gè)互易換能器可以揭示哪個(gè)注4：如果互易性驗(yàn)證檢查中的換能器結(jié)構(gòu)相同，它們可能具有相同程度的非線性但仍然表現(xiàn)出互易性。因此，理注5：如果多個(gè)換能器是互易的，可以提高校準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)精度。如果發(fā)射器也可以用作水聽器，則可以通過(guò)兩種方注6：如果使用三個(gè)以上的換能器進(jìn)行校準(zhǔn)，并且兩個(gè)或多個(gè)換能器是互易的，則不確定度將會(huì)降低，因?yàn)榭梢允箲?yīng)考慮是否滿足球面波聲場(chǎng)的假設(shè)，任何偏離的注：球面波聲場(chǎng)可以進(jìn)行以下驗(yàn)證：改變發(fā)射器和水聽器之間的距離，比較電轉(zhuǎn)移阻抗大小。參閱附錄E。如果水6dB開始直到所用的最大值，轉(zhuǎn)移阻抗的大小偏差應(yīng)保持在5％以內(nèi)。在換能器三元組中包含標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)換能器已知靈敏度的良好一致性意味著被測(cè)換能器的測(cè)試結(jié)果具有更注：互易性校準(zhǔn)中，可以獲得所有三個(gè)換能器的絕對(duì)靈敏度。在校準(zhǔn)一為確定水聽器靈敏度的相位，應(yīng)采用圖2所示的測(cè)量設(shè)置[44]-[46]。該設(shè)置旨在最小化由于定位誤差引起的相位誤差。在該設(shè)置中，三個(gè)換能器P、T和H位于一條直線，其中H位于P和T之間，使得d2=d1+d3。將P指向H和T，將它們的基準(zhǔn)方向?qū)?zhǔn)。通過(guò)P的輸入電流和H的輸出電壓確定復(fù)電轉(zhuǎn)移阻抗ZPH。將水聽器連同吊架重新安裝在框架上，圍繞其參考中心旋轉(zhuǎn)，使T指向H，并且使H和T參考中根據(jù)8.3.6的說(shuō)明用測(cè)量的電轉(zhuǎn)移阻抗計(jì)算水聽器自由場(chǎng)靈敏度的模和相位[注1：通過(guò)該方法確定MH相位的難度在于準(zhǔn)確地確定聲速和測(cè)為1.0mm的距離誤差會(huì)帶來(lái)大約12注3：校準(zhǔn)中采用的安裝形式最好與水聽器用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)依次測(cè)量并按下式計(jì)算各個(gè)復(fù)電轉(zhuǎn)移阻抗（以ZPH為例，見3.2ZPH=························注1：為獲得最高精度，可以用同一通道測(cè)量水聽器電壓和發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電流（測(cè)量通道包括放大器、濾波器和數(shù)字注2：如果需要，可以使用校準(zhǔn)的衰減器來(lái)均衡代表發(fā)射器電流的電壓和水聽器電壓，這將減小由于測(cè)量通道中的注3：如果使用非常高的頻率，則應(yīng)針對(duì)水的吸收衰減對(duì)每個(gè)電轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)行修正，詳見5.8.在每個(gè)頻率下，水聽器自由場(chǎng)接收復(fù)靈敏度M··································H|=√······························································位精度的限制。圖2給出了一個(gè)可以最小化定位誤差的特注1：在重復(fù)校準(zhǔn)中使用不同間隔距離有助于評(píng)估方法中一些假設(shè)（自由場(chǎng)條件，球面波場(chǎng)等）的符合度，因?yàn)閷?duì)于自由場(chǎng)中的球面波而言，靈敏度不隨間距改變（高頻時(shí)注2：缺乏良好的重復(fù)性表明校準(zhǔn)存在問(wèn)題。原因可能有：信噪比較差，存在聲反射，定位和對(duì)準(zhǔn)精度不良，換能器或儀器的性能穩(wěn)定性不良。若仔細(xì)操作，水注2：關(guān)于降低由于水聽器和發(fā)射器聲中心間距誤差導(dǎo)致的相位測(cè)量不確定度，以及確定聲中心與參考中心相對(duì)偏9使用標(biāo)準(zhǔn)換能器的自由場(chǎng)比較法校準(zhǔn)種校準(zhǔn)需要使用一個(gè)已校準(zhǔn)的水聽器或發(fā)射器[3]-[6]。注：比較法通常比原級(jí)校準(zhǔn)方法（例如自由場(chǎng)互易法）的不確定度更大地引入額外的B類不確定度分量。關(guān)于不確定度評(píng)估的更9.2比較法校準(zhǔn)的類型9.2.1使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行水聽器校準(zhǔn)接收靈敏度。輔助發(fā)射器無(wú)需校準(zhǔn)，只需在校準(zhǔn)期間保持穩(wěn)9.2.2使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器進(jìn)行水聽器校準(zhǔn)9.2.3使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行發(fā)射器校準(zhǔn)9.3使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行水聽器校準(zhǔn)9.3.1聲場(chǎng)要求在選擇間隔距離時(shí)，應(yīng)滿足聲學(xué)自由場(chǎng)條件（見5.2）和聲學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)條件（見5.3）的要求。注：當(dāng)被測(cè)水聽器與標(biāo)準(zhǔn)水聽器在聲場(chǎng)中同一位置進(jìn)行比較時(shí)，可以小于器都暴露于相同的聲壓，其中任何一個(gè)都不能產(chǎn)生聲壓梯度響應(yīng)。為此，兩個(gè)水聽器的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)完全9.3.3換能器準(zhǔn)備、安裝和對(duì)準(zhǔn)在開始測(cè)量之前，應(yīng)滿足換能器浸泡（見7.1）和潤(rùn)濕（見7.2）的要求。對(duì)于每次電轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量，應(yīng)滿足換能器安裝（見5.6.3）和換能器對(duì)準(zhǔn)（見5.6.4）的要求。9.3.4信號(hào)類型被測(cè)水聽器的自由場(chǎng)接收靈敏度的模|MH|應(yīng)根據(jù)被測(cè)水聽器的開路電壓UH與標(biāo)準(zhǔn)水聽器的開路電建議至少進(jìn)行4次重復(fù)測(cè)量。如果使用兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)水聽器，建議每個(gè)進(jìn)行注1：在重復(fù)校準(zhǔn)中使用不同間隔距離有助于評(píng)估方法中一些假設(shè)（自由場(chǎng)條件，球面波場(chǎng)等）的符合度，因?yàn)閷?duì)于自由場(chǎng)中的球面波而言，靈敏度不隨間距改變（高頻時(shí)注2：缺乏良好的重復(fù)性表明校準(zhǔn)存在問(wèn)題。原因可能有：信噪比較差，存在聲反射，定位和對(duì)準(zhǔn)精度不良，換能器或儀器的性能穩(wěn)定性不良。若仔細(xì)操作，水聽器的標(biāo)準(zhǔn)偏差在其工作范9.3.8驗(yàn)證和檢查在校準(zhǔn)期間應(yīng)檢查測(cè)量信號(hào)的失真。如果存在明顯的失真，則應(yīng)降低發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)電平。使用兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行重復(fù)測(cè)量將減小自上次原級(jí)校準(zhǔn)以來(lái)標(biāo)準(zhǔn)水聽器靈敏度隨時(shí)間變注意在實(shí)際校準(zhǔn)期間信號(hào)電平應(yīng)保持在線性注1：信號(hào)失真可以表現(xiàn)為頻譜中明顯的高次諧波。理想情況注2：如果標(biāo)準(zhǔn)水聽器在與原級(jí)校準(zhǔn)期間明顯不同的環(huán)境條件下使用，則可能會(huì)導(dǎo)致靈敏度發(fā)生變化并增加校準(zhǔn)不9.3.9不確定度器，總體不確定度（95％置信度）可在715％范圍內(nèi)。注：比較法通常比原級(jí)校準(zhǔn)方法（例如自由場(chǎng)互易法）免地引入很大B類不確定成分[43]。關(guān)于不確定度評(píng)估9.4使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器進(jìn)行水聽器校準(zhǔn)9.4.1聲場(chǎng)要求9.4.3換能器的準(zhǔn)備、安裝和對(duì)準(zhǔn)在開始測(cè)量之前，應(yīng)滿足換能器浸泡（見7.1）和潤(rùn)濕（見7.2）的要求。對(duì)于每次電轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量，應(yīng)滿足換能器安裝（見5.6.3）和換能器對(duì)準(zhǔn)（見5.6.4）的要求。9.4.4信號(hào)類型注1：為獲得最高精度，可以用同一通道測(cè)量水聽器電壓和發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電流（測(cè)量通道包括放大器、濾波器和數(shù)字注2：如果需要，可以使用校準(zhǔn)的衰減器來(lái)均衡代表發(fā)射器電流的電壓和水聽器電壓，這將減小由于測(cè)量通道中的注3：如果使用非常高的頻率，則應(yīng)針對(duì)水的吸收衰減對(duì)每個(gè)電轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)行修正，詳見.6接收靈敏度的計(jì)算應(yīng)利用d、UPH和IP的測(cè)量值以及已知的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器的發(fā)送電流靈敏度的模SI,P，按下式計(jì)算水聽·············································注1：在重復(fù)校準(zhǔn)中使用不同間隔距離有助于評(píng)估方法中一些假設(shè)（自由場(chǎng)條件，球面波場(chǎng)等）的符合度，因?yàn)閷?duì)于自由場(chǎng)中的球面波而言，靈敏度不隨間距改變（高頻時(shí)注2：缺乏良好的重復(fù)性表明校準(zhǔn)存在問(wèn)題。原因可能有：信噪比較差，存在聲反射，定位和對(duì)準(zhǔn)精度不良，換能器或儀器的性能穩(wěn)定性不良。若仔細(xì)操作，水聽器的標(biāo)準(zhǔn)偏差在其工作范9.4.8驗(yàn)證和檢查使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器核查發(fā)射器的性能將減小自上次原級(jí)校準(zhǔn)注1：注意在實(shí)際校準(zhǔn)期間信號(hào)電平應(yīng)保持在線性范圍內(nèi)。信號(hào)失真可以表現(xiàn)為頻譜中明顯的高次諧波。理想情況注3：如果標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器在與原級(jí)校準(zhǔn)期間明顯不同的環(huán)境條件下使用，則可能會(huì)導(dǎo)致靈敏度發(fā)生變化并增加校準(zhǔn)不），9.4.9不確定度注：使用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器進(jìn)行水聽器校準(zhǔn)通常比原級(jí)校準(zhǔn)（例如自由場(chǎng)互易的不確定度將不可避免地引入很大的不確定度成分。發(fā)射器的穩(wěn)定性9.5使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行發(fā)射器校準(zhǔn)9.5.1聲場(chǎng)要求選擇間隔距離時(shí)，應(yīng)滿足聲學(xué)自由場(chǎng)條件（見5.2）和聲學(xué)遠(yuǎn)場(chǎng)條件（見5.3）的要求。9.5.3換能器的準(zhǔn)備、安裝和對(duì)準(zhǔn)開始測(cè)量之前，應(yīng)滿足換能器浸泡（見7.1）和潤(rùn)濕（見7.2）的要求。對(duì)于每次電轉(zhuǎn)移阻抗測(cè)量，應(yīng)滿足換能器安裝（見5.6.3）和換能器對(duì)準(zhǔn)（見5.6.4）的要求。9.5.4信號(hào)類型注1：為獲得最高精度，可以用同一通道測(cè)量水聽器電壓和發(fā)射器驅(qū)動(dòng)電流（測(cè)量通道包括放大器、濾波器和數(shù)字注2：如果需要，可以使用校準(zhǔn)的衰減器來(lái)均衡代表發(fā)射器電流的電壓和水聽器電壓，這將減小由于測(cè)量通道中的注3：如果使用非常高的頻率，應(yīng)考慮水對(duì)聲波的吸收衰減，進(jìn)而對(duì)每個(gè)電轉(zhuǎn)移阻抗進(jìn)行修正，詳見5.8.1和附錄E。9.5.6發(fā)送響應(yīng)的計(jì)算I,P|=······················9.5.7驗(yàn)證和檢查使用兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行重復(fù)測(cè)量將減小自上次原級(jí)校準(zhǔn)以來(lái)標(biāo)準(zhǔn)水聽器靈敏度隨時(shí)間變加校準(zhǔn)不確定度。相關(guān)的環(huán)境條件包括浸入深度、水溫和安裝9.5.8不確定度注：使用標(biāo)準(zhǔn)水聽器進(jìn)行發(fā)射器校準(zhǔn)通常比原級(jí)校準(zhǔn)（例如自由場(chǎng)互易的不確定度將不可避免地引入很大的不確定度成分。與水聽器校準(zhǔn)發(fā)射器的發(fā)送電流響應(yīng)（TCR）的結(jié)果應(yīng)應(yīng)根據(jù)相關(guān)ISO/IEC指南[43]評(píng)估不確定度。有關(guān)水聽器和發(fā)射器校準(zhǔn)不確定度來(lái)源的指導(dǎo)，的環(huán)境條件，包括可能影響靈敏度的所有條件[9],[47]-[51]。——浸泡時(shí)長(zhǎng)和潤(rùn)濕過(guò)程；注1：對(duì)于純粹用于校準(zhǔn)目的的標(biāo)準(zhǔn)水聽器，宜每年進(jìn)行一次重新校準(zhǔn)。如果水聽器也用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并且使用強(qiáng)度較大，通常需要縮短校準(zhǔn)間隔（參見IEC60500注2：關(guān)于適當(dāng)校準(zhǔn)周期的確定取決于未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)水聽器或發(fā)射器靈敏度發(fā)生變化的風(fēng)險(xiǎn)大小。如果在全面原級(jí)器作為三元組中的一元，在其部分頻率范圍內(nèi)工作用于對(duì)另一個(gè)換能A.1一般原理被測(cè)換能器（水聽器或發(fā)射器）在指定平面中繞軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)測(cè)量接收信號(hào)隨角度的變化[3]-[6]。A.2測(cè)量實(shí)施的類型該方法的缺點(diǎn)是無(wú)法自動(dòng)調(diào)整信號(hào)電平和進(jìn)行A.4聲場(chǎng)要求對(duì)于所有測(cè)量，應(yīng)滿足聲學(xué)自由場(chǎng)條件（見5.2）和穩(wěn)態(tài)條件（見5.4）的要求。A.5定位和對(duì)準(zhǔn)A.6信號(hào)類型A.7.1發(fā)射器A.7.2水聽器考中心的軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在確定的角度、以所需的角度分辨率、按照6.3測(cè)量水聽器上的Vref——用于歸一化的基準(zhǔn)電壓。注1：基準(zhǔn)電壓可以在水聽器基準(zhǔn)方向或發(fā)射器主軸方向上測(cè)量，但最常用的是取在所有角度上所測(cè)量的電壓的最注2：對(duì)于發(fā)射器，通常在換能器主軸上或其附近獲得最大信號(hào)。對(duì)于小型且相對(duì)全向的水聽器，可以任意選擇基A.9不確定度定度通常約為0.5dB（置信度為95。角偏向損失在10dB～30dB之間時(shí)，預(yù)指向性響應(yīng)通常以圖形方式呈現(xiàn)，采用二維極注：指向性圖案在XY平面中的角度為方位角φ;在YZ平面中的角度以θ表示，以Y軸為基準(zhǔn)方向；類似地，在XZ平面中的角度以X軸為基準(zhǔn)方向。如果響應(yīng)在XA.11指向性因數(shù)d——球體的半徑，球心為水聽器的參考中心（見3.25ds——球體表面的微面積元。A.12指向性指數(shù)壓電式電聲換能器的電阻抗由如下成分組成[3],[4],[6]：●純電阻抗（通常指阻滯阻抗），它代表?yè)Q能器輻射面靜止時(shí)的純電阻抗，包括電容（阻滯電容），但也可能包括來(lái)自介電損耗的漏電阻?！駝?dòng)態(tài)阻抗，包括：——發(fā)射器輻射面振動(dòng)時(shí)的力阻抗。壓電效應(yīng)通過(guò)機(jī)電耦合使主動(dòng)元件的質(zhì)量、剛度和阻尼表現(xiàn)為——周圍介質(zhì)對(duì)換能器影響所產(chǎn)生的聲輻射阻抗?！窳私鈸Q能器的工作特性（例如諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)●通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)發(fā)射器與功率放大器的阻抗匹配（最大化功率傳輸）；●計(jì)算發(fā)射器的電聲效率；●對(duì)發(fā)射器工作狀態(tài)下的故障進(jìn)行診斷（換能器異常經(jīng)常表現(xiàn)出阻抗特性的變化）；●對(duì)放大器或延長(zhǎng)電纜的電負(fù)載進(jìn)行修正。=Z0expjθZ=expj·········································································和測(cè)量阻抗時(shí)，換能器應(yīng)浸入水中并滿足聲學(xué)自由），結(jié)合時(shí)間門控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自由場(chǎng)條件（見5.2和附錄E）。阻抗的實(shí)部和虛部分別以電阻R和電抗X表示，它們的之間的關(guān)系如下[3],[4],[6]：和X=Z0SinθZ··························Y=········································································和··························和···················可以將阻抗和導(dǎo)納隨頻率的變化趨勢(shì)以圖形表示出來(lái)以便于觀察[3],[4],[6]。在換能器的諧振區(qū)域，電換能器的品質(zhì)因數(shù)通常也通過(guò)阻抗測(cè)量得到，其為諧振點(diǎn)相對(duì)帶寬的倒數(shù)。若諧振點(diǎn)帶寬為?f，它為電導(dǎo)相對(duì)諧振點(diǎn)處的最大值下降一半所對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的頻率差，諧振頻率為fR，則Q值可以由下式計(jì)·····················其中Re和Im表示對(duì)應(yīng)復(fù)阻抗的實(shí)部和虛部?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁず汀ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?duì)于沒(méi)有集成前置放大器的水聽器，在附加延長(zhǎng)電纜末端測(cè)量復(fù)阻抗和靈敏度，可以用式（C.4）和（C.5）進(jìn)行修正。只需要測(cè)量帶有延長(zhǎng)電纜的水聽器的復(fù)阻抗以及單獨(dú)延長(zhǎng)電纜的復(fù)阻抗，就可以得到水聽器在原配電纜末端的復(fù)阻抗和開路靈敏度[3],[23]。在低射頻頻率（幾百千赫茲或更高），任何附加延長(zhǎng)電纜都可以被視為一個(gè)雙端網(wǎng)絡(luò)[16]，通過(guò)開································ZH′——水聽器連同延長(zhǎng)電纜的復(fù)阻抗；ZOC——單獨(dú)延長(zhǎng)電纜在自由端開路時(shí)的復(fù)阻抗；水聽器在原配電纜末端的開路靈敏度M0可以根據(jù)在延長(zhǎng)電纜末端測(cè)量的開路靈敏度MC按下式得到[23]：利用式（C.4）可以通過(guò)測(cè)量附帶延長(zhǎng)電纜的水聽器的復(fù)阻抗和開路和短路狀態(tài)下單獨(dú)延長(zhǎng)電纜的復(fù)阻抗得出水聽器的復(fù)阻抗。類似地，利用式（C.5）可以通過(guò)相同的阻抗測(cè)量以及測(cè)量附帶延長(zhǎng)電纜的水聽器的開路靈敏度得出單獨(dú)水聽器在其原配電纜與水聽器測(cè)試不同，使用延長(zhǎng)電纜測(cè)量換能器的發(fā)送響應(yīng)時(shí)通低于諧振頻率的水聽器以及諸如低頻情況下的延長(zhǎng)電纜之類的負(fù)載。此時(shí)，如果連接器在內(nèi)的水聽器的電纜末端電容，而CL為負(fù)載電容，則修正簡(jiǎn)化為[2],[23]：································用遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)則進(jìn)行判定[7]-[9]。圖D.1給出了利用瑞利積分的數(shù)值模擬結(jié)果[54]，用于比較源到接收器距離）變化的情況，其中參數(shù)kr=D2/λ=4a2/λ時(shí)相差約0.27dB，其中D=2a為換能器直徑。如果偏差相同，活塞接收器所需的遠(yuǎn)場(chǎng)距離為r≈9a2/λ。布放換能器時(shí)，應(yīng)按下式確定充分滿足球面擴(kuò)展所需的間距r：································測(cè)量換能器的指向性響應(yīng)時(shí)，發(fā)射器和水聽器的間距應(yīng)大于式（D.1）所給出的距離，并且同時(shí)滿最后所取間距應(yīng)大于式（D.1）或（D.2）所給距離中較大者的兩倍，參見[4E.1概述是可以使用連續(xù)波信號(hào)，但這些設(shè)施缺乏環(huán)境控制、設(shè)備布放困難且成本相對(duì)較高[4]。夠的寬帶吸聲。即便如此，吸聲材料可用于減少水池的總體混響發(fā)信號(hào)的函數(shù)發(fā)生器，讓發(fā)射信號(hào)分別掃過(guò)測(cè)量所需的每個(gè)頻率[3],[4],[6],[10],[47]-[51]。如果忽略多次反射，第N個(gè)邊界回波相對(duì)于直達(dá)波的到達(dá)時(shí)間由TN表示，聲速為c，則各個(gè)回波測(cè)量對(duì)最小間距的要求更嚴(yán)格，建議間距至少為所述最小間距的兩倍，參見））如果一個(gè)換能器位置最優(yōu)化布設(shè)的特定水池的無(wú)回波時(shí)間由T表示，信號(hào)頻率為f，則反射波到達(dá)之前可用于分析的信號(hào)周期數(shù)等于fT。要經(jīng)過(guò)Q個(gè)諧振周期，信號(hào)才能達(dá)到其最終穩(wěn)態(tài)值的約96），無(wú)法使用常規(guī)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)[3],[4],[6]。實(shí)際情況不可能完全滿足理想條件[4]。20倍時(shí)高2dB。有時(shí)將等于脈寬倒數(shù)的2倍的帶寬稱為基本帶寬。基于以上討論，脈沖持續(xù)時(shí)間τ應(yīng)滿足以下條件：a）τ≤TN以使直達(dá)信號(hào)與反射信號(hào)分離；過(guò)觀測(cè)示波器上的接收信號(hào)核查混響情況，在將要發(fā)射脈沖之前在測(cè)量頻率上不應(yīng)有信號(hào)），或者以恒壓驅(qū)動(dòng)發(fā)射器，水聽器的接收電壓將與間距成反比，于是電壓與間距的乘積恒定不變[40]。上果變化大于±5%說(shuō)明存在其他問(wèn)題（例如邊界反射應(yīng)該進(jìn)一步研究。意味著所測(cè)量的靈敏度與校準(zhǔn)中所取的發(fā)射器與水聽器間距有一定依賴性[55],[56]。帶有集成前置放大器的水聽器也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，因?yàn)榍爸梅糯笃鬏^大的體積所產(chǎn)生的反射信號(hào)會(huì)被水聽器接收。較弱的材料制成，建議使用自由溢流管材作為水聽器測(cè)試夾具并避免使用充氣結(jié)c）對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）并獲取信號(hào)頻率處頻譜的幅度，計(jì)算信號(hào)長(zhǎng)度同樣取整數(shù)d）對(duì)信號(hào)進(jìn)行“窄帶”離散傅里葉變換（D），dB/m[17]-[22]。高頻傳播損失的增加使大間距情況下的信噪比（包括各種因素的貢獻(xiàn)）。如果在校準(zhǔn)時(shí)使用水之外的其他介質(zhì)，則需要獲得其吸收特性[57]。微型水聽器，應(yīng)考慮采用IEC62127-2給出的替代方法，包括基于與經(jīng)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)換能器或水聽器進(jìn)行能器[2]。還有一種原級(jí)校準(zhǔn)方法是用光學(xué)干涉儀測(cè)量聲場(chǎng)（參見附錄I）。換能器的輸出聲壓與頻率的平方成正比（盡管在第的測(cè)量，則下限頻率可以進(jìn)一步擴(kuò)展[58],[59]。通過(guò)更復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)可以擴(kuò)展混響水池中自由場(chǎng)校準(zhǔn)的下限頻率[60]。其中一些方法試圖在個(gè)信號(hào)模型，該模型可以從直接觀測(cè)到的很少（甚至完全沒(méi)有）的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)中估計(jì)出穩(wěn)態(tài)幅度和相位的具有瞬態(tài)抑制特性的信號(hào)驅(qū)動(dòng)換能器，從而先例[61],[62]。還有一種方法是使用寬帶短脈沖信號(hào)，單一脈沖即可覆蓋一個(gè)很寬的頻率范圍且可以通過(guò)器對(duì)信號(hào)頻譜成分進(jìn)行均衡，但是在千赫茲頻率以下，信噪比可能會(huì)降低[6],[60]。通帶之外，于是可以將直達(dá)信號(hào)與反射信號(hào)分離[2],[63],[64]。還有其他一些方法利用偽隨機(jī)噪聲信號(hào)在擴(kuò)散場(chǎng)中進(jìn)行校準(zhǔn)[6],[60],[65],[66]。抗ETI進(jìn)行平均來(lái)消除反射的影響，進(jìn)而得到自由場(chǎng)轉(zhuǎn)移阻抗在測(cè)量水池有效頻率范理想情況下，各次重復(fù)測(cè)量應(yīng)真正獨(dú)立，每次重復(fù)校準(zhǔn)之前將水聽器從水中取出再重新如，測(cè)量中的任何系統(tǒng)偏差都可以被視為B應(yīng)從各個(gè)不確定度成分獲得合成不確定度[43]。在合成之前，所有成分都應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)不確定度表示。不確定度的合成需要建立一個(gè)模型將校準(zhǔn)結(jié)果與測(cè)量的或涉及到的不確定度的所有不確定度報(bào)告應(yīng)以擴(kuò)展不確定度表述，此時(shí)，還應(yīng)說(shuō)明置信如百分比）而不是以分貝（dB）表示。擴(kuò)展不確定度的最終結(jié)果既可以用百分比表示，也可以根據(jù)需注1：用分貝表示不確定度可能帶來(lái)不對(duì)稱分布（例如，+1.自由場(chǎng)互易法校準(zhǔn)特有的不確定度來(lái)源[404)聲波頻率的不確定度（計(jì)算互易參數(shù)所需6)標(biāo)準(zhǔn)水聽器校準(zhǔn)的不確定度（比較法校準(zhǔn)中的主要）；用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器對(duì)水聽器進(jìn)行校準(zhǔn)的比較法特有的不確10)任何關(guān)于發(fā)射器聲場(chǎng)的假設(shè)的不確定度，例如，球面波聲場(chǎng)假設(shè)（標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器比較法比標(biāo)準(zhǔn)13)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器的不穩(wěn)定（即自14)比較法校準(zhǔn)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器絕對(duì)校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境條件不同會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器靈敏度改變（例如所有上述方法共有的不確定度來(lái)源[4],[40]-[43]：15)穩(wěn)態(tài)條件不充分，特別是在使用單頻猝發(fā)信號(hào)的情況下（換能器的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)以及）；20)水聽器安裝結(jié)構(gòu)的聲散射（或由安裝結(jié)構(gòu)拾取和傳導(dǎo)的振動(dòng)）；21)接收電壓測(cè)量的不確定度，包括測(cè)量?jī)x器的不確定度（電壓表、數(shù)字轉(zhuǎn)換器等22)所用的任何放大器、濾波器和數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益的不確定度；23)驅(qū)動(dòng)電流或電壓測(cè)量的不確定度；24)測(cè)量系統(tǒng)非線性帶來(lái)的不確定度（使用經(jīng)校準(zhǔn)的衰減器均衡測(cè)量信號(hào)可以顯著降低該不確定25)所用的任何電信號(hào)衰減器的不確定度；27)對(duì)延長(zhǎng)電纜和前置放大器的負(fù)載效應(yīng)進(jìn)行修正的不確定度；28)附著在換能器上的氣泡或空氣（應(yīng)通過(guò)適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕和浸泡使其最小化）；29)環(huán)境條件，例如水溫和浸入深度（如果在校準(zhǔn)結(jié)果中指定條件并且說(shuō)明校準(zhǔn)僅對(duì)所述條件有靈敏度MT和發(fā)送電流響應(yīng)SI,T均未知，但假設(shè)其具有互易性。b)根據(jù)互易原理，MT與SI,T的商等于自由場(chǎng)互易參數(shù)J。知量：即自由場(chǎng)互易參數(shù)[33]-[35]。如果兩個(gè)量的商和積均已知，則可以解出這兩個(gè)量?；鶞?zhǔn)方向上距參考中心距離d處產(chǎn)生的聲壓p為：··························該換能器組合的電轉(zhuǎn)移阻抗的模|ZPH|PH|=····························得到該換能器組合的電轉(zhuǎn)移阻抗的模|ZPT|：對(duì)于互易換能器，自由場(chǎng)靈敏度的模對(duì)發(fā)送電流響應(yīng)的模的商等于參考距離為T|2=····························I,T|2=···························利用式（G.5）和（G.9）導(dǎo)出水聽器靈敏I,p|2=··························射、T接收，第二次T發(fā)射、P接收，分別獲得轉(zhuǎn)移阻抗|ZPT|和|ZTP|。在同一頻率下兩次測(cè)量轉(zhuǎn)移阻抗值的差異注2：如果使用三個(gè)以上的換能器進(jìn)行校準(zhǔn)，并且如果兩個(gè)或多個(gè)換能器是互易的，則不確定度將會(huì)降低，因?yàn)榭蓪y(cè)量進(jìn)行擴(kuò)展就可以確定自由場(chǎng)靈敏度的相位[44],[45]。復(fù)電轉(zhuǎn)移阻抗ZPH為：ZPH=exp[jk(d0?d1)]·····················································(G.13)類似地，復(fù)電轉(zhuǎn)移阻抗ZPT和ZTH為：ZPT=exp[jk(d0?d2)]······················································(G.14)ZTH=exp[jk(d0?d3)]·····················································(G.15)采用復(fù)球面波互易參數(shù)，式（G.7）對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)形·····································M=exp[jk(d1+d3?d2)]············································(G.20)SP=exp[jk(d1+d2?d3?2d0)]····································(G.21)為了避免這種情況，將三個(gè)換能器P、H和T排成一條直M=···················································水聽器接收靈敏度的模|MH|用式（G.10）計(jì)算，相位θH按下式計(jì)算：·························行校準(zhǔn)[67]-[76]。行波管的壁厚很厚以保持聲學(xué)剛性。如果管壁的剛性不夠可以進(jìn)行修正[74]。率。聲管無(wú)法在其橫截面上維持均勻聲壓的臨界點(diǎn)對(duì)應(yīng)于可用于校準(zhǔn)的上限頻率[75]。嚴(yán)重，會(huì)影響測(cè)量靈敏度的結(jié)果[75]。如果聲管可以加壓和控制水溫，則可以模擬實(shí)際海洋環(huán)境條件下的溫度和靜水壓力進(jìn)行校準(zhǔn)[75]。該技術(shù)還可以進(jìn)一步擴(kuò)展用于測(cè)量材料特性，如插入損失等[76]。水聽器的原級(jí)校準(zhǔn)[80]-[84]，部分相關(guān)描述可參見IEC62127-2:2013[2]的附錄F。電壓和聲壓計(jì)算其自由場(chǎng)靈敏度[77]。該方法可用于測(cè)量水聽器自由場(chǎng)復(fù)靈敏度[45],[82],[84]。（通常稱為“薄膜”）同時(shí)涂覆極薄的光學(xué)反射層（幾十納米其反射來(lái)自干涉儀的光束。干涉儀測(cè)量薄膜的運(yùn)動(dòng)并可據(jù)此計(jì)算聲壓。干涉儀可以是外茲以上頻率可能成為重要的不確定度來(lái)源[77]。對(duì)于外差干涉儀需要采取抗振、防震測(cè)量。而且因?yàn)橥ǔＭㄟ^(guò)低頻光學(xué)干涉條紋進(jìn)行響應(yīng)校準(zhǔn)，故光電二極管檢測(cè)器的頻率響應(yīng)非常重要[80]。法的對(duì)比[71]-[76]。單頻脈沖法更低的頻率范圍[85]-[90]。在水池混響場(chǎng)中的電轉(zhuǎn)移阻抗（以下稱為ETI）是頻率的函數(shù)間，則可以以頻率間隔Δ?（其中Δ?=1/Δt的影響。該處理方法可以得到自由場(chǎng)ETI頻響的估計(jì)。在實(shí)用中，通常抑制前三個(gè)明顯可以發(fā)射噪聲信號(hào)并利用傅里葉變換。另一種方法是交替發(fā)射兩個(gè)線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)（正弦和余如果預(yù)期的自由場(chǎng)ETI響應(yīng)隨頻率變化很快，存在陡峭的峰和谷，平均如果預(yù)期的自由場(chǎng)ETI頻響比較平坦，平均操作的誤差可以忽略，因此可混響場(chǎng)ETI進(jìn)行修正。具有頻率依賴的量包括發(fā)射器電流和這種后處理稱為復(fù)滑動(dòng)加權(quán)平均法（CMWA）[85]-[89]。測(cè)a)發(fā)射器和水聽器在水池中的布設(shè)應(yīng)該與單頻脈沖法校準(zhǔn)時(shí)相同，并且在測(cè)量期間保持不變。如果最優(yōu)化布設(shè)發(fā)射器和接收器，則應(yīng)該使首達(dá)反射波相對(duì)直達(dá)信號(hào)的時(shí)延最大化。直達(dá)信號(hào)的時(shí)延tdb)發(fā)射一個(gè)（或一對(duì)）寬帶連續(xù)信號(hào)，并且計(jì)算混響場(chǎng)中的復(fù)ET獲得特定頻段的自由場(chǎng)ETI，測(cè)量帶寬應(yīng)該在該頻段的上下兩端各超出加權(quán)平首先確定發(fā)射器電流的瞬時(shí)頻譜Si(?)和水聽器輸出電壓的瞬時(shí)頻譜Ri(?)，通常通過(guò)對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)和發(fā)射器電流與接收器電壓的互譜Ri(?)Ri(?)*?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぎ?dāng)使用傅里葉變換時(shí)，例如快速傅里葉變換（FFT所獲得的頻譜分辨率有限且與被處理的時(shí)域的持續(xù)時(shí)間必須很長(zhǎng)。線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)可以無(wú)需FF據(jù)樣本。發(fā)射的LFM信號(hào)可以表示為由實(shí)部和虛部組成的復(fù)數(shù)，典型情況是在發(fā)射時(shí)，以余弦和正弦LFM信號(hào)交替激勵(lì)發(fā)射器，其間以大于水池的采集記錄發(fā)射器電流Icos(t)和Isin(t)以及接收器輸出電壓Ucos(t)和Usin(t)?；谶@些信號(hào)構(gòu)建復(fù)電流I(t)=Icos(t)+jIsin(t)和U(t)/I(t)，所得Z(t)中的時(shí)間變量t可以根據(jù)LFM信Zrf(f)=Z(t)|t?f·······························································(J.2)頻率變化率，以較慢的頻率變化率進(jìn)行更多測(cè)量可以改善不確定度。與LF變化且不一致，這也可能增加校準(zhǔn)的不確定度。平穩(wěn)噪聲信號(hào)克服了LFM信號(hào)的這一缺點(diǎn)。[1]IEC60565-2,Underwateracoustics-Hydrophones-Calibrationofhydrophones-Part2:Proceduresforlowfrequencypressurecal[2]IEC62127-2,Ultrasonics—Hydrophones—Part2:Calibrationforultraso[3]ANSIS1.20:2012,ProceduresforCalibrationAmericanNationalStandardsInstitute,2012[4]BOBBER,R.J.Underwaterelectroacousti[5]URICK,R.J.Principlesofunderwatersoundfor[6]GIANGRECO,C.Mesuresacoustiquesappliquéesauxantennessonar.Lavoisier:Paris,1[7]SABIN,G.A.Calibrationofpistontransducersatmarginaltestdista36,p.168[8]SOROKIN,V.I.Determinationofthesensitivityofcylindrcalibrations.Sov.Phys.Acoust,1973,vol.19,p.274[9]FOOTE,K.G.Discriminatingbetweenthenearfieldandthefar-fieldofacoustictransducers,J.Soc.Am,2014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