GB/T 4130.2-2024
Акустическая калибровка подводного гидрофона Часть 2: Метод калибровки звукового давления на низкочастотном звуковом поле (Англоязычная версия)
- Стандартный №
- GB/T 4130.2-2024
- язык
- Китайский, Доступно на английском
- Дата публикации
- 2024
- Разместил
- General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People‘s Republic of China
- Последняя версия
- GB/T 4130.2-2024
- заменять
- GB/T 4130-2017
- сфера применения
-
Предпосылки пересмотра стандарта и технологическое развитие
GB/T 4130.2—2024, «Калибровка акустических гидрофонов. Часть 2. Метод калибровки для полей звукового давления на низких частотах», является третьей редакцией версии стандарта 2017 года и эквивалентен международному стандарту IEC 60565-2:2019. Сохраняя международную согласованность в техническом содержании, эта редакция значительно оптимизирует структуру стандарта и техническое содержание в свете потребностей развития области подводных акустических измерений в моей стране.
Основные технические изменения включают в себя: добавление полной спецификации процедуры калибровки (глава 5); улучшения требований к электрическим измерениям (глава 6); расширение альтернатив метода гидростатического возбуждения (7.4); добавление двух методов калибровки, метода поршнефона (глава 10) и метода преобразователя статического давления (глава 12); и оптимизация содержания приложения. Эти изменения отражают тенденцию в технологии подводных акустических измерений к снижению частот и повышению точности.
Область применения и основные понятия стандарта
Настоящий стандарт определяет метод калибровки для низкочастотного поля звукового давления гидрофонов в диапазоне частот от 0,01 Гц до нескольких килогерц. Он применим к метрологической калибровке гидрофонов, которые являются основными компонентами сонаров, систем измерения подводного шума, морских акустических приборов и другого оборудования.
Определение основных терминов:
- Гидрофон: электроакустический преобразователь, который реагирует на сигналы давления в воде и выдает напряжение.
- Чувствительность к звуковому давлению: отношение напряжения разомкнутой цепи гидрофона к среднему звуковому давлению, действующему на активный элемент (единица: В/Па)
- Уровень чувствительности к звуковому давлению: логарифм отношения модуля чувствительности к звуковому давлению к опорной чувствительности (1 В/мкПа) (единица: дБ)
Техническое сравнение шести методов калибровки
Метод калибровки Диапазон частот Принцип и характеристики Расширенная неопределенность Применимые сценарии Гидростатический Метод возбуждения давлением 0,01 Гц~1 Гц Изменение гидростатического давления путем простого гармонического изменения ≤0,5 дБ(k=2) Абсолютная калибровка на сверхнизких частотах Метод пьезоэлектрической компенсации 1 Гц~4 кГц Компенсация с использованием пьезоэлектрических нулевых преобразователей ≤0,5 дБ(k=2) Традиционная калибровка на низких частотах Метод взаимности с акустической соединительной полостью 0,1 Гц~5 кГц Абсолютная калибровка, основанная на взаимности Принцип ≤0,5 дБ(k=2) Высокоточная абсолютная калибровка Метод Pistonphone От нескольких Гц до нескольких сотен Гц Вибрация поршня создает известное звуковое давление ≤0,5 дБ(k=2) Калибровка в диапазонах низких и средних частот Метод вибрирующего столба жидкости От 10 Гц до 2 кГц Использование вибрирующего столба жидкости для создания звукового давления ≤0,6 дБ(k=2) Калибровка в лабораторных условиях Статическое давление метод преобразователя 0,5 Гц - 3,15 кГц Метод сравнения с использованием датчика статического давления ≤0,3 дБ(k=2) Быстрая сравнительная калибровка
Подробное объяснение ключевых технических моментов
Ключевые моменты для реализации метода возбуждения гидростатического давления
Этот метод создает переменное давление посредством вертикального простого гармонического движения открытого контейнера. Формула расчета ключевых параметров:
Амплитуда переменного давления: p₀ = ρgh₀K₀(1-ω²Hₑ/g)
Эквивалентную высоту можно определить методом нулевого переменного давления, методом преобразования уровня воды или методом двухчастотной точки. Среди них метод нулевого переменного давления имеет самую высокую точность, но требует более широкого диапазона частот.
Математическая модель метода взаимности акустической полости связи
Формула расчета чувствительности гидрофона к звуковому давлению:
|Mₚ,ₕ|² = ωCₜ|Zₚₕ||Zₜₕ|/|Zₚₜ|
Где Cₜ — общая акустическая податливость полости связи, Zₚₕ, Zₜₕ и Zₚₜ — электрические передаточные сопротивления между каждой парой преобразователей соответственно.
Характеристики электрических измерений
В главе 6 стандарта подробно описаны требования к измерениям выходного напряжения гидрофона:
- Входное сопротивление измерительного прибора должно быть значительно больше сопротивления гидрофона (в идеале >100 раз)
- Удлинительный кабель следует рассматривать как электрическую нагрузку гидрофона и корректировать
- Уровень акустических помех должен быть как минимум на 30 дБ ниже уровня сигнала (на 40 дБ ниже для сигналов непрерывной волны)
- При наличии встроенного предусилителя чувствительность следует выражать как чувствительность на конце кабеля, включая характеристики предусилителя
Руководство по оценке неопределенности измерений
В Приложении B представлена полная структура оценки неопределенности. Основные источники неопределенности включают:
Тип неопределенности Основной источник Метод оценки Неопределенность типа A Повторяемость калибровки Статистический анализ Неопределенность типа B Систематическое отклонение Оценка другими методами Погрешность измерения прибора Данные сертификата калибровки Влияние условий окружающей среды Анализ экспериментальных данных Собственная погрешность метода Теоретический анализ При синтезе неопределенности рекомендуется сначала преобразовать значения компонентов в линейную форму (в процентах), а затем объединить их. Окончательный результат можно преобразовать в децибелы, чтобы избежать ошибок, вызванных асимметричным распределением.
Рекомендации и меры предосторожности по внедрению
Контроль условий окружающей среды калибровки
Условия окружающей среды, такие как температура воды, гидростатическое давление (глубина) и время погружения, оказывают значительное влияние на результаты калибровки. Рекомендуется:
- Полностью замочить гидрофон перед калибровкой (не менее чем на 30 минут)
- Использовать смачивающее средство, чтобы убедиться в отсутствии воздушной пленки или пузырьков на поверхности преобразователя
- Строго контролировать колебания температуры воды (в пределах ±1°C)
- Записывать подробные параметры среды калибровки
Выбор и проверка оборудования
Выбрать подходящий метод калибровки на основе диапазона частот калибровки и требуемой неопределенности:
- Крайне низкая частота (<1 Гц): Предпочтительным является метод возбуждения гидростатического давления
- Обычная низкая частота (1 Гц–2 кГц): Метод пьезоэлектрической компенсации или метод взаимности акустической полости связи
- Быстрая сравнительная калибровка: Метод преобразователя статического давления
- Выполнить взаимность и Регулярная проверка линейности
Управление циклом повторной калибровки
Эталонные гидрофоны рекомендуется калибровать ежегодно. Для измерительных гидрофонов цикл калибровки следует сокращать соответствующим образом в зависимости от частоты использования. Если рабочая среда значительно отличается от среды калибровки, следует оценить неопределенность, вызванную изменением окружающей среды.
Стандартный пример применения
Морской научно-исследовательский институт использовал метод взаимности акустической связанной полости для калибровки измерительного гидрофона, достигнув расширенной неопределенности 0,4 дБ (k=2) в диапазоне частот от 100 Гц до 3 кГц. Основные этапы внедрения:
- Использование трех взаимных преобразователей для комбинированного измерения
- Использование одного и того же измерительного канала для снижения системных ошибок
- Убедитесь, что отклонение линейности преобразователя составляет менее 5% с помощью проверки взаимности
- Управление уровнями сигналов в пределах линейного диапазона
- Выполнение поправок к расчету конечных элементов на акустическую податливость соединительной полости
Результаты внедрения показывают, что этот метод может соответствовать требованиям прослеживаемости подводного акустического измерительного оборудования, обеспечивая при этом точность калибровки.
GB/T 4130.2-2024 Ссылочный документ
- IEC 60500 Подводная акустика - Гидрофоны - Свойства гидрофонов в диапазоне частот от 1 Гц до 500 кГц
- IEC 60565 Подводная акустика - Гидрофоны - Калибровка в диапазоне частот от 0,01 Гц до 1 МГц
- IEC 60565-1 Подводная акустика. Гидрофоны. Калибровка гидрофонов. Часть 1. Процедуры калибровки гидрофонов в свободном поле.
- ISO 18405 Подводная акустика – Терминология
- ISO/IEC GUIDE 98-3 Неопределенность измерения - Руководство по выражению неопределенности измерения (ГУМ:1995). Расширение на любое количество выходных величин
- ISO/IEC GUIDE 99 Международный словарь по метрологии — Основные и общие понятия и связанные с ними термины (VIM)
GB/T 4130.2-2024 История
- 2024 GB/T 4130.2-2024 Акустическая калибровка подводного гидрофона Часть 2: Метод калибровки звукового давления на низкочастотном звуковом поле
