GB T 5266-2006 声学.水声材料纵波声速和衰减系数的测量.脉冲管法.pdf

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1、ICS 17. 140 A 59 GB 中华人民主K-、和国国家标准-:1:=品L严子GB/T 5266-2006 代替GB/T5266-1985 水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法Acoustics-Measurements of the longitudinal wave velocity and attenuation coefficient for underwater acoustical materials-Pulse tube method 2006-05-08发布中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员j2006-11-01实施GB/T 5266-20

2、06 目次前言.rn 1 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义4 符号和缩略语5 测量原理5. 1 复反射系数的测量.2 5.2 试样输入阻抗及其与复反射系数的关系5.3 纵波声速和衰减系数的计算35.4 测量频率范围6 测量装置及试样46. 1 测量装置组成46.2 标准反射体要求6.3 试样要求-7 测量方法67. 1 测量前的准备7.2 复反射系数的测量67.3 纵波声速和衰减系数的计算8 测量不确定度附录A(资料性附录)脉冲声管中水的声速的测量8附录B(资料性附录)参考文献I GB/T 5266-2006 前言本标准代替GB/T5266-1985(水声材料纵波声速和衰减的测量脉冲管法

3、。本标准与GB/T5266-1985相比，增加了数字测量装置，采用了数字程控仪器和离散傅立叶变换(DFT)技术。本标准的附录A和附录B为资料性附录。本标准由中国科学院提出。本标准由全国声学标准化技术委员会(SAC/TC17)归口。本标准的起草单位:中国船舶重工集团公司第七一五研究所、中国科学院声学研究所。本标准主要起草人:李水、缪荣兴、王荣津。本标准所代替标准的历次发布版本情况为:GB/T5266-1985。mM GB/T 5266-2006 1 范围声学水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法本标准规定了在刚性厚壁声管内，用脉冲声技术在稳态平面波条件下测量水声材料试样复反射系数，然后计算试样

4、材料纵波声速和衰减系数的方法。本标准适用于水声用均匀、密实的高分子材料。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 3223一1994声学水声换能器自由场校准方法GB/T 3947-1996 声学名词术语GB/T 4472-1984 化工产品密度、相对密度测定通则3 术语和定义GB/T 3947-1996确立的及下列术语和定义适用于本标准。3. 1 脉冲管pu

5、lse tube 可以在其中发射、传播和接收脉冲声液的充水刚性厚壁金属圆管。用于测量水声材料或构件样品的声学性能参数。注:厚壁指管的壁厚不小于管的内半径。3.2 复反射系数complex reflection coefficient 在给定频率和条件下，水媒质中平面声波入射到声学材料分界面(表面)时，反射声压与人射声压的复数比。3.3 3.4 注:表面应为无限表面的一部分，边缘效应另计。纵波声速longitudinal wave velocity c 声学材料中纵波的传播速度，单位为米每秒Cm/s)。衰减系数attenuation coefficient 纵波在声学材料中传播单位长度内声压幅值

6、衰减的奈培数，单位为奈培每米CNp/m)。注:1 Np=8. 686 dBo 4 符号和缩略语下列符号适用于本标准:1 G/T 5266-2006 Ao:与换能器接收到的标准反射体反射波相对应的电压幅值，单位为伏(V)。A1:与换能器接收到的材料试样反射波相对应的电压幅值，单位为伏(V)。a.脉冲管的内半径，单位为米(m)。C:试样材料的纵波声速，单位为米每秒(m/s)。Cw:脉冲管内水媒质中的声速，单位为米每秒(m/s)。C咐:蒸馆水的声速，单位为米每秒(m/s)。d.试样的厚度，单位为米(m)。D:试样的直径，单位为米(m)。Do:脉冲管的内直径，单位为米(1:测量频率，单位为赫兹(Hz.

7、l!。10:测量频率范围的中间组璋单位11:测量频率下限，单句12 :测量频率上限，单Ifh1，:换能器谐振频马，h.脉冲管的管壁K.脉冲声波中1，L:脉冲管的有嫂长A伊:由液面升阳伊:复反射系数F伊0:与标准反射:试样材料中声波:试样材料的密度，单w.脉冲管中水媒质的密:脉冲宽度，单位为秒(s)。5 测量原理5.1 复反射系数的测量待测试样和标准反射体交替置于脉冲管的一端，并且试样的后界面阻抗已知，用脉冲法通过测量与换能器接收到的试样反射波和标准反射体反射波相对应的电压幅值和相位，求得试样前界面复反射系数的模R和相位伊。5.2 试样输入阻抗及其与复反射系数的关系脉冲管内传播平面波时，根据声传

8、输线理论，可分别在两种不同背衬情况下求出试样的输入阻抗:a) 当试样末端为空气背材(即声学软末端)时，输入声阻抗由式(1)求出:2 G/T 5266-2006 Z,n =一旦旦一tanh(叫+id/c) ( 1 ) (+i/c) b) 当试样末端为刚性背衬(即声学硬末端)时，输入声阻抗由式(2)求出:Z,n -一旦丘一-;-coth(d+id/c)( 2 ) (+i/c) 由试样前界面的复反射系数，用式(3)刻由式(1)、(2)和(3)位间的关系式:b) 对于声学院生出峰，由式(5)表示:由式(4)或(5)可.晴、5. 4 测量频率范围Y江5. 4.1 测量频率上限脉冲管测量频率上Ib) 当换

9、能器表面的振速分布中心对称时，测董颠三奉上限12可提高，由式(7)表示:5.4. 2 测量频率下限脉冲管测量频率下限的计算方法如下:12 =主翌年2 ( 7 ) a) 测量频率下限/1与脉冲管的有效长度有关，应该避免声管内直达和反射脉冲声信号的相互叠加干扰，脉冲宽度应按GB/T3223-1994附录A中A.2的规定选取，应满足式(8)的条件:3 GB/T 5266-2006 2L T乌Cw ., ( 8 ) b) 测量频率下限11还与换能器的品质因数Q有关，取决于在脉冲管内传播稳态正弦波的条件，脉冲宽度r应按GB/T3223一1994附录A中A.4的规定选取，若要求脉冲声波中至少应有K个周期的

10、稳态正弦波，则脉冲宽度r应满足式(9)的条件:K-f + Qfh r . ( 9 ) c) 测量频率下限11见式(10): f k Cwlr 1 - 2Llr-Qcw . ( 10 ) 6 测量装置及试样6. 1 测量装置组成6. 1. 1 模拟测量装置脉冲管法的模拟测量装置组成如图1所示，此装置由声管、换能器和电子测量设备组成。位于声管一端的换能器向声管中发射脉冲调制的正弦波，经声管另一端的试样反射，再由同-换能器接收反射波，通过对带声学硬(或声学软)末端的试样反射波与刚性(或柔性)标准反射体反射波声压幅值和相位的相对比较，测量试样复反射系数的模和相位。试样圄1脉冲曹法模拟测量装置框圄6.1

11、.2 数字测量装置脉冲管法的数字测量装置组成如图2所示，此装置的声管、换能器与6.2.1相同，电子测量设备由函数发生器、功率放大器、收发转换器、带通滤波器和信号采集器、计算机系统组成。函数发生器直接产生脉冲正弦信号，带通滤波器应能滤掉低频噪声和频率高于测量频率两倍的信号，收发转换器应在脉冲信号发射时能关闭接收通道，发射结束后打开接收通道。计算机安装测量软件，通过总线控制数字仪4 GB/T 5266-2006 器，完成信号采集与处理、测量结果保存和打印。系统的测量信噪比应大于20dB。本标准推荐数字测量装置。总线圄2脉冲管法数字测量装置框圄6. 1.3 脉冲管要求一般要求脉冲管为一根壁厚均匀、内

12、壁光洁的充水金属管。为保证管壁有足够的刚性，管壁厚度h与管内半径a之比应大于或等于1。6. 1. 4 换能器要求脉冲管法中使用的换能器应是平面活塞型收发两用的换能器。在变温变压测量条件下，应有良好的温度稳定性及压力稳定性。换能器的安装应避免与声管壳体的声搞合。6. 1.5 模拟测量装置仪器要求模拟测量装置仪器要求如下:a) 信号发生器的频率稳定度应优于2X10-5;b) 移相器应可对正弦信号在00360。内均匀移相，最大允许误差土20;c) 衰减器的量程应为odB80 dB，最小步进0.1dB; d) 幅值指示器的分辨力应不大于0.2dB，相位指示器的分辨力应不大于20;e) 频率计的最大允许

13、误差应不大于士10;f) 功率放大器在工作频带内和换能器应有较好的阻抗匹配，稳定性要求为8h内信号波动不超过士1%。6. 1. 6 数字测量装置仪器要求数字测量装置仪器要求如下:a) 函数发生器的频率稳定度应优于2X10-5;b) 信号采集器的A/D位数至少应为8bits，采样率应至少大于脉冲管最高工作频率的10倍;c) 带通滤波器应能滤掉低频噪声和频率高于测量频率两倍的信号;d) 功率放大器在工作频带内和换能器应有较好的阻抗匹配，稳定性要求为8h内信号波动不超过士1%。6.2 标准反射体要求6.2. 1 刚性标准反射体可作为常压或加压情况下的全反射参考，复反射系数近似为1。用于声学硬末端条件

14、下的测量。主要要求如下:a) 标准反射体通常为不锈钢圆柱，它与脉冲管的间隙应不大于0.2mm; 5 GB/T 5266-2006 b) 标准反射体长度应为频率fo时声波的四分之一波长;c) 标准反射体适用的频率范围为foI七。6.2.2 柔性标准反射体可作为常压情况下的全反射参考，复反射系数近似为1。用于声学软末端条件下的测量。柔性标准反射体一般是管端的空气。注:常压情况下优选6.2.2。6. 3 试样要求对试样要求如下:a) 试样应制成圆柱形，圆柱度不大于b) 试样的厚度应在o.3o. 6 c) 试样要求表面平整，平7 测量方法7. 1 测量前的准备7. 1. 1 脉冲管的准备脉冲声管应做如

15、a) 脉冲管内应润，达到温b) 脉冲管中w=lOOO (C)的关注1:在常压下，注2:也可以直接、7. 1. 2 试样的准备试样应做如下准a) 表面应清洗擦b) c) d) 可开始测量。7.2 复反射系数的测量7. 2. 1 采用模拟装置的测量步骤采用模拟装置的测量步骤如下:的声速与水温丽.( 11 ) a) 位于脉冲管一端的换能器向管中发射脉冲声波，声波经脉冲管另一端的试样或标准反射体反射，由同一换能器接收，要求系统的测量信噪比应不小于20dB; 6 b) 在测量频率点上，用幅值指示器、相位指示器和移相器分别测出与带背衬试样的反射脉冲相对应的电信号幅值AI和相位叭，以及与标准反射体反射脉冲相

16、对应的电信号幅值A。和相位伊0; c) 对于声学软末端按式(12)、(13)和(14)分别计算复反射系数的模和相位，对于声学硬末端按式(12)和(15)分别计算复反射系数的模和相位:GB/T 5266-2006 R = Al / A o ( 12 ) 对于声学软末端:4X 180fl:. l fJ = fJl一。+180+ Cw . ( 13 ) 式中:1:. 1 = (1一吝).d . ( 14 ) 对于声学硬末端:7.2.2 采用数字装置的测量步, 采用数字装备的测量挠. ( 15 ) 、，hu 处理后得到它们的幅度8 测量不确反射系数的模R和度分别为156m/ s 7 G/T 5266-

17、2006 附录A(资料性附录)脉冲声管中水的声速的测量A.l 测量方法改变管中水柱的有效长度，测量水的自由表面(声学软末端)反射波相位的变化，见式(A.1): L A 甲一一a A . ( A.1 ) 式中:今?一一反射波相位的变化量，单位为度C);f一一测量频率，单位为赫兹(Hz); Cw 脉冲声管中水的声速，单位为米每秒(m/s); flL 换能器表面到管口水面间的距离变化量，单位为米(m)。由此可得脉冲声管中水的声速计算式CA.2): L A-o-0 四-A一A哇-w flv . ( A.2 ) 为了提高测量准确度，flL应尽量选取使A=180n的值flLn故得式(A.3): L一儿-n

18、A哇一一一( A. 3 ) 式中:flLn一一当反射波相位的变化量为n时，换能器表面到管口水面间的距离变化量，单位为米(m); n一一整数。A.2 测量准确度Cw的测量误差主要由.flLn的测量误差决定，n越大，Cw的测量准确度愈高。若测量频率f为10 kHz及n=l时，flLn的相对测量误差为:f:1%Cw的相对测量误差为士2%。8 附录B(资料性附录)参考文献GB/T 5266-2006 lJ G. A. Sahin, Acoustic impedance measurements at high hydrostatic, J. A. S. A. 1966. vol(40): 1345-1

19、353 2J 缪荣兴，王荣津.水声材料纵波声速和衰减系数的脉冲管测量.声学与电子工程，1986，vol(2): 31-37 3J 李水，唐海清，俞宏沛.改进脉冲声管测试系统对水声材料纵波声速和衰减的测量.水声物理与水声工程学术会议，2002UCON-uNmH阁。华人民共和国家标准水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法GB/T 5266一2006国中声学等中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销与奄印张1字数20千字2006年9月第一次印刷开本880X12301/16 2006年9月第一版并定价12.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533书号:155066. 1-27929 GB/T 5266-2006