GB T 7965-2002 声学 水声换能器测量.pdf

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1、共ICS 17.140.01 u 67 写主GB/T 7965 2002 Acoustics Measurement of underwater sound transducers 能I F 2002斗2-01实施发布人民共和国监督检验检夜总局咛z国2002- 03-26发布jy!Jlld叩飞GB/T 7965-2002 前言1 范围. . . . . 2 引用标准. 3 定义. . . . . . 4 基本电声参数. . 5 坐标系和数据表示法目次I 6 测量方法的选择、测量条件及准备37 自由场灵敏度和发送电流响应的互易法测量. . . . . . . . . . ., ., ., . .

2、 . . 4 8 自由场灵敏度的比较法测量., . . . . ., . . . . . 7 9 声压灵敏度的测量. . .,. . ., ., . HO ., . . . . . . . . 8 10 发送响应t级的比较法测量. .,. . . . . . . . ., ., .,. 8 11 水昕器加速度灵敏度测量. ., . . . . 8 M 水听器相位一致性测量. . . . . . . 9 13 换能器阻扰和导纳的测量. . . . . . .,. . . . . ., ., ., .,. . . . . 9 14 指向性图案、波束宽度和最大旁瓣级的测定. . . . . .,.

3、. . . 12 15 指向性因数和指向性指数的确定. . ., .,. . . 13 16 输入电功率的测量. . ., . . . . . . ., ., . . . . . . . . 15 17 辐射声功率的测量. . ., . . . .,. . . . . . . . 17 18 电声效率的测量. . . . .,. . . 19 19 换能器带宽和机械品质因数的测量. . . . . 20 附录AC标准的附录)常用换能器的声场邻近区判据. 22 附录BC提示的附录)有关噪声场法测量的问题. . 23 附录cc标准的附录)柱面波自由场互易常数中Jc的数值表. 23 附录DC标准的附

4、录)指向性因数、指向性指数的计算图表及公式. . . 24 附录EC提示的附录)参考文献. . . . . . 26 t f址J J J 旷GB/T 7965-2002 前GB/T 7965-1987(声学水声换能器测量分为两个方面z基本电声参数;测量方法。本标准根据我国水声计量测试发展的现状，对GB/T79651987(声学水声换能器测量进行了修订，技术内容有所增加。本版与GB/T79651987版相比主要不同之处如下:-一一对换能器阻抗和导纳的测量、输入电功率测量、机械谐振频率测量、换能器带宽测量、机械品质因数测量和指向性图的测量计算进行了修改;一增加了声强法测量声功率的方法，一-增加了相

5、位一致性测量方法和加速度灵敏度测量的标题。本标准自实施之日起，代替GB/T7965 19870 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归口。本标准负责起草单位z中国船舶工业集团公司国营第七二三厂、中国科学院声学所、中国船舶重工集团公司国营第六一二厂、中国船舶重工集团公司第七研究院第七一五所、哈尔滨工程大学水声所。本标准主要起草人3郑进鸿、宋受锤、张丽英、郑士杰、回忠仁、薛耀泉、朱厚卿。J 步 2 中华人民共和家标准声学水声换Acoustics Measurement of llnderwater sound transducers 范围本标准规定一般水声换能器的主要电声参数的

6、测量、计算和表示方法。本标准适用的频率范围为1Hzl MHz , 本标准所规定的测量方法也适用于般基阵。大功率下的某些参数应按GB/T7967-2002的规定进行测量。引用标准GB/T 7965一2002代替GB/T7965一19B7下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。3 4 GBjT 3223-1994声学水声换能器自由场校准方法GBjT 3769-1983 绘制频率特性图和极坐标图的标度和尺寸(neqIEC 263:1975) GBjT 3947-1996声学名

7、词术语GBjT 4128-1995声学标准水听器(neq500:1974) GB/T 41302000声学水昕器低频校准方法GBjT 7967-2002声学水声发射器的大功率特性和测量GBjT 16165-1996声学水听器相位干致性测量方法GBjT 17251-1998声学水听器加速度灵敏度校准方法定义本标准采用GB/T3947中的定义。基本电声参数基本电声参数的名称、符号、单位、测量和计算方法、适用的频率范围以及测量的不确定度见表L表1基本电声参数参数符号单位测量及计算方法频率范围测量不确定度自由场电压灵敏度M V/Fa 球面披自由场互易法100Hz1 MHz 1. 0 dB 自由场电压灵

8、敏度级M dBC基准值1V /Fa) 柱面波自由场互易法200 Hz10 kHz 1. 0 dB 球面波自由场比较法100 Hzl MHz 1. 5 dB 柱面被自由场比较法200 Hz10 kHz 1. 5 dB 噪声均匀场比较法10口Hz4kHz 2.0 dB 声压灵敏度M, V/Fa 振动液柱法10 Hz2 kHz 1. 0 dB 声压灵敏度级3M, dBC基准值，!V /Fa) 密闭腔比较法1 Hz4 kHz 1. 0 dB 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2002- 03-26批准2002-12-01实施1 GB/T 7965-2002 表l(完)参数符号单位测量及计算方法频率

9、范围测量不确定度参考水听器比较法2200 Hz 20 kHz 在昕器相位一致性1.jr; ()或rad连续波4。脉冲波6 水昕器加速度灵敏度M V. s2/m 标准加速度计法10 Hz2 000 Hz 。.6dB 激光测振仪法水听器加速度灵敏度级M. dB(基准值:1V.s2/m) 发送电流响应S, Pa.tn/A 比较法100 Hz1 MHz . 0 dB 发送电流响应级1S, dBC基准值，1j. lOD 式中，d一一被测换能器和测量换能器有效声中心之间的距离，m;D 被测换能器的最大尺寸，m，在波束宽度较窄的情况下，如果仅在主瓣附近测量，则按公式(32)，d二三5D14. 1. 2 测量

10、实施. ( 31 ) . ( 32 ) 如果测量换能器指向性时，使用自动记录，则换能器的旋转速度不能太快(对于高指向性换能器，尤其要注意)，否则，记录器的滞后效应及换能器的抖动会引起附加误差。如果用手动旋转换能器，逐点测量指向性图，则对高指向性换能器，在其波束宽度内或其他起伏急剧的方位上，测点应密一些;在其他方位上，测点可稀一些。注.当需要时，也可采用噪声信号测量，但测量的准确度要降低。14.2 数据表示及计算指向性图通常用极坐标图的形式表示(见图12)，径向坐标表示响应。对于指向性换能器最好用直角坐标图表示(见图13)，横坐标表示方向角，纵坐标表示响应值。这样可以得到较清晰的表示数据。响应值

11、通常用分贝值表示，响应级的最大值取为odB。也可用归一化的比值表示。12 /一-飞J气，fr一、/ -气、/时瓣-町、: I I 飞. 旁瓣额2、飞一-rlOM/子、，J二飞-/.子飞-_一/、.、-蛐图12极坐标图GB/T 7965-2002 波束宽度可从图12或图13中得到。即从主轴的最大响应下降3dB(或6dB、10dB)时的左右两个方向间的角度，就是波束宽度28-3dB(或28_，曲、28_IOB)。最大旁瓣级也从图12或因13中得到。即计算由最大旁瓣(通常是第一旁瓣)比主轴响应下降的分贝数。OdB -6dB -30G 一20.-10 O. 10. 20. 30. 图13直角坐标图指向

12、性图上要标明参考方向，同时还要标明测量的频率、定向平面和环境条件(温度、静压等)。对于无空间对称的换能器，应在较多的定向平面内测量指向性图，才能表明其空间指向性图，并且使于计算指向性因数。14.3 测量不确定度影响指向性测量不确定度的因素，除在测量自由场灵敏度和发送响应一章中提到的几种因素之外，还有严格的远场和自由场条件的不满足、有效声中心与旋转轴的偏离、记录器的分辨率和滞后效应等带来的记录器转速和笔的速度的误差。测量换能器的自由场灵敏度或发送响应的系统误差对指向性的测量不会带来影响。换能器在方向上的寇位精度取决于回转设备的角分辨率，因转设备如有回差，则应单向旋转。对于高指向性换能器，在主波束

13、内测量，应测三次以上取平均值，以弥补由定位角分辨率引起的误差，角分辨率误差可达到土o.5。一般来说，在最大响应区域中，指向性函数值测量的不确定度不大于0.5dB，在角偏向损失达30 dB的范围内，每10dB可以有士1.0dB的误差。15 指向性因数和指向性指数的确定根据定义指向性因数几可用公式(33)计算:儿=叫:1:D川Jsin8d侃式中zRe指向性因数;D(8，o扭/1.23). ( 38 ) 式中2矶、D，、D3分别是该频率时，半波束宽度。一3dB. B-6 clB、。lodn所对应的圆形活塞式换能器的直径，m;一二水中声泼泼长，m。由矶、D2，D3的平均值作为圆形活塞式换能器的等效直径

14、，以汁算其等效面积。15.3.2 矩形和方形活塞式换能器(在平行于其边的定向平面中)或线列换能器矩形和方形活塞式换能器(在平行于其一边的定向平面中)或线列换能器，用公式(39) (41)算出三个相应的边长或长度与波长的比值=L,/A = O. 6(8inl_3dB/0. 73) 4/= O. 6(sinl_.扭)( 39 ) ( 40 ) L3/!. = O. 6(8inl_O d/1. 23) . . . . . .( 41 ) 式中zL1、L2、L，一分别是该频率时，半波束宽度。-3dB.B-15画、8-10咀所对应的矩形和方形活塞式换能器的边长或线列换能器的长度，m。由LL，、L3的平均

15、值作为线列换能器的等效长度，或矩形、方形活塞式换能器的等效边长，以计算它们的等效面积。当算出活塞式换能器的等效面积或线列换能器的等效长度后，指向性因数按公式(42)、(43)计算za)活塞式换能器zR, = 4A/ . ( 42 ) 式中=A一一活塞式换能器的等效面积，m。b)线列换能器=R, = 2L/ ( 43 ) 式中zL一一线列换能器的等效长度，mo高频时，活塞式换能器和线列换能器的实际指向性图案与理论的指向性图案-般是比较吻合的，而且主瓣所占能量很大，所以本方法是可靠的。即使是束控换能器或其他形状较复杂的换能器，当尺寸大14 GB/T 7965-2002 于波长时，公式(42)和(4

16、3)仍然适用。本方法的误差来源同14.3规定样，测量不确定度不大于10%。对于某些理想化的换能器，已经推导出它们的指向性因数的精确关系式或近似关系式。例如30有无限目。硬障板的平面圆形活塞式换能器的指向性因数按公式(44)计算z式中，r一一圆形活塞的半径，ro;品二圆波数，ml; J1 (Zkr) 一阶贝塞尔函数。R, = (kr)/l - J ,(Zkr)/krJ . ( 44 ) 当活塞半径大于半波长时，可用近似公式(42)，其误差小于5%。对于无障板情况，矩形及些近似于圆形或矩形的其他形状的活塞式换能器，也是适用的。z)均匀连续线列换能器的指向性因数按公式(45)计算.R.=是L/【-2

17、/kL ZSln(kL)/kL + 4cos(kL)/(kL)叮当线列换能器的长度大于波长时，可用近似公式(43)，其误差小于5%。( 45 ) 常用的活塞式换能器或线尹j换能器，常常是由许多基元组成的基阵，其有效边缘或有效端点不易确定，由此引进的误差，对线列换能器的有效长度来说约为5%，对活塞式换能器的有效面棋来说约为10%。本标准附录D(标准的附录)中D3列出几种典型换能器的指向性函数，它们的指向性因数都可用公式(33)或(35)数值计算得到。16 输入电功率的测量16. 1 电压电流相位法发射器由功率源吸收的有功功率应满足公式(46):式中zWe-输入电功率，W;UT一加于发射器上激励电

18、压，V;Ir流入发射器的电流，A;W, = uT X 1Tc081 #一一电压和电流间的相位差，C)。( 46 ) 测量实施见图14，用电压表或示波器测量换能器并联分压器上电压，同时用电流变换器测量换能器串联回路中电流，用相位计测量电压和电流的相位差。代人公式(46)中计算。信功号率盎直直Z厅UT 电压表相仕计生主流变换器器器1, 频率计图14电压电流相位测量框图要求测量电压、电流的不确定度不大于3%号相位计不确定度了，计算功率扩展不确定度(u)为10%包含因子(k)等于2J，注2脉冲工作时可以采用信号采集分析仪的方法进行，相位测量也可以用李萨如图，误差在10。左右。16.2 阻抗法15 -_

19、-式中:Uy，U广-分别为换能器激励电压与电流的取样电压，V;是v-换能器激励电压分压器分压比;k/一一换能器激励电流电流变换器取样系数，V/A.GT和RT由换能器随抗法测定，要求电压测量不确定度在连续正弦信号状态下不大于2%，在脉冲信号状态下不大于3%，在满足测量条件下按公式(46)计算的电功率不确定度应不大于10%;按公式(47)或(48)计算电功率扩展不确定度(U)为12%包含因子(k)等于2J.16.3 相位补偿法对压电换能器根据需要并联或串联个具有适当电感量的可变电感器，使功率放大器在指定输出电压下其输出电压(U)和电流(I)之间相位差等于0.，当电感无损耗时，发射换能器从功率放大器

20、吸收的输入电功率按公式(49)计算z根据13规定的方法测量换能器的并联电导值或串联电阻值，再用电压表或示波器测量换能器激励电压(U)或激励电流(I)，当电压用分压器测量或电流用电流变换器测量，输入电功率按公式(47)、(48)计算:. . . ( 47 ) . ( 48 ) ( 49 ) 图16并联补偿电压电流测量装置在串联补偿时，发射器的等效串联电阻与电感的串联损耗阻之比应不小于2%;在并联补偿肘，电功电压电流事取样器源1 相位指示器U, Uv 、电压测量亘统换能器L 串联补偿电压电流测量框图电压测量罩统式中:We发射换能器吸收电功率，WgU.一发射器激励端电压，V，;I一输入发射器电流，A

21、.测量实施见图15，图16。用李萨如图观察电压电流相位差。W. = (Uv/kvl X GT W. = (Udk/)2 X RT GB/T 7965一2002W. = U,I Uv 电压电流取样器E马图15相位指示器功率摞16 -一-， GB/T 7965-2002 感的并联损耗阻与发射器的等效并联电阻之比应不小于z%。在满足测量条件及上述有关要求的情况下，电功率测量扩展不确定度(u)为10%包含因子(川等于zJo16.3. 1 电压测量方法16.3.1.1 分压器法将取样用的分压器与发射器的输入端并联，分压器输出电压即为取样电压。由取样电压除分压比(kv)得换能器激励电压。要求分压器的输入阻

22、抗比发射器阻抗高100倍，输出阻抗低于测量系统的输入阻抗的1/100，岛的不确定度应不大于2%，分压器相位失真应不大于10016. 3. 1.2 电流变换器法在发射功率源的输出端并联一个高值标准电阻，在电阻端串联-个电流变换器，对输出电流IR取样，通过电流变换器取样系数(kl)，求出发射器激励电压。要求高值标准电阻(Rv)至少比发射器阻抗大100倍，Rv的精确度不大于1%，是r不确定度不大于1.5%，电流变换器相位失真不大于r。16. 3. 2 电流测量方法16. 3. 2.1 电流变换器法功率源输出端回路通过一个电流变换器，电流变换器的输出电压即可算出回路中的电流值。要求电流变换器不确定度不

23、大于1.5%，其相位失真应不大于10，此方法不受发射器和功率源接地状态的限制。16.3.2.2 电阻取样法将取样用的标准小电阻串接在发射器的低电位端(它跟发射换能器跟功率放大器的接地状态有关。测量取样电阻两端电压，除以标准电阻值，即得电流值。发射功率源与换能器都必须接地时，在功率源与换能器之间插入变压器。要求取祥标准小电阻为元感电阻，其阻值尽可能小，一般小于换能器阻扰的1/100，电阻不确定度不大于2%，旦有足够功率容量。17 辐射声功率的测量17. 1 声压法换能器的辐射声功率可以通过测量远场某距离d处声轴方向上的声压值，利用它的指向性因数，由公式(50)计算式中zWa一辐射声功率，W;W4

24、7td2户3-e-pcRe d一一水昕器到水声发射器有效声中心之间的距离，m;P，一距离d处的声压，Pa;p 水的密度，kg/m勺C一一水中声速，m/s;R，-一水声发射器的指向性因数。. ( 50 ) 根据被测水声发射器的工作频率，选取标准水听器，将它置于水声发射器声轴方向上，离水声发射器有效声中心的距离为d处(d满足自由场远场条件)，测得水昕器的输出开路电压，由公式(51)计算声压zP,= UclM . ( 51 ) 式中=EYe-一水听器的输出开路电压，V;M一水听器的自由场灵敏度，V!仇。17 一一GB/T 7965-2002 如果水听器的输出开路电压的测量不确定度不大于2%，水听器自

25、由场灵敏度的测量不确定度不大于o.7 dB，则声压的测量不确定度应不大于15%。按14规定的方法测量水声发射器的指向性因数，按公式(50)计算辐射声功率。如果距离(d)的测量不确定度不大于1%，水的特性阻抗(pc)的测量不确定度不大于2%，指向性因数的测量扩展不确定度不大于10%，声压的测量不确定度不大于15%，则辐射声功率的测量扩展不确定度(u)为30%包含因子(k)等于2J0 如果要测量声功率级，则可通过测量水声发射器在距离(d)的声压级和指向性指数，按公式(52)计算=Lw = Lp -D，十201gd- 50.7 式中sLw一声功率级，也(基准值，1pW); Lp声压级，dB(基准值z

26、lPa);Dr一-指向性指数，dB。17.2 声强法17.2. 1 原理方法. ( 52 ) 用双水听器线列阵，在包围发射器的辐射声场中进行自动控制、逐行扫描，可以得到扫描面上的法向声强(1.)分布。进而对测量面进行声强的数值积分便可以得到水声发射器的辐射声功率(W.)。水听器所在测点(r)的法向声强的频谱密度按公式(53)计算:山)=忐lm5PA，(r，w)J( 53 ) 式中，lm5 APB (r，汀一-取测点双水昕探头处声压队和归的互功率谱密度SPAPB(r，)的虚部; 角频率，=2f，f频率，Hz;6.r一二双水听器A和B的声中心间距，指向发射器包面的外法线方向，m;p一声场介质的密度

27、，kg/m3。根据扫描面上测点声强分布，可以得到辐射声功率，计算按公式(54)或(55)，W 三寸f1FI川d W叭.= :2二二川二二二N肌雷Jd臼5;1=1 ，;:s，产1式中，1与一-6.5;元面上J=1，2，.k节点上的声强测量值，W1m2; N;广-6.5;面上J节点的插值函数，n一一包面S上的离散商总数。17.2. 2测量方法( 54 ) . ( 55 ) 对于单频情况，根据发射器工作频率设定声强探头两水听器间距缸，b.r/的范围应在1/71/10;线列阵声强探头之间间距t;d应为(1/41/5)。借助计算机控制声强探头线列阵在声场中作扫描，步距约1/5。当线阵到达测点稳定后，进行

28、声压的测量$将放大之后输出电压UA、U闯进行数字采集。整个测量面扫描、A/D变换数字采集数据，利用声强测量计算软件作互谱运算，根据公式(53)得到测量面上测点法向声强值。最后利用公式(54)或(55)计算得到辐射声功率。17- 2. 3 不确定度利用六个声强探头，测量2kHz6. 35 kHz范围内，当b.r/为1/7条件下，水声声强扩张不确定度(U)为1.48 dB包含因子(k)等于2J。18 GB/T 7965-2002 18 电声效率的测量18.1 直接法按17规定的方法测量水声发射器的辐射声功率，按16规定的方法测量它的输入电功率，电声效率按公式(56)计算。式中z弘电声效率gW.一一

29、辐射声功率，W;W，一一输入电功率，W。可ea= wJwe . ( 56 ) 如果输入电功率的测量不确定度不大于10%，辐射声功率的测量不确定度不大于30%，则直接法测量电声效率的测量不确定度应不大于32%。18.2 电导(电阻)法18.2.1 原理和方法对于一个单谐换能器，可以在它的谐振频率附近等效为集总参数形式的单振荡回路，在谐振频率上，动生导纳(或阻抗的虚部为零。因此，可通过实测换能器在空气中和水中的电导曲线(或电阻曲线)来计算电声效率。18.2.1.1 压电换能器用电导曲线法按15规定的方法测量换能器等效并联电导GT随频率变化的曲线见图17，测量的频率范围和测量点必须保证曲线有明确的走

30、向和可靠的内插点。GT/mS 鸟在iM A. B B. N. N 图17电导曲线图f凡王Z图17曲线MAN和M1A1N1分别是换能器在水中和空气中时测得的电导曲线。MN和M1N1是介电损耗线，过电导曲线最高点A和儿作垂线AB和A1Bl分别交MN和M1N1于C和C，点:a)换能器的机电效率按公式(57)计算z平.m= (AC/AB) X 100% 式中z丰田换能器的机电效率;AC-换能器在水中谐振频率处的动生电导，S;AB一换能器在水中谐振频率处的电导，S。b)换能器的机声效率按公式(58)计算z于四=(A1C1 AC)/A.C,J X 100% 式中=丰田一换能器的机声效率;A1C，-换能器在

31、空气中谐振频率处的动生电导，S。c)换能器的电声效率按公式(59)计算z7. = (AC/AB) X (A,C1 - AC)/A1C,J x 100% 一-一( 57 ) ( 58 ) ( 59 ) 19 GB/T 7965-2002 18.2.1.2磁致伸缩换能器用电阻曲线法按11规定的方法测量换能器等效串联电阻RT随频率变化的曲线见图18，仍按上述方法并由公式(57)、(58)、(59)计算效率，不过这时各参数的意义如下zMN和M，N，-一磁滞损耗和涡流损花线;AC一换能器在水中谐振频率处的动生电阻，0;AB-换能器在水中谐振频率处的电阻，(;A1C1一一换能器在空气中谐振频率处的动生电阻

32、，0，。Rrln A, N, N B B, 图18电阻曲线图18.2.2适用范围f 1Hz 电导电阻法测量电声效率简便迅速，但它有一定的使用条件。对于单一模式振动的简单换能器，在谐振频率工作时，这种方法是可靠的.对于多谐(或多模)换能器，或表面有一定厚度覆盖层的换能器，以及在非谐振频率时或在换能器的线性工作范围以外，本方法不适用。18.2.3 测量不确定度如果换能器电导(或电阻)的测量不确定度不大于5%，则AC、人C1、AB的测量不确定度不大于7%，所以，电导(电阻)法测量电声效率的扩展不确定度(U)为15%【包含因子(k)等于2J，本方法的实际准确度还取决于换能器对这种方法适用范围的满足程度

33、。19 换能器带宽和机械品质因数的测量19. 1 换能器带宽和机械品质因数对于单谐或单模换能器带宽和机械品质因数有公式(60)，Qm=卢。1M式中，Qm一一机械品质因数g10一机械谐振频率，Hz;!11= 1,-/1换能器等效带宽，Hz。( 60 ) 机械Q值为储存于该系统中等效抗性元件上的能量与耗散在等效阻性元件上的能量的比值。它还用来描述单谐机械系统的瞬态特性。如果用)频率等于单谐系统谐振频率的脉冲正弦信号激励时，欲使系统振速达到稳态值的96%或者信号停止时欲使系统振速降到原稳态值的4%时，贝Ij需要Q俩个周期的时间。换能器带宽和Qm值是表征瞬态特性的物理参数。19.2 发射电压(或电流)

34、响应带宽、接收电压灵敏度响应带宽和电导带宽换能器在不同的工作状态，描述瞬态特性的物理过程不同，因此表征带宽的定义和数值不同。a)对于发射换能器，发射电压响应带宽定义为在恒压发射响应曲线(通常对压电换能器)中比最大响应低3dB的上下两个频率/1与1，之差;b)发射电流响应带宽定义为在恒流发射响应曲线(通常对磁致伸缩换能器)中比最大响应低3dB 20 GB/T 7965-2002 的上下两个频率1，与12之差;c)对于接收换能器，接收电压灵敏度带宽定义为接收电压灵敏度响应曲线中比最大响应低3dB 的上下两个频率1，与12之差pd)电导带宽定义为换能器在电导频率响应曲线上最大电导低一半的上下两个频率

35、1，与12之差。各种响应带宽和Q.值是通过测量响应曲线后，确定相应频率点计算得到。带宽测量的不确定度与带宽的宽窄有关，带宽和Qm值测量的扩展不确定度通常有5%lO%。21 .,._ GBjT 7965-2002 换能器辐射声波在传播一定距离以后才能形成球面波声场，这个由近场向球面波声场转变的区域就是邻近区，它是水声发射器与水听器之间要隔开一个可容许的最小距离，这个最小距离的判据，即邻近区判据。邻近区判据是工作频率及两个换能器的形状和尺寸的函数，同时与测量精度及所测参数有关。邻近区没有截然的界限，常用换能器的声场邻近区判据如下。各种换能器与点状水昕器组合测量时声场邻近判据附录A(标准的附录)常用

36、换能嚣的声场邻近区尹j据A1 a)均匀圆形活塞式换能器. . ( Al ) . ( A2 ) d二三rrr2jdr . ( A3 ) 式中，d-两个换能器之间的距离，m;A一一水中声波波长，ro;r一圆形活塞半径，m，(All和(A2)式作为圆形活塞式换能器邻近区判据，声场偏差小子。.5dB, b)其他形状的活塞式换能器，(Al)式可改写为.d二51). 式中:s-一活塞面积，m20(A3)式作为一般形状活塞式换能器邻近区判据，声场偏差小于0.5dB , c)线列或柱形换能器. . . . . ( A4 ) H ( A5 ) d二主LjdL 式中，L线或柱的长度，m。(A4)和(A5)式作为线

37、列或柱形换能器的邻近区判据，声场偏差小于O.5 dB, 两个非点状换能器相互组合时的邻近区!f!IJ据A2 ) 内。巧，。AAA ( a)两个不同直径的圆形活塞式换能器d二(rf十rDjd二注r，d二三T，式中:rl.rZ一分别为两个圆形活塞的半径，m。以上三式作为两个不同直径的圆形活塞式换能器的邻近区判据，声场偏差小于0.2dB , b)两个长度相同的平行线列换能器d二三1.SL2/.( A9 ) d注L. . . (AI0 ) 公式CA9)和CAI0)作为两个长度相同的平行线列换能器的邻近区判据，声场偏差小于0.5dB。c)两个矩形平面换能器d二三k(1+ r)(W 12)十(L/2)J/

38、3 UO .( All ) 式中zh一一圆波数，mzpf一-水昕器宽度与水声发射器宽度的比值322 、GB/T 7965-2002 W、L分别为矩形水声发射器的宽度和长度，血。公式CAll)作为两个矩形平面换能器的邻近区判据，声场偏差大约1dB。附录B提示的附录有关噪声场法测量的问题进行球面波自由场比较法测量时，在低频范围内，常因水池的消声效果减弱，而不宜采用单频连续正弦信号，或因低频时要求的脉冲宽度较宽，使直达信号与反射信号不能分开，而不宜采用脉冲法，致使自由场测量难以进行。这时可用窄带噪声信号，在所测量的区域内形成噪声均匀场，用噪声法进行测量。窄带噪声信号可用1/3倍频程带宽的或宽带的粉红

39、噪声发送，用具有1/3倍频程带宽滤波器的接收器接收，滤波器应符合GB/T3241的规定，其中心频率为(单位Hz):1. 6、2.0、2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8.。、10.0、12.5及它们的10倍数。粉红噪声(pinknoise)根据定义是用正比于频率的频带宽度测量时，频谱连续并且均匀的噪声，粉红噪声的功率谱密度与频率成反比。即频率每增加一个倍频程，它的平均电压下降3dB。用噪声信号进行测量时，应使用具有合适时间常数的记录器或电压表记录和指示，以减小读数误差。由于采用粉红噪声信号，所以，水声发射器宜采用平坦响应的发送器或压电换能器。采用窄带噪声信号测量时，只能在低于换能器谐振

40、频率的频段内进行。带宽越窄，测量值越接近标称频率的单频值，但读数稳定性差，所以，两者需进行权衡。由于读数起伏较大，故通常需取3次以上的测量数据的平均值，以减少读数误差。附录C标准的附录柱菌波自由场互易常数中jc的数值表柱丽波自由场互易常数按公式(Cl)计算.Jc = Mcl5,C = 2L V丁/(pc)式中zJc 柱面波自由场互易常数，W/(m11.Pa)。.( C1 ) 当以分贝计量时，因Mc和51c的基准值M.和S宫分别取1V /IPa和11Pa.mll/A，故互易常数Jc的基准值Jc.应取10-1W /(m11 Pa) ，则以分贝表示的互易常数Jc应为zJc = 201g (JcfJc

41、,) =20Ig2 X 10-1zL v丁/(pc)J=-234十20lgL- 20lgp - 101gc - 10lgf =201gL十1c若取20C时的水密度和水中声速，即p=O.998X 10 kg/m3 ,c=l 482 m/s，则有2Jc = 325.69 - 10lg1 . ( C2 ) .( C3 ) 式中频率的单位为Hz，为了便于使用，将此式制成计算表列于表C1中。频率每增加10倍Jc应减少10dBo例如=当f=63时，jc=-343.7dB，当1=630Hz 时Jc=343.7一10.0=-353.7dBo 23 , 气GBjT 7965-2002 dB Jc数值表表C111

42、Hz 。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -335.7 -336.1 -336.5 336.8 - 337.1 337.4 337.7 - 338.0 338.2 -338.5 20 -338.7 -338.9 339.1 339.3 -339.5 339.7 339.8 340.0 340.2 - 340.3 30 -340.5 -340.6 -340.7 340.9 - 341. 0 341. 1 -341. 3 -341. 4 341. 5 -341. 6 40 -341. 7 -341. 8 - 341. 9 -342.0 一342.1-342.2 342.3 -342.4 -

43、342.5 -342.6 50 342.8 -342.8 342.8 342.9 343.0 - 343.1 -343.2 343.2 343.3 -343.4 60 -343.5 -343.5 343.6 -343.7 -343 7 -343.8 343.9 343.9 一344.0-344.1 70 344.1 -344.2 344.3 一344.3344.4 344.4 344.5 -344.6 -344.6 344.7 80 一344.7344.8 344.8 -344.9 344.9 -345.0 345.0 345.1 345.1 345.2 90 -345.2 345.3 -34

44、5.3 一345.4345.4 345.5 -345.5 345.6 345.6 - 345.6 D1 附录(标准的附录)指向性因数、指向性指数的计算图表及公式D 计算图表矩形或椭圆形活塞式换能器的一10dB波束宽度(单位为度)与指向性指数的函数关系可查图DL50 30 凶20 T ., N 110 1 7 5 3 2 最小披束宽度(20.OdB)10 20 1 n号。町、2划幅酷辅料嘲最大波束宽度【28刷.)图Dl波束宽度与指向性指数的函数关系图其中，最大波束宽度是在过声轴并与矩形的短边平行的平面或包含椭圆的短轴的平面中测量的。最小波束宽度是在过声轴并与矩形长边平行的平面或包含椭圆长轴的平面中测量的。带障板的困形活塞式换能器的一10dB波束宽度与指向性指数的函数关系可查图D2024 GB/T 7965-2002 35 |干-卜-卜-一咋- -050 322 【gv麟辄划壁辄10 5 0 20 4(1 60 80 100 120 被罩宽度(28_lOdB)140 160 180 图DZ波束宽度与指向性指数的函数关系图D2 指向性因数计算的经验公式根据实测均匀线列换能器或活塞型换能器的3dB波束宽度，由公式(Dl)、WZ)计算指向性因数。a)均匀线列换能器zR, = 101. 5/Z8_3扭. ( D1 ) 式中zRe一一指向性因数;Z8曲3dB波束宽度，(0) 0 b)活