JJF 1223-2009 驻波管校准规范.pdf

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1、了了伊中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1223-2009驻波管校准规范(驻波比法)Calibration Specification for Standing Wave Tubes(Method Using Standing Wave Ratio)20090710发布 20091010实施国家质量监督检验检疫总局发布驻波管校准规范(驻波比法)Calibration Specification forStanding Wave Tubes(Method Using Standing Wave Ratio)5 25 25 JJF 1223-2009 25 25 2本规范经国家质量监督检验检疫

2、总局于2009年7月10日批准，并自2009年10月10日起施行。归口单位：全国声学计量技术委员会主要起草单位：湖北省计量测试技术研究院参加起草单位：杭州爱华仪器有限公司中南国家计量测试中心本规范由全国声学计量技术委员会负责解释本规范主要起草人：姚秋平(湖北省计量测试技术研究院)陈炎明(湖北省计量测试技术研究院)陈翔(湖北省计量测试技术研究院)参加起草人：熊文波(杭州爱华仪器有限公司)王琦(中南国家计量测试中心)赵四海(中南国家计量测试中心)周芹(中南国家计量测试中心)JJF 12232009目 录1范围2引用文献3术语和计量单位4概述5计量特性51声源声压稳定性52声源的总谐波失真53探管传

3、声器的级线性54阻抗管的衰减55阻抗管驻波比56驻波管测量范围下限57探管传声器结构传声性能6校准条件61环境条件62标准器和其他测量设备及实验环境要求7校准项目和校准方法71校准项目72校准方法8校准结果表达81校准数据处理82校准证书83校准结果的测量不确定度9复校时间间隔附录A校准证书的内容附录B测量不确定度的评定实例i；iii)l11l22222222222333666667K；l；(JJF 1223-2009驻波管校准规范(驻波比法)1范围本规范适用于用驻波比法测量表面声#且抗率和吸声系数声阻抗管的校准。2引用文献本规范引用下列文献GBT 31025 1993电学和磁学的量和单位GB

4、T 31027 1993声学的量和单位GBT 186961 2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法JJF 1001】998通用计量术语及定义JJF 1034 2005声学计餐名词术语及定义JJF 1059 1999测量不确定度评定与表示使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3术语和计量单位本规范采用JJF 1001 1998和JJF 1034-2005中有关的术语和定义。本规范采用GBT 31025 1993和GBT 31027-1993中规定的量和单位。31驻波图(standing wave pattern)以驻波管测量试件表面为基准面，驻波管探管传声器距

5、基准面移动的距离为横坐标探管传声器输出声压为纵坐标，画出距基准面的距离声压图为驻波图。32驻波比(S)(standing wave ratio)无衰减的驻波图上，声压极大值的振幅f P。 与声压极小值的振幅l P二。I之比：SPIIP。i (1)33计及衰减的驻波比(S。)(standing wave ratio with attenuation)有衰减的驻波图上，第n个声压极大值处的声压振幅l P(，。)|与第n个声压极小值处的声压振幅IP(。，。)之比：S。一P(。)jIP(。，) (2)显见，z不同时，S。取不同的值。4概述驻波管是用驻波比法测量法向入射条件下声学材料的吸声系数、反射因数

6、和表面声阻抗率或表面声导纳率的声阻抗管，它主要由阻抗管、试件筒、声源、探管传声器、标尺等部分组成。JJF 122320095计量特性o51声源声压稳定性在驻波管工作的频率范围内，声源声压稳定性一般固应优于每小时02dB。52声源的总谐波失真在驻波管工作的频率范围内，在声源声压的上限，声信号总谐波失真一般应优于5。53探管传声器的级线性从驻波管有效声压级范围上限到上限以下15dB，探管传声器的级线性一般优于02dB5dB，上限以下15dB至45dB，探管传声器的级线性一般优于05dB5dB。54阻抗管的衰减因粘滞损失和热传导损失，入射声波和反射声波在传播过程中一般都要衰减，衰减随着距试件表面距离

7、的增加而增大，因此驻波图中极小值的声压振幅应是单调上升。相邻两个极小值的上升幅度一般不大于ldB。55阻抗管驻波比未装试件的阻抗管中，驻波图的驻波比一般应不小于45dB。56驻波管测量范围下限驻波管测量范围下限为驻波管测量系统本底噪声加10dB。57探管传声器结构传声性能为准确测量探管传声器声中心的声压，驻波管探管传声器结构传声应得到有效控制。将探管传声器的拾声孔封闭后，接通信号并记录驻波图，一般应比未将探管拾声孔封闭前的驻波图向下平移5dB以卜。6校准条件61环境条件空气温度：(1535)；相对湿度：(2090)；气压：(86106)kPa；环境噪声：小于NR25。62标准器和其他测量设备及

8、实验环境要求1)声频信号发生器：在被校驻波管工作频率范围内幅频特性优于o2dB，频率允差不超过025，总谐波失真401。2)测量放大器：在被校驻波管工作频率范围内，主要指示器20dB内，每10dB线性误差不超过02dB。本规范中的计量特性提出的技术指标不是用f合格性判别仅是提供参考本规范第5章中的“一般”表示所提及的性能的指标仅供参考。JJF 1223-20093)带通滤波器：满足JJG 449 200l倍频程和13倍频程波波器中1级的要求。4)数字频率计：在被校驻波管工作频率范围内，最大允许误差应不超过015)精密衰减器：最小步进挡为001dB，最大允许误差应不超过(05A+002dB)，A

9、为衰减量。6)频率分析仪：在被校驻波管工作频率范尉内，电压幅值最大允许误差不超过02dB。7)工作标准传声器：在被校驻波管工作频率范围内，传声器灵敏度级校准的测量扩展不确定度应优于04dB(一2)。8)高声压装置：级线性误差不超过002dB，总谐波失真o5。9)功率放大器：工作频率范围内幅频特性优于03dB，总谐波失真o3。10)实验室环境噪声：驻波管测量范围下限12dB。7校准项目和校准方法71校准项目驻波管的校准项目见表1。表1驻波管校准项目一览表编号 项目名称 技术要求的条款号 校准方法的条款号1 声源声压稳定性 51 721声源的总谐波失真 52 7223 探管传声器的级线性 53 7

10、234 阻抗管的衰减 54 724b 阻抗管驻波比 55 7256 驻波管测量范围下限 56 7267 探管传声器结构传声性能 57 72772校准方法校准前应先检查有无影响正常工作的机械损伤，开关等控制器件应定位准确、接触可靠。若不满足上述要求，应先修理后再进行校准。721声源声压稳定性声源声压稳定性校准装置如图1所示。将驻波管测量系统按说明书规定的方法预热后，调节系统的信号发生器频率于驻波管作频率范围中端，打开驻波管的声源，声压图1 声源声压稳定性校准装置示意图JJF 12232009调至正常工作范围内；将工作标准传声器深入到阻抗管内合适的位置，测量阻抗管内声压级。半小时内均匀读取15个数

11、据，取最大值最小值之差即为声源声压稳定性。将信号发生器的频率调至驻波管工作频率范围低端和高端，重复上述测量并计算出声源声压在工作频率范围低端和高端的稳定性。722声源的总谐波失真校准装置如图2所示。图2声源的总谐波失真的校准装置示意图调节驻波管系统信号发生器的频率置于驻波管工作频率范围中端，将驻波管声源的声压调至正常工作范围上限，待声源稳定后测量信号总谐波失真。谐波失真的测量方法：将工作标准传声器置入阻抗管内位置，通过频率分析仪，测出测量放大器输出电压信号的二次、三次谐波电压值，用下式计算总谐波失真D：斥71i万D一型尝100(3)V式中：，U一分别是二次、三次谐波电压值，mV；V一总信号(含

12、基波)电压值，mV。将信号发生器的频率调至驻波管工作频率范围上限和下限，重复上述测最并计算各频率的总谐波失真。723探管传声器的级线性探管传声器的级线性校准装置如图3。图3探管传声器的级线性的校准装置示意图将驻波管测量分析系统的探管传声器，插入高声压装置耦合腔内；精密衰减器放在0dB衰减位置，调节声频信号发生器输出频率为250Hz，输出信号幅度在合适范围内，调节功率放大器使高声压装置正常发声；调节信号发生器输出信号幅度，使驻波管测量分析系统的示值在其测量上限发下ldB处。在0到45dB范围内以5dB步进调节精密衰减器的衰减量，驻波管测量分析系统上的读数变化量减去精密衰减器的衰减量即为测量分析系

13、统的级线性误差。724阻抗管的衰减阻抗管的衰减校准装置如图4所示。驻波管测量系统按说明书安装调试好，将空的试件简装入阻抗管，以满足刚性末端要求。调节系统信号发生器的频率置于驻波管工作频率范围中端，在阻抗管测试段缓慢4JJF 1223-2009连续移动探管传声器，记录下测量系统上显示的声压级的各个极小值。正常情况下阻抗管中的驻波图如图5所示。阻抗管中各极小值一般应随着距试件表面(目前此表面就是试件筒的冈巾胜末端)的距离的增加，极小值的声压振幅单调上升，取各点极小值并依次计算变化量判断阻抗管的衰减性能，变化量越小衰减性能越好。图4阻抗管的衰减校准装置示意图图5驻波管中的驻波图p(z) 阻抗管中驻波

14、声压；P(z，)一阻抗管中驻波声压靠近试件表面的第一个极小值P(。?) 阻抗管中驻波声压靠近试件表面的第二个极小值；P(z) 阻抗管中驻波声压靠近试件表面的第一个极大值阻抗管的衰减测量的频率至少包括驻波管工作频率范围低端、中端和高端，但此项测量低端频率应比驻波管工作频率范围低端相应提高，以保证在阻抗管测量段至少有二个极小值出现。725阻抗管驻波比按725调试安装好驻波管测量分析系统，在阻抗管测试段缓慢连续移动探管传声器，记录下测量系统上显示的声压级各个极值。按式(2)计算计及衰减的驻波比s。，”至少取到2。驻波比测试应在驻波管测量系统规定的工作频率范围内进行，所选择的频率至少包括此范围内优选1

15、3倍频程的中心频率。726驻波管测量范围下限按725调试安装好驻波管测量分析系统，驻波管的声源音量调至最小，在驻波管测量系统读出13倍频带声压级，即为驻波管测量系统本底噪声，本底噪声加10dB即为驻波管测量范围下限。测试应在驻波管测量系统规定的工作频率范围内进行，所选择5UF 1223-2009的频率至少包括此范围内优选13倍频程的中心频率。727探管传声器结构传声性能按725调试安装好驻波管测量分析系统，调节驻波管信号发生器的频率置于驻波管工作频率范围中端，将驻波管声源的声压级置于正常工作范围上限，在阻抗管测试段缓慢连续移动探管传声器，记录测量系统上显示的极大值声压级。将探管的拾声孔用阻尼胶

16、封闭，保持驻波管工作频率和驻波管声源的声压级不改变，按上述同样方法测量并画出拾声孔封闭后的驻波图。将拾声孑L封闭后的驻波图幅值与拾声孔未封闭的驻波图幅值进行比较，即可以判断探管传声器结构传声性能。探管传声器结构传声性能的测量频率至少包括驻波管工作频率范围低端、中端和高端。8校准结果表达81校准数据处理所有的数据应先计算，后修约。出具校准数据的有效位数按如下方法修约：a)对声源声压稳定性、阻抗管的衰减、驻波管测量分析系统的级线性、阻抗管驻波比驻波管测量范围下限、探管传声器结构传声性能，修约到十分之一分贝。b)声源频率偏差的校准结果保留二位有效数字；c)声源的总谐波失真修约到01。82校准证书经校

17、准的仪器应出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式见附录A。83校准结果的测量不确定度驻波管校准结果的测量不确定度按JJF 1059 1999的要求评定，不确定度评定的实例见附录B。9复校时间间隔驻波管的复校时间间隔建议为1年。然而，复校时间间隔的长短取决于仪器的使用情况(使用部位的重要性、环境条件、使用频率)、使用人员、仪器本身质量等诸多因素，因此，仪器使用者可根据实际使用情况并综合考虑测量质量的要求，自主决定复校的时间间隔。JJF 1223-2009附录A校准证书的内容A1校准证书至少应包括以下信息：a)标题，如“校准证书”；b)证书的编号、页码及总页数；c)校准实验室

18、的名称和地址；d)进行校准的日期；e)进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准)；f)客户的名称和地址；g)被校驻波管的型号、规格及出厂编号；h)本技术规范的名称及代号；i)本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明；j)校准环境的描述；k)校准结果及其测量不确定度的说明；1)校准证书签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期；m)校准结果仅对被校对象有效的声明；n)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。tIJF 1223-2009A2推荐的驻波管校准证书的内页格式如下校准结果 共2贞第l贞一、外观检查：二、声源声压稳定性：频率 声源声压稳定性dB高端中端低端i、声源的总谐波失真：频率 声

19、源的总谐波失真高端中端低端四、探管传声器的级线性：测量范围dB 测量分析系统的级线性最大误差dB() 151545五、阻抗管的衰减：频率 阻抗管的衰减dB高端中端低端8JIF 1223-2009校准结果 JI 2页第2页六、阻抗管驻波比：频率Hz 160 200 2jO 315 400 500驻波比dB频率Hz 630 800 1000 1 250 1600 2000驻波LdB频率Hz 2500 3lj0 4000 5000 6300驻波比dB七、驻波管测量范围下限：频率Hz 160 200 250 315 400 500下限dB频率Hz 630 800 1000 1250 1600 2000

20、下限dB频率Hz 2500 3ljO 4000 5000 6300下限dB八、探管传声器结构传声性能：频率 结构传声性能dB高端中端低端九、测量结果不确定度：f一、校准依据：JJF 1223 2009驻波管校准规范JJF 1223-2009附录B测量不确定度的评定实例本附录以声源声压稳定性、声源的总谐波失真、探管传声器的级线性的测量不确定度评定为例，说明驻波管各校准项目的测量不确定度评定的过程c由于校准方法和所用仪器设备相同或近似，其他一些项目的不确定度评定与以上一螳项目也相同或近似。例如，阻抗管的衰减、驻波管测量范围F限、探管传声器结构传声性能、阻抗管驻波比与声源声压稳定性相似。B1 声源声

21、压稳定性的测量结果不确定度评定B11数学模型声源声压稳定性的测量是将工作标准传声器深入到阻抗管内合适的位置，测量驻波管作频率范同内的13倍频带声压级，本实例以1000Hz中心频率为例。半小时内均匀渎取15个数据，取最大值最小值之差即为声源声压稳定性，由式(B1)计算AX=X一X (B1)式中：x一声源声压稳定性，dB；x。 一小时内读取数据最大值，dB；x。， 一小时内渎取数据最小值，dB。B12灵敏系数由式(B1)可知厂一(X，X。)中的X。，X。是用同。工作标准传声器和同一测量装置因此相关，且相关系数r(X，X。)一1故合成方程式为：“，(X)一(X。)“(X)+(X。)“(X。，。)式中

22、灵敏度系数为：r(x。)一号粉一1，(X 曼!垡!：1。min)：焉。1B13标准不确定度的A类评定A类标准不确定度主要来源于测量的重复性，本范例在相同的测量条件下对驻波管声源声压稳定性差重复测量9次，得到的测量结果如表B1所示。表B1声源声压稳定性的测量数据第，次测量 1 2 3 4 6 7 8 9I稳定性缸，dB 019 O17 O19 0，21 O11 01l O23 O21 O1710实验标准偏差按式(B2)计算 r一_(缸，一；)!二iJ ” 1(B2)JJF 1223-2009式中：一 重复测量的次数，此处n=9；Ar。 稳定性的第i次测量值，dB；z稳定性”次测量结果的平均值，d

23、B。根据表B1中的数据，可由式(B2)计算出稳定性测量的实验标准差：s一004dB平时取单次测量结果，故A类标准不确定度：“As=004dBB14标准不确定度的B类评定稳定性测量的B类不确定度主要来源于：a)工作标准传声器的不确定度引入的标准不确定度分量。由于u(X)，U(Xm。)相关，且相关系数r(X。，X。)一1，且u(X)一u(X。、)所以工作标准传声器的不确定度引入的标准不确定度分量liBlc(X。)M(X。)+f(X。)“(X)一1“(X。)+(一1)“(X)：0dBl，)测量装置分辨力引入的测量结果不确定度分量测量装置示值分辨力为001dB，均匀分布，自一i，且最大值最小值分别测量

24、读数，这两个不确定度分量互不相关，则测量装置分辨力引入的测最结果不确定度分量：UB2一，(Xma。)铲(X)+f2(X)“2(X。、)一(o01拈)2+(o01拈)2001B15合成标准不确定度由于ILA，分量独立无关，故合成标准不确定度为： “。=、佞孺一o041dBB16扩展标准不确定度取包含因子k 2，则声源稳定性校准的扩展不确定度为：U一00412O09dBB2声源的总谐波失真测量不确定度评定B21数学模型声源的总谐波失真的测量是标准传声器深入到驻波管内合适位置，通过频率分析仪测出测量放大器输出电压信号的二次、三次谐波电压值，用下式计算各频率的总谐波失真D： D-掣X100(B 3)V

25、式中：Vz，U分别是二次、三次谐波电压值，mV；V总信号(含基波)电压值，mV。本例采用频谱分析仪可直接读出总信号和二次、三次谐波信号均方根值的相对电平，并直接显示谐波失真度D，且经过校准谐波失真示值误差为l。11B22标准不确定度的A类评定A类标准不确定度主要来源于测量的晕复性，本范例在相同的测最条件下，将驻波管声源的声压调至正常工作范围上限。在试验频率1000Hz处重复测量9次，得到的测紧结果如表B2所示。表B2 1000Hz频率处谐波失真度的测量数据l第，次测量 l 2 3 4 6 8 9一谐波失真+ 02 03 0 l 03 0l 03 02 O1 ()3参照B13，可求出由测量重复性

26、引入的不确定度分量为：“Ao10I23标准不确定度的B类评定谐波失真的测量B类不确定度来源于：a)装置不确定度引入的测量结果不确定度分量由装置E级证书给出的示值误差为1，误差服从均匀分布，包含因子一3“m一(1)3058d)谐波失真测量装置分辨力引入的测量结果不确定度分量谐波失真测量装置示值分辨力为01均匀分布，A=括，则：“一01,v30058J24合成标准不确定度谐波失真校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表B3中。表B3谐波失真校准结果的测量不确定度的来源及数值标准不确定度序 号来源 符号 数值1 重复性 “ 0102 装骨不确定度 HBl 0583 谐波失真测量装置分辨力 “鼬 0

27、058表B3中各分量独立无关，故合成标准不确定度为：“。=aI,1+“i9l+“融9一O59B25扩展标准不确定度取包含凶子A一2则声源总谐波失真的测最扩展不确定度为：U一059212133探管传声器的级线性测量结果不确定度评定B31数学模型艿一L。L (B4)1 7IJF 1223-2009式中： 驻波管测量分析系统上的读数变化量，dB；，。 精密衰减器的衰减最，dB；8 测量误差，dB。Ii 32标准不确定度的A类评定校准探管传声器的级线性时A类标准不确定度主要来源于测量的重复性，本范例在相同的测量条件下，对探管传声器的级线性在045dB范围内，测量每5dB步进的级线性误差，重复测量9次并

28、记录最大值，得到的结果如表B4所示。表B4探管传声器的级线性数据第i次测量 1 3 4 6 7 8 9级线性01 O O1 01 O1 01 O1 O1 01误差5dB参照B13，可求出由测量重复性引入的不确定度分量为：“A一0033dBB33标准不确定度的I类评定校准探管传声器级线性误差时，主要的B类不确定度来源于以下几个方面：a)高声压发生器级线性误差引入的标准不确定度分量高声压发生器级线性误差不超过o05dB，取k=2，则：“一0052=0025dBb)精密衰减器引入的标准不确定度分量精密衰减器每5dB内的误差不超过005dB，其引入的标准不确定度按均匀分布估计取包含因子k一3，则：“1

29、一oosJi=o029dBc)数据修约引入的标准不确定度分量在计算中要求数据修约到001dB则：“mO005qiO003dBB34合成标准不确定度探管传声器的级线性测量结果的不确定度的来源及数值汇总于表Ij5中。表B5探管传声器的级线性测量结果的不确定度的来源及数值标准不确定度序号来源 符号 数值，d131 重复性 “A 0()332 正弦信号发生器的稳定度 Mlj【 00253 精密衰减器的误差 “I O029d 数字修约误差 “I” 0003JJF 1223-2009表B5中各分量独立无关，故合成标准不确定度为：“。一、石2霜i矿2矗石2再io05dBB35扩展标准不确定度取包含因子k=2，则探管传声器的级线性测量结果的扩展不确定度为U一005201dB14中华人民共和国国家计量技术规范驻波管校准规范(驻波比法)JJF 12232009国家质量监督检验检疫总局发布*中国计量出版社出版北京和平里西街甲2号邮政编码100013电话(010)“275360http：www,硒L comca北京市迪鑫印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版权所有不得翻印*880mm1230mm 16开本 印张125字数20千字2009年10月第1版 2009年10月第1次印刷印数12 000统一书号155026-2436 定价：26oo元