DIN EN 60565-2007 Underwater acoustics - Hydrophones - Calibration in the frequency range 0 01 Hz to 1 MHz (IEC 60565 2006) German version EN 60565 2007《水下声学 水听器 0 01Hz～1MHz频率范围的校准.pdf

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1、August 2007DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 26DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 17.

2、140.50!,y+h“9860869www.din.deDDIN EN 60565Wasserschall Hydrophone Kalibrierung im Frequenzbereich von 0,01 Hz bis 1 MHz(IEC 60565:2006);Deutsche Fassung EN 60565:2007Underwater acoustics Hydrophones Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz (IEC 60565:2006);German version EN 60565:2007Acou

3、stique sous-marine Hydrophones Etalonnage dans la bande de frquences de 0,01 Hz 1 MHz (CEI 60565:2006);Version allemande EN 60565:2007Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinSiehe jedoch Beginn derGltigkeitwww.beuth.deGesamtumfang 78 SeitenDIN EN 60565:2007-08 2 Beginn der Glti

4、gkeit Die von CENELEC am 2006-12-01 angenommene EN 60565 gilt als DIN-Norm ab 2007-08-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 60565:2005-02. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium GUK 821.3 Medizinische Ultraschallgerte“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elekt

5、ronik Informationstechnik im DIN und VDE (http:/www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 87 Ultrasonics“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ mit den Daten zu dieser Publik

6、ation angegebenen Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung

7、 auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung

8、 immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm dur

9、ch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 60565 Januar 2007 ICS 17.140.50 Deutsche Fassung Wasserschall Hydrophone Kalibrierung im Frequenzbereich von 0,01 Hz bis 1 MHz (IEC 60565:2006) Underwater acoustics Hyd

10、rophones Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz (IEC 60565:2006) Acoustique sous-marine Hydrophones Etalonnage dans la bande de frquences de 0,01 Hz 1 MHz (CEI 60565:2006) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2006-12-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CEN

11、ELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekreta

12、riat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und

13、dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litaue

14、n, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Ele

15、ctrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2007 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60565:2007

16、DEN 60565:2007 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 87/357/FDIS, zuknftige 2. Ausgabe von IEC 60565, ausgearbeitet von dem am 2006-12-01 als EN 60565 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen

17、 Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2007-09-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2009-12-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 60565:2006 wurde vo

18、n CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. IEC/TC 87 Ultrasonics“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC EN 60565:2007 3 Inhalt Seite Vorwort .2 1 Anwendungsbereich.6 2 Normative Verweisungen .6 3 Begriffe .6 4 Formelzeichen/Symbole und Abkr

19、zungen .12 5 Kalibrierverfahren.14 5.1 Kurzbeschreibung 14 5.2 Feldbegrenzungen .14 5.3 Schematische bersicht der Verfahren .14 5.4 Darstellung der Ergebnisse15 5.5 Intervalle fr die Rekalibrierung .15 5.6 Betrachtungen ber Temperatur und Druck fr die Kalibrierung.15 6 Vorbereitung von Wandlern .16

20、6.1 Befeuchten .16 6.2 Hydrophonhalterung.16 6.3 Einfluss des Kabels16 7 Elektrische Messungen 16 7.1 Signalart .16 7.2 Erdung16 7.3 Messung der Ausgangsspannung des Hydrophons 17 7.4 Messung des Sendestroms18 7.5 Messung der bertragungsimpedanz18 8 Freifeld-Reziprozittskalibrierung.19 8.1 Allgemein

21、es Prinzip19 8.2 Theorie .19 8.3 Trennabstand .23 8.4 Mindestabstand von Wandlern zur Begrenzungsflche.24 8.5 Frequenzbegrenzung .24 8.6 Messungen und berprfungen.25 8.7 Messunsicherheit .27 9 Freifeld-Vergleichskalibrierung.28 9.1 Kurzbeschreibung 28 9.2 Vergleich mit einem Standardhydrophon.28 9.3

22、 Kalibrierung mit einem kalibrierten Sender 29 10 Kalibrierung durch hydrostatische Anregung.30 10.1 Kurzbeschreibung 30 10.2 Bestimmung des quivalenten Drucks.30 10.3 Messung des bertragungskoeffizienten von Hydrophonen .34 EN 60565:2007 4 Seite 10.4 Aufbau des Schwingungssystems. 34 10.5 Messunsic

23、herheit. 35 10.6 Alternatives Verfahren fr hydrostatische Anregung. 35 11 Kalibrierung durch piezoelektrische Kompensation 36 11.1 Kurzbeschreibung 36 11.2 Verfahren. 37 11.3 Aufbau der Kalibrierkammer 38 11.4 Praktische Einschrnkungen des Verfahrens der piezoelektrischen Kompensation 39 11.5 Messun

24、sicherheit. 40 12 Reziprozittskalibrierung mit dem akustischen Kuppler 40 12.1 Kurzbeschreibung 40 12.2 Verfahren. 40 12.3 Theorie. 41 12.4 Akustische Nachgiebigkeit 42 12.5 Obere Frequenzgrenze . 42 12.6 Untere Frequenzgrenze. 42 12.7 Messung 42 12.8 Messunsicherheit. 42 12.9 Einschrnkungen. 43 12.

25、10 Kalibrierung mit einem Bezugskuppler mit zwei reziproken Wandlern und einem Zusatzkuppler mit denselben beiden Wandlern und einem zu kalibrierenden Hydrophon. 43 12.11 Kalibrierung mit einem Bezugskuppler mit zwei reziproken Wandlern und einem Zusatzkuppler mit denselben beiden Wandlern, einem zu

26、 kalibrierenden Hydrophon und einer Schallquelle 45 12.12 Kalibrierung mit einem Kuppler, einem reziproken Wandler, einem Sender, einem zu kalibrierenden Hydrophon und einem Zusatzkrper mit bekannter Nachgiebigkeit . 46 13 Kalibrierung mit einem Pistonphon 49 13.1 Kurzbeschreibung 49 13.2 Verfahren.

27、 49 13.3 Einschrnkungen. 51 13.4 Messunsicherheit. 52 14 Kalibrierung mit einer schwingenden Sule 53 14.1 Kurzbeschreibung 53 14.2 Verfahren. 53 14.3 Darstellung des Drucks . 54 14.4 Bestimmung des bertragungskoeffizienten. 54 14.5 Messbedingungen . 56 14.6 Messunsicherheit. 57 Anhang A (informativ)

28、 Richtungsempfindlichkeit eines Hydrophons 58 Anhang B (informativ) Korrekturen fr elektrische Belastung 60 Anhang C (informativ) Impulsverfahren bei Freifeldkalibrierungen 61 EN 60565:2007 5 Seite Anhang D (informativ) Bewertung der Messunsicherheit bei der Kalibrierung von Hydrophonen69 Anhang E (

29、informativ) Ersatzschaltung des Anregungssystems fr die Kalibrierung mit einer schwingenden Sule 72 Literaturhinweise 73 Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen76 Bilder Bild 1 Linkshndiges Koordinatensystem6 Bil

30、d 3 Darstellung des Verfahrens der hydrostatischen Anregung31 Bild 4 Schematische Darstellung des Messsystems.36 Bild 5 Diagramm der Kammer fr hohe Frequenzen 39 Bild 6 Reziprozittskuppler mit drei Wandlern: einem Sender P, einem reziproken Wandler T und einem zu kalibrierenden Hydrophon H.41 Bild 7

31、 Bezugskuppler mit zwei Wandlern: einem Sender P und einem reziproken Wandler T .44 Bild 8 Zusatzkuppler mit drei Wandlern: einem Sender P, einem reziproken Wandler T und einem zu kalibrierenden Hydrophon H44 Bild 9 Zusatzkuppler mit vier Wandlern: einem Sender P, einem reziproken Wandler T, einer S

32、challquelle S und einem zu kalibrierenden Hydrophon H 46 Bild 10 Schematische Darstellung des Messsystems.48 Bild 11 Pistonphon.52 Bild 12 Schwingende Sule.53 Bild C.1 Schematische Darstellung eines Senders und eines Empfngers in einem Wassertank mit den Hauptreflexionsquellen62 Bild C.2 Echoankunft

33、szeit in einem Tank von 6 m 6 m 5 m mit optimal angeordneten Wandlern63 Bild C.3 Hydrophonsignale fr ein Paar kugelfrmiger Wandler Sender: 18 kHz Resonanzfrequenz; Q-Faktor von 3,5; Hydrophon: 350 kHz Resonanzfrequenz, Anregungsfrequenz: 2 kHz (links) und 18 kHz (rechts) 64 Bild E.1 Vereinfachte Ers

34、atzschaltung der schwingenden Sule72 EN 60565:2007 6 1 Anwendungsbereich Diese Internationale Norm legt Verfahren zur Kalibrierung von Hydrophonen oder von als Hydrophone ver-wendeten reversiblen Wandlern, insbesondere im Frequenzbereich von 0,01 Hz bis 1 MHz, fest. Des Weiteren werden Regeln fr die

35、 Darstellung der Kalibrierdaten aufgestellt. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommene

36、n Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 60050-801, International Electrotechnical Vocabulary Chapter 801: Acoustics and electroacoustics IEC 60500:1974, IEC Standard hydrophone IEC 60866:1987, Characteristics and calibration of hydrophones for operation in the frequency range 0,5 MHz to 15

37、MHz 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 3.1 Richtma Differenz zwischen dem bertragungsma eines Wandlers auf der Hauptachse und dem bertragungsma des Wandlers in einer vorgegebenen Richtung IEV-801-25-69 3.2 Koordinatensystem System zum Bezeichnen der Richtchar

38、akteristik des Wandlers Bild 1 Linkshndiges Koordinatensystem Linearer Wandler: Symmetriemittellinie lngs der Z-Achse Dipol-Wandler: Beide Komponenten in gleichem Abstand vom Ursprung lngs der +Z- und der Z-Achse Kolben-Wandler: Kolbenebene in Z0Y-Ebene; Hauptachse lngs X-Achse ANMERKUNG 1 Fr die Da

39、rstellung der Richtwirkung werden hufig die Benennungen horizontale Richtcharakteristik“ und vertikale Richtcharakteristik“ in der XY- bzw. XZ-(oder YZ-)Ebene verwendet. ANMERKUNG 2 Siehe Anhang A, 11und 2. 1Die Zahlen in eckigen Klammern verweisen auf die Literaturhinweise. EN 60565:2007 7 3.3 Kupp

40、ler Gert, das aus einer starren flssigkeitsgefllten Kammer mit kleinen Abmessungen besteht, in die Wandler und Hydrophone eingesetzt werden knnen 3.4 Beugungsfaktor Verhltnis des am Empfangsteil des Hydrophons anliegenden mittleren Schalldrucks zum Schalldruck des freien Schallfelds am Bezugszentrum

41、 des Hydrophons 3.5 Richtungsempfindlichkeit im Allgemeinen grafisch dargestellte Beschreibung der Empfindlichkeit eines elektroakustischen Wandlers als Funktion der Ausbreitungsrichtung des abgestrahlten oder einfallenden Schalls in einer festgelegten Ebene durch das Bezugszentrum und bei einer fes

42、tgelegten Frequenz ANMERKUNG Siehe Anhang A. 3.6 Dynamikbereich Verhltnis des maximalen Schalldrucks im freien Schallfeld, der eine ungestrte Hydrophon-Ausgangsgre erzeugt, zum quivalenten Rauschdruck am Hydrophon 3.7 elektrische Impedanz eines Wandlers das komplexe Verhltnis der ber den elektrische

43、n Anschlssen eines Wandlers bei einer vorgegebenen Frequenz angelegten momentanen Spannung zum resultierenden momentanen Strom ANMERKUNG 1 Die Einheit ist Ohm, . ANMERKUNG 2 Da diese Impedanz von den Feldbedingungen, dem hydrostatischen Druck, der Wassertemperatur und der Lnge des am Wandler befesti

44、gten Kabels abhngt, sollten diese Parameter sowie die Frequenz und die Anschlsse, an denen die Impedanz gemessen wird, festgelegt werden. 3.8 elektrische Anschlsse eines reziproken Wandlers die Anschlsse, an denen die Leerlaufspannung des Hydrophons sowie der Sendestrom gemessen werden ANMERKUNG Wen

45、n der Wandler in Wasser eingetaucht ist, wird der Anschluss mit der niedrigsten Impedanz, bezogen auf Wasser, unterer Anschluss“ genannt. Folglich wird der andere Anschluss hoher Anschluss“ genannt. 3.9 Betrag der elektrischen bertragungsimpedanz Betrag der elektrischen bertragungsimpedanz eines Wan

46、dlerpaars ANMERKUNG Die Einheit ist Ohm, . 3.10 elektrische bertragungsimpedanz eines Wandlerpaars das komplexe Verhltnis der momentanen Leerlaufspannung UHber den Hydrophonanschlssen zum momentanen Strom IPdurch den Sender, wenn sich Sender und Hydrophon in einem freien Schallfeld befinden und ihre

47、 Hauptachsen in einer Linie und aufeinander zu gerichtet sind ANMERKUNG 1 PHPHIUZ =(1) ANMERKUNG 2 Die Einheit ist Ohm, . EN 60565:2007 8 ANMERKUNG 3 Diese Impedanz ist eine komplexe Gre. Sie besitzt sowohl Real- als auch Imaginrteil und kann als Betrag |ZPH| multipliziert mit einer Phase exp (j) da

48、rgestellt werden, wobei der Phasenwinkel zwischen Real- und Imaginrteil der Impedanz ist. ANMERKUNG 4 Die Definition der Hauptachse ist in 3.23 angegeben. ANMERKUNG 5 Siehe 7.5. 3.11 quivalenter Rauschdruck Schalldruck, der an das Hydrophon angelegt werden muss, um bei fehlendem Rauschen an den Ansc

49、hls-sen des Hydrophons eine Spannung zu erzeugen, die gleich der an denselben Anschlssen vorhandenen Rauschspannung ist, wenn kein Schalldruck vorhanden ist ANMERKUNG Wenn der quivalente Rauschdruck nicht gemessen werden kann, kann er aus dem quivalenten Reihenwiderstand berechnet werden 2. 3.12 Fernfeld Schallfeld in einem Abstand von der Schallquelle, in d