JJF 1946-2021 波浪测量仪(声学法)校准规范 高清晰版

中华人民共和国国家计量技术规范1波浪测量仪声学法校准规范resc)8发布 8实施国家市场监督管理总局 发布1波浪测量仪声学法校准规范res)

1归 口 单 位:全国声学计量技术委员会起 草 单 位:中国船舶重工集团公司第七〇一研究所中国计量科学研究院深圳市计量检测技术研究院武汉碧海云天科技股份有限公司交通运输部天津水运工程科学研究所本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释本规范起草人:朱传焕中国船舶重工集团公司第七〇一研究所)中国船舶重工集团公司第七〇一研究所)杨平中国计量科学研究院)张国庆深圳市计量检测技术研究院)张恒萍中国船舶重工集团公司第七〇一研究所)杨乐群武汉碧海云天科技股份有限公司)柳义成交通运输部天津水运工程科学研究所)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语……………………4概述……………………5计量特性………………1波高…………………2周期…………………3发射信号中心频率…………………4发射信号脉冲宽度…………………5声换能器波束角……………………6校准条件………………1环境条件……………2主要标准器及其他设备……………7校准项目和校准方法…………………1校准项目……………2校准方法……………8校准结果表达…………1校准记录……………2校准数据处理………………………3校准证书……………4校准结果的测量不确定度…………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)2)3)3)3)5)5)5)5)5)6)附录A 校准记录的内附录B 校准证书的内容

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7)9)附录C 测量不确定度评定示

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)Ⅰ引 言0国家计量校准规范编写规则1通用计量术语及定义2测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编制工作的基础性系列规范。本规范在技术方面主要参考了T9海洋观测规范第2部分:海滨观测》中海浪观测技术要求。本规范为首次发布。Ⅱ波浪测量仪声学法校准规范范围本规范适用于超声波测距原理的波浪测量仪以下称为声学法波浪测量仪”)的校准。引用文件本规范引用了下列文件:1通用计量术语及定义4声学计量术语及定义2测量不确定度评定与表示3电学和磁学的量和单位3声学的量和单位9海洋观测规范 第2部分:海滨观测凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本规范凡是不注日期的引用文件,其最新版本包括所有的修改单适用于本规范。术语4和9中界定的术语适用于本规范。概述声学法波浪测量仪通常由声换能器、发射机、接收机、前置放大模块、滤波模块、控制系统等组成。声学法波浪测量仪是基于声波测距原理,由发射换能器向水面发射一束窄脉冲声波,经水面反射后返回到与发射换能器在同位置上的接收换能器接收,通过波速和时间得到准确的波高,由波高随时间变化的序列值获取波浪周期等参数。声学法波浪测量仪主要用于海洋台站、港口码头、海上平台以及江河湖泊、水库等波浪的波高、周期及波形的测量。计量特性波高波高测量范围的上限一般不超过0;测量最大允许误差:当波高不大于1m时,一般不超过0;当波高大于1m时,一般不超过±H1其中H为波高测量值,单位为米。1周期周期测量范围一般为;测量最大允许误差一般为。发射信号中心频率发射信号中心频率误差一般不超过标称值的0。发射信号脉冲宽度发射信号脉冲宽度误差一般不超过标称值的0。声换能器波束角偏离声换能器中心轴线信号级下降的角度一般不超过。注:以上计量特性不是用于合格判别,仅供参考。校准条件环境条件校准应在以下环境条件下进行:空气温度为℃;相对湿度为);静压为;不存在影响测量的机械振动与电磁干扰。主要标准器及其他设备测量水听器在校准频率范围内,自由场灵敏度级不小于0,测量不确定度优于U=B。前置放大器在校准频率范围内,动态范围不小于,增益误差不超过。数字示波器带宽不小于0,垂直偏转系数误差不超过2,水平偏转系数误差不超过2。信号分析仪在校准频率范围内,幅值测量误差不超过,频率测量误差不超过2。波浪模拟架由两平行轴为导轨和上下平行移动的反射板组成,测量时应保证反射板沿导轨上下平行移动。秒表计时范围覆盖,分辨力优于,测量误差不超过。游标卡尺测量范围为),最大测量误差不超过2。2卷尺测量范围为),最大测量误差不超过1。温度计在校准的环境条件下,温度计的测量误差不超过5℃。湿度计在校准的环境条件下,湿度计的测量误差不超过5。校准项目和校准方法校准项目校准项目见表。实验室应根据声学法波浪测量仪的型号及客户的要求,选择校准其中的适用项目。表1校准项目一览表序号项目名称技术要求的条款号校准方法的条款号1波高122周期233发射信号中心频率344发射信号脉冲宽度455声换能器波束角56校准方法校准前检查校准前,检查波浪测量仪的外观,应无影响正常工作的机械损伤;检查波浪模拟架移动情况以及水池水深、水质、水温等。波高在水池安装有桥式行车中将声换能器刚性地固定在桥式行车上作为反射面用垂直发射声波,用声学法波浪测量仪对不同距离进行测量测量值记同时用卷尺测量换能器表面与池壁之间距离Hs从1m开始测量后续间距1,逐点测量,按公式)计算测量误差,记录测量结果。式中:

iii-Hs )声学法波浪测量仪波高测量误差,;声学法波浪测量仪设定或固定声速,;校准时温度对应的水中声速,。周期在水池中,将声换能器的发射面向上,放置于波浪模拟架的反射板下面,使发射面3和反射板平行,操作反射板,上下往返移动。用数字示波器观察波声学浪测量仪接收器高放级输出回波幅度,使其为最大。操作波浪模拟架的反射板,上下往返移动一次的时间即为波浪周期,用秒表测量0个波浪周期,其算术平均值为,周期误差按公式)计算,记录测量结果。式中:

Ti-s )T周期测量误差;声学法波浪测量仪周期示值;0个波浪周期的平均值。发射信号中心频率在水池中用测量水听器和信号分析仪进行测量,用支架安装好测量水听器和声学法波浪测量仪声换能器,测量水听器对准声换能器并在中心轴线上,间距为1m,离水面距离不小于1m。声学法波浪测量仪正常工作测量水听器接收信号用信号分析仪测量信号频率,按公式)计算发射信号中心频率误差。记录测量结果。f is0 )式中:中心频率误差,

= 中心频率标称值;中心频率测量值。发射信号脉冲宽度数字示波器连接到声学法波浪测量仪发射信号监测端口或输出端口开启仪器设备,声学法波浪测量仪正常工作,用数字示波器在发射信号脉冲宽度,按公式)计算发射信号脉冲宽度误差。记录测量结果。tis0 )式中:脉冲宽度误差,

=s声学法波浪测量仪脉冲宽度示值;数字示波器脉冲宽度测量值。声换能器波束角声换能器和标杆布置示意图如图1所示。4图1声换能器和标杆布置示意图声换能器的支架底部安装可绕中心杆转动的圆盘半径为1水池中在支架中心杆上水平安装好声学法波浪测量仪声换能器,圆盘边缘安装金属标杆,标杆上安装的反射板对准声换能器,标杆顶部与声换能器齐平,间距为1m,离水面距离约1m。声学法波浪测量仪测量标杆距离,用数字示波器观察波声学浪测量仪接收器高放级输出回波幅度,幅值为L,标记此时起始位置慢慢转动圆盘同时观察数字示波器,当示波器幅值为L时,停止转动,测量标杆此时位置与起始位置之间的距离记为按公式)计算声换能器波束角。rθd )r式中:声换能器波束角d标杆转动前后位置之间的距离,m;标杆与中心杆之间距离,。校准结果表达校准记录校准记录应详尽记载测量数据和计算结果。推荐的校准记录的格式见附录A。校准数据处理所有的数据应先计算,后修约。出具校准数据按如下方法修约:波高测量误差、周期测量误差、中心频率误差、脉冲宽度误差、声换能器波束角修约到2位有效数字。校准证书经校准的声学法波浪测量仪应出具校准证书。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。校准结果的测量不确定度声学法波浪测量仪校准结果的测量不确定度按2的要求评定,测5量不确定度评定的示例见附录C。复校时间间隔声学法波浪测量仪的复校时间间隔建议为一年。然而,复校时间间隔的长短取决于声学法波浪测量仪的使用情况使用部位的重要性、环境条件、使用频率、使用者、设备本身质量等诸多因素,因此客户可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。6附录A校准记录的内容波高指示值m测量点标准距离Hm波高测量误差m0个波浪周期的平均值s波浪测量仪示值s测量误差s中心频率标称值z中心频率测量值z中心频率误差/脉冲宽度标称值s脉冲宽度测量值s脉冲宽度误差/声学法波浪测量仪校准记录的内容及推荐的格式见图。校准记录共 页 第 页1声学法波浪测量仪校准记录的内容及推荐的格式见图。校准记录共 页 第 页12客户名称: 校准日期: 年 月 日制造单位: 产品型号: 编号: 校准前检查结论: 波高声学波浪测量仪固定声速vs:,水池中校准时声速:s3周期4发射信号中心频率5发射信号脉冲宽度76换能器波束角

校准记录 共 页 第 页起始位置时波浪测量仪距离测量值: m标杆与中心杆之间距离前后位置间距测量值d/m波束角/)校准结果测量不确定度的描述:校准的技术依据1波浪测量仪声学法)校准规范校准所使用的标准装置的名称:校准的环境条件:空气温度: ℃; 相对湿度: ; 大气压: 校准人员: 核验员:图1校准记录的格式续)8附录B校准证书的内容声学法波浪测量仪的校准证书至少应包括以下信息:标题,如校准证书;证书的编号、页码及总页数;校准实验室的名称和地址;进行校准的日期;进行校准的地点如果不在实验室内进行校准客户的名称和地址;被校波浪测量仪声学法的型号、规格及出厂编号;本技术规范的名称及代号;本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明;校准环境的描述;校准结果及其测量不确定度的说明;校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;校准结果仅对被校对象有效的声明;未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。推荐的波浪测量仪声学法校准证书的内页格式见图。9外观检查

校准结果 共 页 第 页结论: 波高波浪测量仪声学法)固定波声速: ,水池中校准时声速: s波高指示值m测量点标准距离Hm波高测量误差m周期0个波浪周期的平均值s波浪测量仪示值s测量误差s发射信号中心频率: 误差: 发射信号脉冲宽度: ,误差: 声换能器波束角: °校准结果测量不确定度的描述:校准的技术依据1波浪测量仪声学法)校准规范校准所使用的标准装置的名称: 校准的环境条件:空气温度: ℃;相对湿度: ;大气压: a图1校准证书内页的格式0附录C测量不确定度评定示例对波高、周期等参数进行测量不确定度评定。波高测量不确定度评定测量模型

( 。波高测量误差测量模型见公式

1式中:

iii-Hs )声学波浪测量仪波高测量误差,;H换能器表面与池壁间距测量值,;声学法波浪测量仪固定波声速,;水池中校准时声速,;测量点声学法波浪测量仪波高指示值,。对公式)求偏导,计算灵敏系数1=i=i2=i=。标准不确定度的分量评定测量重复性引入的标准不确定度分量

i s

Hs在相同条件下对同一距离连续测量6次,测量重复性用实验标准偏差来表征,声学法波浪测量仪固定声速0,温度约0℃水池中声速测量值0,比值为,测量结果如表1所示。表1波高测量误差重复性测量结果m算术平实验标准123456150538650550639455050616358586576385表1中的测量结果采用统计方法来评定标准不确定度分量,用测量结果的相对实验标准偏差作为标准不确定度分量。水池中水中声速测量引入的标准不确定度水池中水中声速测量误差不超过5,即6,按均匀分布=,其引入的标准不确定度分量为26/9。1距离测量引入的标准不确定度钢卷尺距离测量误差优于,按均匀分布=,其引入的标准不确定度分量为3/。合成标准不确定度和扩展不确定度1+12+221+12+22=取包含因子,则扩展不确定度为U。合成标