JJF 1955-2021 次声传感器校准规范(耦合腔比较法) 高清晰版

中华人民共和国国家计量技术规范1次声传感器校准规范耦合腔比较法)sn)8发布 8实施国家市场监督管理总局 发布1次声传感器校准规范耦合腔比较法)sn)

1归 口 单 位:全国声学计量技术委员起 草 单 位:中国计量科学研究院军事科学院防化研究院浙江大学航空工业北京长城计量测试技术研究所中国测试技术研究院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:冯秀娟中国计量科学研究院)何龙标中国计量科学研究院)刘 伟军事科学院防化研究院何 闻浙江大学)张炳毅航空工业北京长城计量测试技术研究所)牛 锋中国计量科学研究院)中国测试技术研究院)目 录引言………………………

Ⅱ)1范围……………………2引用文件………………3术语和计量单位………………………4概述……………………5计量特性………………6校准条件………………1环境条件……………2测量标准及其他设备………………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校准结果的不确定度评定…………9复校时间间隔…………

1)1)1)1)2)2)2)2)2)2)3)5)5)5)5)5)5)附录A 参考传感器声压灵敏度级的环境参数修正…………………

6)附录B 校准记录的内容及格式………

7)附录C 校准证书的内容及内页格式…………………

9)附录D 测量不确定度评定示例………

)Ⅰ引 言本规范依据0国家计量校准规范编写规则》给出的规则编制。本规范参考T6测量传声器第4部分:工作标准传声器规范6电声学测量传声器第5部分:工作标准传声器声压校准的比较法7工作标准传声器耦合腔比较法)》制定。测量不确定度按照2测量不确定度评定与表示》的要求评定和表示。本规范为首次发布。Ⅱ次声传感器校准规范耦合腔比较法)范围本规范适用于10z频率范围的次声传感器的耦合腔比较法校准。引用文件本规范引用了下列文件:7工作标准传声器耦合腔比较法)1通用计量术语及定义0声学计量术语及定义2测量不确定度评定与表示3声学的量和单位6声学名词术语6测量传声器 第4部分:工作标准传声器规范6电声学测量传声器第5部分工作标准传声器声压校准的比较法—ttred)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。术语和计量单位本规范采用7中规定的量和单位。0和6界定的及以下术语和定义适用于本规范。参考传感器r声压灵敏度已预先测定的次声传感器。总谐波失真n所有谐波分量的方均根值的方和根与基波方均根值之比。概述次声传感器是一种能够有效探测次声波的传感器。为了满足各种测试需求,存在着电容式、波纹管盒式光纤式等不同工作原理的传感器工作频率范围一般在10,特殊应用要求如地震前预测)传感器的下限工作频率可低至1。1计量特性声压灵敏度级次声传感器在参考频率f0处的声压灵敏度级,

通常不小于0

10由制造商给出,若无具体规定,则0取1。声压灵敏度级的频率响应以参考频率处的声压灵敏度级为参考频率响应不超过。总谐波失真

次声传感器一般在10z范围的。次声传感器在工作声压级范围的总谐波失真一般不大于0注:由于校准无需做出合格与否的判定,因此上述技术要求仅供参考。校准条件环境条件空气温度0℃6℃相对湿度55;静压。测量标准及其他设备标准次声源:在校准频率范围内,声压级范围不小于,在校准声压级上总谐波失真不大于0 ,其中,参考频率处的总谐波失真不大于0。功率放大器:在校准频率范围内,频率响应应不超过,总谐波失真不大于2,其中,参考频率处的总谐波失真不大于1。多通道声分析仪:至少具有两个输入通道和一个输出通道,具备T分析模块;—校准频率范围内,输出通道产生正弦信号的频率误差应不超过5 ,谐波失真不大于1;校准频率范围内,输入通道的频率响应应不超过,级线性误差应不超过,总谐波失真不大于1,任意两输入通道的幅值比应不超过。参考传感器:校准频率范围内,参考传感器包含解调器、前置放大器等信号调理模块)声压灵敏度级的测量扩展不确定度不大于B。气压计:校准环境条件内,静压测量的最大允许误差应不超过。温湿度表:校准环境条件内,温度测量的最大允许误差应不超过5℃,湿度测量的最大允许误差应不超过5。校准项目和校准方法校准项目 。次声传感器的校准项目见表12表1次声传感器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声压灵敏度级122声压灵敏度级的频率响应233总谐波失真34校准方法校准前检查次声传感器具有以下清晰耐久的标志:制造商的名称或商标;产品的型号;产品的序列号。次声传感器应附有单独的出厂资料,出厂资料包括正常工作的供电方式、声压灵敏度级、静压均衡方式若有如需做静压、温度、相对湿度及其他修正,则应给出相应的修正系数或方法。声压灵敏度级 。声压灵敏度级校准装置的示意图见图1图1声压灵敏度级校准装置的示意图按下列步骤校准次声传感器的声压灵敏度级:将参考传感器和被校传感器经由适配器耦合到标准次声源的声输出接口,参考传感器和被校传感器的电信号输出分别连接多通道声分析仪的输入通道1和输入通道。设置多通道声分析仪的两个输入通道参数:灵敏度设置为1,根据传感器的供电方式设置相应的输入方式。采用多通道声分析仪的输出通道产生正弦信号,信号频率设置为参考频率,正弦信号经功率放大器连接标准次声源,根据校准声压要求,调节正弦信号的幅值及功率3放大器的增益。待标准次声源输出声压稳定后,采用多通道声分析仪的分析模块采集参考传感器和被校传感器的输出电压设置分析模块的频率间隔和线数得到合适的频率分辨率,分别读取电压示值1和2,按公式)计算被校传感器与参考传感器的电压级之差。式中:

L2

)L被校传感器与参考传感器的电压级之差;1参考传感器的输出电压;2—被校传感器的输出电压。 以上步骤重复测量3次,求出L的平均值L。按公式)计算被校传感器的声压灵敏度级。 ()式中:

x0+L 2x被校传感器的声压灵敏度级;0参考传感器修正到校准环境条件下的声压灵敏度级;L被校传感器与参考传感器的电压级之差的平均值。参考传感器声压灵敏度级环境参数修正的方法见附录A。注:无特别说明,被校传感器和参考传感器均指包含解调器、前置放大器等信号调理模块在内的次声传感器单元或整机。声压灵敏度级的频率响应在校准频率范围内1f1z时校准频率点选取12、4z和81f0z时校准频率点按3倍频程选取。按2的方法测出每个校准频率上的声压灵敏度级,减去参考频率的声压灵敏度级,得到声压灵敏度级的频率响应。总谐波失真校准步骤如下采用多通道声分析仪的输出通道产生正弦信号,将正弦信号频率设置为参考频率以参考传感器测量标准次声源产生的声压级;调节正弦信号的幅值,使得标准次声源产生的声压级达到。设置多通道声分析仪的输入通道参数:被校传感器的灵敏度级采用2的校准结果,根据被校传感器的供电方式设置相应的输入方式,高通滤波器设置选择。234523456d= 4

)式中:d被校传感器的总谐波失真,;1被校传感器输出声压的基波幅值;2,…6被校传感器输出声压中6次谐波的幅值。以不超过B的步级增加标准次声源产生的声压级,声压级自B步进至,重复步骤依次得到各声压级时被校传感器的总谐波失真。校准结果表达校准记录校准记录应尽可能详尽地记载测量数据和计算结果。推荐的校准记录格式见附录。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:以下项目的校准数据的修约间隔为:声压灵敏度级;声压灵敏度级的频率响应。总谐波失真的校准数据的修约间隔为1。校准证书经校准的次声传感器应出具校准证书。页格式见附录C。

校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内校准结果的不确定度评定 — ,次声传感器校准结果的测量不确定度应按度评定的示例见附录D。复校时间间隔

2的要求评定

不确定次声传感器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传感器的使用情况使用部位的重要性、环境条件、使用频率、使用者、仪器本身质量等诸多因素,因此,客户可根据实际情况自主决定复校的时间间隔。5附录A参考传感器声压灵敏度级的环境参数修正用比较法校准次声传感器的声压灵敏度级和频率响应时,需要根据制造厂提供的环境修正参数,将参考传感器在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声压灵敏度级修正到校准环境条件下的声压灵敏度级,修正公式如下:式中:

0rp0t0) )0参考传感器在校准环境条件下的声压灵敏度级;参考传感器在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声压灵敏度级;

, / ;参考传感器的静压修正系数—

Ba—t 参考传感器的温度修正系数℃—0—校准时的静压; , ;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压

a0校准时的空气温度℃;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度℃。6附录B校准记录的内容及格式次声传感器校准记录的内容及推荐的格式见图。次声传感器校准记录 共 页 第 页记录编号 出具证书的编号 送校单位 仪器名称 型号 序列号 制造厂 一外观检查: 二声压灵敏度级参考频率 ,参考1)声压灵敏度级B第一次校准结果第二次校准结果第三次校准结果平均值校准结果不确定度: 三声压灵敏度级的频率响应参考频率 频率/Hz频率响应B频率/Hz频率响应B0000000000500000005000000000校准结果不确定度: 图1校准记录的格式7B总谐波失真/44444校准使用的计量基)标准装置名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量基)标准证书编号有效期至校准使用的标准器名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差标准器证书编号有效期至四总谐波失真参考频率 四总谐波失真参考频率 校准结果不确定度: 校准依据 校准环境条件:气压 ;温度 ℃;相对湿度 校准员 核验员 校准日期 年 月 日8附录C校准证书的内容及内页格式11)标题:校准证书;实验室名称和地址;)进行校准的地点如果与实验室的地址不同证书的唯一性标识如编号、每页及总页数的标识;客户的名称和地址;被校次声传感器的型号、规格及序列号;进行校准的日期;本规范的名称及代号;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;m校准证书签发人的签名、职务或等效标识,以及签发日期;m未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。2推荐的次声传感器校准证书的内页格式见图。校准结果 共 页 第 页一外观检查: 二声压灵敏度级: B参考频率 ,参考1)校准结果不确定度: 三声压灵敏度级的频率响应参考频率 频率/Hz频率响应B频率/Hz频率响应B000000000050000000500000000 :0校准结果不确定度 图1校准证书内页的格式9B总谐波失真/44444校准使用的计量基)标准装置名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量基)标准证书编号有效期至校准使用的标准器名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差标准器证书编号有效期至校准结果共 页 第 页四总谐波失真参考频率 校准结果共 页 第 页四总谐波失真参考频率 校准结果不确定度: 校准依据 校准环境条件:气压 ;温度 ℃;相对湿度 0附录D概述

测量不确定度评定示例不同工作原理和声输入接口的次声传感器在校准过程中的主要不确定度分量及评定方法类似,本附录以K4型次声传感器为例,说明声压灵敏度级和总谐波失真校准的测量不确定度评定方法。声压灵敏度级的不确定度评定测量模型校准频率范围内,

次声传感器声压灵敏度级的计算公式为:式中:

x0+L )x被校传感器的声压灵敏度级;0参考传感器修正到校准环境条件下的声压灵敏度级;L被校传感器与参考传感器的电压级之差的平均值。L2

)式中:L被校传感器与参考传感器的电压级之差;1参考传感器的输出电压;2被校传感器的输出电压。式中:

0r00 )0参考传感器在校准环境条件下的声压灵敏度级;参考传感器在校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的声压灵敏度级;

, / ;参考传感器的静压修正系数

Bat参考传感器的温度修正系数℃;0校准时的静压;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的静压;0校准时的空气温度℃;校准证书中所列环境条件或参考环境条件下的空气温度℃。根据测量模型,次声传感器声压灵敏度级校准的主要不确定度分量包括:参考传感器的声压灵敏度级、参考传感器声压灵敏度级的环境参数修正、参考传感器的供电如电容传声器的极化电压被校传感器和参考传感器的电压级之差、标准次声源内声压分布不均匀、修约误差等。若被校传感器同步进行环境参数修正、被校传感器固有空腔1及其与标准次声源的耦合连接引入空腔的影响修正,还需考虑相关修正系数引入的测量不确定度。标准不确定度的评定测量重复性引入的测量不确定度分量校准频率范围内,被校传感器声压灵敏度级的测量结果见表,在相同测量条件下对被校传感器的声压灵敏度级重复测量0次,以其标准偏差作为测量重复性引入的测量不确定度分量。表1声压灵敏度级的重复性测量结果频率声压灵敏度级dB平均值dB标准偏差dB12345678900113023333228066798677777307577676677680868787676672064466566665858888787788820133322443431078787766647104444542222405222222111121001111199990700001009999000900000998897099999988889809999998888930899999888891089999988889508999998888822表1续)频率声压灵敏度级dB平均值dB标准偏差dB12345678900899999888888089999988888608899998888850889999888883088999988888208898998888810889999888889089999988888708999998888860899999888885参考传感器声压灵敏度级校准引入的测量不确定度分量参考传感器的声压灵敏度级由激光活塞式标准次声源校准,校准结果在1~0z的标准不确定度见公式B 0z≤f<0z ( )2B 0z≤f<0zB0z≤f<0z参考传感器声压灵敏度级的温度修正引入的测量不确定度分量

4校准过程中,温度波动通常小于1℃,以工作标准传声器为参考传感器,温度敏感系数的估计偏差为℃,考虑为均匀分布,参考传感器声压灵敏度级的温度修正引入的标准不确定度见公式3=℃1/3≈B )参考传感器声压灵敏度级的气压修正引入的测量不确定度分量校准过程中,气压波动通常小于,以工作标准传声器为参考传感器,气压敏感系数的估计偏差为,考虑为均匀分布,参考传感器声压灵敏度级的气压修正引入的标准不确定度见公式4=/3≈B )参考传感器的供电如电容传声器的极化电压引入的测量不确定度分量以工作标准传声器为参考传感器,其由极化电压供电,极化电压引入的测量不确定3,极化电压测量用高阻抗直流电压表的最大允许误差不大于,极化电压测量用高阻抗直流电压表的最大允许误差不大于5 ,考虑为均匀布 标准不确定度为。估计极化电压在次声传感器校准过程中的波动范围不超过2,由此引入的标准不确定度为。因此,极化电压测量及校准过程中的波动引入的合成标准不确定度约为。被校传感器和参考传感器的电压级之差测量引入的测量不确定度分量校准过程中,被校传感器和参考传感器的电信号输出由多通道声分析仪采集,以KC为例,根据出厂参数,考虑多通道声分析仪的绝对幅值精度、频响及幅值线性度,被校传感器和参考传感器的电压级之差测量的标准不确定度见公式/3B 0z≤f<0z6/3B 0z≤f<0z/3B0z≤f≤0z标准次声源内声压分布不均匀等其他分量引入的测量不确定度分量

)其他不确定度分量包括标准次声源内声压分布不均匀、被校传感器和参考传感器与标准次声源的声耦合方式存在差异等,上述因素均导致被校传感器和参考传感器处声压有偏差,影响声压灵敏度级的校准结果估计由此引入的标准不确定度分量为。数据修约误差引入的测量不确定度分量, ,声压灵敏度级校准结果的数据修约间隔为标准不确定度见公式

考虑为均匀分布

由此引入的8=/3≈B )合成标准不确定度声压灵敏度级的测量不确定度来源及标准不确定度数值汇总于表2中,

对于没有提供数据的校准频率点,根据不确定度分量的规律,取相邻频率点的最大值。由于表2中各测量不确定度分量独立不相关,故声压灵敏度级校准结果的合成标准不确定度。扩展不确定度取包含因子则次声传感器声压灵敏度级校准的扩展不确定度见表。4$$*øü‰%¾fi(‰ë,l.;¾01§3⁵×¹

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多通道声分析仪的输出通道产生正弦信号,经功率放大器驱动标准次声源产生校准声压,被校传感器的输出声压由多通道声分析仪的输入通道采集计算分析模块测量输出声压中的基波和次谐波分量幅值,按公式)计算总谐波分量。因此,校准过程中各环节逐级传递的总谐波失真即为主要的不确定度分量,包括多通道声分析仪输出通道产生正弦信号、功率放大器、标准次声源声压波形和多通道声分析仪输入通道,除此之外,还应考虑多通道声分析仪输入通道级线性导致被校传感器输出电压中基波和各次谐波分量幅值的测量误差、总谐波失真计算中未包含所有谐波分量、数据修约等引入的测量不确定度。标准不确定度的评定测量重复性引入的测量不确定度分量参考频率选择1,标准次声源产生声压级的变化范围为,被校传感器总谐波失真的测量结果见表,在相同测量条件下对被校传感器的总谐波失真重复测量0次,以其标准偏差作为测量重复性引入的测量不确定度分量。表3总谐波失真的重复性测量结果B总谐波失真/平均值/标准偏差/12345678