ICS.17. 140 A 59 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T 17251—1998 声学 水听器加速度灵敏度校准方法 AcousticsCalibration method of hydrophone acceleration sensitivity 1998-03-18发布 1998-10-01实施 国家技术监督局 发布 GB/T 17251—1998 前言 水听器加速度灵敏度测量方法在我国工业和科研部门中使用多年，为统一测量方法，保证测量量值 的统一和准确，特制定本标准。 本标准的附录A是提示性的附录。 本标准由全国声学标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：中国船舶工业总公司第七一五研究所、中国科学院声学研究所。 本标准主要起草人：薛耀泉、朱厚卿、袁文俊、沈建新。 I 中华人民共和国国家标准 声学水听器加速度灵敏度校准方法 GB/T17251—1998 Acoustics-Calibration method of hydrophone acceleration sensitivity 1范围 本标准规定了水听器加速度灵敏度的测量方法 本标准适用的测量频率范围为10～2000Hz，加速度值的范围为1～100m/s。 2引用标准 SAC 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。 GB3240—82声学测量中的常用频率 GB/T3947—1996声学名词术语 3定义 本标准采用下列定义： 3.1水听器加速度灵敏度 acceleration sensitivity of hydrophone 在某一方向作加速度运动的水听器的开路电压U。与该方向上的加速度α之比。单位为伏·秒平方 每米,V.s²/m。 以式（1)表示： Ma = Ua/a .(1) 3.2水听器加速度灵敏度级 acceleration sensitivity level of hydrophone 水听器加速度灵敏度值M与基准灵敏度Mar之比的以10为底的对数乘以20，单位为分贝，dB。 以式（2)表示： Ma=20lg(Ma/Mar) ·(2) 注：基准灵敏度一般取1V·s°/m。在作出说明的情况下，也可取1/9.80V·s/m。 4校准 4.1校准水听器加速度灵敏度的方法 根据定义，当校准水听器加速度灵敏度时，在给定频率的情况下有两个独立量需要测量，一个是被 校水听器承受的振动加速度，另一个是它受到振动时的开路输出电压。测量振动加速度的方法有两种： 一是用一般的压电加速度计，二是用激光测振仪 4.1.1标准加速度计法 被校水听器所承受的振动加速度可以用振动台上的标准加速度计给出，被校水听器的加速度灵敏 度： 国家技术监督局1998-03-18批准 1998-10-01实施 1 GB/T 17251—1998 U. M.: : M. (3) 或 +20lgM。-20lgMar (4) 式中：U。 标准加速度计放大器的输出电压，V； M。 标准加速度计（包含加速度计放大器放大量）的电压灵敏度，V·s?/m； Mr- 基准灵敏度，V·s?/m。 推荐校准设备联接框图如图1所示。把被校水听器和标准加速度计同时刚性地固定在振动台的台 面上，使它们受到相同加速度的作用。振动台台面在某一频率振动加速度作用下首先测量加速度计前置 放大器的输出电压，然后测量被校水听器的开路电压，若被校水听器具有高输出阻抗时，则它的输出端 必须接入具有更高输入阻抗的前置放大器进行阻抗转换。最后代入式（3）或（4）计算测量结果。 电荷放大器 带通滤波器 示波器 前置放大器 测量放大器 数字电压表 标准加速度计 振动台 功率放大器 频率合成器 图1.用标准加速度计校准水听器加速度灵敏度的框图 4.1.2激光测振法 被校水听器所承受的振动加速度用激光测振仪直接测量时，被校水听器的加速度灵敏度可直接用 式（1)计算。推荐的校准框图如图2所示。把被校水听器刚性地固定在振动台台面上，激光探头聚焦点 选在被测水听器顶部的某一点，由激光测振仪直接测得水听器承受的振动加速度。若被校水听器具有高 输出阻抗时，则它的输出端必须接入具有更高输入阻抗的前置放大器进行阻抗转换，然后再输至测量放 大器。 激光探头 激光测振仪 滤波器 仪器控制器 接 测量放大器 口 被 前置放大器 测 总 件 线 示波器 数字电压表 外用设备 振动台 功率放大器 频率合成器 图2激光测振法校准水听器加速度灵敏度的框图 2 GB/T 17251—1998 4.2校准信号与频率 推荐正弦信号作为校准用的信号，在使用频段内，信号频率应采用GB3240中频率系列所规定的 频率。在一般情况下，校准频率采用1/3倍频程的中心频率，如若需要，测量频率间隔也可根据需要调 节，频率不确定度要求小于0.2%。 4.3校准设备与环境要求 4.3.1振动台 振动台是产生稳定正弦振动的振动源。校准时，加速度计和被校水听器同时刚性地安装在它的台面 上。一般要求振动台的频率范围为10～2000Hz，加速度的范围为1～100m/s²，要求振动的非线性失真 小于1%，不稳定度每小时小于0.5%。 振动台台面要有足够的刚度和厚度，避免在使用频率范围内台面产生弯曲或共振，导致波形失真或 不稳定。还要求振动台台面平整光洁，便于加速度计和水听器与台面能可靠连接。振动台应保持垂直方 向振动，横向振动分量应小于3%。 4.3.2标准加速度计 a）加速度计的灵敏度必须经过校准并在合格周期范围内使用，它的标准不确定度小于3%； b）横向灵敏度与纵向灵敏度之比不得大于3%； c）加速度计在要求的频率范围内动态范围的非线性失真小于1%； d）加速度计的非振动环境灵敏度的影响量应小于一30dB。 注：加速度计是机电转换器，它应只响应加速度，对其他物理量不敏感，但由于传感器结构形式和敏感元件对多种 物理量的响应特性等因素，使得传感器在测量某一物理量时还受其他物理量的影响，如：电磁场的影响，温度场 的影响或环境噪声场的影响等等，这种除对加速度响应之外对其他物理量的敏感程度统称为他的非振动环境 灵敏度。 4.3.3激光测振仪 激光测振仪是非接触式振动传感器，校准时无需在被校水听器上安装反射镜、反射器或附加其他任 何反射涂层，从而完全避开了在被校水听器上附加质量所造成的影响。把激光测振仪输出的聚集型光束 聚集在被校水听器振动加速度方向上的某个面上，激光测振仪中的速度解码器可以直接测出被校水听 器的振动加速度。激光测振仪应满足如下条件： a）激光测振仪必须经过校准，并在合格周期内使用，它的校准不确定度小于1%； b）激光测振仪在本标准要求的频率范围内动态范围的非线性失真小于0.5%； c）激光测振仪的测量距离大于0.3m。 4.3.4放大器、电压表和滤波器 标准加速度计的输出阻抗很高，一般应用电荷放大器作为其前置放大器，电荷放大器的输出电压可 以由数字电压表直接读取，必要时也可再经测量放大器放大后读取。电压表的测量不确定度应小于 0. 1 dB. 被测水听器的开路电压经测量放大器放大后也由电压表读取。要求测量放大器的输入阻抗比水听 器的阻抗至少高100倍（由此引人的电压耦合损失将小于0.1dB），若放大器的输人阻抗达不到上述要 求时，必须预先用高输入阻抗的前置放天器进行阻抗转换。 为了提高测量信噪比，尤其是为了在测量加速度灵敏度很低的水听器时为确保有足够信噪比，测量 放大器需配加带通滤波器组，也可以用以振动激励信号为参考信号的锁相放大器或外差放大器。 4.3.5实验室环境条件 a）实验室温度应控制在测量设备和水听器正常工作的范围内，振动台或振动台周围应无热源，以 避免室内形成温差梯度而产生环境温度变化，影响测量精度； b）为了避免环境噪声对测量的干扰，要求环境噪声所产生的干扰信号（包括设备噪声和非校准信 号干扰）比校准信号低20dB。 3