水声标准器的检定

1. 水声标准器及其检定方法   

    水声标准器主要是指传递和测量水声声压值的标准水听器,也包括产生已知自由场声压的标准发射器和测量水声场质点振速的振速水听器。标准水听器的检定分成绝对法和相对法,根据检定频段和声场环境的不同绝对法又分成了自由场互易法、耦合腔互易法、振动液柱法和压电补偿法,相对法又分成自由场比较法和密闭腔比较法。

2. 用于水声标准器检定的绝对法

    用于水声标准器检定的绝对法主要有自由场互易法、耦合腔互易法、行波管互易法、振动液柱法、压电补偿法和静水压激励法等。其中:

    (1)自由场互易法

    自由场互易法适合于标准水听器自由场电压灵敏度和标准发射器发送电流响应的检定。按照IEC标准的建议本法适用的频率范围是1kHz~1MHz。按照我国JJG 2017-2005《水声—声压计量器具检定系统表》的要求,本法使用的频率范围是2kHz~200kHz

    (2)耦合腔互易法     

    耦合腔互易法适合于高静水压下低频标准水听器声压灵敏度的检定。与自由场互易法一样,它是一种无需更高标准的绝对方法。IEC标准建议耦合腔互易法可能应用的频率限为0.1Hz~5kHz。根据我国目前的水声声压计量器检定系统表的要求,本方法使用的频率范围为20Hz~2kHz

    (3)行波管互易法

    行波管互易法也适合于在高静水压条件下检定低频水听器,其作用和与耦合腔互易法相同,只是对被检水听器尺寸的要求更宽松些。由于这种方法所需设施昂贵、实施技术复杂,而且准确度没有耦合腔互易法高,所以国际电工委员会没有推荐,我国也未列入水声声压计量器具检定系统表。

    (4)振动液柱法

    振动液柱法是另一类绝对检定标准水听器的方法,属于物理参数法。振动液柱法是通过振动加速度的测量求定标准水听器声压灵敏度的方法,适合于常压、低频下使用。

    (5)压电补偿法

    压电补偿法也属于通过其它物理参数的测量绝对校准标准水听器一种方法。本方法适合于低频和次声频范围内使用。IEC标准所建议的适用频率范围是1Hz~5kHz。我国的水声声压计量器具检定系统表规定使用本方法的频率范围为1Hz~2kHz

    (6)静水压激励法

    水听器检定的静水压激励法也是一种无需水声标准器作参考的绝对方法,适合于检定甚低频标准水听器的声压灵敏度。IEC标准建议的频率范围是0.01Hz~2Hz。我国目前的水声声压计量器具检定系统表中还未列入此种甚低频水听器的检定。

3. 用于水声标准器检定的相对法

    用于水声标准器检定的相对法主要有自由场比较法和声压场比较法两大类。前者是在自由场条件下进行的,后者是在密闭小容器内声压场中进行的。通常,自由场比较法适用于较高频率,声压场比较法适用于较低频率。

    (1)自由场比较法

    根据所用标准器的不同,自由场比较法分为标准水听器法和标准发射器法,经常使用的是标准水听器法。标准水听器法又分同时比较法和置换比较法。用同时比较法时,是将发射器、标准水听器和被检水听器同时放入自由场中,用标准水听器作参考,测量被检水听器的灵敏度。置换比较法又称替代法,检定时,标准水听器在测定后即被取出,然后把被检水听器放到标准水听器原来的位置进行重新测量。而标准发射器法是在自由场中用标准发射器作为参考标准进行比较法检定。

    (2)声压场比较法   

    声压场比较法主要是指密闭腔比较法,用于在密闭水腔内声压场中用与标准水听器相比较的方法检定低频测量水听器。我国的JJG2017-2005《水声声压计量器具检定系统表》规定密闭腔比较法可应用频率范围为1Hz~2kHz,但更为实用的是1Hz1kHz。我国现已制定JJG340-19991Hz~1000Hz测量水听器检定规程》。

4. 高频水听器与超声水听器

    在水声计量专业领域,把工作频率大于100kHz的水听器称高频水听器。我国水声声压检定系统表规定对高频水听器作为水声计量器具检定的最高频率为5MHz,但IEC标准推荐以可忽略水中吸收声衰减的最高频率1MHz作为水声校准的上限频率。在超声计量专业领域,把工作频率大于0.5MHz的水听器称为超声段水听器,纳入超声计量范围。实际上,水声频段与超声频段之间有一较宽的模糊带。

5. 振速水听器的检定

    振速水听器是测量水中传播声波时质点振动速度的水听器。由于质点振动速度与同一方向上的声压梯度成正比,因此振速水听器也称声压梯度水听器。又因为振速水听器所测量的量是矢量,而不是像声压量那样的标量,为了有别常用的声压水听器,振速水听器目前又习惯称作为矢量水听器。我国当前对振速水听器灵敏度的校准方法主要有在较高频率(1kHz以上)处使用的自由场法和在较低频率处使用的振动液柱法。

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