标准撞击器校准规范

1标准撞击器校准规范本规范适用于隔声测量的标准撞击器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF1001通用计量术语及定义JJF1034声学计量名词术语及定义JJF1059.1测量不确定度评定与表示GB/T3102.7声学的量和单位GB/T3785.1电声学声级计第1部分：规范GB/T19889.6—2005声学建筑和建筑构件隔声测量第6部分：楼板撞击声隔声的实验室测量GB/T19889.7—2005声学建筑和建筑构件隔声测量第7部分：楼板撞击声隔声的现场测量GB/T20441.4—2006测量传声器第4部分：工作标准传声器规范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。3术语和计量单位本规范采用GB/T3102.7中规定的量和单位。JJF1001和JJF1034中界定的及以下术语和定义适用于本规范。平均声压级averagesoundpressurelevel声压平方的时间平均值与基准声压平方之比，取10为底的对数乘以10,计算公式见式(1):式中：Tm——声压级测量持续时间，s;2p(t)——测点处的声压，Pa;试件撞击声压级impactsoundpressurelevelontestspecimen标准撞击器作用在刚性参考试件上时，在距离标准撞击器水平位置1m处测得的1/3倍频程平均声压级。注：刚性参考试件应符合6.2中的相应要求，测量传声器布置于距离撞击器1m处，并与撞击面处于同一水平面。传声器主轴方向垂直于5只撞击锤排列形成的直线，并指向中间的撞击锤。4概述标准撞击器(也称地板打击器)是楼板撞击声隔声性能实验室和现场测量时使用的计量器具，也是隔声罩隔声性能现场测量时使用的人工声源的主要部件。它由5个撞击锤组成，通过每个撞击锤在规定时间间隔内的自由下落运动作用于楼板等试验表面，产5计量特性5.1试件撞击声压级重复性标准撞击器作用在刚性参考试件上，测量持续时间为5s时，100Hz～5000Hz频率范围内1/3倍频程的试件撞击声压级的6次测量结果的实验标准偏差不应超过注：刚性参考试件应符合6.2中的相应要求。5.2撞击锤质量标准撞击器应有5个撞击锤，直线排列，每只撞击锤的质量通常为500g±12g。5.3撞击锤直径和间距带有撞击面的撞击锤为圆柱体，直径通常为30mm±0.2mm,相邻两锤中心线的距离通常为100mm±3mm。5.4撞击锤自由下落高度撞击锤的自由下落高度至少为40mm,一般不超过50mm。5.5锤头球面半径撞击锤锤头的球面半径通常为500mm±100mm。5.6撞击锤下落方向撞击锤下落方向应垂直于试件表面，最大允许误差通常不超过±0.5°。5.7撞击时间撞击锤的平均撞击时间间隔通常为100ms±5ms,相继撞击之间的时间通常为100ms±20ms,撞击锤撞击和提起之间的时间应小于80ms。35.8撞击速度撞击锤的质量为500g±12g,其撞击速度通常为886mm/s±22mm/s;若撞击锤的质量为500g±6g,撞击锤撞击速度通常为886mm/s±33mm/s。注：撞击锤质量与撞击速度的相对误差绝对值之和，通常不超过5%。注：以上技术要求不用于合格判定，仅供参考。6校准条件6.1环境条件气压：86kPa～106kPa。温度：18℃~28℃。相对湿度：30%～90%。6.2测量标准及其他设备a)测量传声器：符合GB/T20441.4—2006中对自由场型工作标准传声器要求，在100Hz～5000Hz范围内的幅频响应优于±0.8dB。b)前置放大器：在100Hz～5000Hz频率范围内的幅频响应优于±0.1dB。c)声分析仪：在100Hz～5000Hz频率范围内幅值误差与幅频响应不应超过±0.1dB,并具备信号记录功能。d)游标卡尺：测量范围覆盖30mm～130mm,示值误差不应超过±0.02mm。e)数字天平：测量范围覆盖0～600g,最大允许误差不应超过±1g。f)半径测量仪：测杆间距20mm,测量半径覆盖400mm～600mm,最大允许误差不应超过±50mm。g)数显角度尺：测量范围包括0°~120°,最大允许误差±0.1°。h)激光测振仪：用来测量撞击速度，测量范围覆盖100mm/s～1000mm/s,最大允许误差±1%。注：撞击速度测量亦可采用光电转速测量仪等仪器。i)刚性参考试件：通常由均匀钢制材料组成，其尺寸至少为800mm×400mm×10mm,平面度优于±0.1mm,水平倾斜度优于±0.1°。注：自由场传声器、前置放大器和声分析仪可由满足计量特性要求的1级声级计替代。j)测试室：标准撞击器及传声器距离反射墙面的距离应不小1m,测试室背景噪声在100Hz～5000Hz范围的A计权声压级不超过50dB。7校准项目和校准方法7.1校准项目标准撞击器的校准项目见表1。4表1标准撞击器校准项目一览表序号项目名称计量特性条款号校准方法条款号1试件撞击声压级重复性2撞击锤质量3撞击锤直径和间距4撞击锤自由下落高度5锤头球面半径6撞击锤下落方向7撞击时间8撞击速度7.2校准方法7.2.1校准前检查标准撞击器应具有清晰的标志，包括制造商名称、型号和序列号等，检查撞击锤锤头有无附着异物，若有，予以清除。调整标准撞击器的支撑脚，使标准撞击器的机壳上表面与刚性参考试件平行。通电检查标准撞击器的5只撞击锤是否能够正常工作。7.2.2试件撞击声压级重复性试件撞击声压级的测量示意图见图1,按下列步骤获得标准撞击器的试件撞击声压级重复性。a)将标准撞击器置于刚性参考试件上，传声器单元布置于距离撞击器1m处，并与撞击面处于同一水平面。传声器主轴方向垂直于5只撞击锤排列形成的直线，并指向11m间距指传声器至撞击锤排列形成直线间的距离，测量时应使标准撞击器和传声器单元远离测试室墙面，避免反射声影响。2建议选择减振支撑单元，能使由声源传给支撑面的结构声(振动)受到高阻尼衰减，并将标准撞击器固定在质量远大于参考试件质量的支撑台上。图1试件撞击声压级校准示意图b)开启标准撞击器，声分析仪读取100Hz～5000Hz范围内5s时间间隔的1/3倍频程试件撞击声压级。c)重复步骤b),得到6组测量结果，计算其算术平均值和实验标准差。57.2.3撞击锤质量撞击锤质量的校准示意图见图2,按下列步骤校准撞击锤质量。a)利用垫高支座将标准撞击器垫至一定高度，可将数字天平置于撞击锤的正下方；b)依次使标准撞击器中的5只撞击锤在竖直方向能够自由运动而不受约束，将天平置于撞击锤正下方，得到每只撞击锤的质量。33图2撞击锤质量校准示意图7.2.4撞击锤直径和间距a)游标卡尺逐个测量撞击锤的直径，在撞击锤圆柱体的三个不同部位进行测量，平均值作为撞击锤直径的校准结果。b)测量相邻撞击锤圆柱外侧间的距离，如图3所示，分别减去这两只撞击锤的半径，得到相邻撞击锤之间的间距；逐次完成4组撞击锤间距的校准。圆柱外侧间的距离////////////////////图3撞击锤间距校准示意图7.2.5撞击锤自由下落高度依次使标准撞击器中的5只撞击锤在竖直方向能够自由运动而不受约束，游标卡尺测量其自由落体运动的起始位置至刚性参考试件上表面的距离，记录每只撞击锤的自由下落高度。1撞击锤应能自由下落至标准撞击器支撑脚平面以下4mm。2撞击锤自由下落高度可能需要根据撞击锤速度校准结果进行调整。7.2.6锤头球面半径锤头球面半径校准示意图见图4,按下列步骤校准锤头球面半径。6撞击锤撞击锤r半径测量仪图4锤头球面半径校准示意图a)半径测量仪的中间触点置于锤头中心位置，读取当前位置的半径测量结果；b)旋转半径测量仪120°和240°,分别读取半径测量结果，并取三次测量结果的平c)重复步骤a)和b),完成5只锤头的球面半径校准。7.2.7撞击锤下落方向撞击锤下落方向的校准示意图见图5,按下列步骤校准撞击锤的下落方向。a)采用垫高支座将标准撞击器垫至一定高度，便于在撞击锤下方安放数显角度计，使用直径不超过25mm、与垫高支座相同高度的刚性圆柱置于待测的撞击锤下方，刚性圆柱的两端面平行度优于0.1°;标准撞击器3垫高支座角度刚性圆柱数显角度计45图5撞击锤下落方向校准示意图b)将数显角度计的参考直尺置于刚性参考试件上，调整测量主尺使得角度计显示90.0°,并使测量主尺与撞击锤圆柱体侧面贴合，撞击锤自由下落运动后，观察角度值的变化量△0₁;c)改变数显角度计测量主尺与撞击锤圆柱体的贴合位置，相对于b)中的贴合位置，围绕撞击锤圆柱体依次旋转90°、1d)取△O₁、△θ₂、△O₃和△O₄中的绝对值最大者作为撞击锤下落方向的偏离角度；e)重复步骤b)～d),完成5只撞击锤的下落方向校准。7.2.8撞击时间撞击时间包括平均撞击时间间隔、相继撞击时间间隔以及撞击锤撞击和提起之间的7a)撞击时间校准示意图见图1,按7.2.2中的传声器位置要求进行布置，利用声分析仪实时记录撞击的脉冲声信号，根据撞击声的波形得到平均撞击时间间隔和相继撞击时间间隔，建议选择撞击脉冲声的最大值出现时间作为特征时间，计算方法示意图见图6,任意选择连续的5次撞击脉冲声波形，得到其相继撞击时间和5次撞击的平均撞击时间间隔。图6撞击时间间隔的计算方法示意图b)撞击锤撞击和提起之间时间间隔的校准示意图如图7所示，利用撞击锤与钢制试块撞击接触时的导电性，采用声分析仪记录“开关”闭合瞬间的电平信号，得到高电平的持续时长，即为撞击锤撞击和提起之间的时间间隔。DC电源可采用电池或其他直流电源，通常设置为1V～5V,限流电阻R阻值不低于1kΩ。声分析仪声分析仪DC电源撞击锤R图7撞击锤撞击和提起之间时间的校准示意图注：信号接入声分析仪的电信号输入端，也可用采样率不低于50kHz的数字示波器等具有波形记录功能的仪器替代。7.2.9撞击速度撞击锤撞击速度的校准示意图见图8,按下列步骤校准撞击锤的撞击速度。8a)标准撞击器置于刚性参考试件上，调节标准撞击器支撑脚，使其自由下落高度为40mm,撞击锤中心位置对准试块中的通孔，通孔直径小于6mm。b)调整激光测振仪的光束方向，使其与平整试块垂直，并穿过待校撞击锤下方的通孔；将待校撞击锤调整至最低位置，调整激光束聚焦位置，使其焦点位于撞击锤锤头曲面的中心位置。注：若采用光电转速测量仪，需将测量光束与撞击锤下落方向垂直，并对准撞击锤圆柱。c)开通标准撞击器，记录待测撞击锤的撞击速度波形，根据速度波形中的峰值平均值确定撞击锤的撞击速度，撞击速度由式(2)给出：式中：umax——激光测振仪输出的速度波形电压最大值，V;Slser——激光测振仪的速度灵敏度，V/(mm·s-¹)。d)重复步骤a)～c),完成5只撞击锤的撞击速度校准。8校准结果表达8.1校准数据处理所有的数据应先计算，后修约。试件撞击声压级校准数据应修约到0.1dB,锤头质量校准数据修约到1g,撞击锤直径和间距以及自由下落高度校准数据修约到0.1mm,锤头球面半径校准数据修约到1mm,撞击时间校准数据修约到0.1ms,撞击锤下落方向校准数据修约到0.1°,撞击速度修约到1mm/s。8.2校准结果的测量不确定度标准撞击器测量不确定度按JJF1059.1的要求评定，不确定度评定的示例见附98.3校准证书标准撞击器经过校准，出具校准证书，推荐的标准撞击器校准证书的内页格式见附录A。校准证书应至少包括以下信息：b)实验室名称和地址；c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；e)客户的名称和地址；f)被校对象的描述和明确标识；g)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校准对象h)如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明i)校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代码；j)本次校准所用测量标准溯源性及有效性说明；k)校准环境的描述；1)校准结果及其测量不确定度的说明；m)对校准规范的偏离的说明；n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识；o)校准结果仅对被校对象有效的声明；p)未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。9复校时间间隔标准撞击器的复校时间间隔建议为1年。复校时间间隔的长短取决于其使用情况，如环境条件、使用频率及测量对象等，因此，使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。附录A校准证书的内页格式证书编号××××××—××××校准机构授权说明校准的技术依据JJF1652—2017标准撞击器校准规范校准环境条件及地点℃相对湿度%其他校准使用的计量(基)标准装置测量范围不确定度/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第×页共×页1.试件撞击声压级测量重复性…4000试件撞击声压级123456标准偏差测量不确定度dB(k=2)2.撞击锤质量撞击锤编号l2345质量/g测量不确定度g(k=2)3.撞击锤直径、间距和自由下落高度撞击锤编号12345直径/mm自由下落高度/mm撞击锤间距——间距/mm测量不确定度mm(k=2)4.锤头球面半径和撞击锤下落方向撞击锤编号12345球面半径/mm下落角度偏差/(°)球面半径测量不确定度mm(k=2),下落方向测量不确定度(°)(k=2)5.撞击时间平均撞击时间间隔/ms相继撞击时间间隔/ms——撞击提起时间/ms测量不确定度ms(k=2)6.撞击速度撞击锤编号12345撞击速度/(mm/s)测量不确定度mm/s(k=2)测量不确定度评定示例本附录以试件撞击声压级、撞击速度为例，说明标准撞击器各校准项目的不确定度评定过程。B.1试件撞击声压级的测量不确定度评定示例B.1.1测量模型试件撞击声压级由公式(B.1)给出，相对于声压测量，持续时间引入的不确定度分量可以忽略，因此试件撞击声压级的测量不确定度等于测点处声压级的测量不确定度。B.1.2标准不确定度的评定a)试件撞击声压级重复性引入的标准不确定度分量试件撞击声压级测量时，A类评定方法的不确定度主要来源于试件撞击声压级测量的重复性。在相同条件下对标准撞击器的试件撞击声压级重复测量6次，得到的结果频率Hz试件撞击声压级/dB平均值实验标准差123456表B.1(续)频率Hz试件撞击声压级/dB平均值实验标准差1234564000取6次测量的平均值作为测量结果，实验标准差中最大值为0.48dB,因此，试件撞击声压级测量重复性所引入的不确定度分量取为：u₁=s₁/√6=0.20(dB)。b)传声器灵敏度引入的标准不确定度分量传声器灵敏度的校准不确定度为0.3dB(k=2),则传声器灵敏度引入的不确定度分量u₂为0.15dB。c)前置放大器引入的标准不确定度分量前置放大器引入的不确定度分量包括插入损失测量和频率响应的影响。采用插入电压技术测量前置放大器的插入损失，在测量频段内插入损失测量误差小于0.05dB,前置放大器的频率响应优于0.1dB,其引入的标准不确定度按照均匀分布估计，则前置放大器引入的标准不确定度分量为：us=√(0.05/√3)²+(0.1/√3)²=0.07(dB)d)声分析仪引入的标准不确定度分量声分析仪在测量频段内频率响应优于±0.1dB,其引入的标准不确定度按照均匀分布估计，则传声器灵敏度引入的不确定度分量u₄为0.06dB。e)传声器位置引入的标准不确定度分量传声器位置误差约为±5mm,参考条件下最高频率5kHz对应的声压衰减系数不超过0.08dB/m,忽略传声器指向性引入的误差，则传声器位置引入的标准不确定度分量为：f)修约引入的不确定度分量数据修约至0.1dB,按均匀分布估计，则us=0.03dB。表B.2为试件撞击声压级的测量不确定度来源汇总表。表B.2测量不确定度来源汇总表序号不确定度分量符号标准不确定度/dB1重复性2传声器灵敏度3前置放大器u₃4声分析仪5传声器位置6修约根据表B.2中的不确定度分量，其合成标准不确定度为：u(L)=√0.20²+0.15²+0.07²+0.06²+0.02²+0.03²=0.27(dB)B.1.3扩展不确定度取包含因子k=2,试件撞击声压级的扩展不确定度为：U=ku.=2×0.27=0.54(dB)B.2撞击速度的测量不确定度评定示例B.2.1测量模型撞击锤的撞击速度由公式(B.2)给出：式中：vimpt——撞击锤的撞击速度，mm/s;umx——激光测振仪输出的速度波形电压最大值，V;Slaser——激光测振仪的速度灵敏度，V/(mm·s-¹)。B.2.2标准不确定度的评定a)撞击速度的测量重复性引入的标准不确定度分量校准撞击速度时，A类方法评定的不确定度主要来源于撞击速度测量的测量重复性。在相同条件下对标准撞击器某一撞击锤的撞击速度重复测量6次，得到的结果见表B.3撞击速度的测量数据mm/s123456平均值实验标准差873.3因此，撞击速度测量重复性所引入的不确定度分量取为：u₁=s₁=2.1mm/s。b)激光测振仪电压测量引入的标准不确定度分量激光测振仪电压测量采用24位AD的声分析仪，峰值电压测量的误差按±0.2%计算，其引入的标准不确定度按照均匀分布估计，则