JJF 2287-2025 测量水池声学特性校准规范(相关函数法)

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2287—2025测量水池声学特性校准规范(相关函数法)CalibrationSpecificationforAcousticCharacteristicsofMeasurementWaterTanks(CorrelationFunctionMethod)2025-09-08发布2026-03-08实施国家市场监督管理总局发布JJF2287—2025测量水池声学特性校准规范(相关函数法)CalibrationSpecificationforAcousticCharacteristicsofMeasurementWaterTanks(CorrelationFunctionMethod)→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→JJF2287—2025→→→→→→→→→→→→→归口单位:全国声学计量技术委员会主要起草单位:中国测试技术研究院中国船舶集团有限公司第七一五研究所参加起草单位:广东省计量科学研究院中国计量科学研究院湖北省计量测试技术研究院本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:孙磊(中国测试技术研究院)桂桂(中国测试技术研究院)易文胜(中国船舶集团有限公司第七一五研究所)参加起草人:李敏毅(广东省计量科学研究院)王敏(中国计量科学研究院)姚秋平(湖北省计量测试技术研究院)JJF2287—2025Ⅰ引言 1范围 (1)2引用文件 (1)3术语 (1)4概述 (1)5计量特性 (2)5.1水池界面声压反射系数 (2)5.2水池内本底噪声 (2)6校准条件 (2)6.1环境条件 (2)6.2测量标准器及其他设备 (2)7校准项目和校准方法 (3)7.1校准项目 (3)7.2校准方法 (3)8校准结果处理 (4)9复校时间间隔 (5)附录A校准证书内页格式 (6)附录B声压反射系数的数据处理方法 (7)附录C测量不确定度评定示例 (8)ⅡJJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成制定本规范的基础性系列规范。与JJF1146—2006《消声水池声学特性校准规范》采用脉冲回波法不同,本规范通常针对非六面消声结构的测量水池,使用相关函数法校准。本规范为首次发布。1测量水池声学特性校准规范(相关函数法)1范围本规范适用于采用相关函数法对测量水池进行的声学特性测量。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG449—2014倍频程和分数倍频程滤波器检定规程JJF1034声学名词术语及定义JJF1146—2006消声水池声学特性校准规范GB/T3102.7—1993声学的量和单位GB/T3947—1996声学名词术语GB/T14369—2011声学水声材料样品插入损失、回声降低和吸声系数的测量方法CB/T3674—2019水声材料驻波管测量方法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GB/T3947—1996、JJF1034、GB/T3102.7—1993界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1水池本底噪声backgroundnoiseofwatertank在水池中,由水听器接收到的除测试设备、器材本身的噪声以外的水中噪声,如外界振动和噪声在水池中引起的噪声。[来源:JJF1146—2006,3.4]3.2声压反射系数soundpressurereflectioncoefficientR给定频率和环境条件下,水媒质中平面声波入射到无限大板状样品表面,其反射波声压与入射波声压之比。注:实际测量时,在边缘效应可忽略的情况下,有限尺寸样品等效为无限大样品。[来源:GB/T14369—2011,3.5]4概述测量水池通常是指在水池的一个或多个面上铺设吸声尖劈的,或未铺设吸声尖劈用于进行水下电声参数校准和水声设备的测量试验的水池。JJF2287—20252测量水池的几何尺寸可以从不足一米到几十米,工作频率范围可以从几百赫兹到兆赫兹的频段,测量水池的下限工作频率一般随水池的最小几何尺寸增大而降低,并与采用的吸声材料有关。5计量特性5.1水池界面声压反射系数敷设有消声构件的水池池壁、池底和池面等界面的声压反射系数,通常要求在使用的频率范围内不大于0.1。允许不同频率范围有不同的声压反射系数。5.2水池内本底噪声水池内本底噪声应保证利用测量水池测量时的信噪比不低于30dB(或规定值)。6校准条件6.1环境条件室温:5℃~35℃。水温:5℃~30℃。相对湿度:30%~90%。6.2测量标准器及其他设备6.2.1信号发生器能产生连续波信号、猝发音信号和线性扫频信号。在500Hz~100kHz范围内,幅值平坦度优于±0.1dB,总失真不大于0.1%。6.2.2功率放大器在500Hz~100kHz范围内,最大输出功率应不小于100W,总失真应不大于2%。6.2.3信号采集器具有数据记录功能,并具备相应的软件处理功能,能够完成波形记录、数据延时、乘法和滤波等数字信号处理功能。设备采样率应大于500kHz,在测试的频率范围内,幅值测量的最大允许误差应优于±1%。6.2.4示波器采样率应大于500kHz,在测试的频率范围内,最大的允许误差应优于±1%。6.2.5发射换能器在500Hz~100kHz范围内,发送电压响应级一般应不小于120dB。6.2.6接收水听器在500Hz~100kHz范围内,接收灵敏度应不小于-210dB,带内起伏不超过±1.0dB。6.2.7滤波器在测试的频率范围内,线性工作范围至少为50dB。线性工作范围内的电平线性误差不超过±0.5dB。JJF2287—202536.2.8测量放大器在测试的频率范围内,在测试期间频率响应幅值的稳定度不超过±0.2dB。7校准项目和校准方法7.1校准项目测量水池的校准项目见表1。表1校准项目一览表序号项目名称计量特性的条号校准方法的条号1水池界面声压反射系数2水池内本底噪声7.2校准方法7.2.1校准前的检查目视检查水池可视范围内尖劈安装情况,如遇尖劈脱落、变形、损坏或水中存在可能干扰测试的杂物时,应修整清洁后再进行校准。7.2.2水池界面声压反射系数的校准方法设备布置测量水池界面的声压反射系数时,发射换能器与接收水听器的布放如图1所示。图1发射换能器与接收水听器的布放图接收水听器应布置于发射换能器的远场中,发射换能器与接收水听器的距离d应符合式(1)的要求:d>(a+a)/λ(1)式中:a1—发射换能器的最大几何尺寸,m;a2—接收水听器的最大几何尺寸,m;JJF2287—20254λ—发射换能器最高工作频率对应的水中波长,m。样品几何中心略微偏离声轴位置布放,以减少样品边缘衍射对测量的影响。校准步骤a)将接收水听器布放于待测界面中心点上,使用单次猝发声测量,选择适当的猝发声频率,使反射脉冲声和直达脉冲声波能分开,猝发声频率应符合式(2)的要求:f≥3c/d(2)式中:f—猝发声频率,Hz;c—声速,m/s;d—接收水听器与待测界面距离,m。b)从数据采集器上读取并记录直达声与反射声的时间差τ。c)不改变布放位置,采用扫频信号测量,扫频频率应覆盖待测水池工作频率的上下限,必要时可分多次测量。参考扫频信号函数由式(3)给出:式中:f0—扫频起始频率,Hz;u0—扫频速度。保存发出的参考扫频信号x1(t)和接收水听器测得的信号式中:f0—扫频起始频率,Hz;u0—扫频速度。保存发出的参考扫频信号x1(t)和接收水听器测得的信号x2(t)。数据处理声压反射系数的计算方法见附录B。7.2.3水池内本底噪声的校准方法测量水池本底噪声测量设备布置如图2所示,1/3倍频程频带内的噪声声压级由接收水听器、测量放大器和1/3倍频程滤波器测得。图2本底噪声测量时接收水听器的布放图8校准结果处理校准试验完成后,按照本规范给出校准结果,开具相应的校准证书,校准证书内页格式见附录A。59复校时间间隔测量水池声学性能的复校时间间隔建议为3年。由于复校时间间隔的长短是由测量水池的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。JJF2287—20256附录A校准证书内页格式校准结果1.测量水池的基本概况(测量水池的大小和吸声结构等)2.测量水池界面的声压反射系数R频率/kHz界面1界面2界面3界面43.测量水池的本底噪声频率/kHz带内噪声声压级/dB4.校准环境条件室温:℃水温:℃相对湿度:%5.校准依据6.使用的校准装置名称名称型号规格校准日期校准机构证书编号JJF2287—20257附录B声压反射系数的数据处理方法B.1声压反射系数的计算方法声压反射系数是由直达声和反射声计算得到的,按中步骤记录参考扫频信号x1(t)与测得信号x2(t)后,计算过程如下:计算直达声pi(t),求解方法如下:式中,Lowpass[x1(t)pi)|o信·2()1](t|)与测得信号x2(t)(.)部和虚部对应相乘后滤波,低通滤波截止频率应小于5Hz。计算一次反射声pr(t),求解方法如下:(B.3)式中:d1—发射换能器与接收水听器的距离,m;d2—接收换能器与测量界面的距离,m。B.2数字滤波器的参数选择计算过程中需将信号进行低通数字滤波,数字滤波器参数可参照以下方法计算。滤波器的系统函数为:(B.4)其中,s为复频率,ωc为-3dB截止频率,N为滤波器阶数。扫频速度确定后,可选择合适的滤波器阶数以获得较好的信号处理结果。前期试验表明,当N取值为3、4、5时,能够保持较好的波形包络。为便于使用,以下给出滤波器多项式。N=4时:'''''N=3时:BcN(s')=(N=4时:'''''BcN(s)=(s)4+2.6131(s)3+3.4142(s)2+2.6131s+1(B.6)BcN(s)=(s)4+2.6131(s)3+3.4142(s)2+2.6131s+1(B.6)JJF2287—20258附录C测量不确定度评定示例C.1概述在本规范中,声压反射系数是测量水池最为重要的计量特性,所以本附录选用声压反射系数作为测量不确定度评定的示例。C.2测量方法换能器发出线性扫频信号,经过测量水池界面反射后由水听器采集得到。滤波得到直达声和一次反射声后,其模值的比即为声压反射因数。计算公式如下:式中:R=pr(t)/pi(t)(C.1)pr(t)—反射声幅值;pi(t)—直达声幅值。C.3测量不确定度评定声压反射因数的不确定度来源主要包括:测量重复性、声时测量误差、幅值测量误差、滤波器、样品边缘衍射。其中测量重复性用A类方法评定,其他各项用B类方法评定。C.3.1测量重复性引入的不确定度在相同测量条件下对测量水池同一界面的声压反射系数重复测量6次,得到的结果如表C.1所示。表C.1声压反射系数的校准结果f/HzR1R2R3R4R5R6Sn8000.4000.4170.3400.4910.4640.08110000.4390.2610.05612500.3410.01315000.2720.3860.06920000.0900.03125000.0880.0900.0770.0810.01631500.0450.0410.0650.0300.0590.0460.01240000.0720.0790.0510.0560.0580.01850000.0540.0500.0740.0820.02263000.0410.0490.0590.0400.0550.0270.01080000.0610.0470.0520.0670.0610.0470.008100000.0580.0600.0280.0340.0530.0460.012125000.0470.0460.0430.0350.0300.0440.0069表C.1声压反射系数的校准结果(续)f/HzR1R2R3R4R5R6Sn160000.0410.0470.0330.0310.0430.0180.010200000.0170.0230.0220.0270.0210.0220.003250000.0550.0530.0410.0250.0430.0510.010315000.0490.0400.0530.0350.0410.0320.007400000.0200.0280.0330.0340.0310.0320.005根据表C.1所示,声压反射系数校准结果在800Hz标准偏差为0.081,测量重复性引入的标准不确定度为:C.3.2声时测量误差引入的不确定度分量u1C.3.2声时测量误差引入的不确定度分量声时测量误差对测量结果的影响不超过±1%,以均匀分布计算,声