JJF 2386-2026 空气超声源成像仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范空气超声源成像仪校准规范2026-04-02发布2026-10-02实施空气超声源成像仪校准规范归口单位：全国声学计量技术委员会主要起草单位：深圳市计量质量检测研究院中国计量科学研究院浙江省质量科学研究院参加起草单位：杭州兆华电子股份有限公司上海其高电子科技有限公司本规范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：张瑞纹(深圳市计量质量检测研究院)牛锋(中国计量科学研究院)何龙标(中国计量科学研究院)高申平(浙江省质量科学研究院)庞晓峰(深圳市计量质量检测研究院)参加起草人：曹祖杨(杭州兆华电子股份有限公司)张南雄(上海其高电子科技有限公司)I (1)2引用文件 3术语和计量单位 4概述 5计量特性 5.1定位误差 5.2成像最小声压级 5.3指示声压级线性 5.4横向空间分辨力 5.5成像最大声压级差 6校准条件 6.1环境条件 6.2计量标准器及主要配套设备 7校准项目和校准方法 7.1校准项目 7.2校准方法 8校准结果表达 8.1校准结果 8.2数值修约 8.3校准证书 8.4校准结果的测量不确定度 9复校时间间隔 附录B测量不确定度的评定示例 Ⅱ及定义》、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。本规范参考JJF1504—2015《空气超声测量仪校准规范》对频率的规定，对成像最小声压级和指示声压级线性提出了计量性能要求，参考JJF1496—2014《声源识别定位系统(波束形成法)校准规范》,在计量特性中纳入了定位误差和横向空间分本规范依据JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》给出了定位误差、成像最小声压级、横向空间分辨力、成像最大声压级差的测量不确定度的评定示例。本规范为首次发布。1空气超声源成像仪校准规范1范围本规范适用于空气超声源成像仪在20kHz到100kHz频率范围内的校准，20kHz以下频率范围可参照使用。2引用文件本规范引用了下列文件：JJG4—2015钢卷尺检定规程JJF1001通用计量术语及定义JJF1034—2020声学计量术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示GB/T3102.7声学的量和单位GB/T3947—1996声学名词术语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JJF1001、JJF1034—2020和GB/T3947—1996中界定的及以下术语和定义适用3.1声源成像acousticsourceimaging应用声源定位算法处理传声器阵列采集的声信号，得到空间内相对声压级的平面分布，并以不同颜色的等高线图表示，将其叠加在被测空间光学图像上的成像方式。3.2定位误差localizationerror在与声阵列轴向垂直方向上，实际声源中心点与声成像区域内声压最大值处的距离偏差。3.3成像最小声压级minimumimagingsoundpressurelevel在与传声器阵列同轴方向上，可以被识别到并形成稳定声源成像的最小声信号的声压级。3.4横向空间分辨力transversespatialresolution在与传声器阵列轴向垂直方向上能分辨的两个声源的声中心之间的最小距离。23.5成像最大声压级差maximumdifferenceofimagingsoundpressurelevel传声器阵列能够同时准确定位的两个声源的最大声压级差。4概述空气超声源成像仪(以下简称成像仪)是定位空气中超声信号源的仪器，多采用传声器阵列波束形成技术获取指定频率范围的声源位置，并配合摄像头实时采集视频画面，将声源成像动态地呈现在显示器上。成像仪一般由传声器阵列、摄像头、阵列信号采集分析单元以及阵列信号分析软件等组成。成像仪用于气体泄漏、真空泄漏、放电故障点检测，也可用于车厢、船舶气密性检测及机械振动异响定位。5计量特性定位误差的技术要求一般由制造厂给出；若无相应规定，距离声源3m处，声波入射角为0°时，40kHz频率下，定位误差一般不大于0.1m。5.2成像最小声压级在距离声源3m处，标称频率范围内的1/3倍频程中心频率下，成像仪可形成稳定声源成像并且定位误差符合5.1的要求，该声源在0.5m处的声压级为成像最小声压级，成像最小声压级的技术要求一般由制造厂给出。5.3指示声压级线性采用40kHz声信号测量，当输入信号级以10dB变化时，成像仪指示声压级应产生相同的变化，指示声压级线性偏差一般不超过±2dB。5.4横向空间分辨力在距离声源3m处，40kHz频率下，横向空间分辨力一般不大于0.5m。5.5成像最大声压级差距离声源3m处，40kHz频率下，成像仪可以同时识别到的两个声源的成像最大声压级差一般不小于厂家给出的技术指标。注：以上技术要求不是用于合格性判定，仅供参考使用。6校准条件6.1环境条件温度：15℃~35℃。相对湿度：30%～70%。6.2计量标准器及主要配套设备a)信号发生器：频率示值误差不超过±0.25%,电压输出总失真不大于0.1%,稳定性优于±0.1dB。b)声频功率放大器：测量频率范围内，频率响应优于±2.0dB。c)声源：3m距离处，声压级为40dB时，总失真不大于3.0%。d)小尺寸声源：声源发射面最大尺寸不大于5cm,在所需声压级上的总失真不大于3.0%。e)声分析仪：——测量频率范围内，频率响应优于±0.5dB;——具有FFT分析功能。f)测量传声器：符合GB/T20441.4—2006要求的WS3F型工作标准传声器。g)钢卷尺：符合JJG4—2015要求的1级或2级钢卷尺，分辨力不大于1mm。h)气压计：校准环境条件内，静压测量的最大允许误差不超过±0.2kPa。i)温湿度表：校准环境条件内，温度测量的最大允许误差不超过±0.5℃,相对湿度测量的最大允许误差不超过±10%。j)定位同心圆环组：同心度0.5mm,圆环内外径公差2mm。7校准项目和校准方法7.1校准项目成像仪的校准项目见表1。表1成像仪校准项目一览表项目名称技术要求的条号校准方法的条号1定位误差2成像最小声压级34横向空间分辨力5成像最大声压级差7.2校准方法7.2.1定位误差a)定位误差的校准示意图如图1所示，应在一个无超声干扰源(如通风管道、排水井或可以监测到超声信号的灯具)且无明显反射体的声场空间进行。测量传声器测量传声器同心圆环组(圆心内嵌小尺寸声源)声频功率放大器信号发生器声分析仪图1定位误差校准示意图b)小尺寸声源固定在定位同心圆环组的圆心，声辐射面与圆环组同轴，将测量传声器置于声源正前方3m处，指向声源方向。c)小尺寸声源无信号，测量此时声场空间在40kHz频率下的窄带声压级，作为4该声场空间在该频率下的窄带背景噪声，背景噪声不大于10dB。d)调节小尺寸声源输出信号大小，使测量传声器处声压级至少大于背景噪声50dB。用成像仪代替传声器，传声器阵列与圆环组同轴，对于成像频率可调的成像仪，使被校频率位于成像仪成像频率范围内，并使成像仪稳定成像，此时成像仪显示的声源中心与实际声源声中心之间的距离为该频率下定位误差。1传声器阵列的几何中心由制造厂给出；若无相应规定，一般认为成像仪的成像摄像头中心为传声器阵列的几何中心。2如有需要，其他频率的定位误差参照校准。7.2.2成像最小声压级a)成像最小声压级的校准示意图如图2所示，将声源和成像仪安装在声场空间装置适当位置上，成像仪传声器阵列与声源辐射面同轴且距离为3.0m。声频功率放大器信号发生器声频功率放大器信号发生器成像仪声源成像仪图2成像最小声压级校准示意图(代替前)b)调节声源发出40kHz稳定声信号，使得成像仪检测到稳定的声信号。c)对于频率范围可调的成像仪，使被校频率位于成像仪成像频率范围内。逐渐减小声源信号幅值，找到成像仪能形成稳定声源成像的最小值，此时成像仪所得声源成像应为单一成像、不发生漂移、闪灭且满足5.1的要求。d)保持信号发生器的设置和输出信号幅值不变，如图3所示，用测量传声器代替成像仪，测量传声器正对声源辐射面几何中心且距离0.5m,声分析仪显示声压级即为成像仪的成像最小声压级。声分析仪声分析仪声频功率放大器信号发生器声源图3成像最小声压级校准示意图(代替后)e)声源停止发声，测量该频率下声场空间的窄带背景噪声，一般低于该频率下的成像最小声压级10dB或以上。f)在标称频率范围内，选择1/3倍频程中心频率、被校成像仪频率上限及频率下限作为测量频率，重复上述a)至e)步骤。7.2.3指示声压级线性a)指示声压级线性的校准示意图如图3,测量传声器位于声源正前方1m处，声5源信号频率为40kHz,调节声源在测量传声器处的声压级幅值为90dB,记录信号发生器和声频功率放大器的设置。声源声信号幅值以10dB步进衰减直至40dB,记录每一次信号变化时信号发生器和声频功率放大器的设置。b)用成像仪代替测量传声器，见图2。调节信号发生器和声频功率放大器的设置同步骤a)一致，使声源声信号幅值由90dB以10dB步进衰减直至40dB,记录每一次信号变化时，成像仪的指示声压级变化量。c)由相应的指示声压级变化量减去预期的信号级得到指示声压级线性偏差。7.2.4横向空间分辨力a)横向空间分辨力的校准示意图如图4所示，信号发生器1与2的输出分别经声频功率放大器1与2接到小尺寸声源1与2,两个小尺寸声源辐射面几何中心之间的距离为0.5m,成像仪放置于距两个小尺寸声源连线中心点正前方3m处。声频功率声频功率放大器1小尺寸声源1声频功率放大器2小尺寸声源2发生器2成像仪图4横向空间分辨力校准示意图b)信号发生器1与2的输出分别设置为40kHz和39kHz,两个小尺寸声源在成像仪处产生的声压级均应大于背景噪声50dB,且在成像仪上显示的声压级一致，在成像仪中分辨出两个声源。c)保持两个小尺寸声源连线中心点不变，逐渐减小两个小尺寸声源的距离，找到成像仪中两个小尺寸声源同时稳定成像的极小值，显示的两个声源均不发生漂移、闪灭且满足5.1的要求，此时两个声源的声中心距离即成像仪在该频率下的横向空间分辨力。7.2.5成像最大声压级差a)成像最大声压级差的校准示意图如图4所示，小尺寸声源1和2的距离为0.5m,成像仪放置于距2个小尺寸声源连线中心点正前方3m的位置处。b)调节两个小尺寸声源分别发出40kHz和39kHz稳态正弦信号，小尺寸声源在成像仪处产生的声压级大于背景噪声50dB,在成像仪中可以清晰地看到两个声源成像，且定位误差满足5.1的要求。c)逐步向下调节小尺寸声源1的声压级，直到成像仪可以同时显示两个满足5.1要求的声源定位误差的极限，且显示界面中不出现其他声源成像，记录小尺寸声源1在成像仪显示的声压级L₁和小尺寸声源2在成像仪显示的声压级L₂。d)将小尺寸声源1的声压级调回到b)步骤中的状态，使得在成像仪中可以同时看到两个声源成像，逐步向下调节小尺寸声源2的声压级，直到成像仪可以同时显示6两个满足5.1要求的声源定位误差的极限，记录小尺寸声源1在成像仪显示的声压级LI和小尺寸声源2在成像仪显示的声压级L2。e)由公式(1)得到该频率下的成像最大声压级差D。注：如有需要，其他频率的成像最大声压级差参照校准。8校准结果表达8.1校准结果a)标题，如“校准证书”;b)实验室的名称和地址；c)进行校准的地点(如果与实验室地址不同);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，应说明被校对象的接受日期；h)如果与校准结果的有效性或应用有关时，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，包括名称及代号；j)本次校准所用测量标准的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)对校准规范的偏离说明；n)校准证书或校准证书签发人的签名、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，不得部分复制校准证书的声明。所有的数据应先计算，后修约，出具校准数据的有效位数按如下方法修约：——定位误差、横向空间分辨力修约至1cm;——成像最小声压级修约至1dB;——指示声压级线性、成像最大声压级差修约至与成像仪声压级示值有效位数经校准的成像仪应出具校准证书。校准证书应包括的信息见8.1,推荐的校准证书的内页格式见附录A。78.4校准结果的测量不确定度成像仪校准结果的不确定度按JJF1059.1—2012的要求评定，测量不确定度的评定示例见附录B。9复校时间间隔成像仪的复校时间间隔建议为1年。由于时间间隔的长短取决于成像仪的使用情况，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。8附录A校准证书的内页格式推荐的校准用成像仪校准证书的内页格式见表A.1。表A.1校准证书的内页格式1.定位误差频率/kHz窄带背景噪声/dB2.成像最小声压级频率/kHz窄带背景噪声/dB93.指示声压级线性频率/kHz声源幅值/dB声压级示值/dB4.横向空间分辨力频率/kHz5.成像最大声压级差频率/kHz测量不确定度的评定示例分别对成像最小声压级、定位误差、横向空间分辨力、成像最大声压级差进行不确定度评定。B.1成像最小声压级的测量不确定度评定测量过程中，从信号发生器发出的电信号经声频功率放大器到声源，系统性的误差在两次测量的差值运算时被消除，包括环境条件等系统误差均可不考虑。而所有与声压级测量值相关的随机因素都得考虑，此例的不确定度评定中，主要考虑重复性引入的不确定度、测点位置引入的不确定度以及声压级测量系统引入的不确定度，包括声分析仪、测量传声器及前置放大器引入的不确定度。B.1.1重复性引入的标准不确定度分别在不同频率对成像最小声压级重复10次测量，采用贝塞尔函数法以其实验标准偏差作为重复性引入的不确定度分量。测试结果见表B.1,取实验标准偏差的最大值1.07dB作为重复性引入的标准不确定度。频率/平均值/实验标准偏差/dBl234567896666556666B.1.2声压级测量点距声源辐射面的距离误差引入的标准不确定度垂直于声源辐射面的方向上，通过距离因子评估声场空间，距离3m测试条件下，增加或减少5mm和10mm时计算结果见表B.2。频率/kHz声压级变化量/dB3m成像最小声压级测试过程中一般可将距离误差控制在±10mm内，以均匀分布考虑，包含因子k=√3,则距离偏差引入的标准不确定度u₂=0.03dB/√3≈0.017dB。B.1.3声压级测量点与声源中心轴的水平偏移距离引入的标准不确定度通过实验来评估水平偏移距离对声压级测量结果的影响，在3m测试条件下，声源中心轴水平向左或向右偏移2mm、4mm及6mm,结果见表B.3。频率/kHz3m声场空间测试过程中一般可将水平偏移距离控制在±6mm内，以均匀分布考虑，则水平偏移距离引入的标准不确定度u₃=1dB/√3≈0.58dB。B.1.4声压级测量系统引入的标准不确定度声分析仪的不确定度来于溯源证书，200kHz频率范围内最大允许误差为±0.5dB;以测量传声器溯源证书确定各对应频点的频率响应并进行修正，由溯源证书得到频率响应的不确定度0.5dB;根据传声器前置放大器校准证书，测量频率范围内幅值响应满足±0.3dB。声压级测量系统引入的标准不确定度见表B.4,u₄=√0.29²+0.5²+0.172dB≈0.6dB。标准不确定度/dB声分析仪士0.5—前置放大器B.1.5合成标准不确定度测量不确定度来源和符号一览表见表B.5。符号1重复性引入的标准不确定度2声压级测量点距声源辐射面的距离误差引入的标准不确定度3水平偏移距离引入的标准不确定度4声压级测量系统引入的标准不确定度uc=√u²+u2+u³+u2=√1.07²+0.017²+0.58²+0.61²dB≈1.36B.1.6扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度U=2×1.36dB=2.72dB。则成像仪的成像最小声压级扩展不确定度U=3dB,k=2。B.2定位误差的测量不确定度评定B.2.1重复性引入的标准不确定度在不同频率下对定位误差重复10次测量，采用贝塞尔函数法以其标准偏差作为重复性引入的不确定度分量。测试结果见表B.6,取标准偏差的最大值1.03cm作为重复性引入的标准不确定度。频率/平均值/实验标准1234567897677666677455446657634344554457554555565B.2.2声压级测量点与声源中心轴的水平偏移引入的标准不确定度通过实验来评估水平偏移距离对定位误差的影响，在3m测试条件下，声源中心轴水平向左或向右偏移2mm、4mm及6mm,测试结果见表B.7。频率/kHz66666656556555555544565555553m声场空间测试过程中一般可将水平偏移距离控制在大概在±6mm范围，以均匀分布考虑，水平偏移距离引入的标准不确定度u₂=1cm/√3≈0.58cm。B.2.3钢卷尺测量引入的标准不确定度由钢卷尺检定规程JJG4—2015可知，Ⅱ级合格的钢卷尺在3m点的最大允许误差为±1.8mm,考虑均匀分布，钢卷尺测量引入的标准不确定度u₃=0.18cm/√3≈B.2.4数据修约引入的标准不确定度数据修约间隔为1cm,以均匀分布考虑，k=√3,则u₄=0.5cm/√3≈0.29cm。B.2.5合成标准不确定度测量不确定度来源和符号一览表见表B.8。序号符号1重复性引入的标准不确定度2水平偏移距离引入的标准不确定度34数据修约引入的标准不确定度表B.8所列各测量不确定度按不相关处理，合成标准不确定度为：B.2.6扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度U=k×uc=2×1.2cm=2.4cm。成像仪定位误差扩展不确定度U=3cm,k=2。B.3横向空间分辨力的测量不确定度评定B.3.1重复性引入的标准不确定度在40kHz频率对横向空间分辨力重复进行10次测量，采用贝塞尔函数法以其标准偏差作为重复性引入的不确定度分量，测量结果见表B.9。频率/实验标准l23456789B.3.2传声器阵列几何中心水平偏移距离引入的标准不确定度通过试验来评估传声器阵列几何中心距离两个小尺寸声源连线中心轴的水平偏移距离对横向空间分辨力测量结果的影响，改变测试位置，在3m距离处，传声器阵列水平向左或向右偏移2mm、4mm及6mm,结果见表B.10。频率/kHz3m声场空间测试过程中一般可将水平偏移距离控制在±6mm内，以均匀分布考虑k=√3,则横向距离偏差引入的标准不确定度：u₂=1cm/√3≈0.58cm。B.3.3钢卷尺测量引入的标准不确定度由钢卷尺检定规程JJG4—2015可知，Ⅱ级合格的钢卷尺在3m点的最大允许误差为±1.8mm,考虑均匀分布，钢卷尺测量引入的标准不确定度u₃=0.18cm/√3≈B.3.4数据修约引入的标准不确定度数据修约间隔为1cm,以均匀分布考虑，k=√3,则u₄=0.5cm/√3≈0.29cm。B.3.5合成标准不确定度测量不确定度来源和符号一览表见表B.11。序号符号1重复性引入的标准不确定度2水平偏移距离引入的标准不确定度序号符号34数据修约引入的标准不确定度u=√u²+u2+uš+u²=√0.63²+0.58²+0.1取包含因子k=2,扩展不确定度U=2×0.9cm=1.8cm。则成像仪横向空间分辨力扩展不确定度U=1.8c