本标准规定了表征水声发射器在实际工作状态下功率发送性能的基本电声参数及其测量方法。本标准适用于压电型、磁致伸缩型等水声发射器、也适用于由这类发射器所构成的水声发射器阵。本标准中的测量方法适用于在大功率下测量水声发射器，也适用于测量或试验非大功率激励下的水声发射器。 GB/T 7967-2002 声学 水声发射器的大功率特性和测量 GB/T7967-2002 标准下载解压密码：www.bzxz.net

GB/T7967—2002
本标准是对国家标准GB/T7967—1987声学：水声发射器的大功率特性和测量》的修订。（:B/T7967一1987白1987年发布实施以米、在规范和统一我国发射声纳换能器及其它水声发射器的特性租测量方法，进而提高它们的研制和生产质量方面起了重要作用，为了使本标准在形式和内容上更好地满足月前及今后的使用和技术发展的需要，决定对GB/T796？1987作修订，对源标推的让要修改方面如下：1通过对文本内容结构重新归片和谢整，把原标准中的十五个章节修改成七个章节，使标准更加简洁明了、易于使用，也更符合关于国家标准编写的当前规定。2根据当前的实际使用情况，要改了測量系统的组成框图和部分量仪器。3姗太了目前已基本不用的测量发射器阻抗（导纳）的二电正法和测量输入电功率的相位补偿法。本标推的附录A和附录B是提示的附录，附录C是标推的附录。本标准从实施之日起代替GB/T 7967-1987。本标准由小国科学婉提出，
本标准山全因声学标准化技术委员会归口。本标准起卓单位，中国船舶重下集团公司第715研究所、中国科学院声学研究所，中国船舶工业集团公司721厂，哈尔滨1程大学水产所、中国船船重7集团公司612厂。本标准主要起草人：袁文俊、朱卿、薛耀泉范围
中华人民共和国国家标准
声学水声发射器的大功率特性和测量Aroustics--- High-power characteristics ot underwatergound projectnrs and thelr measurementsGB/T 7967
代费 GR/T 7967--1087
本标雅规定了表征水声发射器在实际工作状态下人功率发送性能的基本电声参数及其测量方法本标推适用于压电型、磁致伸缩型等水声发射器，世适用子由这类发射器所构成的水声发射器阵本标准中的测量方法适用于在大功率下测量水声发射器，也适用于测或试验非大功率激下的水声发射器，
汁：处于大功率谢厨下的产发射媒可能产生非线性效应，这时，水发射器的莱些电市参数已失去标雅含义：为了实际使用的方，本标准中引伸使用线性状态下的定义，但所定义的多数只对应于基波信母频率及指定的电激励级。引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用面构成为本标准的条文。本标雄出版时，所未版本均冲有效。所有标谁都会被修订，使用木标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性，GB/T 3917199由学名调术语
GB/T32231994南学水声换能器自山场校准方法GB/T7965—2002声学：水店换能器测量基本电主垒数表
水声发射豁基本电产参数见表1。表1
等效电阻抗
等效电导纳
发送电压响应
发送电压响应级
Pa·m/y
B(基准值：lμPam/V)
式中，T
发射据缩人信号基波避时电床,V;发射器输人信号基波解时电流,A：1z.1等效电抗频值2
等效电阳抗隔角（）
Yr - 1/Zt =- PY-1-m
式中：il-
见GB/T3223
LGB/T 3223
中华人民共和国国家质囊监畜检验检疫总局2002-0326批准等效电导纳模值，
等效电导纳幅角(\)。
2002-12-01实施
发选电流响应
发送电流响应[级」
发送功率响应
发医功率响应[级]
输人出功率
输人中功率级
指向性图案
指向性因数
指问数
输射市功率
辐射声功率[级］
电声效率
发射器声源级
最人响应频率
响应倍宽
过载卢压级
功率容展
GB/T 79672002
表1完）
Pa·m/A
见GB/T3223
(基谁,1μP·m/A）见 GB/T 322Pa\.m\/W
式中d
Sw - pdiW.
指定方问上近场中某一测函点高发射器卢事心的距离+m；
逆离处的声玉,Pa：
W,-\—发射器输人且功率,W。
JB（准值：
[ μP+*.u'?W?
B准殖研)
αB(基准基:pw)
dE(基准值:t μPam)
(并准值:l xPum)
S 10lg(Sw/Sw.)
式：S.----发送功率响,Pa-m\/WSwe
-基准值,通常为1 μPa m\/W。发射器山功节源吸收的有功功书Lu, -- 1olgtW,/W..)
表中：w。
输人电动率，W：
W.—-基准功率,通常为 1 W。
见GE/394?
发射器在单位时间内发射出的总声能量Lw, = 10lg播射声功率：W：
式中.w.
一据准声功率,通常为1 pW。
GB/T 7965
在指定方向上,离发射器市中心1 m处的表观市压级I.s -- L., + 2ntgd
式中：d…—在指定方向上远场中某--测母点离发射器产中心的距离，m；
—距离d处的声原级，dB(基痛值：1ue)。在恒尽或流发送响应典线中对垃于最大响成的题率在恒压或恒流发送响冠前线中对减于比最太问减低3B的1下两个频f与之光，即4Ff.
发射器声源级与电微勋级（电压级.电流级或电功究级）之间的关系谢离线性关系不大于某一规定值对所产牛的最大声源级
发别媒声源级与输入电功率级之问的关系偏离线性关系战H它物迎性能的变化不大于某·规定值村舒许的最大输人功率
4测量源理
4.1等效电纽抗与等效电导纳
GB/T 7967. --2002
根据定义，发射器的等效电阻抗Z可直接由瞬时微励电压与障时激励电流用式（1)求得：z
用电压麟时取样电压v与电流瞬时取样地压：代营(1)式中的ur与行后：得en
Zu = lSem -
式中：Uv—发射器激扇电乐的取样电求，V；U,---一发射器激励电流的取样电压,V,中2\—相对于u的相位差，即发射器等效电阻统幅角，)-
电压取样系数：
C.一电流取样系数，V/A。
根锯发射器等效电导纳的定义，回样有c
式出：
t,相对于称的相位差,即发射错等效电导纳幅角,()(1)
（5）
在本标准中，当不加说明时内非与电流均为有效值，用大写美文字册表示。对于电压与电流的腰时值刻用瞬时电历,瞬时电流说明,用小写英文学册表示,发射器等效电阻抗与具所如声场及其环境(静生,温度第)和山负载(连趋中继的长度)等系件有关,够在给出发射器等效电阻抗时说同时指明这些条件。4.2输入电功率
发射器输人电功率可直接由式（6)计算：W-ULcosg
式中:U.-
发射器激励电压,；
发射器微励电流，
-一发射器瞬时激励也斥与瞬时激励电流间相位差，（)输人电功率过前通过等效电阻抗或电导纳的预先测量出式(7)或式(8)计算：w
式中：Grr—等效电导纳的实数部分,S;Rts
等效电阻批的笑数部分，见。
4.3发送啊应
4.3.1发送电压响应[级』
.mf 6 3
发射器发送电压响应的测景方法同于GR/T3223一1991中的5.3条。发送电压响应与发送电压响应级分划由式(9)与(10)计算：
GB/T 7967- --2002
Sy=Uacr d
Sv20lg
中，.--标准水听器的并路电压V- 20lgGr + 20lgd
d—发射器与标推水听器声中心间的距离,巧;M一标准水听器的自由场电压灵敏度，V/Pa;M标推水听器的白由场电压灵敏度级,d B(基准值. V / μPr)。4. 3.2发送电流响应[级]
.....( lo )
发射器发送电流响减的测量方法同于GB/T3223—1994的5.2条，发送电流响应与发送电流响应级分别由式（11)和式(12)计算：SeCra
$t20lg
+ 20lgr 1 20lgd ... M
4.3.3发送切率响应级
发射器的发送功率响应及发送功率响应级，可根据定义通过电功率和指定方向上远场声压的测量分别由式(13)和式(14)计算：
Su = 20lgt/. + 20lgd - M -- IclgW.式中 W。一发射器的輪人电功率,W。(13)
+++t 14 )
发送功率响应与发送功率响应级也可通过发送电压或（和)电流响应及等效电阻抗或电导纳测量数据式(15)与式(16)导出：
Sw- r= Rts
Sw =Sy- 10lgGrp = S, - 10lgRrsSy.+$t... 0lgcosp
4.4指问性图案、指向性因数和指向性指数.(15)
工作在线性状态下的发射器指向性图案通常不随激励功率而变化.但当激励功率大到定程度时、指向性图案可能要发生变化。因此，必须在实际的功必与信号状态下测望基波信号的指向性图。指向性图案的测，按GB/T 7965 实行。指向性因数与指尚性指数由实测得的指向性图计箕，计算方法见GB/T7965。如果在大功率状态下测得的指向性图仍具有对称性，则也可用GB/T7965规定的方法计算。4.5发射幕声源级
用标准水听器在远场指定方向上测量离发射器有效声中心d(m)处的声压p(Pa)，则山式(17)计算发射器此时的声源级：
Issp ---20lgp++ 20lgd 1 120
-L+ + 20lgd
式中：.
d(m)处的声压级，dB(基准值：1μPe)4.6辐射声功率
用标推水听器在远场中指定方向土(通常为声轴方向)测量离发射器有效声中心d(m)处声压(Pa).则由式(18)和(19)分别计算发射器的辐射声功潮和辐射声功率级：GB/T 7967—2002
Aned\p
Lw,-LD, + 20lgd - 50. 7
=ls, -- D, -- 50. 7
式中：R。一：发射器的指向性因数(以声压测量方向为鑫考方向)；Dr
发射器的指向性指数(以声压测量方向参考方向),dB，水的密度,kg/m
水中声速,m/s
式19)中取20℃时的p、：值,即p988g/m~c1482m/s,在10℃~.30℃范国肉的误差亦超过±0.1dB。
4.7电声效率
发射器的电声效率可直接根据定义通过擒人电功率W，和辐射声功率W，的量出式(20)导州W
X 100%
也叫相应的发送响应值分别由式(21）22)和(23)导出：4元S
PCRGIP
×100%
4.8非线性
（20)
（21)
（22）
当发射器的励功率大到一定程度,山于发射器介心性能、机电转换性能与动态力学性能等的非线性以及由空化引起的卢学性能的非线性，其也输人级与可翰山级之间将离线性关系。详细描述见谢绿A附E
翘量发射器的非线性时，在确定的试验环镜与信号餐数下，从小到大增加激励也正级（或电摘级）或电功率级，同时测量其值及对应的声源级，然后，以声源级为纵坐标，激励电压级（或么流级）或电功率级为横坐标，用线性刻度关系曲线，如图1所示。在现想的线性工作状态下，这些曲线应是具有别一斜中的有线，当山现非线性时,此曲线遵常将偏离真线间下弯曲。图1(a)提以电压为电输,入量，图1(b)是以电功率为也输人鼠。通常，以电压(或电流)作为发射器电输人基时而得到的非线性关系不同于电功率为电输入量时面得到的非线性关系。因此，在上述两种关系中应选取非线性效应更为明显的一个作为发射器非线性的量度。但在特定情况下，也可根据实际需要选取两者之-作为非线性的量度。190
1dB(基准准：
Lu/dB(基雅值：IW）
图1发射器的声输出量与电输人量间的关系图25
GB/T 7967—2002
因非线性的山兜与信号参数（频率，脉冲宽度与周期）及1作坏境（温度、水深与水质）等有关，所以在给出非线性诚验结果时，需同时说明试验环境及所用的信号参数。注：通常、工作在非线性状态下的发射器发送声压彼形要发生变，因此，有时也可用声压波形的踏变系数的变化来盛度发射器的非载性：关于酷变系数的定义度测量方法见阳录（。用此方法进行非线性量度时，需区别并排除由十发射器邀励信波形的畸形、声测量系统（包括水听器、测母放大器及滤波器等的过载而引起的婚变。
4.9最大响应频率与响应究度
测量发射器在恒定激励电压下的发送电压响应频率待性曲线，或在恒定激励电流下的发送电流响应癫率特性曲线，
频率特性曲线中对应于最大响应值的频率即为最大响应频率。并求得比最大响应值低3比B的响应所对应的上下两个频率f与F,灿由式（21)求算响应带宽：/ =-
4.10过载声压级
....................( 24)
用4.8条所规定的方法画出发射器声源级与激励电压级（或电流级）之间的关系曲线，改声源级与激励电功率级之间的关系曲线。求定它们各印理的线性关系偏某一规定值（通常取1dB)时的声源级，取其中较小的一个开源级为发射器的过载声压级。在给出过载声压级时·必说明此规定偏离值、工作环境及信号参数。如果引起过载的原凶已明确，则也成说明之，
注：在实际使用中，也可根据发射器的工作原埋、用逸及恢用条件规定与埋想的线性关系最次充许偏离值。4.11功率容毕
根据定义.在·股情说下，与发射器过载尼级所对应的输人也功率即为发射器的功率容量。但在某些情说下，也可以明最大可充诈的发射器内部温度升高程度.磁饱和程度及绝缘性等作为确定功率容量的判据。
在给出功率容量时·必须说明用于确定功率容量的判据,工作环境及信号参数。5测量条件
5、1信号参数及环境条件
测量耐所用的激励电压（电流或电功率）、脉冲宽度与脉冲周期等信导参数，以及.1作深度、水质与水温等环境条件必须与被测发射器的实际工作状态或顾定的试壁状态相致。不能无据地把发射髓在小功率激下的测量结果推至人功率下的特能，在般人功率测最祝不下，不能用脉冲信量状念下的测量结果代替连续信号状态下的特性，或反之。在给出测最结果的同时必须说期可能会影响測量结果的信号参数与环境条件，注；测危深水工作的发射器卧可用高静水压消声水泌或高压透声容器模拟深求工作条件。5.2声场条件
本标雅中的所有测单龄必须在自场条件下进行，学求实际出与现想的自由场闻的偏离不超过土1.们dH。当在脉冲信号状态下测盘时，必须至少有两周稳态声信号。关于声场检验、有效声中心和测量距离的确定按照GB/T3223和GB/T7965有关条款所规定的实行。
5.3测量崩换能器的准备
发射器和测鼠水听器的清洗、液泡及正确的吊放、安装等准备工作按照GB/T7965和GB/T3223中有关条款所规定的进行。
5.4基本谢量设备
5.4.1功率源
在进行本标准所规定的各项测量「作中-都必须使用具有相当动率案量的功率源,功率源可以是专用的发射机，也可以是通用的倍母源加功率放人器，它们的颊率范围、输出信号形式、动态范围，输出阻GB/T 7967--2002
抗、输出电压(或电流)和输出功率及输出信导波形失真等都应满足测试需求。5.4.2电压信号采集与测量仪器
发射器在大功率下电声特性的测量最终都归结为对不同来源的电压信号采集和测量因此，电压信号的来集和测量仪器是最主要的测量设备：在进行本标准所规定的各项测量工作中其主要功能是测量电压值惑电压及其相载角。这类仪露可以延数享电压表，相位计或复频响分析仪等颗域童权器，也可以是数字采样示波器、波形采集器等时域测量仪器。无论用哪种仪器，其频率范固和测量动态范围都必须满足测量要求，并且电压值测量不确定度应不大于2%，相位角测不确定度成不大于1°。5.4.3滤波器和放大器
在大功率激励状态下,尤其是在非线性范围内工作时,体号波形将发生畸变。为了正确测量对应于基被信号的参数，在电压，电流及声压的谢量系统必须选用适合基波被信号的滤波器。为了提高測懂的信骤比，一般情况还需要使用測量放大器。滤波器和测量放大器的缘合带觉及选择性应使通过的总脂波信号至少比基被信号低 40 dB,但当翻量脉冲倍号时,其带宽成不小于脉冲宽度倒数的二倍。律波器和放大器系统增的最大充计误差不超过士虾之肥。5.4.4水听器
最用水听器的领率范国，自由场电压灵嫩度值和动态范国应满足潮量要求，尤其应注意操证其工作在线性范围。水听器自出杨电压灵敏度值的测量（扩展）不确定度应不大于0.7dB（包含因子专一2），55其它条件
需注意整个测量系统的正确接地与屏蔽，以确保间频率干扰电压及其谱波干扰电压至少比被信电压低30。
6测量方法
按照本标准第4章中规定的各电声参数的测量方法，需要直接测量的盛是发射器激励电压、激励电流I它们之间的相位角及指定方向上(通常为声轨方向)远场中距离处的声压力。等四个量或具中几个量。因此，正确选择这四个量的测量方法非常重要。6.1电压和电流联样
为了使在火功率激谢下能用常规的谢量仪器安全、推确地测量发射器激谢电瓜和电流幅值与两者间相位差，必须首先用下述方法对电压与电流信号进行取样。6.1.1电压取样
供选择的电压取样方法有两种(首选分压器法)α）分压器法:将取样用的分压露与发射豁的输人端并联,如阅 2所示。分压器输出电压即为样电压：
u - Kut =Culi
敢样瞬时电压，V；
式中: r—
ur-·-发射器的瞬附激电压，V，K—分压器的分压此；
C——电压取样系数(Cv-K）。
要求分压器的输大理抗笔少比发射器性抗商1情,输出阻抗成低于电压测量系统的输大阻抗的1/100。K值的不确定度应不大子2%，分压器的相位失真应不超过士1°。b）电流变换器法：如图3所示，在发射器的输人端并联一个高值标准电阻。用电流变换器对瞬时电流取样，则其瞬时激励电压的取样值可由式(26)求得：WR
utsCyu
式t；n-—-电流变换器的灵缴度，V/A+（26)
Rv——高值电值,2:
C-电压取样系数(-/R,)。
GB/T 7967---2002
图？电压取样的分压器法原埋图电流变换器
图3电压取样的电流变换器法原理图要求R值至少比发射器附抗，大100倍，R，值的不确定度应不大于1值的不确定度应不大于1.5%:电筑变接器的柜位偏移应不超过土1°6.1.2电流取样
可供选择的电流取样方法有两种(首选电流变换器法）：a）电流变换器法：在功率潮输出端的高端或低端的任何处接入一电流变换器，如图1所示，则由式（27)可求得的敢样电压21：
, -- ntr = Criy
武中：许-一流人发射器的舞时电流A；-电流变换器的灵敏度.V/A；
Ci-n+电流取样系数(Crn)。
电流变换器
图4电流取样的电流变换器法原理图发
要求电流变换器灵敏度值的不确定度不大于1.5%，其相位偏移不超过上1°用此取样法，不受发射器及功率源接地状态的限制。-( 27 )
GB/T 7967 .-2002
b）小电幽取样法：将一取样用的标准小值电阳串接在发射器的低端，与功率源的连接方式视功率源与发射器的接地状态而定。
国5也流瑕样的水电阻法理图
当发射器间不接地而功率源必须接地时，应如图5（2）所示部样连接，此时瞬时电流信号的取样电正应出式(28)求得：
u, - R,i.. = Ci.
武中.R—精标雄小电阻，，免费标准bzxz.net
当发射器必须按地而功率源可不接地时，应如图5（b）所示那样连接，则此时的瞬时电流信号的取伴电法应内式(29)求得：
M, R
（29）
当发射器与功率源都必须接地时，则应如图5（c）所示那样，在发射器与功率源之间插入一随离变医器，这时膜时电流信专的取样电压网样由式（29)求得要求电流取样用的标准小出阻应是纯阻性的其阻值尽可能地小，通掌应不大主发射器阻抗的1/100，电阻值的不确定度应不大于么验。小阻还应有足够高的功率容量，所于发热而引起阻值的变化感不超过士2%。
6.2 比较测量
比较测量技术以模拟测量为基磁，测量方图见图6。双通道频率合成器的通道1输山1的连续正弦信凸通过脉冲调制器调制成脉冲正弦信号并经功率放大后激励发射器发射声被。频率合成器的通道2输出间频率的正弦信号，既作为激励电压与激励电流的奢者信义作为水听器开路电压的参考信号，先后分别输人到差分放人器和接收指示系统（包拓测放大器、滤波器、示波器》。当测盘激坳电压时，电压联样出店信共馈人差就大器并通过频率合成熊调节套考信号（通道2输出信马）的幅值和相对子通道1输出信凸相位，到在示波器上观察到脉冲稳态郝分的波形消失为止（此时，参考信号电压取样电压辐度相等，相位相反）。在题率合成器上读取参考倍号电压和相对于通道1输出信号的相位（参考信号电压也可用另外的数字电乐表读敢），当测量激励电流时，电流取撑电压信号馈人差分放大器，同样用与参考信号相比较的办法读取电压（，和相位9。则可求得发射器激励电压与电流间的相位当测量发射器的声轴方向远场产压时，把测望水听器固定于发射器声朝方向远场中离其声中心距离处，d的测量不确定度成不大于2%。水听器在声压作用下产生升路电压信号。此号与频率合成器米的参考伟号先后馈人同一测单放大器和滤波器，并用同·示波器显示波形。调节参考信号的幅度，使与水听器开路电压信号直达脉冲稳态部分的幅度相等，读取参考信号电压值，即为。要求测盘系统的幅度调节分辨优于0.1B，相位调节分辨力优手1°双通道颈半含成器
感护谨型
功率政大器
程控信号源
脉冲调制恶
功事放大器
通避2
发射器
GB/F 7967—2002
数字限玉技
差分放大端
低压电流取样器
冰听器
图6比较测量法的方握图
6.3接测量
发射器
数字信口采集是
电压电流取栏器
求呢器
遍进2
卓接測法的方框图
示能器
测最效大器和燃波据
测谢改大器
积掉并关
直接测量方法以数字测量为基础，测量方推图见图？，程控倍号源在计算机控制下输出所需频率的连续正弦信号，由脉冲调制器调制成脉冲正弦偿号诈经功率放大后激励发射器，发射帮发射声波，位于其高轴方向远场中d距离处的水听器接收声波产开路电压它来！电压电流取样器的电压墩样GB/T7967-2002
电压队和电流取样电压一起输人程挖并关。在计算机控制下它们先后分别逆过放大和滤波器后由效字信号集器采样。为了求得与u间的相位，数字信号采集器的通道2在分翔采集班与的同时通道1还间步采集程控信号源输出的连续止弦信号，数字信号采集器采得的务种波形数据通过通用接口传送至计算机。出计算机进行单点FT计算，进而求定测量频率点处的H和。要求数字信导采集器的 A/D变换位数不小于 8 bit：建议采样频率不低于测量频率的20 倍,DFT运算菌宽度不小于信号周期的两倍并成尽可能宽7测量不确定度
在满足本标推中所规定的测量条件及各项要求的情况下，各电中参数的测量值可望有如下的扩展不谢定度(包含因子一2,置信水平 95%：日）等效电阻抗与电导纳模值的测单不确定度为5%，幅角的测量不确定度为3\；b1输人电功率值的测用不确定度为10必发送电报响成专发送也响做的测不确定度为3好d）发送功率响应的测量不确度为1.5;e）声源怒的谢量不确定度为1.3dBf）辐射声功率的量不确定度为23%：g）电声效率的测量不确定度为25%，最大确应频率及响应带宽的不确定度除决定于谢最频率误差和发送响应频率曲线的测量谈差外，还与具体发射器的发送响应出线的形状有关。过载声压和功率容量判断值的不确定度与发射歸的声源级和输人电功率的测量不确定度有关：但更量要的是决定于只体发射器的非线性状态和稳定性
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