GB/T 7965-1987 声学 水声换能器测量 GB/T7965-1987 标准下载解压密码：www.bzxz.net

UDC 681. 8 + 629. 12. 05 + 621. 317U67
中华人民共和国国家标准
GB 7965—87
声学水声换能器测量
Acoustics- Measurement
of underwater sound transducers1987-06-22发布
1988-04-01实施
国家标准居发布
中华人民共和国国家标准
水声换能器测量
Acoustics
MeBsuremen免费标准bzxz.net
ot underwater sound transdurers1.1本标准规定-般水声换能器的主要电声参数的测量利计兑方站。DC 681. 8 - 629
GB 796 5 --87
注：人功率下的某些参数庭按B296737&声学一水声发射器的大功率特性和敏3的规定进行测量1.2本标准的适用频率范围为10Hz～1MHz，所规定的测量方法，也适用于基阵。本标准还规定厂表示这些电声参数所使用的坐标系、数据表示法及使用的图表。1.3本标准中所用的名词术语。量和单位的名称符号等均按照GB3947—83&声学名词术语》、GB3102.7--86声学的量和单位》、GB3238—82声:1的级及其基准值》GD3240—B2《声学测量中的常月摘率》等的有关规定。
1.4本标准是口前已经制订的有关水声换能器校准、测量的一系列国家标准之。这一系列国家标雅包括：
GB3223—82*水声换能器自中场校准方法”：C#130：84&水听器低频校雄方法》！(iB7965--87声学水卢换能器测量》4GH 7967-- 87&声学水声发射器的人功率特性和测重》。2基本电声参数
本标准规定的电声特性参数的名称、符导，单位测量和计算方法、适用的频率范围以及测量的不确定度列表如下：
白山场灵嫩度
白由场灵敏度[级]
声乐灵坡度
声正灵敏度[级」
(k≤1V/aPu）
(OaL|V/uPa）
国家标准局1987-06-22批准
测基及计算法
(L珠面波白曲场T.易法
杜面波门由场瓦易法
①球面彼自由场比较法
①排面被自山场比较法
@噪声场比较法
(1)振动液杜法
②密闭腔比较法
频率范围
0O2-1MH
200H2-10kHz
100H2～1MHz
200Hz-10tHz
IDHz~-2kHz
IH/-4kHz
测谢不确定度杀款
± 1. UdB
=1, OdB
19880401实施
发送中流应
发送电资的尚级]
父送心吃您
发我电世级
换能器引抗
换能器导纳
指向函效
波束疏度
反大旁得斑
指向性因数
防向性指数
输入电动款
辆射声功
电声效率
机械游振频牛
扎就质国数
3坐标系和数据表示法
3.1换能器联向的标系
Pa -m/a
Pa·m/y
(UBTuPa
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续表！
测盘及计节方法
它点易法
深比较法
心电桥齿
图·电压法
心根据指向造函案计算
根据波惠宽度引算哦
②根据等效尺寸计算
功率百法或电表
②相控让法
?阻抗法
①三电乐法
①直接决
率范围
100FIz·1-1MFIz
100Hz~ IMI Z
100k1z
100kHz
测城不确定度
±1. 0315
—5~10%
三15元
标准现定换能器的取向果用左旋极坐标系（见图1)，坐标系的原点放在换能器的存效声中心上，以该点为测量距高的起点，测低指症性图案时,换能器统通过滋点的某轴旋转。一般换能器在此坐标系市的取间应符合如下规定：，对换能器的1作位降来讲，正2轴（80)是向上的方向。.正X相（e--90°9=0°）是法向传播方向或水半主轴方间，门由场灵敏度或发送响应--般都在X轴方向！测虽，
c，正下轴-90-90°的方间。
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之轴紫准：
电缆头
X轴基准
向标志
d.球形换能器或球形阵的取尚，正Z轴应与电继引线意合，正辅应与换能器上的括向标息数（见图2）
e.线列换能器或圆柱阵的取向，正2轴应与线或圆柱轴重合，正×辅应与换能器上闪指向标志一致（见图3）：
。平面形换能器或平面阵的取向，正Z轴一般在辐射而的法线方向：正X轴与换能器！的指问标志一致(见图4)。
之轴湿，
取向需殊规定时，应另加说明。X作。
指例标志
X轴基险
向标，款
3.2数据表示法
报告中给出的测量参数及导出参数的数据，可以列成数值表格表示，当与赖率或方位角行关时，般制成图表，在直角垒标或极尘标纸上用曲线表示。绘制曲线时，应按Gn376983验制频率特性医和极坐标图的标度和尺寸》规定，所选用的标度应与数据的不研定度相适应。对指间性图案利导纳圆图（或电导曲线)等的要求，分别参见有关条款：4测量方法的选择、测量条件及准备4.1测试方法的选择
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4.1.1自出场灵敏度础发送响应的测量。根据浏虽的不确定度，量方法分为五易法和比较法（见表。
五易法有两种，法的避用取快于所要测母的频率范及换能器的形欢尺寸，球面波有由场互易法，适用大多数换能器，可布表1给出的赖率范困内进行测量。对于长形或列换能器，征往由于它们的长度较长，致使球波场邻近区很远，而难以获得符合测单要求的球面波自由场：或因距离太远、难以保证是够的衡噪比，任此情说下，可选用住面波自孕场互易法，在近场的等效柱面波区内进行测望。测益的频率范阅见表。五易法测量要求测垫三次以上取平均，以减小偶然误差。比较法是将待测换能器与标摧求听器战标准声源在同一声场中进行比较，标懂水听器或标准声源应接规是是期校准。
.1.2其他参数的测蛋可根据对测虽不确定度的要求和实际测量条件研定。4.2测条件
当测量换能器的几个象数时，必须要注意温度、静压、电接地、颗率、声负载等条件保持恒定。对测量有影响的条作。必须加以说明，所测基的各种参数都必须在稳定情况下进行，特殊情况需另加说明，当使用脉冲法时，脉冲宽度和脉冲波形的选择都必使稳态涤件和自由场条件基本得到满足（原GB3223附录A）。测量既离应满足不同换能器所要求的远场条件（见附录B)，臣易法溯每时，测量处的声场与理想自由场的偏差应不大于：0.50B，比较法测堂时，其差成不大下t, 。
4.3测盘前的准备
诞量前应将换能器表面擦洗于净，漫人水中放到所需的测过深度，没泡半小时以上，使换能器表画得到充分浸润，不陷有袍，以保证测望稳定可靠。换能器的安装支架必须避免摄动、声反射和散射等的影响，旋转时，换能器不抖动。换能器的产轴在水平方向上、并且,水声发射和水听器应处在同-深度上。水听器应满是泌虽所需的动态范雷。在测量之前必对声场进行检查。检查球面被自由场的方法尼检查声场中声压与距离战反比的球面波扩展规律是古成立。如渠符合此规律，则说明在这些距离内满足远场条件，声心选择是正确的，测量系统和媒质悬稳定的，接收系统是线性的，换能器安装的厅向和深度是对的，并且没有违界干扰和电串漏等。
挂雨被法的等效柱面波场，噪声场法中对声场的要求及其检查方法分别见相应的条款。测基中应保持信噪比大于20B，
5自由场灵敏度和发送响应的互易法测慢5. 1球面波自出场互易法
接照GB3223—82中第3章的方法：在低赖范围，当用单连续正强信号或用脉冲声技术都不能获得满意的自出场时，可采用窄带噪声信号，使易法在低范丽内得到避伸，采用窄带噪声信号测量，只能在远低于换脂器谱摄赖率的赖段内进行，并要求噪声场对球面波自由场的谢差不大于土1,OdB，对噪声着号类型、仪器和水声发射器的选择，见附录。
妇果标雅衰减器的准确度优下±0.20，或电压测量的不确定度不大于！2%，距离测蛋的不确定度不大于1%，取样电阻的准确度优于±1%，邮么球面波白由场死易泌测母的不确定度不大下t
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±l.0dB，用噪声信于时.测量的不确定度不大于+1.5dB。5.2柱而波白由场互易法
5.2.1原理
线形（或长柱形）水声发射器发送时，在离它较近的距离（大约/2～1／，其中为水中波波长，工为换能器的有效度）范用内存在…个等效的位面波区域。当个线形水听器存这个区城接收时，它的接收面感受到的平沟声压，符合柱面波扩展规律，即距离每增加一倍，平均声压衰减3dB。线形水听器的柱面波自出场敏度等于它的球面被自由场灵敏度值。线形水听器的柱雨波自由场灵敏度定义为该水听器在等效杜而波声场中的输出开路电压与作用在其上的平均声压的比值，即：
式中；M，一柱面波门由场灵嫩度，V/Pa；\，—水听器的输出开路电压，VMe- pe
—作用了水听器上的平均声压，Pa,自由场灵敏度[级?为：
M,=-201g(M/H.)
式中：M。-\自由场灵敏度[级],dB，M，.自由场灵敏度[级]的基准值(1V/μPa）(
柱面波声场中发送电流响应是线形水声发射器在某指定方间上离其声中心某参考距离处产小的柱面波声场中的乎均声压和该参考距离平方根的乘积与输入该水声发射器的电流的比值，即：Su--Vd1
柱面波发送电流响应，Pa·m/A！中:$r—。
d—-参考距离.m；
-输人水声发时器的电流，A：
一线形水声发射器在参考距离处产生的平均声压，Pa。柱面波发送电流响应[级]为：
St - 201g(s./8.)
式中：S。—柱面波发送电流响应「级_,dB-杜面波发送电流响应[级］的基准值（1uPa·m+/A）。S.
柱面波发送电流响应与球面波发送电流响应的换算关系是：St/sr-t.V
或中：S,—·球面波发送电流响应，Pa·m/A，L--线形水声发射器的有效长度，m：水中站波长,Ⅲ。
线形可易换能帮在柱面波区中满足易关系：fe= M./sr
式[: J= 2L/a(pc)
柱面被互易常数，w/（ml·Pa\）；…线形互易换能器的有效长度，m；（3)
5.2.2测量
GB7965—87
-水的密度，kg/m2
水中声速-/s。
杜而波自由场互易法的测量装置和测量方法与球面波自出场4.易法相同，只声场检在和计算公武有区别。
测母时，换能器指定方向的选定、换能器输出端的选定、换能器线性范围的验证、五易换能器互易性的验证，分别按照GB3223[3.3.5～3.3.8款规定的方法实行。水听器开路电压的测量输人水声发射器电流的测量、转移电阻抗的测量，分别按照G13223中3.1.2~3.4.4款规定的方法实行。测基距离的选择，要经过实际声场检查确定，声场与理想柱面被白由场的偏差应不人于土0.5d13。测时，叮以且电压表测量，也可以用标准衰减器来测量转移电阻抗。用电正表测量的方法如下：按一般互易法的二步测量，保持二步测量中的距离不变，用同一个电压表分别测E激扇水声发射器F和点易换能器H的电流（通过测量串联的标准电阻上的电压降得到）及瓦易换能器和水听器J的出开路电压，出下列公式计算出水听器和互易换能器的白由场灵敏度及水当发射得和五易换能器的发送电流响应：M,=[(fi/P-)(le/lrh) - (fu/In)VEe -d]+Mrt- [(tih/tr) - (I'-/f:.)- (h/h)+Vd,+,]?S[(t/)(Ig/m)-(Ui)a,/d+
Nm =[(Uph/Ir)+(1/tF) -(Fu/In)+Vd./d式中：—水声发射器F发送、水听器J接收时的输出开路电压，V水声发射器发送、互易换能器H接收的输出开路电压，V；t.-
万易换能器H发送、水听器J接收时的输出开路电正，V；水声发射器F发送，水听释J接收时，输入水声发射器的电流，A；一水声发射器已发送、互易换能器H1接收时，输入水声发射器的电流，A：互易换能器1发送、水听器J接收时，输人与易换能器的电流，A；发射器和互易换能器或水听器的声中心之间的距离.m。（7)
万易法测量时，最好用长度相同或接近的一个换能器。如果它们的长度不同，则点易带数，。中的换能器长度L应是4.易换能器的有效长度，线形换能器有效长度按11.3条中的方法确定。用衰减器测量转移电粗抗的方法如下:在互易法的三步测垃中，均将标准电阻上的最样电压丝标雄衰减器衰减后，与接收川的换能器的输出开路此压比较，当它们相等时，记下减器的读数，由下列公式计筛它们的自由场灵嫩该「级H岁递流响应[级]：
$ (apH -aw —un: +10igd, 1 20tgR +20igL +1)M-(/=mm—t110g+201gR+201g1）S..
-(am—ar -aFx+10g。-201g—201gL)(11)
·（12)
--+(13)
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101g。+201g2g，）
式中：rH-水声发射器发送，互易换能器接收时，测转移电阻抗（Vk/I）时衰减器的读数，dBr水声发射器发送、水听器接收时，测转移电阻抗（i/\，）时衰减器的读数，dE；互易换能器发送、水听器接收时，测转移电阻抗(UHu/IH)时衰减器的读数，dBH ----标推取样电阻,:
——201g[ 2×10-~V/(r)] ,其数值可由附录 D中表 D1查到M,、MH一--水听器和互易换能器的自由场灵敏度[级],dB(OdB≥IV/μPa);Se,Sm
水声发射器和互易换能器的发送电流响内[级],dB(OdB iμPa·m /A)5.2.3频率限制
柱面波区域与波长及换能器长度有关，柱面波自由场互易法的颠率范留大致在200Hz10kHz.之闻。
5.2.4测量不确定度
如果标准衰减器的准确度优于二0.2dB，或电压测量的不确定度不大于土2%，距离遗量的不确定度不大十±1%，取样电阻的准确度优于士1%，那么柱面波自由场互易法测量的不确定度不大于1.
6自由场更敏魔的比较法测量
6.1球面波自由场比较法
按照 GB 3223--- B2 第 4. 1 条规定的方法实行。6.2柱面波自由场比较法
柱面波自由场比较法要用一个线形的辅助水声发射器F和一个线形的标准水昕器J，要求标准水听器的长度与待测换能器 X的长度相同,最好是同类换能器。比较测望时，可以用同一个电压表直接测量两个换能器J和X的输出开路电压，也可以用标准衰减器分别测出它们的转移电阻抗。如果换能器」和×相继登于水声发射器F激发的柱面波场中问位留进行比较，则待测换能器的自由场灵敏度[级]由下式计算：Mx -- M, - fxfr,
Mx= M,+ (ne - aex)
式中:Mx、M,
tix+fi,
分别为待测换能器和标准水听器的自由场灵敏度，V/Pa：-分别为待测换能器和标准水听器的输出开路电压，V；Mx、M,-—分别为待测换能器和标准水听器的自出场灵敏度[级,dB(OdB1V/uPa)+ar,Cpx
..+(16)
水声发射器发送、分别由水听器和待测换能器接收，测转移电阻抗时衰减器的读数，dB.
如果换能器」和X在水声发射器激发的柱面波场中不同矩离处进行比较，则待测换能器的自山场灵敏度_级]出下式计算：
Mx-M+ - (Ux/) - (dx/d)i
Mx= M,+ (mj -ayx)+(101gdx -10gd)中，dx，
分别是水声发射器到待测换能器科标准水听器声中心之间的距离，m。(17)
注：如果标准水听器和待测换能器的长度不间，只要都在彬面波区域内的相同位臀上进行比较，则<15)和<16)式仍然月
G8 7 9 65 87
如果标准变减器的准确度优于七0.2H，或电压测量的不确逆度不天于上2%，取样电阻的准确度忧于士」，距离测量的不确涟度不人于士1%，那么柱面波门由比较法测基的不确定度不人于+. suB。
6.3 噪声场比较流
待测换能器的依减灭做度可在噪声场中声所均句区域（不均勾性小于土l.OdB）内，与尺寸期同的标准水听器比较得判、北声压均均区应大于待测换能器的尺寸。如架待测换能器的天寸与标雅水听器的尺不同，或着其尺寸不是远小于水中波长时，在噪声场中比蚊测盘，会两它门的衍射带数及指响性图案的不同，引起较大的测量误差。噪声场比较法的测量方法间6.2条，对噪声信号类型、仪器及水声发射器选释的要求见附录℃.为减少设数谈差，可取三次以1的测量数据的半均低。唤声场比较法适用的频率范丽一般为100Hz~4kHz,测量的不确定度不大于-2.B。6.4报动液杜法
按照 GB 1130 -- 81 第 1 章中规定的方法实行。6. 5 密闭照比较法
按照GR4130—84第5章中规是的方法实行。7动态范围的测定
动态范围是义为声按收用的换能器的过载声医级与等效声压级之差。【换能器」等效噪声卢压的测量，按照GB4128：84%标准水听器》附录B中规定的方法实行。接收换能器的过裁声压级用平行」换能器声轴传播的平面正弦行波的声压级表示。测量接收换能器的过载声压级时，应保持除接收换能器外的整个测量系统处在线性范困，当接收换能器的输出电压随声级增加而变化的曲线偏离线性关系某一给定值（例如：1dB)时，这时的声压级就甚过载声压级。8发送响应的比较法测量
技照GB3223---82第1.2和第4.3条中的方法实行。发送响应比较法测量的不确定度不大」±1.5dB。白换能器阻抗和导纳的测量
换能器阻抗或导纳通常指在换能器电端测得的等效电队抗或电导纳，它是一个等效的电显，并且是复数值，它们的关系是：
7e =1/1f
式中.-换能器阻抗
接能器导纳,S。
避量换能器担抗或导纳时，电端状态一般与测量自由场况敏度、指间性函案时电端的状态相同，温度、静压等环境条件要达到稳定状态，声负载应是＂由杨声负载。.9.1电桥法
9. 71. 1原理和方法
电桥法足在小信号状态下测量换能器阻抗（或导纳）的一种简单易行的方法，所用信专为连续止弦信。
电桥法测量可使用宽频带阳抗(或导纳)电桥直接测基，其测量不确定度不大于十5%。换能器导纳的测量也可用图5所示线路，其中要保证输入变压器的次级是严格的对称输山。压电换能器为容性时，电容Cx电导G联，开关K，位于位肾1.电矫平衡时有8
式中：GTP、B，CTe
Gx. Rx,Gx-..
CB 796587
GGx(或x
C - Cx
p -atctg(otx/x)
I'Te = (Ix + jmGx
分别表示用并联形式的等效电路描述换能器时的电导，电阻和电容：分别表示电桥一臂上可调电导、电阻和电奔：·导纳的幅角，（\)，
角额率，5-1
信号发生器
频韦让
改测缺能据「K
当压电换能器呈感性时，果用电容Cx与换能器Yt并联的电，开关K.位下位置2.电桥平衡对行：GTp -- Gx(或RT= Rx)
Lp- 1/(u'cx)
g= arctg(oCx/Gx)
Yrp =Gx - jeCx
换能器的电感量,H。
武中，L
致神缩换能器阻抗的测量也可上述方法，并按下列公式做相应的变换；Rts = Gtr/(G + Rip)
Xts = - Btu/(lp + Hp)
式中：R、Xs—-分别表示用串联形式的等效电路描述换能器时的电阻和电抗，2(21)
电纳( Be = ic),。
如果导纳（或阻抗）电桥中的输人变压器不能保证严格的对称输出，则可用图6所示的线路，此时，桥臂为两个精确等值的高额无感电阻。9
GB7965—87
图5和图6中，取常用十进位电阻箱，Cx常用十进式电容箱。当换能器工作在平衡状态时（即两端帮不接地）图归开关K，断开，反之，如果换能器工件：在非平衡状态时（即有一端接耻，问电继的屏蔽线可能接地或“孵动\，不与任何地方连接），则将K，接通，电桥法测量的准确度取决！所用电阻箱和电容箱的准确度，但当避频率高到几十千替其至几白千赫时，电磁下扰和连线的分布电容、接地位置等都会影响电桥平衡。所以，正确的连线、合理的接他和屏蔽等等.部能消除干扰，减少分布参数的影响，提高测准确度。电桥指示评平衡的信专经滤波放人后。出平衡指示器指示平衡，平衡指示器最好采用示波孵，以便下观察基波平衡，提高测量准确度，9.1.2数据示
换能器扭抗或导纳可用以下形式表示：中联形式：
7. = RT5 + iXrs
并联形式：
I+- Gtr+iH+
模和娠角形式表示：
Zr—jz,e
测盘果可用如下三种方式表示：(23)
（24)
第种：将率、电阻和电杭或电导和电纳、阻抗模利幅角等项列成表格表示。第二种：以频率为横坐标，电阻和电抗或电导和电纳为纵坐标的直角坐标图中，分别画出电阻和电抗或电导和电纳随频率变化的曲线（图了)。第兰种;以频率为参变量.在直角坐标纸上，面阳抗或导纳菌图（见图8）：1G
GB 796587
乳挡电瓶
测量条件（如阻抗形式、负载情况、接地状态、换能器电端接法和信导级等)必须在测数据中或邮线图上说明，
9. 1. 3测量不确定度
如果高额可变电阻箱和可变电窄箱采用0.1级鞘度的十进位电阻箱和十避式电容销，征100KH7以下，则小信导下压电换能器阻抗刻的不确定度不大于上5%。9.2三电压法
9.2.1 原理和方法
在被刻换能器与一纯电阻的电阻器所组成的串联电路上娠一电法，期在换能和电阻露产生相应的电压降，溯出这三个电压值：可计算换能孵鼠抗的膜和幅角：(26
p=- arecos[(0 -- U -/)/(2Wr - (1)]式中,Ur-—被谢换能器上的电法降,V,t -
可联电極器土的电压降，V：
\u—帛联电路上的总电.V；
电联电阻器的电班，
换能器斑抗的幅角，（\）
测量装受的方枢图见图9。功率放大器把由振竭器产生的连续正弦伤号，或经脉冲调制器得到的脉冲正炫信号放大后，加到被测换能器与电阻器均成的串联电路两端。为提高准确度，串联电阻器的电阻值应尽可能地接近换能器的阻抗：并用同一电压表或示波器测量三个电正值e，ir、、如果情号被形略变.则要用滤被器滤波后再进行测量由（26)和(27)式计算换能器阻抗的模和幅角，
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