本标准规定了在刚性壁厚声管内，用脉冲声技术在稳态平面波条件下测量水声材料试样复反射系数，然后计算试样材料纵波声速和衰减系数的方法。本标准适用于水声用均匀、密实的高分子材料。 GB/T 5266-2006 声学 水声材料纵波声速和衰减系数的测量 脉冲管法 GB/T5266-2006 标准下载解压密码：www.bzxz.net
本标准规定了在刚性壁厚声管内，用脉冲声技术在稳态平面波条件下测量水声材料试样复反射系数，然后计算试样材料纵波声速和衰减系数的方法。本标准适用于水声用均匀、密实的高分子材料。

ICS17.140
中华人民共和国国家标准
GB/T 5266--2006
代替GB/T5266-1985
水声材料纵波声速和衰减系数的测量月
脉冲管法
Acoustics-Measurements of the longitudinal wave velocity and attenuationcoefficient for underwater acoustical materials-Pulse tube method2006-05-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会國
2006-11-01实施
规范性引用文件
术语和定义
符号和缩略语
测量原理
5.1复反射系数的测量
5.2试样输人阻抗及其与复反射系数的关系纵波声速和衰减系数的计算
5.4测量频率范围
6测量装置及试样
6.1测量装置组成
6.2标准反射体要求
6.3试样要求
7测量方法
7.1测量前的准备
7. 2复反射系数的测量
7.3纵波声速和衰减系数的计算
8测量不确定度·…
附录A（资料性附录）脉冲声管中水的声速的测量附录B（资料性附录）参考文献
GB/T 5266--2006
本标准代替GB/T5266-—1985《水声材料纵波声速和衰减的测量脉冲管法》。GB/T 5266-2006
本标准与GB/T5266-1985相比，增加了数字测量装置，采用了数字程控仪器和离散傅立叶变换(DFT)技术。
本标准的附录A和附录B为资料性附录。本标准由中国科学院提出。
本标准由全国声学标准化技术委员会（SAC/TC17)归口。本标准的起草单位：中国船舶重工集团公司第七一五研究所、中国科学院声学研究所。本标准主要起草人：李水、缪荣兴、王荣津。本标准所代替标准的历次发布版本情况为：GB/T5266—1985。1范围
声学水声材料纵波声速和衰减系数的测量脉冲管法
GB/T 5266—2006
本标准规定了在刚性厚壁声管内，用脉冲声技术在稳态平面波条件下测量水声材料试样复反射系数，然后计算试样材料纵波声速和衰减系数的方法。本标准适用于水声用均匀、密实的高分子材料。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T3223——1994声学水声换能器自由场校准方法GB/T3947--1996声学名词术语
GB/T44721984化工产品密度、相对密度测定通则3术语和定义
GB/T3947—1996确立的及下列术语和定义适用于本标准。3.1
脉冲管 pulse tube
可以在其中发射、传播和接收脉冲声波的充水刚性厚壁金属圆管。用于测量水声材料或构件样品的声学性能参数。
注：厚壁指管的壁厚不小于管的内半径。3.2
complex reflection coefficient复反射系数
在给定频率和条件下，水媒质中平面声波人射到声学材料分界面（表面)时，反射声压与人射声压的复数比。
注：表面应为无限表面的一部分，边缘效应另计。3.3
纵波声速 longitudinal wave velocityc
声学材料中纵波的传播速度，单位为米每秒(m/s)。3.4
attenuation coefficient
衰减系数
纵波在声学材料中传播单位长度内声压幅值衰减的奈培数，单位为奈培每米（Np/m）。注: 1 Np=8. 686 dB。
4符号和缩略语
下列符号适用于本标准：
GB/T5266—2006
A。：与换能器接收到的标准反射体反射波相对应的电压幅值，单位为伏(V)。A1：与换能器接收到的材料试样反射波相对应的电压幅值，单位为伏（V)。a:脉冲管的内半径，单位为米（m)。c：试样材料的纵波声速，单位为米每秒（m/s）。cw：脉冲管内水媒质中的声速，单位为米每秒（m/s）。Cwo：蒸馏水的声速，单位为米每秒（m/s）。d:试样的厚度，单位为米（m）。D:试样的直径，单位为米（m）。D。：脉冲管的内直径,单位为米(m)。f:测量频率，单位为赫兹(Hz)。f。：测量频率范围的中间频率，单位为赫兹（Hz）。fi：测量频率下限，单位为赫兹(Hz)。f2：测量频率上限，单位为赫兹（Hz)。f.：换能器谐振频率，单位为赫兹（Hz)。h：脉冲管的管壁厚度，单位为米(m)。K脉冲声波中稳态正弦波的周期个数。L：脉冲管的有效长度（换能器表面至试样反射面的距离）,单位为米（m）。Q：换能器的品质因数。
R:复反射系数的模。
t：脉冲管内水媒质的温度，单位为摄氏度（℃）。Zin：试样的输人声阻抗，单位为帕[斯卡］秒每米（Pa·s/m)。α：试样的衰减系数，单位为奈培每米（Np/m）。△l:试样从脉冲管取出后，试样和管壁之间缝隙中的水引起液面升高的量，单位为米(m)。Ap：由液面升高的量△I引人的反射波的相位修正量，单位为度（°）。Φ：复反射系数的相位，单位为度（°）。9o：与标准反射体反射波相对应的电信号相位，单位为度(°)。91：与试样反射波相对应的电信号相位，单位为度（°）。入：试样材料中声波的波长，单位为米（m)。p：试样材料的密度，单位为千克每立方米（kg/m）。Pw：脉冲管中水媒质的密度，单位为千克每立方米（kg/m）。t:脉冲宽度，单位为秒(s）。
w：角频率（w一2元f），单位为弧度每秒（rad/s）。5测量原理
5.1复反射系数的测量
待测试样和标准反射体交替置于脉冲管的一端，并且试样的后界面阻抗已知，用脉冲法通过测量与换能器接收到的试样反射波和标准反射体反射波相对应的电压幅值和相位，求得试样前界面复反射系数的模R和相位9。
5.2试样输入阻抗及其与复反射系数的关系脉冲管内传播平面波时，根据声传输线理论，可分别在两种不同背衬情况下求出试样的输人阻抗：a）当试样末端为空气背衬（即声学软末端)时，输人声阻抗由式(1)求出：2
tanh(ad + jw d /c)
(α+jw/c)
当试样末端为刚性背衬(即声学硬末端)时，输人声阻抗由式(2)求出：b)
-coth(ad + j d /c)
(α+jw/c)
由试样前界面的复反射系数，用式(3)求出试样的输人声阻抗：1+R·eq
Za = pwcw i-R.em
5.3纵波声速和衰减系数的计算
GB/T 5266—2006
（1）
由式(1)、（2)和(3)可以得到两种末端边界条件下试样纵波声速和衰减系数与复反射系数的模和相位间的关系式：
a）对于声学软末端，由式（4)表示：j tanh(ad + jw d /c)
ad + ja d/c
b）对于声学硬末端，由式（5)表示：j coth(ad + ja d/c)
ad + jw d/c
由式(4)或(5)可求得试样的纵波声速℃和衰减系数α。5.4测量频率范围
5.4.1测量频率上限
脉冲管测量频率上限的计算方法如下：1+R·ei?
l-R·ep
1+R·ejs
测量频率上限f2与管内径有关，取决于在脉冲管内仅传播平面波的条件，由式（6)表示：a)
当换能器表面的振速分布中心对称时，测量频率上限f2可提高，由式（7)表示：b）
5.4.2测量频率下限
脉冲管测量频率下限的计算方法如下：·（4)
·（5）
...(6)
·（7)
测量频率下限f与脉冲管的有效长度有关，应该避免声管内直达和反射脉冲声信号的相互叠a）
加干扰，脉冲宽度t应按GB/T3223-1994附录A中A.2的规定选取，应满足式（8)的条件：3
GB/T5266—2006
测量频率下限f还与换能器的品质因数Q有关，取决于在脉冲管内传播稳态正弦波的条件，6）
脉冲宽度t应按GB/T3223--1994附录A中A.4的规定选取，若要求脉冲声波中至少应有K个周期的稳态正弦波，则脉冲宽度↑应满足式(9)的条件：Q+K
c）测量频率下限fl见式（10）：Kcwf.
fi = 2Lf.-Qcw
6测量装置及试样免费标准bzxz.net
6.1测量装置组成
6.1.1模拟测量装置
·（9)
（ 10)
脉冲管法的模拟测量装置组成如图1所示，此装置由声管、换能器和电子测量设备组成。位于声管一端的换能器向声管中发射脉冲调制的正弦波，经声管另一端的试样反射，再由同一换能器接收反射波，通过对带声学硬（或声学软)末端的试样反射波与刚性（或柔性）标准反射体反射波声压幅值和相位的相对比较，测量试样复反射系数的模和相位。试样
信号发生器
脉冲调制器
功率放大器
换能器
颜率计
移相器
幅值指示疑
图1脉冲管法模拟测量装置框图
6.1.2数字测量装置
接减器
相位指示器
脉冲管法的数字测量装置组成如图2所示，此装置的声管、换能器与6.2.1相同，电子测量设备由函数发生器、功率放大器、收发转换器、带通滤波器和信号采集器、计算机系统组成。函数发生器直接产生脉冲正弦信号，带通滤波器应能滤掉低频噪声和频率高于测量频率两倍的信号，收发转换器应在脉冲信号发射时能关闭接收通道，发射结束后打开接收通道。计算机安装测量软件，通过总线控制数字仪4
GB/T 5266—2006
器，完成信号采集与处理、测量结果保存和打印。系统的测量信噪比应大于20dB。本标准推荐数字测量装置。
函数发生器
功率放大器
换能器
打印机
计算机
信号采集器
带通滤波器
收发转换器
图2脉冲管法数字测量装置框图
6.1.3脉冲管要求
一般要求脉冲管为一根壁厚均勾、内壁光洁的充水金属管。为保证管壁有足够的刚性，管壁厚度h与管内半径α之比应大于或等于1。6.1.4换能器要求
脉冲管法中使用的换能器应是平面活塞型收发两用的换能器。在变温变压测量条件下，应有良好的温度稳定性及压力稳定性。换能器的安装应避免与声管壳体的声耦合。6.1.5模拟测量装置仪器要求
模拟测量装置仪器要求如下：
a）信号发生器的频率稳定度应优于2×10~5；移相器应可对正弦信号在0°～360°内均勾移相，最大允许误差士2°；b)
衰减器的量程应为0dB～~80dB,最小步进0.1dB；幅值指示器的分辨力应不大于0.2dB，相位指示器的分辨力应不大于2°d)
频率计的最大允许误差应不大于士10-4；功率放大器在工作频带内和换能器应有较好的阻抗匹配，稳定性要求为8h内信号波动不超f)
过±1%。
数字测量装置仪器要求
数字测量装置仪器要求如下：
函数发生器的频率稳定度应优于2×10-5；a)「
信号采集器的A/D位数至少应为8bits，采样率应至少大于脉冲管最高工作频率的10倍；b)）
带通滤波器应能滤掉低频噪声和频率高于测量频率两倍的信号；d）功率放大器在工作频带内和换能器应有较好的阻抗匹配，稳定性要求为8h内信号波动不超过±1%。
6.2标准反射体要求
6.2.1刚性标准反射体可作为常压或加压情况下的全反射参考，复反射系数近似为1。用于声学硬末端条件下的测量。主要要求如下：a）标准反射体通常为不锈钢圆柱，它与脉冲管的间隙应不大于0.2mm；5
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b）标准反射体长度应为频率f。时声波的四分之一波长；c）标准反射体适用的频率范围为fo士云f。。6.2.2柔性标准反射体可作为常压情况下的全反射参考，复反射系数近似为一1。用于声学软末端条件下的测量。柔性标准反射体一般是管端的空气。注：常压情况下优选6.2.2。
6.3试样要求
对试样要求如下；
a）试样应制成圆柱形，圆柱度不大于0.1mm；试样与脉冲管的间隙应不大于0.2mm；b）试样的厚度应在0.3入～0.6入之间；平行度不大于0.5mm；c）试样要求表面平整，平面度不大于0.5mm。7测量方法
7.1测量前的准备
7.1.1脉冲管的准备
脉冲声管应做如下准备：
a）脉冲管内应充满蒸馏水，首次注水或换水后应稳定至少48 h，使脉冲管壁和水媒质之间充分浸润，达到温度平衡。测量开始前应清除脉冲管内存在的气泡。b）
脉冲管中水的密度pw般不作测量，在常压，水温t在0℃Cwo = 1 557— 0. 024 5(74— t)2注1：在常压下，水温t的范围为：0℃试样应做如下推备：
表面应清洗擦拭干净，并放人水中浸泡至少24h，使试样表面充分浸润；a）
b）试样密度β的测量参照GB/T4472—1984的规定；试样厚度d的测量可用游标卡尺多点测量平均；c）
·（ 11）
d）试样放人脉冲管内时，应避免带人气泡，等待数分钟，使试样与水媒质之间达到温度平衡后方可开始测量。
7.2复反射系数的测量
7.2.1采用模拟装置的测量步骤
采用模拟装置的测量步骤如下：a）位于脉冲管一端的换能器向管中发射脉冲声波，声波经脉冲管另一端的试样或标准反射体反射，由同一换能器接收，要求系统的测量信噪比应不小于20dB；b）在测量频率点上，用幅值指示器、相位指示器和移相器分别测出与带背衬试样的反射脉冲相对应的电信号幅值A,和相位 9i，以及与标推反射体反射脉冲相对应的电信号幅值A。和相位o；
c），对于声学软末端按式（12）、（13)和（14)分别计算复反射系数的模和相位，对于声学硬末端按式(12)和(15)分别计算复反射系数的模和相位：6
对于声学软末端；
式中：
对于声学硬末端：
7.2.2采用数字装置的测量步骤
R = A/Ac
@= 91 - +180+ 4×180f
9= - %+ 4×180 fd
采用数字装备的测量步骤如下：a）同 7.2.la);
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( 12 )
·（ 13 )
（14)
-( 15 )
在测量频率点上，应用信号采集器，先测量并记录与带背衬试样的反射信号相对应的电信号，b)
然后测量并记录与标准反射体的反射信号相对应的电信号，经DFT处理后得到它们的幅度(A1、A。）和相位(i、po）;
同7.2.1c)。
7.3纵波声速和衰减系数的计算
当试样末端为空气背衬（即声学软末端）时，由式（4）计算出试样的纵波声速c和衰减系数α。当试样末端为刚性背衬(即声学硬末端)时，由式(5)计算出试样的纵波声速c和衰减系数α。测量不确定度
采用本标准的方法，以有机玻璃材料试样为例，在室温常压下，数字测量装置复反射系数的模R和相位的合成标准测量不确定度分别为0.042和2.5°,声速和衰减系数测量不确定度分别为156m/s和0.98Np/m（置信水平95%，k=2)。GB/T5266—2006
A.1测量方法
附录A
（资料性附录）
脉冲声管中水的声速的测量
改变管中水柱的有效长度，测量水的自由表面（声学软末端)反射波相位的变化，见式（A。1）：4X1807
式中：
△反射波相位的变化量，单位为度（);f—测量频率,单位为赫兹(Hz)；Cw
-脉冲声管中水的声速，单位为米每秒(m/s)；换能器表面到管口水面间的距离变化量，单位为米(m）。由此可得脉冲声管中水的声速计算式（A.2)：4×180fAL
为了提高测量准确度，△L应尽量选取使Ap一180n的值△L，故得式（A3)：4fAL
式中：
△L,—当反射波相位的变化量为 nπ时，换能器表面到管口水面间的距离变化量，单位为米(m);n-整数。
A.2测量准确度
Cw的测量误差主要由△L，的测量误差决定，n越大，cw的测量准确度愈高。若测量频率f为10kHz及n=1时，△L的相对测量误差为士1%，cw的相对测量误差为士2%。8
附录B
（资料性附录）
参考文献
GB/T5266—2006
[1] G. A. Sahin, Acoustic impedance measurements at high hydrostatic, J. A. S. A. 1966. vol(40):1345-1353
缪荣兴，王荣津．水声材料纵波声速和衰减系数的脉冲管测量.声学与电子工程，1986，vol(2)：[2]
[3］李水，唐海清，俞宏沛。改进脉冲声管测试系统对水声材料纵波声速和衰减的测量.水声物理与水声工程学术会议，2002
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