中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 2389—2026
水声材料声学性能参数测量系统(行波管法)校准规范
Calibration Specification for Acoustic Performance Parameters Measurement Systems of Underwater Acoustic Materials(Travelling Wave Tube Method)
2026‑04‑02 发布 2026‑10‑02 实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布
水声材料声学性能参数测量
系统(行波管法)校准规范
Calibration Specification for Acoustic Performance Parameters Measurement Systems of Underwater Acoustic Materials(Travelling Wave Tube Method)
aaaaaaaaaaaaaaaaa丶
JJF 2389—2026
丶aaaaaaaaaaaaaaaaa
归 口 单 位： 全国声学计量技术委员会
主要起草单位： 中国船舶集团有限公司第七一五研究所
参加起草单位： 中国船舶集团有限公司系统工程研究院中国船舶集团有限公司第七二五研究所
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：
李 水(中国船舶集团有限公司第七一五研究所)
易 燕(中国船舶集团有限公司第七一五研究所)
赵 涵(中国船舶集团有限公司第七一五研究所)参加起草人：
闫孝伟(中国船舶集团有限公司系统工程研究院)
樊宁波(中国船舶集团有限公司第七二五研究所)
引 言
JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、 JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、 JJF 1059. 1—2012 《测量不确定度评定与表示》 共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范 。
本规范为首次发布 。
水声材料声学性能参数测量
系统(行波管法) 校准规范
1 范围
本规范适用于频率范围为 50 Hz~4 kHz 、水温范围为 5 ℃ ~35 ℃ 、静水压范围为0. 5 MPa~10 MPa 的水声材料声学性能参数测量系统(行波管法) 的校准 。
2 引用文件
本规范引用下列文件：
JJG 449 倍频程和分数倍频程滤波器检定规程
JJF 1001 通用计量术语及定义
JJF 1034 声学计量术语及定义
JJF 1059. 1 测量不确定度评定与表示
JJF 1446 阻抗管校准规范(传递函数法)
GB/T 3102. 7 声学的量和单位
GB/T 3947 声学名词术语
GB/T 14369 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
GB/T 32523 声学 水声材料样品声压反射系数 、声压透射系数和吸声系数的测量 行波管法
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 术语和计量单位
JJF 1001、JJF 1034、JJF 1059. 1、JJF 1446、JJG 449、GB/T 3102. 7、GB/T 3947、 GB/T 14369 、GB/T 32523 界定的及以下术语和定义适用于本规范 。
本规范采用 GB/T 3102. 7 规定的量和单位 。
3. 1 水声材料 underwater acoustic material
在水声工程中 ，具有特定声学性能的材料 。
[来源： GB/T 32523—2016， 3. 1]
3. 2 行波管 travelling Wave Tube
在其中产生和传播平面行波 ， 用于测量水声材料和构件样品 ， 或校准水听器的充液波导管 。
注 ：行波管一般采用壁厚不小于管内半径的不锈钢圆管。
[来源： GB/T 32523—2016， 3. 2]
3. 3 双水听器传递函数 double hydrophones transfer function
给定频率和环境条件下 ，声场中水听器 m 和水听器 n 位置处的复声压之比 。
注：
1 符号为Hmn。
2 m ，n 为水听器编号。
3. 4 声压反射系数 sound pressure reflection coefficient
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：
1 符号为R。
2 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/T 14369—2011， 3. 5]
3. 5 声压透射系数 sound pressure transmission coefficient
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 ， 其透射波声压与入射波声压之比 。
注：
1 符号为 T。
2 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/T 14369—2011， 3. 4]
4 概述
4. 1 用途
水声材料声学性能参数测量系统(行波管法)(以下简称： 测量系统) 用于水声材料样品在模拟深水环境条件下的低频声学性能参数测量 ， 测量参数为水媒质中的声压反射系数和声压透射系数 ， 并导出回声降低 、插入损失和吸声系数 。其测量频率上限可以和水声材料声学性能参数测量系统(脉冲管法) 的工作频率范围衔接 ， 覆盖水声检测校准的常用频段 。
4. 2 原理
测量系统的原理框图如图 1 所示 ， 由装有主 、次发射换能器和水听器的充水行波管 、测量电子仪器和辅助系统组成 。测量系统工作时 ， 位于行波管下端的主发射换能器发射连续正弦声波 ， 垂直入射到样品下表面 。采用主动消声技术 ， 使位于行波管上端的次发射换能器发射特定幅值和相位的同频正弦声波 ， 抵消入射到次发射换能器表面的声波 ， 次发射换能器表面的等效声压反射系数接近于零 ， 形成满足自由场测量所要求的行波声场 。然后 ， 采用双水听器传递函数法测量出样品的声压反射系数和声压透射系数 。
图 1 测量系统的原理框图
5 计量特性
5. 1 声源稳定性
在测量系统工作频率范围内， 1 h 内声源稳定性一般优于0. 2 dB 。
5. 2 行波场偏差
在测量系统工作频率范围内 ， 行波场偏差为次发射换能器表面的等效声压反射系数与标称值相比 ，应小于 0. 05。
5. 3 声压反射系数测量偏差
声压反射系数测量值与标称值的偏差不大于测量不确定度 。
5. 4 声压透射系数测量偏差
声压透射系数测量值与标称值的偏差不大于测量不确定度 。
具体被校测量系统的工作频率范围 、水温和静水压调节范围由用户给出 ， 应至少包含 、但不限于常用的测量频率点 、测量水温和水压控制点 。
注 ： 以上技术要求不用于合格判定 ，仅供参考。
6 校准条件
6. 1 环境条件
环境条件要求如下：
a) 室温： 10 ℃~30 ℃ ;
b) 相对湿度： 30%~90% ;
c) 环境噪声和电磁干扰应满足校准检测实验室有关要求 。
6. 2 测量标准及其他设备
6. 2. 1 测量标准
采用厚度为 50 mm 的不锈钢(牌号 1Cr18Ni9Ti) 圆柱样品为测量参考标准 ， 圆柱度应不大于 0 . 5 mm ，平面度不大于 0 . 5 mm ，样品与行波管内壁的间隙应不大于 1 . 0 mm 。在水媒质中的声压反射系数和声压透射系数理论上可计算 ， 作为校准时的标称值 ， 精度优于 0. 03 。其声学性能在不同静水压和水温下变化可忽略不计 ， 标称值的计算见附录 C 。
6. 2. 2 其他设备
a) 多路信号采集器的 A/D 分辨率至少为 16 位 ， 采样率应不小于测量系统最高工作频率的 10 倍 。
b) 多路前放滤波器增益不低于 20 dB， 应能过滤测量频率范围以外的低频噪声和高频干扰信号 ，满足 JJG 449—2014 对 1 级滤波器的要求 。
c) 游标卡尺： 量程不小于 100 mm ，最大允许误差应不超过±0 . 1 mm 。
d) 温度计： 在校准环境条件下 ，最大允许误差应不超过±0 . 2 ℃ 。
e) 压力表： 在校准环境条件下 ，精度等级应为 1 级或优于 1 级 。
测量系统所含行波管和测量电子仪器应外观完整 、无损坏 ， 游标卡尺 、温度计 、压力表和电子仪器在校准或检定周期内校准结果满足要求或检定合格 。
7 校准项目和校准方法
7. 1 校准项目
测量系统校准项目见表 1。
表 1 测量系统校准项目一览表
7. 2 校准方法
7. 2. 1 校准前准备
a) 打开行波管 ，将浸润清洗后的标准样品放到中央支架上， 闭合 、锁紧行波管;
b) 行波管内注入蒸馏水， 首次注水或换水后应稳定至少 48h ，使管壁与水媒质充分浸润， 达到温度平衡;
c) 通过抽真空或加压方式消除水媒质中所含的气泡;
d) 检查被校测量系统的发射换能器 、水听器 、 电子仪器和辅助设备工作是否正常 ，应满足行波管声场信噪比不小于 20 dB 的条件 。
7. 2. 2 校准原理
a) 声源稳定性
在某一校准频率工作时 ， 选取全部水听器通道测量声源稳定性 。调节信号发生器
和功率放大器输出到适当值 ， 调节前置放大器增益 ， 避免过载 。每隔 10 min 采集一次水听器通道输出电压 ， 连续检测 1 h， 计算最大输出电压 Us max 与最小输出电压 Us min 之比 ，取对数即为测量系统的声源稳定性 ，按公式(1) 计算：
式中：
Sp ——测量系统的声源稳定性 ，dB;
Us max——水听器通道输出电压最大值 ，V;
Us min ——水听器通道输出电压最小值 ，V 。
b) 行波场偏差
在某一校准频率工作时 ， 将管中无样品时测得的次发射换能器表面等效声压反射系数 R0 和标称值 δ0 进行比较 ， 由公式(2) 计算行波场偏差 δ , 一般取 δ0 = 0. 00， 完成对测量系统行波场偏差的校准 。
δ = R0 - δ 0 (2)
式中：
δ ——测量系统的行波场偏差;
R0——次发射换能器表面等效声压反射系数测量值;
δ 0 ——次发射换能器表面等效声压反射系数标称值 。
c) 声压反射系数测量偏差
在某一校准频率工作时 ，将测得的标准样品声压反射系数测量值 Rp 与其标称值 R s进行比较， 由公式(3) 计算出测量偏差 δR ，完成对测量系统声压反射系数测量偏差的校准 。
δ R = | Rp - R s | (3)
式中：
δ R ——测量系统的声压反射系数测量偏差;
Rp ——标准样品声压反射系数测量值;
R s ——标准样品声压反射系数标称值 。
d) 声压透射系数测量偏差
在某一校准频率工作时 ，将测得的标准样品声压透射系数测量值 Tp 与其标称值 Ts进行比较 ， 由公式(4) 计算出测量偏差 δT， 完成对测量系统声压透射系数测量偏差的校准 。
δ T = | Tp - Ts | (4)
式中：
δ T ——测量系统的声压透射系数测量偏差; Tp——标准样品声压透射系数测量值;
Ts ——标准样品声压透射系数标称值 。
7. 2. 3 校准步骤
校准程序流程如图 2 所示 。
图 2 校准程序流程图
所有频率点校准完毕后 ， 可根据需要调节压力点和水温 ， 继续全频段的测量 ， 通常按先改变水温再改变压力的顺序进行校准， 步骤如下：
a) 开启测量系统， 预热 30 min;
b) 运行测量软件 ，输入测量信息 ，设置校准频率 ，记录当前的水温和水压;
c) 调节功率放大器 1 和 2 的输出增益到合适值 ， 用示波器监测功率放大器的输出信号 ，保证信号不失真;
d) 调 节 多 路 前 放 滤 波 器 增 益 ， 保 证 不 低 于 20 dB 的 输 出 信 号 信 噪 比 ， 且 仪 器 不过载;
e) 按 7. 2. 2 a) 所述的校准原理 ，完成声源稳定性的校准;
f) 运行测量模块 ，进行信号发射 、采集 ，建立管中无样品时的行波场;
g) 按 7. 2. 2 b) 所述的校准原理 ，完成行波场偏差的校准;
h) 建立管中有标准样品时的行波场 ，完成声压反射系数和声压透射系数测量偏差
的校准;
i) 控制系统调节水压到下一个校准压力点， 重复 b) ~h) 过程;
j) 控制系统调节水温到下一个校准水温点， 重复 b) ~i) 过程;
k) 完成所有水温点 、水压点的校准以后 ，对行波管进行泄压 、放水操作;
l) 通过辅助系统打开行波管 ，取出标准样品;
m) 数据处理， 出具校准报告 。
8 校准结果的表达
8. 1 校准数据处理
所有的数据应先计算 ， 后修约 。所出具的声源稳定性校准数据修约至一位小数 ，行波场偏差 、声压反射系数和声压透射系数校准数据修约至两位小数 。
8. 2 校准证书
经校准后 ， 应出具测量系统校准证书 。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式参见附录 A 。
8. 3 校准结果的不确定度评定
测量系统校准结果的测量不确定度按 JJF 1059. 1 的要求评定 ， 测量不确定度评定的示例参见附录 B 。
9 复校时间间隔
测量系统的复校时间间隔建议为 1 年 。 由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况 、使用者 、仪器本身质量等诸因素所决定的 ， 因此被校测量系统的单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔 。
附录 A
校准证书的内容
A . 1 校准证书至少应包括以下信息：
a) 标题， 如“ 校准证书”;
b) 校准实验室的名称和地址;
c) 进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准);
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;
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) 环境条件的描述;
l) 校准结果及其测量不确定度的说明;
m) 对校准规范的偏离的说明;
n) 校准证书或校准报告签发人的签名 、职务或等效标识;
o) 校准结果仅对被校对象有效的声明;
p) 未经校准实验室书面批准 ，不得部分复制证书的声明 。
A . 2 推荐的测量系统校准证书的内页格式见表 A . 1。
表 A. 1 测量系统校准证书的内页格式
注 ：校准频率按 1/3 倍频程 ，或根据客户指定的频率。
附录 B
测量不确定度的评定示例
B. 1 测量模型
当行波管中行波场建立后 ， 可由简化后的公式(B. 1) ~公式(B. 7) 计算样品的声压反射系数 Rp 和声压透射系数 Tp：
rp = [ H21 - exp(-ikl12)] exp[-ik ( 2L1 + l12 )] (B.1)
τp = H31 ⋅ exp( ikL 3 )⋅ (exp( ikL 1 )- exp(ik ( L 3 + 2l12 ))) (B.2)
H (B.3)
H (B.4)
k (B.5)
Rp = | rp | (B.6)
Tp = | τp | (B.7)
将测量得到的声压反射系数 Rp 和声压透射系数 Tp 分别与标准样品的标称值 Rs 和 Ts进行比较， 由公式(B. 8) 和公式(B. 9) 计算出测量偏差 ，完成对测量系统的校准 。
δ R = | Rp - R s | (B.8)
δ T = | Tp - Ts | (B.9)
式中：
rp ——样品的声压反射系数复数量;
τp ——样品的声压透射系数复数量;
H21——1 号水听器和 2 号水听器位置声压的传递函数;
H31——1 号水听器和 3 号水听器位置声压的传递函数;
k ——行波管水媒质中的声波波数 ，m-1;
l12 ——1 号水听器和 2 号水听器之间的距离 ，m;
L1 ——1 号水听器到样品下表面的距离 ，m;
L3 ——3 号水听器到样品下表面的距离 ，m U1 ——1 号水听器通道输出的电压幅值 ，V; U2 ——2 号水听器通道输出的电压幅值 ，V; U3 ——3 号水听器通道输出的电压幅值 ，V;
φ1 ——1 号水听器通道输出的电压相位 ，rad;
φ2 ——2 号水听器通道输出的电压相位 ，rad;
φ3 ——3 号水听器通道输出的电压相位 ，rad;
f ——校准频率 ，Hz;
cw ——行波管水媒质中的声速 ，m/s;
Rp ——标准样品声压反射系数的测量值;
Tp ——标准样品声压透射系数的测量值;
Rs ——标准样品声压反射系数的标称值;
Ts ——标准样品声压透射系数的标称值;
δR ——标准样品声压反射系数的测量偏差;
δT ——标准样品声压透射系数的测量偏差 。
因为公式(B . 8) 和公式(B . 9) 中 Rs 和 Ts 为确定性量 ， 所以 δR 和 δT 的测量不确定度分别与 Rp 和 Tp 相同 。
B . 2 传递公式
从公式(B . 1)、 公式(B . 2)、 公式(B . 6) 和公式(B . 7) 可知 ， 声压反射系数和声压透射系数虽然是间接测量量 ， 但因为测量公式极为复杂 ， 不可能通过计算不确定度传递公式来计算声压反射系数和声压透射系数的合成标准不确定度 。影响其测量不确定度的因素中 ， 水听器之间 、水听器到样品的距离取决于机械结构精密度 ， 可以忽略 ， 测量不确定度主要来源于双水听器传递函数的测量 。先对双水听器传递函数的测量不确定度进行评定 ，将双水听器传递函数的测量范围代入公式(B . 1)、 公式(B . 2)和公式(B . 6)、 公式(B . 7)， 得到声压反射系数和声压透射系数的测量值范围 ，从而获取由双水听器传递函数引入的测量不确定度 。
作为间接测量量的双水听器传递函数 ， 采用不确定度传递公式计算其测量不确定度 。公式(B . 3)、 公式(B . 4) 中各直接测量量都互相独立 ， 互不相关 ， 不确定度传递公式可简化为：
(B . 10)
(B . 11)其中灵敏系数分别为：
B . 3 测量不确定度的来源与评定
B . 3. 1 测量重复性引入的测量不确定度分量
在相同测量条件下对标准样品重复测量 6 次 ， 以实验标准偏差作为测量重复性引入的测量不确定度分量 ，测试数据及实验标准偏差结果见表 B . 1 和表 B . 2。
表 B. 1 声压反射系数 6 次测量结果
表 B. 2 声压透射系数 6 次测量结果
声压反射系数测量结果的实验标准偏差： 在 100 Hz 时， 实验标准偏差为 0. 009。
声压透射系数测量结果的实验标准偏差： 在 100 Hz 时， 实验标准偏差为 0. 008。由重复测量引入的测量不确定度分别为：
u1 ( Rp ) =0. 009
u1 ( Tp ) =0. 008
B . 3. 2 双水听器传递函数引入的测量不确定度
以测量频率为 100 Hz 时为例 ， l12 为 1. 2 m ，L1 为 0. 8 m ，L3 为 0. 8 m 。水中声速取26 ℃时声速 ， 为 1 500 m/s 。表 B . 3~表 B . 10 为声压反射系数 、声压透射系数 6 次测试过程中， U1 、U2 、U3 、φ1 、φ2 、φ3 、H21 和 H31 的 6 次测试结果 。
表 B. 3 1 号水听器通道输出电压幅值 6 次测试结果
表 B. 4 2 号水听器通道输出电压幅值 6 次测试结果
表 B. 5 3 号水听器通道输出电压幅值 6 次测试结果
表 B. 6 1 号水听器通道输出电压相位 6 次测试结果
表 B. 7 2 号水听器通道输出电压相位 6 次测试结果
表 B. 8 3 号水听器通道输出电压相位 6 次测试结果
表 B. 9
传递函数H21 的 6 次测试结果
表 B. 10 传递函数H31 的 6 次测试结果
计算各灵敏系数为：
双水听器传递函数 H21 和 H31 的测量不确定度主要来源于：
a) 信号采集系统的量化误差引入的测量不确定度 。信号采集器接收最大信号为10 V， 模/数转换器为 16 bits， 量化误差均匀分布在最低有效位的(-1/2， 1/2)。 所以 ， 区间的半宽度 a V 。取 k = ,3 ， 则信号采集系统量化误差引入的测量不确定度为：
u1 ( U1 ) = u1 ( U2 ) = u1 ( U3 ) = a/ 3 = 0. 000 V
b) 功率放大器稳定性引入的测量不确定度 。一般对功率放大器的稳定性要求是：在 1 h 内信号幅值波动不超过±1% 。假设其为均匀分布 ，k = 3 ， 所以引入的测量不确定度为：
u2 (U1) = 0. 02 × -- / 3 = 0. 088 V
u2 (U2) = 0. 02 × -- / 3 = 0. 090 V
u2 (U3) = 0. 02 × -- / 3 = 0. 085 V
c) 信噪比引入的测量不确定度 。本系统的信噪比一般不低于 20 dB 。信噪比为：
经 DFT 计算得到信号在测量频率 f 的幅值 ， 满足正态分布 ， 取 k = 2 。取 U= 2 V，计算得标准偏差为 0. 20 V 。所以 ，信噪比引入的测量不确定度为：
d) 声场不均匀性引入的测量不确定度 。测试时行波管中声场与严格意义上的行波场有差异 ， 两段管体连接处的测量支架以及样品和行波管管壁的间隙都会对声场造成干扰 ， 一般可假设声场不均匀性在 0. 5 dB 以内 ， 最大变化量 5. 8% ， 满足正态分布 ，
取 k = 2 。 由此引入的测量不确定度为：
e) 信号采集相位误差引入的测量不确定度 。测量系统的采样率为 40 kHz ，假设其为均匀分布 ，取 k = 3 ，则信号采集相位误差引入的测量不确定度为：
双水听器传递函数 H21 、H31 的测量不确定度来源汇总见表 B . 11。
表 B. 11 双水听器传递函数Hmn 、HmM 测量不确定度来源汇总表
由此可计算各直接测量量的测量不确定度分别为：
u (U2 ) = u (U2 )+ u (U2 )+ u (U2 )+ u (U2 ) = 0. 262 V
u (U3 ) = u (U3 )+ u (U3 )+ u (U3 )+ u (U3 ) = 0. 250 V
u ( φ1 ) = u5 ( φ1 )= 0. 000 rad
u ( φ2 )= u5 ( φ2 )=0. 000 rad
u ( φ3 )= u5 ( φ3 )=0. 000 rad
代入公式(B. 10) 和公式(B. 11)， 可得双水听器传递函数的测量不确定度：
u ( H21 )=0. 037×ei × 0. 249
u ( H31 )=0. 038×ei × 2. 668
双水听器传递函数的测量下限为：
H21min = 0. 979 × ei × 0. 249
H31min = 0. 928 × ei × 2. 668
双水听器传递函数的测量上限为：
H21max = 1. 053 × ei × 0. 249
H31max = 1. 004 × ei × 2. 668
根据公式(B. 1)、 公式(B. 2)、 公式(B. 6) 和公式(B. 7) 计算双水听器传递函数引入的测量不确定度分量为：
u2 ( Rp )=0. 049
u2 ( Tp )=0. 020
B. 4 合成标准不确定度
计入测量重复性引入的测量不确定度后 ， 可得声压反射系数和声压透射系数的合成标准不确定度为：
综上所述 ， 声压反射系数的合成标准不确定度为 0. 05， 声压透射系数的合成标准不确定度为 0. 03。
B. 5 扩展不确定度
取 包 含 因 子 k =2， 不 失 一 般 性 ， 取 声 压 反 射 系 数 和 声 压 透 射 系 数 的 扩 展 不 确 定度为：
UR = k ⋅ u c ( Rp )=0. 10 (k=2)
UT = k ⋅ u c ( Tp )=0. 10 (k=2)
附录 C
标准样品性能参数标称值
查 《声学材料手册》 可知： 不锈钢(牌号 1Cr18Ni9Ti) 在校准频率范围内 、在常温 、常压条件下 ， 声速 c0 为 5 790 m/s， 密度 ρ0 为 7 910 kg/m3 。管中水媒质的声速 cw 由经验公式(C . 1) 得到 ， 取密度 ρw 为 1 000 kg/m3 。水媒质中厚度为 h 的不锈钢参考样品声压反射系数 、声压透射系数的标称值 Rs 和 Ts 理论上可由公式(C . 2) ~公式(C . 7)
计算得到 。
式中：
c0 ——
cw ——
f —— h —— k ——
m ——
rp ——
Rs ——
tw ——
Ts ——
τp ——
ρ0 ——
ρw ——
标准样品的声速 ，m/s;
行波管水媒质中的声速 ，m/s;
校准频率 ，Hz;
标准样品的厚度 ，m/s;
标准样品中的声波波数 ，m -1;
标准样品与水媒质的特性阻抗之比， 即相对特性阻抗;标准样品的复声压反射系数;
标准样品声压反射系数的标称值;
水媒质的温度， ℃ ;
标准样品声压透射系数的标称值;
标准样品的复声压透射系数;
标准样品的密度 ，kg/m3;
水媒质的密度 ，kg/m3 。
(C .1)
(C .2)
(C .3)
(C .4)
(C .5)
(C .6)
(C .7)
计算得到水媒质常温 20 ℃ 下标准样品(厚度h= 50 mm) 声压反射系数和声压透
射系数标称值， 如表 C . 1 所示 。
表 C. 1 标准样品声学性能参数标称值
附录 D
水声材料声学性能参数测量系统(行波管法)
D . 1 系统组成
测量系统原理框图如图 1 所示 ， 由行波管 、发射换能器 、水听器 、测量电子仪器和辅助系统组成 。
(1) 行波管
行波管为不锈钢材质 ， 壁厚应均匀 ， 内壁应光洁 ， 管壁厚度与管内半径之比应不小于 1. 0 。管内应充除气水 ，样品安装于行波管中部 。
根据波导理论 ， 行波管内沿管轴方向传播平面波的条件和测量频率有关 ， 测量频率上限f1 取决于行波管内半径 a， 由公式(D . 1) 表示：
f1 ≤ 2πa (D .1)
当发射换能器表面的振速分布中心对称时 ，测量频率上限f1 可提高， 由公式(D . 2)表示：
f1 ≤ 2πa (D .2)
式中：
f1 ——测量频率上限 ，Hz;
cw ——行波管水媒质中的声速 ，m/s;
a ——行波管内半径 ，m 。
测量频率下限由行波管内声场信噪比决定 ，应满足信噪比不小于 20 dB 的条件 。
在某一校准频率工作时 ，声管中行波场建立后 ，采集 3 号水听器和 4 号水听器位置声场的声压 ，计算水听器组的传递函数 H43， 由公式(D . 3)、 公式(D . 4) 计算次发射换能器表面的声压反射系数 R0：
式中：
r0 ——次发射换能器表面的声压反射系数复数值;
R0 ——次发射换能器表面的声压反射系数;
H43 ——4 号水听器和 3 号水听器位置声场的复声压传递函数;
kw ——行波管水媒质中的声波波数 ，m -1;
l34 ——3 号和 4 号水听器的间距 ，m;
L4 ——4 号水听器到次发射换能器表面的距离 ，m 。
将测量得到的次发射换能器表面的声压反射系数 R0 和全吸声面反射系数标称值 δ0进行比较 ，满足公式(D . 5)：
R0 ≤ δ0 (D .5)
通常 ，δ 0 取 0 . 05。
(2) 发射换能器
发射换能器包括主发射换能器和次发射换能器 ，应符合下列要求：
a) 发射换能器应采用平面活塞型发射换能器， 次发射换能器外径与行波管内径之间的间隙应不大于 2 mm;
b) 在校准频率范围内 ， 发送电压响应[级] 应不小于 120 dB， 或发送电流响应[级] 应不小于 125 dB;
c) 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;
d) 主发射换能器 、次发射换能器安装时应与行波管之间采用去耦设计 ，使发射换能器与管体的耦合振动最小 。
(3) 水听器
a) 水听器声中心应位于管体轴心位置 ，其外形尺寸不应大于媒质中最小波长的十分之一 ，对声场的干扰可忽略;
b) 校准频率范围内接收灵敏度频响起伏不大于±1 . 0 dB;
c) 接收灵敏度级不小于-211 dB;
d) 灵敏度幅值一致性优于±1 . 0 dB ;灵敏度相位一致性优于±1 . 5 ° ;
e) 水 听 器 安 装 时 应 与 行 波 管 之 间 采 用 去 耦 设 计 ， 使 水 听 器 与 管 体 的 耦 合 振 动最小 。
(4) 测量电子仪器
a) 双路信号源应为可同步的 、独立控制信号幅值 、相位和频率等参数的双通道信号发生器或两台接联的信号发生器 ，频率分辨率应优于 1 MHz;
b) 多路信号采集器的 A/D 分辨率至少为 16 位 ， 采样率应不小于行波管最高工作频率的 10 倍;
c) 多路前放滤波器增益至少为 20 dB 以上 ， 应能过滤测量频率范围以外的低频噪声和高频干扰信号 ，满足 JJG 449—2014 对 1 级滤波器的要求;
d) 功率放大器最大输出功率不应小于 100 W ， 在测量频率范围内和发射换能器应有较好的阻抗匹配， 1 h 内输出信号幅值波动应不超过±1% ，谐波失真度不大于 2% 。
(5) 辅助系统
a) 变温系统的变温范围为 5 ℃ ~35 ℃ , 恒温循环状态下温度波动不超过±0 . 5 ℃ ,变温系统停止恒温循环时温度变化不大于±1 ℃/h。
b) 变压系统最高压力为 10 MPa， 压力传感器和压力表应经过校准 ， 指示分辨率0. 1 MPa ，停止压力调节控制后在压力点上变化速率应不大于 5%/h ，应有压力安全机构 ，超出预设压力点和最高压力点应能自动泄压 。
D . 2 测量原理
声管中行波场建立后 ，采集 1 号水听器和 2 号水听器位置声场的声压 ，计算水听器
组的传递函数 H12， 由公式(D . 6)、 公式(D . 7) 计算样品的声压反射系数 Rp：
(D .6)
(D .7)
式中：
rp ——样品的声压反射系数复数值;
Rp ——样品的声压反射系数;
H21——1 号水听器和 2 号水听器位置声压的传递函数;
kw ——行波管水媒质中的声波波数 ，m -1;
l12 ——1 号水听器和 2 号水听器之间的距离 ，m;
L1 ——1 号水听器到样品下表面的距离 ，m 。
声管中行波场建立后 ， 采集 1 号水听器 、2 号水听器 、3 号水听器和 4 号水听器位置声场的声压 ，计算水听器组的传递函数 H21 、H31 和 H41， 由公式(D . 8) 和公式(D . 9)计算样品的声压透射系数 Tp：
式中：
tp ——样品的声压透射系数复数值;
Tp ——样品的声压透射系数;
H31——1 号水听器和 3 号水听器位置声压的传递函数;
H41——1 号水听器和 4 号水听器位置声压的传递函数;
l34 ——3 号水听器和 4 号水听器之间的距离 ，m;
L3 ——3 号水听器到样品下表面的距离 ，m 。
评论