ICS. 17. 140 U 67 中华人民共和国国家标准 GB/T 16165--1996 水听器相位一致性测量方法 Measurement method of hydrophone phase consistency 1996-01-25发布 1996-10-01实施 国家技术监督局 发布 中华人民共和国国家标准 GB/T16165-1996 水听器相位一致性测量方法 Measurementmethodofhydrophone phase consistency 1主题内容与适用范围 本标准规定了水下声基阵基元的水听器相位一致性的测量方法。 本标准适用于频率范围为几百赫兹到几十千赫兹同类型水听器的比较测量。 2引用标准 GB3223水声换能器自由场校准方法 GB3947声学名词术语 GB7965声学水声换能器测量 3术语、符号和代号 本标准所采用的术语、符号和代号，除符合GB3223、GB3947、GB7965的规定外，并规定下列定 义。 3.1相位一致性Phase consistency 当二个或二个以上水听器在相同瞬时声压作用下，各个水听器输出开路电压的相位差值。 4测量 4.1测量原理 参考水听器J。和被测水听器J.(i=1、2、3.)同时置于发射器F激发的声场中接收声压，其输出 开路电压的相位差由两部分组成，一是声场中不同位置的瞬时声压的相位差值如，二是两水听器自身 的相位一致性中。 参考水听器J。在声场中位置固定不变，被测水听器J：则在F、J。J：三者相对位置不变的声场中， 在其固定的位置置换。测出每次J；相对J。的相位差值，则两只被测水听器的相位一致性按公式（1) 求得： =- ....(1) 式中：i一一两被测水听器的相位一致性，（°)或rad； !、山;一分别为两只被测水听器J：和J;，相对于参考水听器J。的相位差值，（°)或rad。 4.2测量条件 本标准规定的所有测量都应在符合GB3223附录A、GB7965附录B稳态、自由场、远场条件下进 行。 4.3准备 在测量前应用清洁剂将水听器和发射器表面擦洗干净，并浸泡于水中使换能器表面充分湿润，不附 国家技术监督局1996-01-25批准 1996-10-01实施 1 GB/T16165-1996 气泡，浸泡时间一般不少于24h。然后将换能器安装在支架上，并在所需测试深度放置一定时间，使温 度、压力达到平衡，待到该系统读数稳定或每小时测量值不变时，方可正式测量。 4.4测量系统 4.4.1测量系统的方框图 测量系统的方框图见图1。 正弦信号发生器 功率放大器 放大器、滤波器 相位 检测 频率计 放大器、滤波器 系统 图1 F--发射器；1-包括参考水听器J。和放大器、滤波器；2—-包括被测水听器J：和放大器、滤波器 4.4.2参考水听器的选择 参考水听器应与被测水听器类型相同，并具有较高稳定性能的水听器。 4.4.3换能器布置要求 发射器F、参考水听器J。和被测水听器J：，三者安装在刚性好的测量架上，以保证被测水听器J；在 反复置换的测量过程中，三者相对位置不变。 测量架需使J。、J：在F的远场区。测量架在测量中不应引入电串漏，并尽量减少振动或散射等影 响。J。J；与F的距离应大致相同。J。J间应保持一定间距，以消除相互间散射影响。F面对J。、J：的 方向性起伏应在允许范围内 F、J。J：三者间的相对距离和相对方位，在每次测量中均应严格保持不变。如果数个被测水听器J: （i二1、2、3.）须在不同距离上进行相位一致性测量时，则必须确定各水听器与发射器F之间的距离 差，并经过相位与距离关系的声场检查，才能对相位差读数进行声程差修正。距离差必须按统一的几何 中心或参考声中心度量。 4.5相位差测量 根据不同条件，可选用如下四种方法进行测量。 4.5.1在满足自由场条件下，可以用单频连续波信号，直接用相位计读取被测信号和参考信号的相位 差值。 若相位计精度优于1°，测量随机误差约2°～4°，则频率在20kHz以下用该方法得到的相位一致性 测量不确定度在士4°范围之内。 4.5.2在反射波影响不可忽略的声场条件下，可以采用扫频连续波信号，直接用扫频相位检测仪（如： 传递函数分析仪、网络分析仪、扫频增益相位仪等)读取被测信号和参考信号的相位差值。 测试方框图见图2。 2 GB/T 16165-1996 扫频相位检测系统 输出 输入 通道1 通道2 功率放大器 J。o Jo 图 2 F-发射器;J。-参考水听器;J.被测水听器 测量中要选择合适的扫频速率s和跟随滤波器带宽△f，使直达波频率在通带之内，反射波频率在 通带之外。即应满足公式（2)和公式（3)的条件： .(2) C AFd ·(3) C 式中：s— -扫频速率，Hz/s； Af.跟随滤波器带宽，Hz; C--自由场声速，m/s d直达声距离,m; △d反射声程与直达声程差，m。 该方法相位·致性测量不确定度同4.5.1条。 4.5.3在非消声有限水域测量时，可采用脉冲声技术，其相位测量一般用基于快速付里叶变换(FFT) 的信号处理方法如： a.传递函数计算，读两信号的相位差值； b.互谱计算，在相位谱上，读取指定频率的相位差值。 在上述数字信号处理中，采样频率f。和A/D比特数B必须足够高，采样的点数N要足够多，以保 证足够的测量精度。f，、B、N的确定取决于仪器的软件和硬件及J。、J；声程差的大小。 为保证足够的精度，B不小于8bit，N不小于512点，采样频率f.比测量频率f。高20倍以上，而且 N必须包含接收脉冲尽可能多的稳态部分，而不包含反射脉冲。读数应当采用多次测量离散付里叶变 换（DFT)的累加平均值。测量平均次数取决于信噪比大小。 若相位检测仪精度优于2°，测量随机误差约2°～4°，则在频率为20kHz以下，用该方法得到的相位 一致性测量不确定度在士5°之内。 4.5.4在上述测量方法实施有困难的情况或测量精度要求不很高时，也可采用参考信号比较法，见附 录A（参考件)。 3 GB/T 16165--1996 附录A 参考电信号比较法 (参考件） A1在远场和自由场条件满足时，可以用发射信号源的长脉冲电压信号作为参考比较信号，替代参考 系统J。的信号。 测试方框图见图A1。 参考信号 标准移相器 示 波 脉冲信号源 功率放大器 放大器滤波器 器 图A1 F--发射器;J被测水听器;d一距离，m 参考信号的脉冲宽度应足够宽，使值大于距离d与声速C之比。该参考信号与接收信号的稳态 部分有一部分重叠，用移相器改变参考信号的相位，在示波器上观察相加波形，辨别零值相位指示（如： 李萨如图形或叠加部分相减波形），读取被测水听器J：的相位值!（i1、2. .），即可按公式 (A1)计算相位一致性。 (A1) A2 当不具备标准移相器，而使用相位计和一般移相器时，其测试方框图见图A2。 相 位计 参考信号 般移相器 波 正弦信号发生器 脉冲调制器 功率放大器 放大器滤波器 图A2 GB/T16165—1996 用一般移相器改变连续波电信号的相移（和幅度），使示波器相位指示为零（观察李萨如图形，或电 信号和声脉冲覆盖部分叠加波形为零值），用相位计，读取被测水听器J：的相位值Φ，即可按公式（A1） 计算相位一致性。 若相位计精度优于1°，零值相位指示误差为4°，测量随机误差约2°～4°，则在频率为20kHz以下， 用该方法得到的相位一致性不确定度在士6°范围之内。 附加说明： 本标准由中国船舶工业总公司提出。 本标准由国营七二一厂负责起草，中国科学院声学所、船总七一五所、六一二厂、哈尔滨工程大学等 单位参加。 本标准主要起草人郑进鸿、宋受镒、高明仙。 GB/T16165—1996 用一般移相器改变连续波电信号的相移（和幅度），使示波器相位指示为零（观察李萨如图形，或电 信号和声脉冲覆盖部分叠加波形为零值），用相位计，读取被测水听器J：的相位值Φ，即可按公式（A1） 计算相位一致性。 若相位计精度优于1°，零值相位指示误差为4°，测量随机误差约2°～4°，则在频率为20kHz以下， 用该方法得到的相位一致性不确定度在士6°范围之内。 附加说明： 本标准由中国船舶工业总公司提出。 本标准由国营七二一厂负责起草，中国科学院声学所、船总七一五所、六一二厂、哈尔滨工程大学等 单位参加。 本标准主要起草人郑进鸿、宋受镒、高明仙。