ICSGB/T42559—2023國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T42559—2023 Ⅲ 1 1 14干涉條紋計數(shù)法 24.1測量原理 24.2測量裝置 44.3測量條件 54.4測量方法 5 7 7 75.2測量裝置 75.3測量條件 85.4測量方法 85.5測量不確定度 96相位生成載波解調法 6.1測量原理 6.2測量裝置 6.4測量方法 6.5測量不確定度 7差分延時外差解調法 7.1測量原理 7.2測量裝置 7.3測量條件 7.4測量方法 7.5測量不確定度 8.1測量原理 8.2測量裝置 8.3測量條件 8.4測量方法 8.5測量不確定度 GB/T42559—2023附錄A(規(guī)范性)干涉型光纖水聽器貝塞爾函數(shù)比值法干涉光相移量與貝塞爾比值關系表 附錄B(資料性)干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量不確定度分析示例 參考文獻 ⅢGB/T42559—2023本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國科學院提出。本文件由全國聲學標準化技術委員會(SAC/TC17)提出并歸口。本文件起草單位：中國船舶集團有限公司第七一五研究所、北京大學、長沙深之瞳信息科技有限公技大學。GB/T42559—2023易于大規(guī)模成陣等特點，在聲吶裝備研制、海洋環(huán)境參數(shù)監(jiān)測和海洋資源開發(fā)等領域有很好的應用相移靈敏度是反映干涉型光纖水聽器性能最為本質的參數(shù)。隨著國內從事干涉型光纖水聽器研推動干涉型光纖水聽器的實用化進程。法、差分延時外差解調法和3×3耦合器相位解調法5種相移靈敏度測量方法，適應國內眾多單位對干1聲學干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量注：當上述方法給出的相移靈敏度級測量結果偏差超過3dB時，以干涉條紋計數(shù)法測量結果為準。GB/T3947—1996聲學名詞術語GB/T7965—2002聲學水聲換能器測量GB/T14733.12—2008電信術語光纖通信JJG449—2014倍頻程和分數(shù)倍頻程濾波器3術語和定義注：其特性表現(xiàn)為干涉光相移量與聲場中聲壓的變化成一定的比例關系。Φ2GB/T42559—2023二次諧波)之比。相位生成載波解調法phasegeneratedcarrierdemodulationmethod對相位載波調制后的干涉型光纖水聽器輸出的干涉光信號進行解調處理，得到干涉型光纖水聽器干涉光相移量的方法。差分延時外差解調法differentialdelayheterodynedemodulationmethod利用生成的差分延時外差光脈沖對，經(jīng)過干涉型光纖水聽器后形成外差干涉光信號，通過解調處理得到干涉型光纖水聽器干涉光相移量的方法。3×3耦合器相位解調法phasedemodulationmethodusing3×3coupler利用3×3耦合器三端輸出干涉光信號相位相差2π/3的特性，對干涉型光纖水聽器輸出光信號進行相位解調，得到干涉型光纖水聽器干涉光相移量的方法。標準水聽器standardhydrophone用作水聲計量的、性能穩(wěn)定并經(jīng)過絕對校準的換能器。常作為建立水中聲壓基準用的標準器，并借此傳遞聲壓量值。Mp由聲壓信號作用引起的干涉型光纖水聽器干涉光相移量與聲場中引入干涉型光纖水聽器前存在于干涉型光纖水聽器參考中心位置處的自由場聲壓之比值，用公式(1)表示：式中：φ——干涉光相移量，單位為弧度(rad);p——自由場聲壓，單位為帕(Pa)。3.10相移靈敏度與基準相移靈敏度之比取以10為底的對數(shù)乘以20,用公式(2)表示：…………(2)式中：Mo——基準相移靈敏度，Mo=1rad/μPa。4干涉條紋計數(shù)法4.1測量原理干涉型光纖水聽器在水中聲波作用下輸出的干涉光信號的光強可用公式(3)表示：3干涉信號1/V干涉信號1/VI=A+Bcos[psin(wst)+φo(t)]………(3)式中：I——干涉型光纖水聽器輸出的干涉光強電壓信號，單位為伏(V);B——干涉光信號的交流分量，單位為伏(V);Φ——干涉型光纖水聽器輸出的干涉光相移量，單位為弧度(rad);ws———聲信號的角頻率，ws=2πfs,fs為聲信號頻率，單位為赫茲(Hz);φo(t)——外界環(huán)境因素影響產生的相位差，單位為弧度(rad);圖1給出了典型的干涉型光纖水聽器干涉信號的時域波形，該信號存在著明顯的周期性。0.5-0.5--1時間{/sb)n=2圖1干涉條紋時域波形圖每當干涉光相移量Φ為n個整數(shù)π弧度時，干涉信號條紋的波峰與波谷之間沿著時間軸存在一條交叉直線(如圖1中虛線所示),此時，干涉信號半個周期內的條紋數(shù)對應相應整數(shù)n。按公式(4)計算，得到干涉型光纖水聽器在聲場作用下輸出的干涉光相移量Φ。φ=nπ(n≥1,n為整數(shù))在10Hz～1kHz頻率范圍內，采用GB/T4130—2017中推薦的方法進行測量。如圖2a)所示，將干涉型光纖水聽器和標準水聽器同時放置在駐波管同一深度處，分別測量標準水聽器的輸出電壓和干涉型光纖水聽器的干涉光相移，得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級[見公式(5)]。LMo=20lgφ—20lgUp+M?……………式中：U。標準水聽器輸出的輸出電壓幅值，單位為伏(V);在1kHz～20kHz頻率范圍內，采用GB/T7965—2002中推薦的方法進行測量。如圖2b)所示，將干涉型光纖水聽器和標準水聽器同時放置在水下同一深度處，標準水聽器與發(fā)射換能器之間的距離為d。,干涉型光纖水聽器與發(fā)射換能器之間的距離為do,分別測量標準水聽器的輸出電壓和干涉型光纖水聽器的干涉光相移，得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級[見公式(6)]。LMo=20lgφ—20lgUp+20lgdφ—20lgd。+M? (6)式中：dφ———發(fā)射換能器參考中心與干涉型光纖水聽器參考中心之間的距離，單位為米(m);do——發(fā)射換能器參考中心與標準水聽器參考中心之間的距離，單位為米(m)。4開路電壓聽器隔振裝置開路電壓聽器隔振裝置信號聽器開路電開路電do-發(fā)射換能器水聽器水聽器干涉光入射光a)駐波管比較法b)自由場比較法圖2光纖水聽器測量原理圖注：GB/T4130—2017和GB/T7965—2002中推薦的其他方法在滿足測量要求的情況下也適用于水聲聲壓量的測量，開展干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量時，測量不確定度根據(jù)所采用的方法進行評定。4.2測量裝置圖3給出了干涉型光纖水聽器干涉條紋計數(shù)法測量裝置組成框圖，主要由標準水聽器、激光器、光放大器激勵下，在水中產生測量所需的聲信號。激光器產生光信號入射到干涉型光纖水聽器中，在水中聲波作用下產生類似圖1所示的干涉條紋，經(jīng)光電探測器轉換成相應的電信號，由示波器進行顯示和計數(shù)，得到干涉光相移量φ。同時，通過計算機控制該裝置完成標準水聽器輸出電壓信號的采集與處理，利用數(shù)字示波器即可測得其輸出電壓幅值Up。通常，駐波管中的測量頻率范圍不小于100Hz~1kHz;自由場中的測量頻率范圍不小于1kHz～20kHz。光電探測器光電探測器激光器光干涉信號觸發(fā)信號源功率放大器發(fā)射換能器水聽器標準水聽器光入射信號濾波器計算機圖3干涉條紋計數(shù)法測量裝置組成框圖注：干涉條紋計數(shù)法測量頻率的上限和下限通常受聲場條件及干涉型光纖水聽器自身的影響。在對其進行測量時，要求聲場中的聲壓級要足夠高，確保其能夠調制到π弧度以上。另外，對于某些干涉型光纖水聽器，5GB/T42559—2023駐波管要求如下。a)工作頻率范圍不小于10Hz～1kHz。器安裝在聲管的底部或采用振動臺推動。c)駐波管內液柱的高度應大于液柱的直徑，并小于最高測量頻率所對應的液體聲波波長的1/4。4.3.2自由場a)工作頻率范圍不小于1kHz～20kHz;b)為全消聲或者半消聲水池；a)信號源：工作頻率范圍不小于10Hz～20kHz,最大輸出電壓不小于10Vp,頻率示值誤差不大于±0.5%。b)功率放大器：工作頻率范圍不小于10Hz～20kHz,失真系數(shù)不大于2%,功率不小于100W。c)發(fā)射換能器：工作頻率范圍不小于10Hz～1kHz(駐波管)和1kHz～20kHz(自由場),在干涉型光纖水聽器和標準水聽器所在處的聲壓級不低于140dB。d)濾波器：濾波范圍不小于10Hz～20kHz,滿足JJG449—2014對2級1/3倍頻程濾波器的e)數(shù)字示波器：帶寬不小于500MHz,通道數(shù)不小于2個，信號幅度測量誤差不大于±2%。f)激光器：工作波長范圍不大于1200nm～1600nm,光功率不小于10mW,功率穩(wěn)定度優(yōu)于g)光電探測器：工作波長范圍不大于1200nm～1600nm,帶寬不小于100kHz。h)標準水聽器：工作頻率范圍不小于10Hz～20kHz,聲壓靈敏度級與干涉型光纖水聽器之差不大于40dB,測量不確定度不大于0.7dB(k=2)。注：由于干涉型光纖水聽器的靈敏度較高，標準水聽器通常自帶前置放大器。若標準水聽器不帶前置放大器，在將其接入測量裝置時，通常需要進行前置放大和阻抗匹配。i)鋼直尺：長度不小于30cm,長度測量的最大允許誤差不大于±1mm。測量前的準備工作如下。a)將蒸餾水或其他媒質慢慢灌入駐波管。b)用無腐蝕作用的洗滌劑擦洗干涉型光纖水聽器和標準水聽器表面，在水中浸泡至少1h。6GB/T42559—2023確保其聲中心位于同一位置。d)調節(jié)干涉型光纖水聽器和標準水聽器的入水深度d以及液柱的液面高度H,使入水深度d與液面高度H之間的關系滿足d=(1/3～2/3)H為宜。4.4.1.2測量步驟測量步驟如下。a)按圖3所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2a)所示布置聲場。φ=nπ,在相同聲場環(huán)境下通過示波器測量標準水聽器的輸出電壓幅值Up。g)將標準水聽器的輸出電壓幅值和干涉型光纖水聽器的干涉光相移量進行比較，按公式(5)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級。h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。測量前的準備工作如下。a)用無腐蝕作用的洗滌劑清洗發(fā)射換能器、干涉型光纖水聽器與標準水聽器，在水中浸泡至少b)將發(fā)射換能器、干涉型光纖水聽器與標準水聽器安裝到測量支架上，固定在水下適當深度處，使3個換能器的參考中心位于同一水平面上；若采用置換法，則可在測量過程中將標準水聽器和干涉型光纖水聽器分別固定在測量支架上，并確保兩個水聽器在測量時位于水下聲場中的c)調節(jié)發(fā)射換能器、干涉型光纖水聽器與標準水聽器之間的距離，使它們滿足自由場遠場測量測量步驟如下。a)按圖3所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2b)所示布置聲場。應不小于20dB。7GB/T42559—2023Φ=nπ,在相同聲場環(huán)境下通過示波器測量標準水聽器的輸出電壓幅值Up。g)將標準水聽器的輸出電壓幅值和干涉型光纖水聽器的干涉光相移進行比較，按公式(6)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級。h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。4.5測量不確定度按要求進行測量時，干涉條紋計數(shù)法的測量不確定度應不大于1.5dB(k=2)。5貝塞爾函數(shù)比值法5.1測量原理利用貝塞爾函數(shù)將公式(3)光強信號展開，得到與聲信號相關的干涉光強信號的基波分量和各次諧波分量，見公式(7)。式中：光強的諧波分量可以表示為公式(8)。選用三次諧波分量與基波分量(或四次諧波分量與二次諧波分量)按公式(9)計算貝塞爾函數(shù)諧波分量幅度的比值。再根據(jù)附錄A中的表格進行查表，得到貝塞爾函數(shù)的宗量Φ,即干涉型光纖水聽器的干涉光相移量。同時，通過計算機控制該裝置完成標準水聽器輸出電壓信號的采集與處理，利用數(shù)字示波器即可測得其輸出電壓幅值Up。5.2測量裝置圖4給出了干涉型光纖水聽器貝塞爾函數(shù)比值法測量裝置組成框圖。該測量裝置與干涉條紋計數(shù)法基本類似，增加了頻譜分析儀用于對干涉光信號的諧波進行頻譜分析。8GB/T42559—2023光電探測器光電探測器信號激光器光入射信號標準干涉型光纖水聽器水聽器濾波器數(shù)字示波器觸發(fā)計算機圖4貝塞爾函數(shù)比值法測量裝置組成框圖測量時，發(fā)射換能器在信號源和功率放大器激勵下，在水中產生測量所需的聲信號。激光器產生光信號入射到干涉型光纖水聽器中，在水中聲波作用下產生干涉條紋，經(jīng)光電探測器轉換成相應電信號。計算機控制頻譜分析儀采集干涉光信號，并完成諧波分析，計算得到干涉光相移量φ。同時，計算機控制其他電子測量設備完成水下聲信號的采集與處理，得到標準水聽器輸出電壓幅值Up,經(jīng)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級。通常，駐波管中的測量頻率范圍不小于100Hz～1kHz;自由場中的測量頻率范圍不小于1kHz～20kHz。注：貝塞爾函數(shù)比值法與干涉條紋計數(shù)法類似，在低頻時容易受到波形畸變的影響(反映在頻譜分析上就是出現(xiàn)諧波)。因此，在100Hz以下，干涉光信號通常受諧波影響較大，導致無法進行準確測量。5.3測量條件5.3.1駐波管駐波管的要求按4.3.1執(zhí)行。5.3.2自由場自由場的要求按4.3.2執(zhí)行。5.3.3電子測量儀器按4.3.3執(zhí)行。頻譜分析儀的功能、性能要求為：工作頻率范圍不小于10Hz～20kHz,幅值測量精度優(yōu)于0.25dB。5.4測量方法5.4.1駐波管比較法5.4.1.1測量前準備測量前準備按4.4.1.1執(zhí)行。9GB/T42559—2023測量步驟如下。a)按圖4所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2a)所示布置聲場。不小于20dB;檢查干涉條紋信號，確保干涉光相移量所對應的貝塞爾函數(shù)比值在單調區(qū)f)根據(jù)5.1所述的測量原理，用頻譜分析儀測得干涉光信號的諧波，查表得到對應的干涉光相移量φ,同時用示波器測得標準水聽器的輸出電壓Up。g)將標準水聽器的輸出電壓和干涉型光纖水聽器的干涉光相移進行比較，按公式(5)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級。h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。測量前準備按4.4.2.1執(zhí)行。a)按圖4所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2b)所示布置聲場。20dB。不小于20dB;檢查干涉條紋信號，確保干涉光相移量所對應的貝塞爾函數(shù)比值在單調區(qū)f)根據(jù)5.1所述的原理，用頻譜分析儀測得干涉光信號的諧波，查表得到對應的干涉光相移量φ,同時用示波器測得標準水聽器的輸出電壓Up。g)將標準水聽器的輸出電壓和干涉型光纖水聽器的干涉光相移進行比較，按公式(6)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級。h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。按要求進行測量時，貝塞爾函數(shù)比值法測得的干涉型光纖水聽器相移靈敏度級的測量不確定度不GB/T42559—20236相位生成載波解調法6.1測量原理干涉型光纖水聽器經(jīng)過外載波調制后，其輸出光強信號可按公式(10)表示。 (10)式中：Φ(t)——干涉光相移信號，該信號隨時間變化，單位為弧度(rad);C—-——調制度，與光纖折射率、臂長差和調制方式有關，單位為弧度(rad);wc——調制信號角頻率，we=2πfc,f。為外載波調制信號頻率，單位為赫茲(Hz)。將公式(10)進行貝塞爾函數(shù)展開，得到公式(11)。…………(11)對調制后的干涉光信號進行混頻，將公式(11)分別乘以cos(wct)和cos(2w.t),得到公式(12)和公式(13)?！?12)…(13)對公式(12)和公式(13)進行低通濾波，除Φ(t)以外，所有含w。及其倍頻項均被濾去。此時，公式(12)和公式(13)中的兩路信號分別變化為公式(14)和公式(15)。Ip=—BJ?(C)sin[Φ(t)] (14)I?LP=—BJ?(C)cos[Φ(t)] (15)式中：I?Lp、I?Lp——I?和I?分別經(jīng)過低通濾波后得到的兩路信號。采用微分交叉相乘技術，對公式(14)和公式(15)兩路信號分別進行微分運算，得到公式(16)和公式(17)。 (16) (17)式中：Id、I?d——IILp和I?Lp分別經(jīng)過微分運算后的兩路信號。對兩路信號進行交叉相乘后，得到公式(18)和公式(19)。IILp×I?d=—B2J?(C)J?(C)Φ(t)sin2[Φ(t)]…(18)GB/T42559—2023Iaup×I?a=B2J?(C)J?(C)φ(t)cos2[D(t)] (19)將公式(19)和公式(18)相減積分后得到公式(20)。S=B2J?(C)J?(C)Φ(t) (20)由公式(20)即可得到干涉光相移信號φ(t),圖5給出了基于微分交叉相乘的相位生成載波(PhaseGeneratedCarrier,PGC)解調法的調制解調過程。低通濾波C050t-Φ(f)JI低通濾波IT微分干涉信號1微分z圖5基于微分交叉相乘的PGC解調法調制解調過程通過PGC解調法調制解調得到干涉光相移信號φ(t)后，由光相位解調儀輸出相應電壓信號U。(t),該信號與干涉光相移信號之間的關系為U?(t)=Φ(t)。標準水聽器輸出電壓信號為U?(t),如已知標準水聽器的聲壓靈敏度級M。,則根據(jù)公式(5)和公式(6),駐波管和自由場中干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級可表示為公式(21)。LMo=201gU?！?0lgU?+MLMo=201gU。—201gU?+201gd。—20lgd…式中：Uφ——光相位解調儀輸出電壓信號Uφ(t)的有效值，單位為伏(V);U?——標準水聽器輸出電壓信號U?(t)的有效值，單位為伏(V)。6.2測量裝置圖6給出了干涉型光纖水聽器相位生成載波解調法測量裝置組成框圖。該測量裝置增加了光相位外調制器和光相位解調儀，光相位外調制器用于產生外調制信號，光相位解調儀用于對調制后的干涉光信號進行解調，并輸出解調后的信號。GB/T42559—2023調制器信號信號源標準干涉型光纖水聽器水聽器信號D/A輸山載波信號計算機圖6相位生成載波解調法測量裝置組成框圖注：上述相位生成載波解調法采用的是外調制技術對激光進行調制，采用內調制技術也能對激光器進行調制。測量時，發(fā)射換能器在信號源和功率放大器激勵下，在水中產生測量所需的聲信號。光相位解調儀輸出載波信號通過光相位外調制器對激光器輸出的光信號進行調制后，入射到干涉型光纖水聽器中。在水中聲波作用下，干涉型光纖水聽器輸出干涉光信號，由光相位解調儀進行解調處理。解調后的干涉光相移信號經(jīng)D/A轉換輸出等幅度的電壓信號，并與標準水聽器的輸出電壓信號分別輸入測量裝置進行測量。通常，駐波管中的測量頻率范圍不小于10Hz～1kHz;自由場中的測量頻率范圍不小于6.3測量條件駐波管的要求按4.3.1執(zhí)行。自由場的要求按4.3.1執(zhí)行。信號源、功率放大器、發(fā)射換能器、濾波器、數(shù)字示波器、激光器、標準水聽器等的要求按4.3.3執(zhí)行。其他測量儀器的要求如下。a)光相位解調儀：工作波長范圍不大于1200nm～1600nm,解調頻率范圍不小于10Hz~b)相位調制器：工作頻率范圍不小于20kHz～70kHz。6.4測量方法6.4.1.1測量前準備測量前準備按4.4.1.1執(zhí)行。GB/T42559—2023測量步驟如下：a)按圖6所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2a)所示布置聲場；e)在實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和光相位解調儀輸出信號的f)根據(jù)6.1所述的原理進行測量，分別測得光相位解調儀輸出電壓信號的有效值U。和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和光相位解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級；h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。測量前的準備按4.4.2.1執(zhí)行。a)按圖6所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2b)所示布置聲場；e)在實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和光相位解調儀輸出信號的f)根據(jù)6.1所述的原理進行測量，分別測得光相位解調儀輸出電壓信號的有效值U。和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和光相位解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級；h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。按要求進行測量時，相位生成載波解調法測得的干涉型光纖水聽器相移靈敏度級的測量不確定度7差分延時外差解調法采用差分延時外差(DifferentialDelayHeterodyne,DDH)解調法的系統(tǒng)結構圖如圖7a)所示。激光器輸出的激光進入聲光調制器(Acousto-OpticModulator,AOM),在AOM驅動電路的作用下，輸GB/T42559—2023出一對延時可調差頻光脈沖(圖中t為光脈沖對的時間間隔，w為脈沖寬度，Tp為脈沖對重復周期),經(jīng)環(huán)形器ab進入干涉型光纖水聽器，由干涉型光纖水聽器反射其光強信號可表示為公式(22)。式中：TTW干涉型光纖水聽器功分器f?射頻源2電路AOM驅動信號處理解調數(shù)據(jù)輸出射頻源1激光器A0Ma)DDH解調法系統(tǒng)結構圖II低通濾波ntm低通濾波山號輸信頻率拓展高通濾波干涉信號/?pb)基于反正切計算的DDH解調法干涉光信號經(jīng)光電探測器轉換后輸出電壓信號，經(jīng)模數(shù)轉換后進行信號解調處理，圖7b)給出了一種基于反正切計算的差分延時外差解調測量過程。光強信號首先與外載頻信號cos(△wt)及其正交項sin(△ot)混頻，在分別經(jīng)過一個低通濾波器后，可以得到相互正交的兩個分量Itp和I?p,再經(jīng)過相除、反正切、范圍拓展以及高通濾波后，得到干涉光相移信號φ(t),由解調系統(tǒng)輸出相應電壓信號U(t),它們之間的關系為Uφ(t)=Φ(t)。標準水聽器輸出電壓信號為U?(t),如已知標準水聽器的聲壓圖8給出了干涉型光纖水聽器差分延時外差解調法的測量裝置組成框圖。延時差頻光脈沖調制器GB/T42559—2023延時差頻光脈延時差頻光脈信號源水聽器水聽器D/A計算機回的光信號由外差解調儀進行解調處理，得到干涉型光纖水聽器的干涉光相移信號。解調后的干涉光相移信號經(jīng)D/A轉換輸出等幅度的電壓信號，并與標準水聽器輸出電壓信號分別輸入測量裝置進行測量。通常，駐波管中的測量頻率范圍不小于10Hz～1kHz;自由場中的測量頻率范圍不小于1kHz~20kHz。駐波管的要求按4.3.1執(zhí)行。自由場的要求按4.3.2執(zhí)行。行。其他測量儀器的要求如下。a)外差解調儀：工作波長范圍不大于1200nm～160020kHz。nm,解調頻率范圍不小于10Hz~MHz,光脈沖寬度為50ns～500ns,光測量前準備按4.4.1.1執(zhí)行。GB/T42559—20237.4.1.2測量步驟測量步驟如下：a)按圖8所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2a)所示布置聲場；e)實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和外差解調儀輸出信號的信噪f)根據(jù)7.1所述的原理進行測量，分別測得外差解調儀輸出電壓信號的有效值U。和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和外差解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級；h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。測量前準備按4.4.1.1執(zhí)行。a)按圖8所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2b)所示布置聲場；e)實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和外差解調儀輸出信號的信噪f)根據(jù)7.1所述的原理進行測量，分別測得外差解調儀輸出電壓信號的有效值U。和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和外差解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。按要求進行測量時，差分延時外差解調法測得的干涉型光纖水聽器相移靈敏度級的測量不確定度83×3耦合器相位解調法3×3耦合器相位解調法光路圖如圖9所示。激光器輸出的激光經(jīng)環(huán)形器的ab路進入3×3耦合器LI(87)…………:廷哉‘唑水(本店9手黃√ε卵中(SZ)手)X[.0ZI+(1)Φ]zso?(7),Φzas^=(I-PI)×3I[.0I—(7)Φ]so3(1),Φ,ag^=(I—'I)×?I低影‘韭要各影旦溫√幽舌明中(97)手江與合影√—中(GZ)了球[.07I+(1)Φ]uIs(7),Φa—='I[(7)φ]uis(1),Φ8-=PI:各影士卵當喜翠草制基適影‘(VZ)遼子(8Z)手時(17)…………8/(I+I+'I)=V°合影士菇ε陰當器號解ε×8具蕩——I`“I''I:中手[.0ZI+(1)Φ]so0g+V=8I(87)………[.02I—(1)φ]soog+V=“I:4當辛旦吾影黏士帶哪明器順數(shù)√E圓跖采￥臥翅平器導鮮E×E6圓器能幽中系3草O-器子E×EI:T:Tq器WHHANIe驟妥器順斷申來題E*。0ZI美畔身聯(lián)吾影市嘶‘黃羽吊↓ε器早解ε×8*土爵°器順斷申KY形題0q陰器狂虹照吾影題三黛‘器順斷申來Y承新草吾影菇盥中°吾影士題ε市器號解ε×8甲共‘器號鮮8×8低回當所兇(WJH'IOI!INI01e10XAepeIPH)身脂兇轉裂第‘晶要唑晶吾影器細業(yè)坊來面士Y開恬菇型收舌‘朝章學Y開親如一中其‘采題ε5當EC0Z—6GGZtL/85公式(28)中Ia、Ip和I。為已知量，利用公式(28)可消除公式(29)中的參數(shù)B2,繼續(xù)對其進行積分處理后可得干涉光相移信號φ(t)。3×3耦合器相位解調法的算法流程圖如圖10所示。I?I??I?-1/3ZII4∑公公Tz?圖103×3耦合器相位解調法算法流程圖同樣，通過3×3耦合器相位解調法得到干涉光相移信號φ(t),由解調系統(tǒng)輸出相應的電壓信號Uφ(t),該信號與干涉光相移信號之間的關系為Φ(t)=U?(t)。標準水聽器輸出電壓信號為U?(t),如已知標準水聽器的聲壓靈敏度級M。,此時，相移靈敏度級可按公式(21)計算得到。8.2測量裝置圖11給出了3×3耦合器相位解調法的測量裝置組成框圖。測量時，發(fā)射換能器在駐波管(或自由場)中發(fā)射測量所需的聲信號。激光器發(fā)射連續(xù)光信號進入干涉型光纖水聽器后，返回的3路干涉光信號由3×3相位解調儀進行解調。解調后的干涉光相移量信號經(jīng)D/A轉換輸出等幅度的電壓信號，并與標準水聽器接收的輸出電壓信號一同輸入測量裝置，完成干涉型光纖水聽器相移靈敏度的測量。通常，駐波管中的測量頻率范圍不小于10Hz～1kHz;自由場中的測量頻率范圍不小于1kHz～20kHz。計算機GB/T42559—2023計算機D/A輸出激光器信號信號光信號標準標準水聽器水聽器圖113×3耦合器相位解調法測量裝置組成框圖8.3測量條件駐波管的要求按4.3.1執(zhí)行。自由場的要求按4.3.2執(zhí)行。同。3×3相位解調儀的功能、性能要求為：工作波長范圍不大于1200nm～1600nm,解調頻率范圍不小于10Hz～20kHz。GB/T42559—2023a)按圖11所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2a)所示布置聲場；的3路干涉光信號進入3×3相位解調儀進行解調，得到解調后的信號，其輸出信噪比應不小e)在實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和3×3相位解調儀輸出信號f)根據(jù)8.1所述的原理進行測量，分別測得3×3相位解調儀輸出電壓信號的有效值U。和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和3×3相位解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級；h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。測量前的準備按4.4.2.1執(zhí)行。測量步驟如下：a)按圖11所示連接干涉型光纖水聽器和電子測量設備，按圖2b)所示布置聲場；的3路干涉光信號進入3×3相位解調儀進行解調，得到解調后的信號，其輸出信噪比應不小于20dB;e)在實際工作狀態(tài)下通過激勵和停止發(fā)射換能器，檢查標準水聽器和3×3相位解調儀輸出信號f)根據(jù)8.1所述的原理進行測量，分別測得3×3相位解調儀輸出電壓信號的有效值Uo和標準水聽器輸出電壓信號的有效值U?;g)將標準水聽器輸出電壓和3×3相位解調儀輸出電壓進行比較，按公式(21)計算得到干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級；h)重復上述步驟c)～g),完成其他頻率的測量。8.5測量不確定度按要求進行測量時，3×3耦合器相位解調法測得的干涉型光纖水聽器相移靈敏度級的測量不確定p/radp/rad0.0300.9002.6409.2883.5100.0600.930—5.1732.6703.5400.0900.960—4.8022.7003.5700.1200.990—4.4282.7303.6000.1502.7603.6300.1802.7903.6600.2102.8203.6900.2402.8503.7200.2702.0102.88021.9063.7500.3002.0402.91025.9633.7800.3302.070—1.6592.94033.5843.8100.3602.100—1.2362.97042.0203.8400.3902.130—0.8053.00028.8113.8700.4202.1603.03023.8633.9000.4502.1900.0883.06020.7763.9300.4802.2200.5503.0903.9600.5102.2503.1203.9900.5402.2803.1504.0200.5702.3102.0183.1804.0500.6002.3402.5393.2104.0800.6302.3703.0783.2404.1100.6602.4003.6383.2704.1400.6902.4304.2223.3004.1700.7202.4604.8313.3309.9194.2000.7502.4905.4703.3609.3014.2300.7802.5206.1433.3908.7304.2600.8102.5506.8543.4208.2004.2900.8402.5807.6103.4507.7064.3200.8702.6108.4183.4807.2434.3500.0300.6002.3100.0600.6302.3400.0900.6602.3700.1200.6902.4000.1500.7202.4300.1800.7502.4600.2100.7802.4900.2400.8102.5200.2700.8402.5500.3000.8702.0102.5800.3300.9002.0402.6100.3600.9302.0702.6400.3900.9602.1002.6700.4200.9902.1302.7000.4502.1602.7300.4802.1902.7600.5102.2202.7900.5402.2502.8200.5702.2802.850—12.340—6.931—0.7144.1404.770—12.085—6.663—0.3684.1704.800—11.830—6.394—0.0144.2004.830—11.575—6.1234.2304.860—11.321—5.8504.2604.890—11.066—5.5754.2904.920—10.812—5.2974.3204.950—10.557—5.0174.3504.980—10.302—4.7344.380—10.047—4.4494.410—9.792—4.1604.440—9.536—3.8684.470—9.279—3.5734.0794.50046.344—9.022—3.2744.5674.530—8.764—2.9714.560—8.506—2.6644.5904.984—8.246—2.3524.6204.637—7.986—2.0354.0204.6504.303—7.724—1.7144.0504.680—7.461—1.3864.0804.710—7.196—1.0534.1104.740GB/T42559—2023(資料性)干涉型光纖水聽器相移靈敏度測量不確定度分析示例在駐波管和自由場中采用相位生成載波解調法對干涉型光纖水聽器的相移靈敏度級進行測量，采用JJF1059.1—2012的方法對其測量不確定度進行評定。B.1數(shù)學模型干涉型光纖水聽器相移靈敏度級測量不確定度評定的數(shù)學模型按公式(21)進行計算。B.2駐波管比較法測量不確定度的評定B.2.1測量不確定度的A類評定測量不確定度的A類評定主要來源于測量的重復性，相同測量條件下在駐波管中對干涉型光纖水聽器相移靈敏度級重復測量6次，測量數(shù)據(jù)如表B.1所示，頻率為250Hz時的原始數(shù)據(jù)如表B.2所示。最大標準偏差為sn=0.27dB,所以測量重復性引入的不確定度分量為0.27/√6=0.11dB。表B.1駐波管中干涉型光纖水聽器相移靈敏度級測量數(shù)據(jù)fMφ1Mφ2Mφ3MφMφ5Mφ6S表B.1駐波管中干涉型光纖水聽器相移靈敏度級測量數(shù)據(jù)(續(xù))fMφiMφ2Mφ3Mφ4Mφ5Mφs—144.2—144.3—144.3—144.2—144.2—144.3—144.8—144.3—144.5—144.3—144.4—144.6注：50Hz頻點相移靈敏度的測量容易受到工頻交流電的影響，不對該頻點的相移靈敏度進行測量；或選擇附近的頻率點，如49Hz進行測量。表B.2測量頻率為250Hz時的原始數(shù)據(jù)序號mVUφmV1203.5862.12203.9862.53204.5860.24204.3861.55204.4861.26205.1859.8平均值204.3861.2B.2.2測量不確定度的B類評定由公式(21)可求得駐波管中干涉型光纖水聽器相移靈敏度的靈敏系數(shù)為：B.2.2.2測量不確定度的B類分量主要來源B.2.2.2.1標準水聽器靈敏度校準引入的不確定度分量標準水聽器靈敏度校準誤差不超過±0.70dB,以正態(tài)分布考慮，取k=1.96,則標準水聽器靈敏度校準誤差引入的不確定度分量為：B.2.2.2.2電壓測量誤差引入的不確定度分量204.3mV,標準水聽器輸出電壓測量誤差的不確定度分量為：同理，測量干涉光相移時引入的不確定度分量為：B.2.2.2.3標準水聽器和干涉型光纖水聽器入水深度不一致引入的不確定度分量標準水聽器和干涉型光纖水聽器入水深度不一致引入的誤差不超過±0.20dB,以正態(tài)分布考慮，取k=1.96,則標準水聽器和干涉型光纖水聽器入水深度不一致引入的不確定度分量為：up=0.20/1.96=0.10dBB.2.2.2.4駐波管中聲場分布不均勻引入的不確定度分量駐波管中聲場分布不均勻引入的誤差不超過±0.70dB,以正態(tài)分布考慮，取k=1.96,則駐波管中聲場不均勻引入的不確定度分量為：up=0.70/1.96=0.36B.2.2.2.5信號源頻率指示誤差引入的不確定度信號源頻率指示誤差引入的不確定度認為可忽略不計。B.2.2.2.6激光器輸出激光不穩(wěn)定引入的不確定度分量激光器輸出激光不穩(wěn)定引入的誤差不超過±0.30dB,以均勻分布考慮，取k=√3,則激光器輸出激光不穩(wěn)定引入的不確定度分量為：up=0.30/√3=0.17dBB.2.2.2.7光電探測器光電轉換誤差引入的不確定度分量光電探測器光電轉換引入的誤差不超過±0.20dB,以均勻分布考慮，取k=√3,則光電探測器光電轉換引入的不確定度分量為：ug=0.20/√3=0.12dBB.2.2.2.8相位解調和D/A輸出引入的不確定度分量相位解調和D/A輸出引入的誤差不超過±0.20dB,以均勻分布考慮，取k=√3,則相位解調和D/A輸出引入的不確定度分量為：upg=0.20/√3=0.12dBB.2.2.2.9儀器輸入阻抗不足引入的不確定度分量儀器輸入阻抗不足引入的誤差不超過±0.10dB,以均勻分布考慮，取k=√3,則儀器輸入阻抗不足引入的不確定度分量為：ug=0.10/√3=0.06dBGB/T42559—2023B.2.2.2.10無規(guī)噪聲干擾引入的不確定度分量確定度分量為：ugi=0.10/√3=0.06dBB.2.2.2.11電磁干擾引入的不確定度分量電磁干擾引入的誤差不超過±0.10dB,以均勻分布考慮，取k=√3,則電磁干擾引入的不確定度分量為：uB=0.10/√3=0.06dBB.2.2.3測量不確定度的B類評定結果駐波管中相移靈敏度測量不確定度的B類評定結果為：up=√uBi+u+u2s+u+u2s+us+u2+us+u+2uBo+uB.2.3合成不確定度駐波管中相移靈敏度測量的合成不確定度為：u=√uλ+uβ≈0.7B.2.4擴展不確定度取包含因子k=2,則駐波管中相移靈敏度測量的擴展不確定度為：U=k·u=1.4dB(k=2)B.3自由場比較法測量不確定度的評定B.3.1測量不確定度的A類評定測量不確定度的A類評定主要來源于測量的重復性，在自由場中利用相位生成載波解調法對干涉型光纖水聽器相移靈敏度級在自由場中重復測量6次，得到的數(shù)據(jù)如表B.3所示，其中頻率為4.0kHz時的原始數(shù)據(jù)如表B.4所示。最大標準偏差為sn=0.15dB,此時測量重復性引入的不確定度分量為uA=0.15/√6=0.06dB。表B.3自由場中干涉型光纖水聽器相移靈敏度級測量數(shù)據(jù)fkHzMφ1Mφ2Mφ3Mφ4Mφ5Mφ1—143.9—144.1—144.2—143.9—144.0—143.90.13—144.1—144.1—144.2—144.1—144.2—144.10.05—145.1—145.3—145.2—145.2—145.3—145.30.082—144.3—144.4—144.5—144.5—144.5—144.40.08—144.0—143.7—144.0—144.0—143.9—144.00.123.15—144.7—144.7—144.7—144.7—144.7—144.80.04GB/T42559—2023表B.3自由場中干涉型光纖水聽器相移靈敏度級測量數(shù)據(jù)(續(xù))fMφ1Mφ2Mφ3MφMφMφ64—143.9—143.9—143.9—144.1—144.0—144.00.085—144.0—143.9—144.0—144.1—144.1—144.10.08—143.5—143.5—143.5—143.6—143.7—143.60.088—143.8—143.9—143.6—143.7—143.8—143.70.10—142.5—142.5—142.9—142.6—142.6—142.60.15表B.4測量頻率為4.0kHz時的原始數(shù)據(jù)序號U?mVUφmVmdm1716.42717.23713.74716.85711.86712.7平均值714.8B.3.2測量不確定度的B類評定B.3.2.1靈敏系數(shù)由公式(21)可求得自由場中干涉型光纖水聽器相移靈敏度的靈敏系數(shù)為：B.3.2.2測量不確定度的B類分量主要來源B.3.2.2.1標準水聽器校準引入的不確定度分量標準水聽器靈敏度校準誤差不超過±0.70dB,以正態(tài)分布考慮，取k=1.96,則標準水聽器靈敏度GB/T42559—2023校準引入的不確定度分量為：uB=0.70/1.96=0.36dBB.3.2.2.2電壓測量誤差引入的不確定度分量值為127.7mV,則測量輸出電壓U?時，電壓測量誤差引入的測量不確定度為：同理，測量干涉光相移時引入的不確定度分量為：B.3.2.2.3測量方向偏差引入的不確定度分量測量方向偏差引入的誤差不超過±0.20dB,以正態(tài)分布