JJF(鄂) 140-2024 聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)規(guī)范

湖北省地方計(jì)量技術(shù)規(guī)范CalibrationSpecificationforAcousticandVibr湖北省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布JJF（鄂）140—2024聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)規(guī)范AcousticandVibrationDataConverteJJF（鄂）140—2024JJF（鄂）140—2024I JJF（鄂）140—2024規(guī)范部分主要計(jì)量特性參照《IEEEStd1241TM—2010IEEEStandardforTerminologyandTestMethodsforJJF（鄂）140—20244聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)規(guī)范IEEEStd1057?—2007數(shù)字化波形記錄儀（IEEEStandardforDigitizingIEEEStd1241TM—2010模數(shù)轉(zhuǎn)換器術(shù)語(yǔ)和試驗(yàn)方法（IEEEStandardforTerminologyandTestMethodsforAnalog-to-DigitalCon凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用本規(guī)范采用GB/T3102.7規(guī)定的量和單位。對(duì)于具有既定頻率和幅度的正弦波輸入信號(hào)，總諧波失JJF（鄂）140—2024注：除非另有規(guī)定，SINAD測(cè)量使用正弦波輸入信號(hào)。SINAD取決于所施加正弦波的振幅和頻率。應(yīng)規(guī)定進(jìn)行測(cè)量時(shí)的振幅和頻率。模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用比輸入信號(hào)的最高頻率分量低得多的速對(duì)于指定幅度和頻率的純正弦波輸入，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸與控制軟件組成，是實(shí)現(xiàn)聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)字測(cè)量的核心設(shè)備動(dòng)測(cè)試中關(guān)鍵的基礎(chǔ)指標(biāo)。聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器主要具換功能——實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器、音頻播放器等設(shè)備的模擬信sJJF（鄂）140—20246——溫度18～28）℃;——相對(duì)濕度30～90）%;——靜壓80～103）kPa。JJF（鄂）140—20247表1校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)項(xiàng)目名稱技術(shù)要求的條款號(hào)校準(zhǔn)方法的條款號(hào)1數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真5.17.2.12數(shù)模轉(zhuǎn)換器取樣頻率誤差5.27.2.23模數(shù)轉(zhuǎn)換器抗混疊帶外衰減5.37.2.34模數(shù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)有效位數(shù)5.47.2.45模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率誤差5.57.2.56模數(shù)轉(zhuǎn)換器增益5.67.2.67模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍5.77.2.78模數(shù)轉(zhuǎn)換器總諧波失真5.87.2.89模數(shù)轉(zhuǎn)換器信噪比5.97.2.9模數(shù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)顯示延遲5.107.2.10JJF（鄂）140—20248校準(zhǔn)示意圖參見(jiàn)圖1。在數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作頻率范各選一個(gè)頻率點(diǎn)，幅值設(shè)置為數(shù)模轉(zhuǎn)換器滿幅值90％。圖1數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真頻譜分析儀法被校準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器完成上述設(shè)置并輸出信號(hào)，用頻譜THD——被校數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真，%;Ui——第i次諧波分量的電壓有效值，mV；注：本方法雖然規(guī)定k=10,在實(shí)際測(cè)量時(shí)可以根據(jù)實(shí)際諧波分量而定，由于是累加的，多數(shù)情況7次諧波以后分量可以忽略不計(jì)，可根據(jù)測(cè)量不確定度靈活處理。圖2數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真數(shù)據(jù)采集儀分析法校準(zhǔn)示意圖參見(jiàn)圖2。同7.2.1.1選擇幅值；在高、低兩個(gè)頻段中各選一個(gè)頻樣點(diǎn)數(shù)N、采樣頻率fsample、及信號(hào)頻率fsignal，必須滿足以下關(guān)系：JJF（鄂）140—20249N——采樣點(diǎn)數(shù)，個(gè)；fsample——被校數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，Hz；fsignal——信號(hào)頻率，Hz。算總諧波失真THD。在每個(gè)頻段內(nèi)選取兩個(gè)頻率。數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出幅值設(shè)置為便于頻率計(jì)讀數(shù)的合適幅值。用數(shù)字方波完成上述設(shè)置，并輸入至被校準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用頻率計(jì)按5s（或廠標(biāo)稱頻率ft按公式（3）計(jì)算數(shù)模轉(zhuǎn)換器取樣頻率誤差εf。f——數(shù)模轉(zhuǎn)換器取樣頻率誤差，%;ft——信號(hào)頻率，Hz；f——輸出信號(hào)的平均頻率，Hz。校準(zhǔn)示意圖參見(jiàn)圖3，用于對(duì)稱雙極性輸入電路結(jié)直流偏置為0；對(duì)不能直接接入正弦交流信號(hào)的單極性輸入電路結(jié)構(gòu)加載信號(hào)直流偏置為量程的1/2；正弦信號(hào)幅值vi為所選量程最大值90％。圖3模數(shù)轉(zhuǎn)換器抗混疊帶外衰減測(cè)量框圖在高于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的上限采樣頻率頻率范圍中，選擇并設(shè)置信號(hào)發(fā)生器頻率為JJF（鄂）140—2024fi——帶外信號(hào)的頻率，Hz；fu——聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的上限頻率，Hz。率范圍內(nèi)，選取合適的量程檔。設(shè)置信號(hào)發(fā)生器低失真正弦信號(hào)的頻率為ft，ft按式（5）ft——信號(hào)頻率，Hz；J——M個(gè)數(shù)據(jù)中所含信號(hào)整周期個(gè)數(shù)，個(gè)；fs——采樣頻率，Hz；M——采集數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，個(gè)。7.2.4.2采集記錄數(shù)據(jù)xi（10個(gè)以上信號(hào)周期按照最小二乘at=Esin(2πft+θ)+d（6）t——擬合信號(hào)的時(shí)間，s；E——擬合信號(hào)的幅度，mV；f——擬合信號(hào)的頻率值，Hz；JJF（鄂）140—2024ti——第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)的時(shí)刻，s；xi——ti時(shí)刻輸入端的采集數(shù)據(jù)，mV。7.2.4.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)有效位數(shù)EB按公式（8）計(jì)算：EB=l0g2（8）EB——?jiǎng)討B(tài)有效位數(shù)，bit；對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行同7.2.4.2相同的正弦擬合得到正弦頻誤差εf按公式（9）計(jì)算：（9）εf——模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣頻率誤差，%;ft——信號(hào)頻率，Hz；f——擬合信號(hào)的頻率，Hz。益G按公式（10）計(jì)算：（10）JJF（鄂）140—2024E——擬合的信號(hào)峰值電壓，mV；圖4模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍校準(zhǔn)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率范圍內(nèi)，在應(yīng)用頻段的中間或是使用時(shí)常用的參考頻率點(diǎn)，正弦信號(hào)發(fā)生器選取一個(gè)頻率點(diǎn)，具體頻率按照相干采樣原則設(shè)置，采樣點(diǎn)信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)，分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)并進(jìn)行FFT頻譜分析，正弦峰值幅度和SFDR=20lgArms?20lg{maxxavgnnf])}（11）Arms——是輸入信號(hào)基波的均方根電平，mV；xavg——在輸入信號(hào)頻率處雜散諧波功率譜平均幅值，mV；nnf——功率譜頻寬，通常為頻譜分析的頻率分辨率，Hz。校準(zhǔn)示意圖參見(jiàn)圖4，采用純電阻作為負(fù)載，阻值由生產(chǎn)廠商確定。在聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用頻段的常用的參考頻率點(diǎn)（聲學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器為1kHJJF（鄂）140—2024模數(shù)轉(zhuǎn)換器檔位按照制造商的規(guī)定設(shè)置。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集正弦信號(hào)發(fā)生器輸出校準(zhǔn)示意圖見(jiàn)圖4，采用純電阻作為負(fù)載，阻值由制造商確定。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作頻率范圍內(nèi)，正弦信號(hào)發(fā)生器選取一個(gè)在應(yīng)用頻段的中間或是使用時(shí)常用的發(fā)生器輸出信號(hào)，并進(jìn)行FFT頻譜分析。而后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器輸出，同樣采集數(shù)據(jù)SNR=20lgArms?20lg{max(xavgnnf}（12）SNR——被校模數(shù)轉(zhuǎn)換器的信噪比，dB；Arms——輸入信號(hào)基波的均方根電平，mV；xavg——無(wú)輸入信號(hào)時(shí)噪聲諧波功率譜平均幅值，mV；nnf——功率譜頻寬，通常是頻譜分析分辨率，Hz。注：模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)關(guān)閉自動(dòng)量程（如有此功能多量程模數(shù)轉(zhuǎn)換器每個(gè)量程應(yīng)分別測(cè)量。聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器按制造商說(shuō)明書(shū)設(shè)置動(dòng)態(tài)顯示模式，校準(zhǔn)示意圖參見(jiàn)圖動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，觀察數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)顯示達(dá)到穩(wěn)定的幅值后停止秒表計(jì)時(shí)。秒表時(shí)間差應(yīng)修約至0.001%;聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器經(jīng)校準(zhǔn)出具校準(zhǔn)證書(shū)。校準(zhǔn)證書(shū)應(yīng)包括的信息及推薦的聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的復(fù)校時(shí)間間隔建議為一年。復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短取決于其使用情況，如環(huán)境條件、使用頻率及測(cè)量對(duì)象等，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際JJF（鄂）140—2024A.1聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)證書(shū)至少應(yīng)包括以下JJF（鄂）140—2024表1取樣頻率誤差頻率示值/Hz誤差/%表2模數(shù)轉(zhuǎn)換器抗混疊帶外衰減上限頻率/Hz帶外信號(hào)頻率/Hz帶外信號(hào)幅值/V混疊信號(hào)幅值/V帶外衰減/dB/oct表3模數(shù)轉(zhuǎn)換器增益信號(hào)峰值/V擬合信號(hào)峰值/V增益十一模數(shù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)顯示延遲：s———————以下空白———————圖A.1校準(zhǔn)記錄內(nèi)頁(yè)的格式表1取樣頻率誤差頻率示值/Hz誤差/%表2模數(shù)轉(zhuǎn)換器抗混疊帶外衰減上限頻率/Hz帶外信號(hào)頻率/Hz帶外信號(hào)幅值/V混疊信號(hào)幅值/V帶外衰減/dB/oct表3模數(shù)轉(zhuǎn)換器增益信號(hào)峰值/V擬合信號(hào)峰值/V增益十模數(shù)轉(zhuǎn)換器信噪比：頻率HzSNR———————以下空白———————圖A.2校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)的格式JJF（鄂）140—2024本附錄以數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真、模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍為例，說(shuō)明聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換特性校準(zhǔn)B.1.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真的不確定聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真測(cè)量原理是測(cè)量被校儀器輸出量電壓有效值的平方和開(kāi)方根與基波分量的電壓有效值之比得到總諧波失真。如果采用頻譜分析儀法，各個(gè)分量的電壓有效值由頻譜分析儀直接測(cè)量得到；如果采用數(shù)據(jù)采集儀分析法，各個(gè)分量的電壓有效值是通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀采集后進(jìn)行FFT頻譜分析得到。本示例以數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真為0.0030％時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度THD——被校數(shù)模轉(zhuǎn)換器總諧波失真，%;B.1.1.3輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定和不JJF（鄂）140—2024數(shù)據(jù)采集儀法中每個(gè)諧波分量的電壓有效值由數(shù)據(jù)采集儀的FFT頻譜分析功能模塊輸出。噪聲引入的電壓誤差是數(shù)據(jù)采集儀在每個(gè)諧波頻率點(diǎn)的噪聲水平，由數(shù)據(jù)采集儀的測(cè)量不確定度計(jì)算得到。每個(gè)諧波處噪聲引入的電壓誤差互不相關(guān)，各總諧波失真的測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由多次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出。某型號(hào)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量不確定度由電壓5次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出u3=表B.1.1.1總諧波失真的測(cè)量結(jié)果（1000Hz）測(cè)量次數(shù)12345平均值諧波附近本底噪聲基波有效值（mV）6.96376.99816.99406.99736.99826.9902二次諧波（mV）1.91E-041.91E-041.95E-042.19E-041.93E-041.98E-047.00E-07三次諧波（mV）5.72E-055.76E-055.50E-055.07E-055.25E-055.46E-055.56E-07四次諧波（mV）3.44E-053.39E-053.31E-053.02E-053.24E-053.28E-054.96E-07五次諧波（mV）5.20E-065.19E-065.89E-065.07E-065.01E-065.27E-063.94E-07六次諧波（mV）9.80E-069.89E-069.89E-069.66E-068.91E-069.63E-063.94E-07七次諧波（mV）8.60E-068.61E-068.81E-068.13E-068.71E-068.57E-063.94E-07八次諧波（mV）3.80E-063.80E-063.94E-063.89E-063.85E-063.86E-063.94E-07九次諧波（mV）5.30E-065.31E-065.37E-065.37E-065.50E-065.37E-063.94E-07十次諧波（mV）2.60E-062.60E-062.63E-062.69E-062.66E-062.64E-063.94E-07諧波失真(%)0.002910.002890.002940.003240.00290--表B.1.1.2總諧波失真的測(cè)量不確定度來(lái)源及數(shù)值（1000Hz）序號(hào)來(lái)源符號(hào)數(shù)值/%1各個(gè)諧波處噪聲引入的電壓誤差u10.0000182重復(fù)性u(píng)20.00015合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc0.00015擴(kuò)展不確定度（k=2）U0.00030JJF（鄂）140—2024各個(gè)諧波處噪聲引入的電壓誤差、測(cè)量重復(fù)性B.1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍的不確定聲