英国PA NH1000 针式水听器

 

Precision Acoustics针形水听器 1.0 mm (NH1000)

1.0 mm 针式水听器是 Precision Acoustics Ltd. 公司生产的一系列针式水听器中的一种。该设备需与可潜式前置放大器和带电源的直流耦合器配套使用，组成完整的水听器系统。本数据表中所列性能参数均是基于包含 1.0 mm 针式水听器、前置放大器和直流耦合器的完整系统测得的。

水听器的有源元件尺寸会影响其多项性能，包括灵敏度、频率响应、方向性响应、动态范围和等效噪声压。本技术数据表遵循 IEC 62127 第 3 部分 [3] 编写，提供了关于 1.0 mm 针式水听器系统的详细技术规格。

该 1.0 mm 针式水听器是一款高灵敏度接收器，优化用于 0.5 MHz 至 10 MHz 频率范围内的测量，实际可用频率范围为 100 kHz 至 20 MHz。较大的有源面积可检测约 600 Pa 的信号，但在高频段，这种较大尺寸的传感器会呈现更强的方向性响应特性。

PA公司精密nh1000 针式水听器产品描述：

1.0 mm 针式水听器是一款高灵敏度接收器，优化用于 500 kHz 至 10 MHz 的测量，实用频率范围为 100 kHz 至 20 MHz。其较大的有源面积可测量约 600 Pa 的信号。然而，较大的传感器区域在高频下会导致更强的方向性响应。

PA公司精密nh1000 针式水听器技术规格：

参数说明型号NH1000传感元件尺寸直径：1.0 mm

厚度：28 μm水听器尺寸见图 1

水听器重量1.64 克

转换方式压电转换传感器

材料聚偏二氟乙烯(PVDF)

2 MHz 至 12 MHz 范围内的平均灵敏度850 mV/MPa(更多数据见下)

个体间灵敏度变化±3 dB

水听器频率带宽0.1 MHz 至 20 MHz测量不确定度(基于国家计量机构典型校准)

0.1 MHz 至 1 MHz：9%

1 MHz 至 8 MHz：14%

9 MHz 至 20 MHz：18% |

| 水听器系统输出阻抗 | 50 Ω |

| 使用时的方向 | 针尖需正对声源方向(见图 4) |

灵敏度与频率响应

所有探头型水听器的频率响应都是频率的函数。这种响应的理论基础已被充分研究并在其他文献中有详细描述 [1]。图 2 和图 3 显示了针式水听器与其匹配的前置放大器结合使用，并以 50 Ω 负载时的典型电缆末端输出灵敏度。

这些图中的数据集均由英国国家物理实验室(National Physical Laboratory，NPL，位于伦敦)测得。

 

 

 

 

 

 

针式水听器若用于进行声压的绝对测量，应至少每 12 个月校准一次。此外，建议每月将水听器与一个参考声源进行比对检查，以便在年度校准间隔之前就能识别出灵敏度的变化。

频率响应测量的不确定度是根据文献 [2] 中建立的方法确定的。不确定度的主要来源之一是用于校准的参考水听器本身的校准误差，而该参考水听器是可追溯至国家一级标准的。

方向性响应

水听器的方向性响应测试使用了与频率响应测量相同的非线性声场。在测试中，水听器安装在一个固定装置上，该装置可精确调整其有源元件的位置。

随后对水听器的针尖位置进行微调，以确保其在声场中旋转时，记录到的波形时间延迟不超过 100 纳秒。这一对准过程确保水听器在旋转过程中不会发生位移，从而保证所测得的接收信号变化仅由水听器自身的方向性响应所致。

通过记录水听器在不同角度下所产生的波形，可以获得其在多个频率下的方向性响应。图 5 展示了该 1.0 mm 针式水听器在 1 MHz、2 MHz、3 MHz、4 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz 和 20 MHz 频率下的方向性响应曲线。

 

 

 

 

 

 

有效半径

水听器的有效半径是根据方向性响应曲线中 –3 dB 和 –6 dB 点所对应的角度，按照文献 [3] 中描述的方法计算得出的。图 6 展示了该水听器的平均有效半径。

由于在 2 MHz 以下频率范围内，方向性响应曲线无法达到 –6 dB 点，因此 IEC 方法 [3] 不能用于测定 2 MHz 以下的有效半径。

 

 

 

动态范围、线性度与电磁干扰

下限动态范围 水听器组件的噪声底限限制了对微弱声信号的测量能力。前置放大器的噪声水平约为 60 µV rms(在 100 MHz 带宽内)。若假设水听器的灵敏度为 850 mV/MPa，则其对应的等效噪声压为：

 

 

 

用于记录水听器输出波形的数据采集系统也可能限制最小可记录信号。例如，若示波器的最大分辨率为 0.5 mV，那么它只能显示幅值为：

 

 

 

上限动态范围 关于水听器可能发生机械损伤的声压阈值：该水听器设计用于声压场强度高达 10 MPa。虽然此类水听器曾用于超过 20 MPa 的超声场中，但存在较高的损坏风险。如需在超过 10 MPa 的声压环境中使用水听器，请先咨询供应商的建议。 关于前置放大器可能发生饱和的声压上限：当放大器输出电压超过 700 mV(峰-峰值) 时，可能开始出现非线性失真。根据典型的 1.0 mm 针式水听器灵敏度，这对应的声压为：

 

 

 

如预期声场将超过此范围，请联系水听器供应商以讨论 线衰减器(in-line attenuation) 的使用方案。 电信号输出特性 本水听器尚未进行电信号输出特性的测定，因此暂无相关代表性数据可提供。