数字波高仪校准
一、概述
数字波高仪是用于测量水体表面波高、波周期等波浪参数的仪器，广泛应用于港口工程、海洋观测、海岸防护等领域。为保证测量数据的准确性和可靠性，须定期对数字波高仪进行校准。本文件规定了数字波高仪校准的技术要求、操作流程和判定标准，适用于各类压力式、声学式及雷达式数字波高仪的校准工作。
二、校准前准备
1.环境条件
校准应在室内静水标定池或专用标定设施中进行。水温变化率不应超过±0.5℃/h，水面应无明显波动。室内应避免强气流直吹水面。环境温度控制在（20±5）℃，相对湿度不大于85%。
2.校准设备与工具
经计量检定合格的精密水位升降装置（分辨率不低于0.1mm）
标准钢卷尺或激光测距仪（精度不低于±0.5mm）
标准压力计（针对压力式波高仪，精度等级不低于0.05级）
标准温度计（精度不低于±0.1℃）
数据采集与分析软件
直流稳压电源
信号调理器（如适用）
3.被校设备检查
校准前应检查以下内容：
仪器外壳是否完好，密封件有无老化或损坏；
传感器探头表面是否清洁，有无附着物或腐蚀痕迹；
电缆及接头是否完好，绝缘电阻是否符合要求；
仪器通电后自检是否正常，通信接口是否通畅；
确认仪器的出厂编号、型号与技术档案一致。
三、校准项目与方法
（一）零点校准
1.静水零点确定
将数字波高仪传感器置于标定池中静水状态下，传感器感应面与水面的相对位置按厂家技术规范确定。待水面完全平静后，连续采集不少于300个数据点，取算术平均值作为实测零点输出。
2.零点偏差判定
将实测零点输出与仪器内置的零点参考值进行比较，偏差不应超过±1mm。若超出限值，应通过配置软件或硬件调节将零点修正至允许范围内，修正后重新测量验证。
（二）灵敏度（量程）校准
1.步进升降法
利用精密水位升降装置，以仪器满量程的10%为步长，依次将水位设定为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。在每个设定水位处稳定不少于30s后，记录仪器的输出值。每个校准点重复测量3次，取平均值作为该点的测量结果。
2.线性回归分析
以标准水位值为自变量，仪器输出值为因变量，进行最小二乘法线性拟合，得到拟合直线：
y=kx+b
式中，k为灵敏度系数，b为零点偏移量。线性相关系数r不应小于0.9999。
3.灵敏度误差计算
灵敏度的标称值k₀与拟合值k的相对误差按下式计算：
δk=|(k-k₀)/k₀|×100%
灵敏度误差不应超过产品技术条件规定的限值，通常压力式和声学式波高仪的灵敏度误差限值为±1.0%FS。
4.非线性误差计算
各校准点的绝对误差最大值为非线性误差，以满量程的百分比表示：
E_nonlinear=(|Δy_max|/FS)×100%
非线性误差不应超过±0.5%FS。
（三）重复性校准
在同一校准点（通常选取满量程的50%），在相同条件下连续进行不少于10次独立测量。计算10次测量值的实验标准差s：
s=√[Σ(x_i-x̄)²/(n-1)]
重复性以实验标准差与满量程之比表示，不应超过±0.2%FS。
（四）迟滞误差校准
在量程范围内，从零点开始按递增方向逐点测量至满量程，再从满量程按递减方向逐点返回至零点。同一校准点上，正行程与反行程测量值之差的绝对值最大值即为迟滞误差：
E_hysteresis=(|ΔH_max|/FS)×100%
迟滞误差不应超过±0.3%FS。
（五）温度影响校准
将传感器置于恒温槽中，水槽内水位恒定在某一已知深度。分别设定温度为0℃、10℃、20℃、30℃、40℃（或按产品技术条件规定的温度范围），待温度稳定后记录仪器输出值。计算温度每变化1℃引起的输出变化量，即为温度系数。温度系数不应超过产品技术规格书中规定的限值。
（六）动态响应特性校准
1.正弦波模拟激励
对于具备实验室动态标定条件的设备，可利用造波设备或机械振动台产生已知频率和幅值的正弦波形，频率范围应覆盖仪器标称的工作频带。记录仪器输出波形，与标准激励信号进行比较，计算幅频响应和相频响应的偏差。
2.阶跃响应测试
快速改变水位（阶跃变化），记录仪器输出从10%上升至90%所需的时间，即为上升时间。上升时间应不大于产品技术文件中规定的限值，以确保仪器能够准确捕捉波浪的快速变化。
（七）采样频率与时钟校准
使用标准频率计或计时器，测量仪器的实际采样间隔。实际采样频率与标称值的偏差不应超过±0.01%。连续运行24h后，比较仪器内部时钟与标准时间的偏差，日计时误差不应超过±1s。
（八）通信与数据完整性检查
通过通信接口向仪器发送读取指令，验证数据传输的正确性和完整性。连续采集不少于1小时的波浪数据，检查数据文件中是否存在丢帧、乱码或时间戳不连续的情况。数据完整率不应低于99%。
四、校准后处理
1.校准记录
校准完成后应编制校准报告，内容包括：校准日期与环境条件、使用的标准设备及其检定证书编号、各校准项目的原始数据及处理结果、拟合曲线图、合格判定结论、校准人员签字。校准报告应存档保存，保存期限不少于三个校准周期。
2.校准标签
经校准合格的设备应在显著位置粘贴校准合格标签，注明校准日期和下次校准到期日。校准不合格的设备应粘贴停用标识，不得投入现场使用。
3.参数更新与备份
校准中获得的修正系数、零点偏移量等参数应及时写入仪器配置，并将旧参数和新参数一并记录备案。完成参数更新后，导出全部配置文件备份。
五、校准周期
数字波高仪的校准周期一般为12个月。在以下情况下应缩短校准间隔或立即安排校准：
仪器经过维修、拆卸或传感器更换后；
仪器在恶劣海况中经历长时间连续运行后；
现场观测数据出现异常跳变或与同期其他设备数据严重不一致时；
仪器存放超过6个月未使用后重新启用时；
上级主管部门或计量监督机构另有要求的。
六、注意事项
校准用水应保持清洁，避免气泡、悬浮物附着在传感器表面影响测量精度。
压力式波高仪在校准前应充分排气，确保传感器感应腔内无残留气泡。
声学式波高仪的传感器表面与水面之间应保持畅通，避免标定池壁反射造成干扰。
校准过程中应避免人员走动和水面扰动，必要时应设置防波屏障。
所有电缆连接应确保可靠，避免因接触不良引入噪声。
涉及水下作业时，应严格执行用电安全规范，防止漏电事故。
