水下生命探测仪校准

一、适用范围与校准对象

水下生命探测仪用于落水人员搜救、水下失踪目标搜寻、密闭充水空间人员探测等作业。按探测原理划分，常见类型包括：

主动声呐成像型：侧扫声呐、前视/多波束成像声呐、CHIRP 调频声呐，工作频率多在 50 kHz～1.2 MHz 区间，探测距离自数十米至百余米不等。

被动水声监听型：由水听器或水听器阵列接收人体呼吸、心跳、肢体击水等产生的声信号。

光学成像型：水下低照度摄像单元配合照明装置，用于近距离目标确认。

复合型：声呐、光学与定位模块集成在同一载体上。

校准对象为整机系统，包括水下探头（换能器/水听器/摄像单元）、信号处理单元、显示控制终端、定位与授时模块，以及配套的电缆卷盘、甲板单元和供电装置。

二、校准目的

确定探测仪各计量性能的实际量值，判定其是否符合产品技术规范或使用要求，给出示值误差或修正值，使探测距离、定位精度、分辨率、探测灵敏度等参数可溯源至国家计量基准或标准。

三、技术依据

校准宜依据下列文件的现行版本，并结合被校仪器的产品标准与技术说明书执行：

IEC 60565-1《水声—水听器校准—第1部分：自由场校准程序》，覆盖 200 Hz～1 MHz 频段，规定三换能器球面波互易法绝对校准及与参考器件比较的相对校准；

ANSI/ASA S1.20《水下电声换能器校准程序》，含主动声呐标准目标法；

GB/T 4208《外壳防护等级（IP 代码）》、GB/T 2423 系列环境试验方法（低温、高温、交变湿热、冲击、振动、盐雾）；

GB/T 17626 系列电磁兼容试验标准；

JJF 1059.1《测量不确定度评定与表示》；

相关行业标准，如 GA/T 1089《灾害现场生命探测仪性能要求》、XF 3010《消防用雷达生命探测仪》、NB/T 11447《矿用生命探测仪》中适用的试验方法与指标要求。

四、校准条件

4.1 环境条件

温度：实验室校准取（23±5）℃；若进行全温度范围性能核查，按产品标称工作温度范围（如 −10 ℃～50 ℃）设置温度循环。

相对湿度：不大于 75%～85% RH，无凝露。

电源：额定电压 ±5%，频率（50±1）Hz；直流供电时电压波动不超过产品允许范围。

电磁环境：无强电磁辐射源，校准区域周围 5 m 内不得有运行中的大功率无线电发射设备、电机或变频装置。

背景噪声：声学通道校准时，水体背景噪声级应低于被测信号至少 10 dB；空气声通道校准在消声室或半消声室内进行，背景噪声不大于 20 dB(A)。

4.2 水体条件

校准水池应具备自由场条件（池壁贴附吸声材料或采用足够大尺寸的开敞水域），水面平静，无强水流与波浪。

测量并记录水温、盐度、深度，计算声速剖面；声速值直接参与测距与定位计算。

水质浊度、悬浮物含量应记录，作为光学通道与声呐图像质量的判定背景条件。

4.3 标准器与配套设备

设备	用途	技术要求
标准水听器（含前置放大器）	声压量值传递	经绝对法校准，在有效期内，校准不确定度已知
标准发射换能器	建立已知声场	频率覆盖被校仪器工作频段
标准目标球/标准反射体	主动声呐标准目标法校准	目标强度（TS）已知，材质与尺寸稳定
信号发生器、功率放大器、数据采集与分析系统	激励信号产生与响应测量	频率准确度与幅度稳定度满足校准要求
水声生命信号模拟装置（信标仪）	模拟人体呼吸与体动信号	呼吸频率、呼吸幅度、体温可设定并溯源
定位基准（RTK-GNSS/全站仪/水声定位系统）	探测仪位置与定位误差校准	定位不确定度优于被校仪器指标的三分之一
压力试验装置	耐压与密封试验	压力范围覆盖标称最大工作水深
温盐深剖面仪或声速仪	声速测量	声速测量不确定度满足测距误差评定要求
分辨率靶标、黑体辐射源、标准声源	光学通道与空气声通道校准	按对应通道要求配置

所有标准器应在有效校准周期内，量值可溯源。

五、校准项目与校准方法

5.1 校准前检查

检查外壳、换能器辐射面、光学窗口、接插件、电缆有无机械损伤与腐蚀；检查密封件状态；开机预热不少于 15 min，待电子线路工作稳定后运行自检程序，确认无故障报警。记录软件版本、探头型号与序列号。

5.2 换能器声学参数校准

（1）工作频率（中心频率）

用信号发生器激励被测换能器或向被测水听器入射单频信号，在标称频段内扫频，记录响应最大值对应的频率。频率偏差按产品规范判定，典型要求为不超过标称值的 ±5%。

（2）发射响应与接收灵敏度

自由场条件下，采用三换能器球面波互易法作绝对校准，或采用与已校准参考水听器比较的相对校准，在消声水池中测得自由场接收灵敏度（单位 dB re 1 V/μPa）与发射声源级（单位 dB re 1 μPa·m）。现场条件下可采用比较法，将待测水听器与参考水听器置于同一声场，由两者输出电压之比推算灵敏度。

（3）频率响应

在工作频段内按 1/3 倍频程或更细间隔扫频，绘制响应曲线，读取通带内波动量。通用要求示例：主要工作频段内响应波动不超过 ±3 dB，频段边缘不超过 ±5 dB。

（4）指向性与波束宽度

将换能器安装在回转定位装置上，改变入射角或接收方位角，测量各角度响应，绘制波束图。记录水平波束宽度与垂直波束宽度、主瓣宽度、旁瓣级与旁瓣抑制量。多通道系统还需测量通道间幅度与相位一致性。

5.3 探测距离

主动型：在自由场水池或开敞水域布放标准目标球，沿声轴方向逐点移动目标，记录探测仪能稳定识别并报警的最远距离，与标称最大探测距离比较。

被动型与生命信号探测型：布放水声生命信号模拟装置，按设定的呼吸频率与幅度输出信号，逐步增大距离至探测仪判定失效，记录有效探测距离。人体呼吸与体动模拟参数的设置可参照相关标准中采用的量值（如呼吸频率 16 次/min～20 次/min、呼吸幅度 1 mm～20 mm、体温 36.5 ℃～37.5 ℃），水下使用时按产品规范调整信号强度与频率范围。

5.4 测距误差与定位精度

测距误差：在最大探测距离范围内选取不少于 5 个距离点（含 20%、50%、80%、100% 量程点），将探测仪读数与基准距离（由激光测距、钢尺或水声定位系统给出）比较，计算示值误差。

定位精度：使探测仪在已知坐标点完成目标定位，将输出坐标与基准坐标比对，计算平面与深度方向的偏差。卫星定位模块的误差可按产品指标核查，例如 GPS/北斗双模定位误差不大于 3 m。

5.5 分辨率

对成像型仪器，布设间距已知的相邻标准目标或分辨率靶标，测量可分辨的最小间距，分别记录距离分辨率、沿航迹分辨率与垂直航迹分辨率。分辨率随距离变化，应注明对应测量距离（例如 0.07 m @ 20 m）。

5.6 探测灵敏度、虚警与漏报

降低输入信号强度至探测仪临界响应，记录最小可探测信号级，结合本底噪声计算信噪比。

在无目标水体中连续运行规定时长（如 24 h），记录虚警次数。

布放目标进行重复探测，统计漏报次数。虚警率与漏报率按产品规范或行业标准限值判定。

5.7 信号处理通道

测量通道信噪比、动态范围与线性误差：输入信号自下限逐级增至上限，记录输出，计算线性偏差；通带外衰减与工频干扰抑制能力按滤波器设置逐项验证。多通道系统须检查通道一致性。

5.8 光学通道（如配置）

核查视场角、图像分辨率、低照度性能、照明均匀性与几何畸变；用分辨率测试卡与标准灰阶卡测量，结果按产品规范判定。

5.9 耐压与密封

将水下单元置于压力试验装置中，加压至标称最大工作水深对应压力的 1.1～1.5 倍（按产品规范），保压至规定时间，检查壳体形变、渗漏与功能状态。外壳防护等级按 GB/T 4208 进行试验，常见要求为 IP68。

5.10 供电、续航与环境适应性

满负荷连续工作试验：记录实际续航时间，常见要求为不小于 4 h。

电压波动试验：输入电压在允许范围内变化时，核查输出稳定性。

环境试验：按 GB/T 2423 系列进行低温、高温、交变湿热、振动、冲击试验，按 GB/T 2423.17 进行盐雾试验，试验后复测 5.2～5.6 项，确认性能未超出允许变化量。

电磁兼容：按 GB/T 17626 系列进行抗扰度与发射试验。

六、数据处理与不确定度

各项示值误差按重复测量平均值计算，重复测量次数不少于 3 次。

建立校准曲线或给出修正值，修正值随附使用说明。

按 JJF 1059.1 评定测量不确定度，识别主要不确定度分量：标准器量值不确定度、声速测量误差、定位基准误差、安装姿态偏差、水体噪声与混响、读数分辨力、环境温度影响。

判定原则：示值误差扩展不确定度与被校仪器最大允许误差之比一般不大于 1:3。

七、校准结果表达与复校间隔

校准结果以校准证书或校准报告形式出具，内容至少包括：仪器名称、型号、编号、制造厂、校准日期、环境条件、标准器及溯源信息、各校准项目的标准值与实测值、示值误差与修正值、测量不确定度、符合性判定结论。

复校间隔建议为 12 个月。出现下列情况之一时应及时复校：仪器经维修或更换换能器、探头、电缆；经历超过标称工作水深的下潜或碰撞；长期停用后重新启用；校准数据出现异常漂移；使用单位根据使用频次与作业环境自行缩短间隔。

八、影响校准结果的因素与控制措施

影响因素	控制措施
换能器表面附着气泡	入水前湿润辐射面，入水后静置排气，检查表面无气泡附着
声速取值偏差	实测水温、盐度、深度，使用现场声速而非默认常数
水池边界反射与混响	采用脉冲信号与距离门，保证直达声与反射声在时间上分离
安装姿态与声轴对准	使用专用夹具与回转台，记录俯仰角、方位角
背景噪声与目标干扰	选择低噪声时段与开阔水域，记录背景噪声级
预热不充分	开机预热不少于 15 min 后开始测量
温度漂移	全程记录温度，超出规定范围时停止测量

九、校准记录

校准记录应包含原始观测数据、仪器设置参数（工作频率、增益、时变增益、脉冲宽度、量程、滤波设置）、目标与仪器的相对位置示意图、水体参数、环境参数、异常现象与处理说明。原始记录与证书一并归档保存，保存期限按使用单位质量体系要求确定，一般不少于两个复校周期。