聲波檢測儀檢定規(guī)程

聲波檢測儀檢定規(guī)程2引用文獻(xiàn)GB/T12604.1—1990《無損檢測術(shù)語超聲檢測》GB/T17252—1998《100kHz以下超聲壓電換能器的特性和測量》JJF1001—1998《通用計(jì)量術(shù)語及定義》JJF1059—1999《測量不確定度評(píng)定與表示》JG/T5004—1992《混凝土超聲波檢測儀》3.1超聲檢測(ultrasonicdetectionandmeasurement)3.2近場長度(nearfieldlength)主聲軸線上最后一個(gè)聲壓極大值與晶片表面的距離。自由場中，離聲源遠(yuǎn)處瞬時(shí)聲壓與瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)速度同相的聲場。聲波檢測儀發(fā)射聲脈沖信號(hào)通過介質(zhì)(空氣、液體、固體)傳播后，在接收換能器2于噪聲信號(hào)的接收信號(hào)。3.7聲時(shí)(timeoftransmiltedsound)聲波在介質(zhì)中傳播的時(shí)間。聲波檢測儀是通過向待測試件發(fā)射聲脈沖，使其穿過試件，然后接收穿過試件后聲脈沖信號(hào)，并測量聲脈沖信號(hào)穿過試件的時(shí)間，能量衰減，頻率變化等，以完成對(duì)待測試件的無損檢測。聲波檢測儀主要由發(fā)射、接收、延遲、聲時(shí)和幅值測量等部分組成。聲波檢測儀主要用于混凝土、巖體及巖芯試樣、陶瓷、石墨等非金屬材料與結(jié)構(gòu)的聲波或超聲無損檢測，可進(jìn)行強(qiáng)度檢測、結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測、裂縫檢測、結(jié)合面質(zhì)量與破損層厚度檢測、勻質(zhì)性檢測、結(jié)構(gòu)厚度檢測、樁基質(zhì)量檢測以及材料彈性力學(xué)參數(shù)檢5計(jì)量性能要求5.1聲時(shí)測量相對(duì)誤差電信號(hào)測量優(yōu)于±0.5%,聲信號(hào)測量優(yōu)于±1.0%。5.2幅值測量級(jí)線性每6dB優(yōu)于±0.9dB,最小分度至少為1dB,總線性范圍不低于產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)要求。5.3幅值測量范圍不小于60dB。5.4發(fā)射電壓幅值穩(wěn)定度每小時(shí)優(yōu)于±5%。5.5接收系統(tǒng)頻率響應(yīng)(10～250)kHz頻率范圍內(nèi)不均勻度不小于12dB。5.6發(fā)射換能器諧振頻率偏差不超過標(biāo)稱頻率值的±10%5.7通道隔離度對(duì)于多通道聲波檢測儀，在換能器標(biāo)稱頻率處應(yīng)大于40dB。6通用技術(shù)要求6.1外觀、標(biāo)志及說明書6.1.1聲波檢測儀應(yīng)具有以下清晰而耐久的標(biāo)志a)制造廠的廠名；b)產(chǎn)品的型號(hào)和出廠編號(hào)；c)聲波檢測儀應(yīng)有C標(biāo)志及編號(hào)。6.1.2聲波檢測儀應(yīng)無影響儀器正常工作及讀數(shù)的機(jī)械損傷、旋鈕失靈、衰減器錯(cuò)位和接觸不良等現(xiàn)象。6.1.3每臺(tái)聲波檢測儀應(yīng)附帶使用說明書。說明書中應(yīng)包括下列資料3a)各功能的描述及全部操作說明b)儀器正常工作的電源及環(huán)境條件c)預(yù)熱時(shí)間d)主要技術(shù)指標(biāo)6.2標(biāo)記6.2.1聲波檢測儀中非操作者使用的部件應(yīng)采用密封或標(biāo)記的方法加以保護(hù)。6.2.2聲波檢測儀應(yīng)留有標(biāo)注檢定標(biāo)記的適當(dāng)位置。7計(jì)量器具控制計(jì)量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定以及使用中的檢驗(yàn)。聲波檢測儀更換換能器和修理后對(duì)其計(jì)量性能有重大影響時(shí)，其后續(xù)檢定原則上須按首次檢定進(jìn)行。7.1檢定條件7.1.1檢定環(huán)境條件檢定時(shí)應(yīng)滿足以下環(huán)境條件：溫度：(23±5)℃;相對(duì)濕度：(60±30)%。7.1.2檢定用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器7.1.2.1信號(hào)發(fā)生器：頻率范圍2kHz～300kHz,失真小于1%,輸出電平的頻響優(yōu)于±0.5dB,可輸出猝發(fā)音信號(hào)。7.1.2.2衰減器：頻率范圍DC～30MHz;每10dB誤差不超過±0.2dB。7.1.2.3測量放大器：頻率范圍2kHz~200kHz,幅值穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05dB,輸入阻抗大于接收換能器阻抗100倍，有效增益不小于60dB。7.1.2.4測量水聽器：帶寬范圍不小于被測換能器標(biāo)稱頻率的0.5～1.5倍，自由場靈敏度級(jí)應(yīng)不低于-210dB(0dB=1V/μPa),自由場靈敏度的不均勻度在測量頻率范圍應(yīng)不超過±2dB。7.1.3其他配套設(shè)備7.1.3.1數(shù)字示波器：頻率范圍DC～100MHz;幅值測量誤差：50V以下常規(guī)幅值測量優(yōu)于±1.5%,50V以上高壓測量優(yōu)于±5%.7.1.3.2功率放大器：輸出功率100W,頻率范圍2kHz~200kHz。7.1.3.3簡易消聲水槽：要能滿足兩換能器間距離的遠(yuǎn)場條件。7.1.3.4交流電壓表：頻率范圍10Hz~300kHz,示值誤差優(yōu)于1.0%。7.1.3.5溫度計(jì)：測量范圍(15～30)℃,示值誤差優(yōu)于0.1℃。7.1.3.6游標(biāo)卡尺：分度值0.02mm。7.2檢定項(xiàng)目檢定項(xiàng)目見表1。7.3檢定方法7.3.1外觀檢查7.3.1.1聲波檢測儀應(yīng)有生產(chǎn)廠廠名、型號(hào)、名稱、出廠編號(hào)、聲波檢測儀應(yīng)有MC4聲波檢測儀聲波檢測儀標(biāo)志及編號(hào)；表1聲波檢測儀檢定項(xiàng)目一覽表首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗(yàn)外觀檢查++十使用說明書+一+聲時(shí)測量相對(duì)誤差(電信號(hào)方法)++一聲時(shí)測量相對(duì)誤差(聲信號(hào)方法)+++幅值測量級(jí)線性++一發(fā)射電壓穩(wěn)定度++一幅值測量范圍+一一接收系統(tǒng)頻率范圍++一發(fā)射換能器諧振頻率+一一通道隔離度(只用于多通道聲波檢測儀)+十一注：“+”為應(yīng)檢項(xiàng)目，“-”為可不檢項(xiàng)目，7.3.1.2聲波檢測儀應(yīng)滿足6.1.2的要求。7.3.2聲時(shí)測量相對(duì)誤差(聲信號(hào)方法)7.3.2.1檢定裝置方框圖如圖1所示，按出廠規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱。接收?qǐng)D1聲時(shí)測量相對(duì)誤差(聲信號(hào)方法)的檢定裝置示意圖7.3.2.2調(diào)節(jié)聲波檢測儀發(fā)射和接收探頭之間距離至大約20mm,發(fā)射電壓至最大，調(diào)節(jié)接收聲波使首波周期占顯示時(shí)間軸1/3～1/6,首波峰-峰值為滿屏顯示的2/3,按照儀器的操作手冊提供的方法，測量出零聲時(shí)并予以消除。以后發(fā)射探頭和接收探頭之間距離每增加60.0mm測量一次聲時(shí)。測量直至探頭之間距離增加至320mm為止，測量過程中應(yīng)注意調(diào)節(jié)聲波檢測儀始終保持首波峰-峰值為滿屏顯示的2/3,測量過程中溫度變化應(yīng)不超過±0.5℃。其聲時(shí)理論計(jì)算值測量值與理論計(jì)算值誤差不應(yīng)超過5.1要求。聲時(shí)理論計(jì)算公式如下：d——兩換能器之間的距離，m。57.3.3聲時(shí)測量相對(duì)誤差(電信號(hào)方法)7.3.3.1檢定裝置方框圖如圖2所示。聲波檢測儀發(fā)射接收發(fā)射猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器輸出觸發(fā)輸出圖2聲時(shí)測量相對(duì)誤差(電信號(hào)方法)的檢定裝置示意圖7.3.3.2調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器，頻率調(diào)至探頭標(biāo)稱頻率，波數(shù)為10個(gè)，延遲為50μs,聲波檢測儀首波調(diào)節(jié)如7.3.2.2,按照儀器的操作手冊提供的方法，測量出零聲時(shí)并予以消除。以后調(diào)節(jié)猝發(fā)音延遲每500μs聲波檢測儀做一次聲時(shí)測量，直至聲波檢測儀的測量上限(5ms后可增加至1ms測量一次)。聲時(shí)測量相對(duì)猝發(fā)音延遲的誤差應(yīng)符合5.1要求。7.3.4幅值測量級(jí)線性7.3.4.1檢定裝置方框圖如圖3所示。猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器觸發(fā)衰減器聲波檢測儀接收發(fā)射圖3幅值測量級(jí)線性的檢定裝置示意圖7.3.4.2聲波檢測儀的量程控制器置于參考量程位置(標(biāo)稱測量上限下30dB測量檔)調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器的頻率為探頭標(biāo)稱頻率處，猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器輸出幅度及衰減器至適當(dāng)位置，聲波檢測儀接收信號(hào)的調(diào)節(jié)同7.3.2.2。依次按6dB增加或減少聲波儀量程控制器的量程，同時(shí)相應(yīng)調(diào)節(jié)衰減器，使聲波檢測儀接收信號(hào)幅值和原幅值相同。量程控制器改變值與衰減器改變值之差即為幅值測量級(jí)線性的誤差，其誤差應(yīng)符合5.2的7.3.4.3對(duì)于數(shù)字式聲波檢測儀，按7.3.4.2調(diào)節(jié)衰減器，用聲波檢測儀幅值測量功能測量出6dB增加或減少的幅值，并計(jì)算相應(yīng)dB值，其值應(yīng)符合5.2的規(guī)定。7.3.5發(fā)射電壓幅值穩(wěn)定度7.3.5.1檢定裝置方框圖如圖4所示。7.3.5.2將被檢聲波檢測儀接上負(fù)載(1MΩ1/2W電阻),發(fā)射電壓置于最大，直接用數(shù)字示波器測量聲波檢測儀發(fā)射電壓幅值，并在一小時(shí)內(nèi)均勻時(shí)間間隔測量5次，其最大值至最小值相對(duì)平均值的幅度變化范圍應(yīng)符合5.4規(guī)定。6示波器圖4發(fā)射電壓幅值穩(wěn)定度的檢定裝置示意圖7.3.6幅值測量范圍7.3.6.1檢定裝置方框圖如圖5所示，圖中R為50Ω無感電阻。7.3.6.2按圖5所示連接測量儀器，開關(guān)K1置于“1”,K2置于“1”,調(diào)節(jié)聲波檢測儀發(fā)射幅值和脈寬使其發(fā)射聲信號(hào)最大(但接收的信號(hào)首波不應(yīng)有過載失真，否則應(yīng)減小接收放大器增益),兩探頭之間距離為1.5倍近場長度，接收信號(hào)調(diào)節(jié)同7.3.2.2,記下首波幅值高度。7.3.6.3置猝發(fā)音頻率為探頭標(biāo)稱頻率，開關(guān)K2置于“2”,K3置于“1”,調(diào)節(jié)猝發(fā)音輸出幅值，使聲波檢測儀接收的信號(hào)與7.3.6.2接收首波幅值相等，此時(shí)記下數(shù)字電壓表的電壓值為Vm。7.3.6.4開關(guān)K1置于“3”,K2置于“1”,K3置于“2”,兩探頭之間距離盡可能加大，聲波檢測儀調(diào)至最大接收增益狀態(tài)(帶前置放大器的應(yīng)接上),從大到小調(diào)節(jié)猝發(fā)音輸出幅值，使聲波檢測儀接收的信號(hào)幅值等于其接收靈敏度時(shí)的信號(hào)大小，如果聲波檢測儀接收靈敏度較高可以在兩探頭之間增加隔聲板，記下此時(shí)聲波檢測儀接收信號(hào)幅值高VVN發(fā)射2聲波儀接收D2聲波儀接收消聲水槽交流電壓表猝發(fā)音交流電壓表信號(hào)發(fā)生器圖5聲波檢測儀測量范圍的檢定裝置示意圖7.3.6.5開關(guān)K2置于“2”,K3置于“1”。調(diào)節(jié)猝發(fā)音輸出幅值，使聲波檢測儀接收的信號(hào)與7.3.6.4接收信號(hào)幅值相等，此時(shí)記下數(shù)字電壓表的電壓值為V。式中：V——最佳發(fā)射時(shí)聲波檢測儀測量的首波信號(hào)的電壓值，VV—聲波檢測儀接收靈敏度電壓值，V:7A——聲波檢測儀測量范圍，dB。7.3.7接收系統(tǒng)頻率響應(yīng)7.3.7.1檢定裝置方框圖如圖3所示。7.3.7.2聲波檢測儀的量程控制器置于參考量程位置(標(biāo)稱測量上限下30dB測量擋),調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器的頻率為換能器標(biāo)稱頻率，并調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)輸出及衰減器至適當(dāng)位置，聲波檢測儀接收信號(hào)的調(diào)節(jié)同7.3.2.2.7.3.7.3在10kHz～250kHz范圍調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器的頻率，調(diào)節(jié)衰減器，使接收的信號(hào)同7.3.7.2的接收信號(hào)等幅。衰減器的調(diào)節(jié)范圍不超過12dB,即可視為符合5.5條7.3.8發(fā)射換能器諧振頻率7.3.8.1檢定裝置方框圖如圖6所示。WW水聽器功率放大器發(fā)射換能器消聲水槽交流電壓表測量放大器前置放大器信號(hào)發(fā)生器圖6發(fā)射換能器諧振頻率的檢定裝置示意圖7.3.8.2在發(fā)射換能器上施加的功率應(yīng)使水聽器接收的信號(hào)大小與發(fā)射換能器接收聲波檢測儀正常工作時(shí)發(fā)射聲信號(hào)大小相當(dāng)。在軸線方向上遠(yuǎn)場處測量接收聲信號(hào)發(fā)送電壓響應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，其中水聽器接收最大聲信號(hào)所對(duì)應(yīng)的頻率即為發(fā)射換能器諧振頻率。當(dāng)發(fā)射換能器、水聽器敏感元件最大尺寸分別為a?、a?聲波波長為λ時(shí)，測量距離d應(yīng)同時(shí)滿足(3)式。所測量發(fā)射換能器諧振頻率應(yīng)符合5.6條要求。d>(a?+a})/λ;d>a?;d>a?7.3.9多通道聲波檢測儀的通道隔離度7.3.9.1檢定裝置方框圖如圖7所示。猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器數(shù)字電壓表聲波檢測儀接收1接收2圖7多通道聲波檢測儀的通道隔離度的檢定裝置示意圖JJG990—200487.3.9.2聲波檢測儀的量程控制器置于7.3.4檢定得到測量級(jí)線性的上限，調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)發(fā)生器的頻率為換能器標(biāo)稱頻率，并調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)輸出使聲波檢測儀通道1接收信號(hào)有滿屏的80%。用數(shù)字電壓表測量的電壓值記為V?。7.3.9.3通道2接換能器，調(diào)大聲波檢測儀通道2(接收2)的增益，使通道2顯示的信號(hào)同通道1(接收1)的信號(hào)等幅，此時(shí)應(yīng)盡可能防止(接收2)接收噪聲聲信號(hào)。通道隔離較好的聲波檢測儀串入通道2的信號(hào)可能調(diào)不起來，只要調(diào)節(jié)的增益大40dB以上即可視為符合5.7條要求。7.3.9.4通道2換能器卸下，并接入猝發(fā)音信號(hào)，調(diào)節(jié)猝發(fā)音信號(hào)幅值使聲波檢測儀接收的信號(hào)與7.3.9.3通道2顯示的信號(hào)等幅，記下數(shù)字電壓表測量的電壓值記為V?。通道隔離度計(jì)算如下式。其結(jié)果應(yīng)符合5.7條要求。式中：V?——通道1輸入信號(hào)的電壓值，V;V。通道1輸入V,信號(hào)下由通道間的串?dāng)_在通道2的等效輸入信號(hào)的電壓值，7.4檢定結(jié)果的處理經(jīng)檢定合格的聲波檢測儀發(fā)給檢定證書；經(jīng)檢定有不合格的項(xiàng)目，發(fā)給檢定結(jié)果通知書，并注明不合格項(xiàng)目。7.5檢定周期聲波檢測儀的檢定周期一般不超過1年。JJG990—20049不確定度分析實(shí)例聲波檢測儀測量結(jié)果不確定度的評(píng)定，主要內(nèi)容就是評(píng)定檢定聲波檢測儀聲時(shí)測量A.1數(shù)學(xué)模型本規(guī)程采用與已知距離的空氣聲時(shí)測量值與計(jì)算值比較法，檢定聲波檢測儀聲時(shí)測量誤差。數(shù)學(xué)模型如下：式中：△t——被檢聲波檢測儀聲時(shí)測量誤差，s;d——兩換能器之間的距離，m;A.2方差及靈敏系數(shù)由于f(t?,d,T)中的t?,d,T互不相關(guān)，故其合成估計(jì)方差為u2(△t)=c2(t?)u2(t?)+c2(d)u2(d)+c2(式中靈敏度系數(shù)為T=20℃,d=0.06m)A.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度現(xiàn)以規(guī)程中規(guī)定的60mm距離聲時(shí)測量為例，分析檢定聲波檢測儀聲時(shí)測量誤差的不確定度。不確定度的來源有：重復(fù)測量的標(biāo)準(zhǔn)差引入的不確定度分量，60.0mm距離測量誤差、溫度測量誤差及溫度范圍的規(guī)定引人的不確定度分量。1)A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度因被檢聲波檢測儀聲時(shí)測量穩(wěn)定性引起的重復(fù)性測量標(biāo)準(zhǔn)差，可以通過對(duì)聲時(shí)值進(jìn)行9次測量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差得到測量數(shù)據(jù)見表A.1。測量次數(shù)123456789測量值!μsJJG990—2004標(biāo)準(zhǔn)差：u(t?)=s?=0.12μs2)B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度2.1)60.0mm距離測量引入的不確定度為0.12mm,k=2,則u(d)=Ulk=0.12/2=0.06×10~3m2.2)溫度允許范圍引入的不確定度，溫度范圍為±0.5℃,k=√3.則u?=U/k=0.51√3=0.289℃2.3)溫度測量引入的不確定度為0.2℃,k=2,則u?=Ulk=0.2/2=0.1℃2.4)溫度測量分辨率為0.1℃,k=√3,則u?=U/k=0.1/√3=0.058℃u?,u?,u?分量獨(dú)立無關(guān)，合成不確定度為u(T)=√ui+t2+u=0.31℃A.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度以上分量獨(dú)立無關(guān)，且數(shù)值相差不是太大，可以直接進(jìn)行合成。u2(△t)=c2(t?)u2(t?)+c2(d)u2(d)+c2(T)u2(T)u.(△t)=√(0.12)2+0.1742+0.0932=0.23μsA.5擴(kuò)展不確定度U=ku.(△t)=2×0.23=0.46μsA.6相對(duì)擴(kuò)展不確