JJF1294-2011超聲探傷儀換能器校準(zhǔn)規(guī)范.pdf

J J 盧中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范J J F1 2 9 4 2 0 1 l超聲探傷儀換能器校準(zhǔn)規(guī)范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT r a n s d u c e r so fU l t r a s o n i cF l a wD e t e c t o r2 0 1 1 - 0 7 0 4 發(fā)布2 0 1 卜1 0 0 4 實(shí)施國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布超聲探傷儀換能器校準(zhǔn)規(guī)范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT r a n s d u c e r so fU I t r a s o n i cF l a wD e t e c t o r5262i 珊1 2 9 4 2 0 1 1l；l本規(guī)范經(jīng)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2 0 1 1 年7 月4 日批準(zhǔn)，并自2 0 1 1 年l o 月4 日起實(shí)施。歸口單位：主要起草單位：參加起草單位：全國(guó)聲學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)吉林省計(jì)量科學(xué)研究院汕頭超聲儀器研究所有限公司廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院本規(guī)范委托全國(guó)聲學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋本規(guī)范主要起草人：房法成( 吉林省計(jì)量科學(xué)研究院)閆有余( 吉林省計(jì)量科學(xué)研究院)王興雄( 汕頭超聲儀器研究所有限公司)參加起草人：韓曉飛( 吉林省計(jì)量科學(xué)研究院)周長(zhǎng)華( 廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院)目錄1 范圍- - - 2 引用文獻(xiàn)- 3 術(shù)語和計(jì)量單位3 1 相對(duì)脈沖回波靈敏度3 2 斜探頭人射點(diǎn)- 4 概述5 計(jì)量特性5 1 脈沖寬度5 2 中心頻率- 5 3 相對(duì)帶寬- 5 4 相對(duì)脈沖回波靈敏度- - 5 5 斜探頭人射點(diǎn)5 6 斜探頭聲柬角度一6 校準(zhǔn)條件- - 一61 環(huán)境條件- 6 2 標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)各一7 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7 1 校準(zhǔn)項(xiàng)目7 2 校準(zhǔn)方法- 8 校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)8 1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理8 2 校準(zhǔn)證書8 3 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定9 復(fù)校時(shí)間間隔- 附錄A 推薦的校準(zhǔn)證書內(nèi)容附錄B 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定實(shí)例1lll1122222222223336666679J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1范圍超聲探傷儀換能器校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范規(guī)定了A 型顯示的超聲探傷儀換能器( 亦稱為探頭) 的計(jì)量特性、校準(zhǔn)條件和校準(zhǔn)方法。本規(guī)范適用于中心頻率在0 5M H z 1 5M H z 范圍內(nèi)的探頭的校準(zhǔn)。2 引用文獻(xiàn)本規(guī)范引用了下列文獻(xiàn)：J J F1 0 0 1 一1 9 9 8 通用計(jì)量術(shù)語及定義J J F1 0 3 4 - - 2 0 0 5 聲學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語及定義J J F1 0 5 91 9 9 9 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示G B3 1 0 2 7 1 9 9 3 聲學(xué)的量和單位G B T1 2 6 0 4 1 2 0 0 5 無損檢測(cè)術(shù)語超聲檢測(cè)G B T1 8 6 9 42 0 0 2 超聲檢驗(yàn)探頭及其聲場(chǎng)的表征E N1 2 6 6 8 2 ：2 0 0 1 無損檢測(cè)超聲檢測(cè)設(shè)備的眭能與檢驗(yàn)第2 部分：探頭( N o n - d e s t r u c t i v et e s t i n gC h a r a c t e r i z a t i o na n dv e r i f i c a t i o no fu l t r a s o n i ce x a m i n a t i o ne q u i p m e n t - - P a r t2 ：P r o b e s )使用本規(guī)范時(shí)，應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)的現(xiàn)行有效版本。3 術(shù)語和計(jì)量單位本規(guī)范采用G B3 1 0 27 1 9 9 3 中規(guī)定的量和單位。本規(guī)范采用J J F1 0 0 11 9 9 8 、J J F1 0 3 4 - - 2 0 0 5 、G B T 2 6 0 4 1 2 0 0 5 中界定的以下術(shù)語及定義。3 1 相對(duì)脈沖回波靈敏度r e l a t i v ep u l s ee c h os e n s i t i v i t y來自指定反射體的放大前回波峰峰值電壓與施加到探頭上的峰一峰值電壓的比值。注：脈沖發(fā)生器接收器設(shè)為單發(fā)射接收方式，相對(duì)脈沖回波靈敏度計(jì)算公式見武( 1 ) ：最= 2 0 1 9 ( U e U )( 】)式中：S 。相對(duì)脈沖回波旯敏度，d B ；U 。來自指定反射體的放大前回波峰一峰值電壓，V ；u 。施加到探頭上的峰一峰值電壓，v 。3 2 斜探頭入射點(diǎn)a n g l ep r o b ei n d e x聲束軸線通過探頭底面的點(diǎn)。注：該點(diǎn)通常用探頭側(cè)面的刻度讀數(shù)表示。4 概述超聲探傷儀換能器是在超聲頻率范圍內(nèi)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成1J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1電能的裝置。其工作原理是超聲換能器的壓電晶片接收到一個(gè)激勵(lì)電壓，通過壓電晶片的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生超聲波在物體中傳播，若物體內(nèi)部存在不連續(xù)等變化則產(chǎn)生反射回波，通過壓電晶片的壓電效應(yīng)接收到回波并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。超聲探傷儀換能器一般可分為直探頭和斜探頭。直探頭由壓電晶片、吸收塊、保護(hù)膜和殼體等組成。斜探頭由壓電晶片、吸收塊、斜楔和殼體等組成。5 計(jì)量特性5 1 脈沖寬度脈沖寬度的偏差一般不超過標(biāo)稱值的1 0 “。5 2 中心頻率中心頻率相對(duì)標(biāo)稱中心頻率的偏差一般不超過1 0 。53 相對(duì)帶寬相對(duì)帶寬相對(duì)標(biāo)稱值的偏差一般不超過1 5 。54 相對(duì)脈沖回波靈敏度相對(duì)脈沖回波靈敏度與標(biāo)稱值的偏差一般不超過3d B 。5 5 斜探頭入射點(diǎn)斜探頭人射點(diǎn)與標(biāo)稱值偏差一般不超過= 11 T i m 。56 斜探頭聲束角度頻率低于2M H z 時(shí)，聲柬角度與標(biāo)稱值的偏差一般不超過3 。；頻率不低于2M H z 對(duì)，聲束角度與標(biāo)稱值的偏差一般不超過2 。注；由于校準(zhǔn)無需作出合格與否的判定，田此上連技術(shù)指標(biāo)僅供參考。6 校準(zhǔn)條件6 1 環(huán)境條件環(huán)境溫度：1 8 2 8 ；相對(duì)濕度：3 0 - - 9 0 。62 標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備6 2 1 脈沖發(fā)生器接收器頻率范圍：0 5k H z - - 3 5M H z ；上升時(shí)間：不大于1 0r l s ；脈沖幅值( 空載) ：負(fù)向脈沖不小于1 0 0V 。6 2 2 數(shù)字存儲(chǔ)示波器或頻譜分析系統(tǒng)頻率范圍：不小于D C 1 0 0M H z ；采樣率：不小于1 0 0M H z ；幅值：幅值靈敏度小于每格5m V ，測(cè)量誤差不大于士5 。6 23 標(biāo)準(zhǔn)試塊縱波聲速為( 59 2 0 土5 0 ) m s 和橫渡聲速為( 32 5 5 3 0 ) m s 的鋼試塊，包括斜2J J F1 2 9 4 2 0 1 1探頭校準(zhǔn)試塊( 見圖3 ) 和半圓柱試塊。注：建議半圓柱試塊采用帶有不同半徑( R ) 的半圓柱鋼質(zhì)試塊。半徑R 從1 2m m 以i 倍率遞增至2 0 0m i D 。試塊厚度應(yīng)等于或大于其半徑。7 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7 1 校準(zhǔn)項(xiàng)目探頭的校準(zhǔn)項(xiàng)目見表1 。表1 探頭校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目備注脈沖寬度中心頗率相對(duì)帶寬相對(duì)脈沖回波靈敏度5斜探頭入射點(diǎn)僅適用于斜探頭斜探頭聲束角度僅適用于斜探頭7 2 校準(zhǔn)方法7 21 脈沖寬度、中心頻率、相對(duì)帶寬和相對(duì)脈沖回波靈敏度圖1 測(cè)試設(shè)備連接示意圖將被測(cè)探頭與測(cè)試設(shè)備按圖1 所示方法連接，使用半圓柱試塊，半圓柱面的半徑應(yīng)大于探頭近場(chǎng)長(zhǎng)度1 5 倍。依據(jù)探頭出廠時(shí)脈沖頻率、發(fā)射強(qiáng)度、阻抗和增益的設(shè)置要求，設(shè)置脈沖發(fā)生器的相應(yīng)參數(shù)。探頭近場(chǎng)長(zhǎng)度按式( 2 ) 計(jì)算N 一孥( 2 )4 c式中：N 超聲換能器近場(chǎng)長(zhǎng)度，m m ；D 換能器晶片直徑，m m ；，換能器中心頻率，M H z ；c 媒質(zhì)中聲速，m s 。3J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1探頭接觸面應(yīng)平整光滑，在探頭與試塊之間涂覆適當(dāng)耦合劑，并施加一定壓力以保證探頭與試塊之間耦合良好，將探頭置于半圓柱試塊中心，轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)探頭使來自試塊柱面的一列多次回波幅度最大，在示波器上找到首次回波并放大，得到如圖2 所示的脈沖波形，讀出脈沖幅度為最大峰一峰值的1 0 處的脈沖波形寬度即為脈沖寬度。圖2 典型的脈沖波形示意圖h 峰一峰值幅度，L 一脈沖寬度把柱面反射的最大首次回波放在閘門內(nèi)，閘門最小應(yīng)設(shè)置為脈沖寬度的兩倍并對(duì)準(zhǔn)脈沖的最大值，用頻譜分析或離散傅里葉變換測(cè)出頻譜。測(cè)量出回波頻譜下降6d B 時(shí)的高低截止頻率，根據(jù)式( 2 ) 及式( 3 ) 分別計(jì)算得出中心頻率，。和相對(duì)帶寬A f 一。，r，0 一生手丑( 3 )，fa f 一生；二且1 0 0o o o( 4 )Jo式中：，。中心頻率，M H z ；，藺相對(duì)帶寬； ， 回波幅度下降6d B 時(shí)的高、低截止頻率，M H z 。用示波器測(cè)出施加到探頭上電壓的峰一峰值u 。和柱面反射的放大前回波電壓的峰一峰值u 。，則可依據(jù)式( 1 ) 計(jì)算出相對(duì)脈沖回波靈敏度s 小7 2 2 斜探頭入射點(diǎn)將斜探頭校準(zhǔn)試塊替換圖1 中的半圓柱試塊，斜探頭接觸面應(yīng)平整光滑，在斜探頭與試塊之間涂覆適當(dāng)耦合劑，并施加一定壓力以保證斜探頭與試塊之間耦合良好。把斜探頭耦合到斜探頭校準(zhǔn)試塊( 如圖3 ) 的扇形中心位置上，轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)探頭，使來自半徑為1 0 0m m 扇形圓柱面的回波最大，這時(shí)，對(duì)應(yīng)斜探頭校準(zhǔn)試塊扇形圓柱面中心刻度線的位置便是斜探頭人射點(diǎn)。dJ J F1 2 9 4 2 0 l l2圖3 帶有活動(dòng)標(biāo)尺的斜探頭校準(zhǔn)試塊1 磁墊；2 與4 m m 孔相配的兩個(gè)銷釘；3 - - 4m m 孔7 2 3 斜探頭聲束角度7 2 3 1 斜探頭校準(zhǔn)試塊有三個(gè)聲束角范圍，分別為3 5 。6 5 。、6 0 。7 5 。和7 0 。8 5 。的L 型標(biāo)尺( 如圖4 所示) 。選用適合于被測(cè)探頭聲束角的標(biāo)尺，如測(cè)4 5 。探頭，應(yīng)選用標(biāo)度范圍為3 5 。6 5 。的標(biāo)尺。用標(biāo)尺上的兩個(gè)銷釘插入試塊上三個(gè)4r l _ 1 r l l 橫孔的其中兩個(gè)孔中，把該L 型標(biāo)尺安裝到斜探頭校準(zhǔn)試塊上。剩下的一個(gè)橫孔用作圓柱反射體，用以測(cè)定聲束角。標(biāo)尺的邊當(dāng)作導(dǎo)向探頭的直尺用。7 2 3 2 按斜探頭入射點(diǎn)校準(zhǔn)方法獲得入射點(diǎn)位置。7 2 3 3 把探頭聲束打至4r l _ 1 r l l 的橫孔上，移動(dòng)探頭，使來自橫孔的回波最大，此時(shí)讀出標(biāo)尺上探頭入射點(diǎn)位置的角度值即為斜探頭聲束角度。注：n 和d 的值參照表2 。圖4 裝在斜探頭校準(zhǔn)試塊上的L 型標(biāo)尺J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1裹2L 型標(biāo)尺上的分度值1 號(hào)標(biāo)尺2 號(hào)標(biāo)尺3 號(hào)標(biāo)尺角度d角度d角度d?？?。m mm mn l B5 43 42 95 64 23 66 86 45 83 87 57 01 056 01 4 21 1 57 26 22 0 24 21 5 87 43 0 82 l _ 66 45 512 7 02 0 47 62 946 63 484 62 5 37 84 394 84 723 627 6O7 26 815 24 248 45 44 9 15 665 86 486 07 406 28 446 49 6 38 校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)8 1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理所有的數(shù)據(jù)應(yīng)先計(jì)算后修約，中心頻率、相對(duì)帶寬保留二位小數(shù)，其他校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保留一位小數(shù)。8 2 校準(zhǔn)證書超聲探傷儀換能器經(jīng)校準(zhǔn)后出具校準(zhǔn)證書，校準(zhǔn)證書應(yīng)包括的信息及推薦的校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式見附錄A 。8 3 校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定超聲探傷儀換能器的測(cè)量不確定度評(píng)定按J J F1 0 5 9 - - 1 9 9 9 進(jìn)行評(píng)定，其不確定度評(píng)定實(shí)例見附錄B 。9 復(fù)校時(shí)間間隔超聲探傷儀換能器復(fù)校時(shí)間間隔建議為1 年。然而，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、測(cè)量對(duì)象等，因此，使用單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校的時(shí)間間隔。附錄A推薦的校準(zhǔn)證書內(nèi)容A 1 校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包括以下信息：1 標(biāo)題：校準(zhǔn)證書；2 實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；3 進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)( 如果不在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)) ；4 證書或報(bào)告編號(hào)、頁碼及總頁數(shù)；5 送校單位的名稱和地址；6 被校準(zhǔn)儀器名稱：超聲探傷儀換能器；7 被校準(zhǔn)超聲探傷儀換能器的制造商、型號(hào)規(guī)格及編號(hào)；8 校準(zhǔn)所使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)名稱及有效期；9 本規(guī)范的名稱及編號(hào)和對(duì)本規(guī)范的任何偏離、增加或減少的說明1 0 校準(zhǔn)時(shí)的環(huán)境情況；1 1 校準(zhǔn)項(xiàng)目的校準(zhǔn)結(jié)果；1 2 示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度；1 3 校準(zhǔn)人簽名，核驗(yàn)人簽名，批準(zhǔn)人簽名；1 4 校準(zhǔn)證書簽發(fā)日期；15 復(fù)校時(shí)間間隔的建議；16 未經(jīng)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制校準(zhǔn)證書。A2 推薦的超聲探傷儀換能器校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式見表A 1J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1寰A 1 校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式校準(zhǔn)結(jié)果共頁第頁1 _ 脈沖寬度：2 中心頻率：3 相對(duì)帶寬：4 相對(duì)脈沖回波靈敏度：5 斜探頭入射點(diǎn)：6 斜探頭聲京角塞：脈沖發(fā)生接收器設(shè)置為脈沖頻率：發(fā)射強(qiáng)度：阻抗：增益：校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度：校準(zhǔn)的環(huán)境條件：溫度：相對(duì)濕度：J J F1 2 9 4 - - 2 0 1 1附錄B校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定實(shí)例B 1 測(cè)量方法將被校準(zhǔn)超聲探傷儀換能器( 以下簡(jiǎn)稱探頭) 與測(cè)試設(shè)備連接，使用的半圓柱試塊，半圓柱面的半徑應(yīng)大于探頭近場(chǎng)長(zhǎng)度1 5 倍。設(shè)置脈沖發(fā)生器上的脈沖頻率、發(fā)射強(qiáng)度、阻抗和增益。將探頭耦合在試塊上，并轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)探頭使來自試塊柱面的一列多次回波最大，在示波器上找到首次回波并放大，得到脈沖波形，使用示波器測(cè)出被測(cè)脈沖幅度為最大峰一峰值的1 0 處的脈沖波形寬度即為脈沖寬度。1 3 2 數(shù)學(xué)模型L L 。( B 1 )式中：L 被校探頭脈沖寬度；L 。示波器的讀數(shù)。B 3 靈敏系數(shù)。一祟一1o L m則：“i 。I ( L ) 一c “：d ( L 。)B 4A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定在正常工作條件下，等精度重復(fù)測(cè)量6 次，測(cè)得脈沖寬度分別為7 1 8 4r i s ，6 9 8 4n s ，6 7 0 8 1 2 s ，6 9 0 4 i l s ，6 9 4 4n s ，6 9 7 2n s 。其單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s ( L 。) 為：一嚳ms o n s“