(高清版)GBT 39849-2021 無損檢測儀器 超聲衍射聲時檢測儀 性能測試方法

ICS19.100無損檢測儀器超聲衍射聲時檢測儀國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T39849—2021本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國試驗機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC122)歸口。漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司、遼寧儀表研究所、廣東汕頭超聲電子股份有限公司超聲儀器分公司、中國鐵道科學(xué)研究院、北京中研國辰測控技術(shù)有限公司、國核電站運行服務(wù)技術(shù)公司、汕頭市超聲儀器研究所有限公司。1GB/T39849—2021無損檢測儀器超聲衍射聲時檢測儀性能測試方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超聲衍射聲時檢測儀的性能測試方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于超聲衍射聲時檢測儀。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T12604.1無損檢測術(shù)語超聲檢測3術(shù)語和定義GB/T12604.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。超聲衍射聲波的傳播時間。聲時儀通過檢測缺陷兩個端頭的超聲衍射聲時和計算它們的時差來實現(xiàn)無損檢測的儀器。聲時儀硬件實際能夠達(dá)到的最高的一次采樣率。位深聲時儀將模擬信號樣本的幅度數(shù)字化時所能達(dá)到的精度。3.6采集深度collectiondepth存儲深度2GB/T39849—20213.73.8從檢測直到顯示屏顯示一幅80%比率的瞬時回波所需的時間。3.9聲時儀能夠顯示的最大信號幅度與最小信號幅度之比。最小信號幅度受系統(tǒng)噪聲的限制，最大信號幅度受放大器飽和的限制。3.10端到接收器輸入端的能量泄漏抑制量。4測試方法聲時儀應(yīng)在下列條件下進(jìn)行測試：a)環(huán)境溫度20℃±5℃;b)相對濕度45%～75%;c)交流供電電壓為220V,誤差為±2%;d)交流供電頻率為50Hz,誤差為±1Hz;e)直流供電電壓，誤差為額定值的±1%;f)應(yīng)避免外電磁場干擾；g)通風(fēng)良好；h)避免陽光直射。所用電子儀器的性能及其穩(wěn)定性應(yīng)滿足檢測要求。采用下列主要儀器設(shè)備：a)帶寬不小于100MHz的示波器。b)阻值為50Ω和75Ω,最大允許相對誤差為±1%的無感電阻。d)以下兩種發(fā)生器任選一種：2)兩臺脈沖信號發(fā)生器，帶有外部觸發(fā)或選通閘門，能輸出兩個門控的正弦射頻信號串，這e)保護(hù)電路，其示例如圖1所示。f)數(shù)字計時器，能夠在1000個(可調(diào))觸發(fā)脈沖后產(chǎn)生一個溢出脈沖，同時，能夠測量兩個相鄰溢出脈沖的間隔時間，準(zhǔn)確到±0.01%。3GB/T39849—2021g)阻抗分析儀。h)環(huán)境試驗箱。i)試塊。在將示波器和(或)信號發(fā)生器連接到聲時儀的發(fā)射器之前，應(yīng)考慮是否接入保護(hù)電路(見圖1)以防止測試儀器被高發(fā)射電壓擊壞。1——接信號發(fā)生器；2—-—接聲時儀；D?——硅開關(guān)二極管；D?——硅開關(guān)二極管。圖1防止設(shè)備受發(fā)射脈沖損壞的保護(hù)電路4.3性能測試4.3.1頻帶寬度按圖2所示的連接方式，將輸入信號連接到聲時儀的接收端，并設(shè)置為雙探頭工作。校準(zhǔn)衰減器。調(diào)整超聲儀器的輸入信號達(dá)到±1V峰-峰值。依次選擇各工作頻段，分別測量它們各自的頻帶寬度。對每個選定的工作頻段，在0.1MHz~25MHz范圍內(nèi)改變輸入信號的頻率，觀察聲時儀的輸出。搜尋聲時儀輸出達(dá)到最大時的頻率。在搜尋時，應(yīng)同時調(diào)整衰減器，使聲時儀顯示的輸出信號幅度不溢出屏幕。并隨時檢查示波器，從示波器上的顯示確認(rèn)輸入信號幅度保持恒定。在聲時儀輸出達(dá)到最大的頻率fmx,調(diào)整衰減器使顯示幅度達(dá)到聲時儀全屏幅度的80%。記錄此頻率fmax以及衰減器的值。將衰減器值減少3dB。以小于標(biāo)稱頻帶寬度5%的增量，依次從fmax分別增加和減少頻率，并觀測聲時儀顯示的信號，當(dāng)其恢復(fù)到全屏幅度的80%時，分別記錄下所對應(yīng)的上限頻率值f。和下限頻率值f?(—3dB點)。再次確認(rèn)輸入信號是恒定的。該工作頻段的中心頻率f。按式(1)計算：f。=√fu×f………………(1)式中：f?！行念l率，單位為赫茲(Hz);f?——下限頻率，單位為赫茲(Hz)。該工作頻段的頻帶寬度△f(在—3dB點之間)按式(2)計算：4GB/T39849—2021按圖2所示的連接方式，門控射頻信號發(fā)生器產(chǎn)生一組10個周期的測試信號，如圖3所示。測試點為每一個頻帶的中心頻率f。,將聲時儀的衰減器設(shè)置到最小增益，提高輸入信號幅度直至信號出現(xiàn)飽和或顯示的幅度達(dá)到聲時儀全屏幅度的100%。用示波器測量輸入信號的電壓Vmax(測量時要考慮1220dB~30dB97O756說明：1——聲時儀；2——固定衰減器；3——輸出端；4——輸入端；6——終端匹配器；8——閘門；10——觸發(fā)；11——開始；13——內(nèi)部計時器；17——示波器探頭(100MHz)。注1:僅在測試時間相關(guān)增益曲線、數(shù)字采樣誤差和聲時儀的響應(yīng)時間時才需要內(nèi)部計時器。注2:僅在聲時儀和測試設(shè)備阻抗不匹配時才需要終端匹配器。5圖3采用通用的設(shè)備連接方式產(chǎn)生的檢測波形將聲時儀的增益調(diào)整到最大值。如果噪聲電平大于全屏幅度的5%,減少增益，直至噪聲電平幅度為全屏幅度的5%。調(diào)整輸入信號幅度使聲時儀顯示的信號幅度達(dá)到聲時儀全屏幅度的10%。用示波器測量輸入信號的電壓Vmi(測量時應(yīng)考慮外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器的設(shè)置，通常設(shè)置為40dB～50dB),記錄增益值。如果門控信號發(fā)生器不能提供足夠低的電壓，應(yīng)將聲時儀重新設(shè)置到大于最小增益20dB的電平并對測量結(jié)果作必要的修正。有效增益范圍按式(3)計算：式中：Gp——有效增益范圍，單位為分貝(dB);Vmax-——輸入信號的電壓，單位為伏特(V);Vmin——輸入信號的電壓，單位為伏特(V)。如果Vmin低于等效輸入噪聲Vein,有效增益范圍Gp按式(4)計算：式中：Gp——有效增益范圍，單位為分貝(dB);Vmax——輸入信號的電壓，單位為伏特(V);Vein——等效輸入噪聲，單位為伏特(V)。4.3.3時基線性誤差通過信號發(fā)生器提供11個等間距的正弦波脈沖串與其在聲時儀時基線上所指示的各信號所在位置對應(yīng)的刻度值相比較，測量聲時儀的時基線性。采用圖2所示的儀器配置方式，使其產(chǎn)生一個如圖4所示的具有11個等間距的正弦波脈沖串檢測信號。選擇一個適當(dāng)?shù)念l帶并將檢測信號的載波頻率設(shè)定為中心頻率f。,將聲時儀的衰減器設(shè)置在中間值并調(diào)整外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器和信號發(fā)生器輸出的信號幅度，使聲時儀顯示的測試信號幅度為全屏幅度的80%。調(diào)整測試信號的延時，使第三個信號的前沿對準(zhǔn)時基線全屏寬度的20%,第九個信號的前沿對準(zhǔn)時基線全屏寬度的80%。記錄其余九個信號前沿的偏差值。在水平基線范圍各擋的中間位置重復(fù)進(jìn)行測量。6GB/T39849—2021圖4用于檢測時基線性的信號時序圖4.3.4垂直線性誤差使用外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器通過改變輸入信號幅度并觀測和記錄聲時儀顯示信號幅度的變化情況，檢測聲時儀顯示屏的垂直線性誤差。在開始檢測時，記錄增益的初始設(shè)定值。以給定的間隔從全屏幅度的0dB～—26dB檢查垂直線性。在每個頻帶的中心頻率f。上重復(fù)進(jìn)行檢測。采用圖2所示的儀器配置方式，將外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器設(shè)置到2dB,并調(diào)節(jié)聲時儀輸入信號的幅度和增益，使該信號的幅度為全屏幅度的80%。在不改變聲時儀增益的情況下，將外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器設(shè)置到表1所列的設(shè)定值。對應(yīng)每一個設(shè)定值，測量聲時儀顯示屏的信號幅度。表1垂直線性的理論和允差值外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器設(shè)定值所顯示信號幅度的理論值(全屏幅度的百分比)%允差值(全屏幅度的百分比)%12基準(zhǔn)線4648～52857GB/T39849—20214.3.5等效輸入噪聲采用圖2所示的儀器配置方式，并將聲時儀置于雙晶探頭工作方式。對應(yīng)每個頻率范圍，采用每個頻帶中心頻率f。的輸入信號，測量下述的等效輸入噪聲。將聲時儀的增益設(shè)置到最大值，斷開輸入信號，記錄聲時儀顯示屏上的噪聲電平(取均方根值)。把增益降低40dB,重新接通輸入信號。調(diào)整經(jīng)過校準(zhǔn)的外部標(biāo)準(zhǔn)衰減器和(或)輸入信號電平直至漂移的射頻信號電平與上述噪聲電平幅度相同。用示波器測量輸入信號的峰-峰電壓Vi和經(jīng)過校準(zhǔn)的外部衰減器的衰減量S。按式(5)計算等效輸入噪聲Vein: (5)按式(6)計算每平方根帶寬的噪聲： (6)式中：Vein——等效輸入噪聲，單位為伏特(V);S——經(jīng)過校準(zhǔn)的外部衰減器的衰減量，單位為分貝(dB);nin——每平方根帶寬的噪聲，單位為伏每二分之一次方赫茲(V/H1/2);fu——上限頻率，單位為赫茲(Hz);fi與fu測量方法見4.3.1。4.3.6發(fā)射脈沖電壓幅值、發(fā)射脈沖上升時間、發(fā)射脈沖持續(xù)時間、發(fā)射脈沖反沖幅度將聲時儀置于雙晶探頭工作方式，把示波器連接到聲時儀的發(fā)射端。將脈沖重復(fù)頻率設(shè)置到最大，給發(fā)射輸出插座連接一個50Ω無感電阻。用示波器測量發(fā)射脈沖電壓V?0。如圖5所示測量發(fā)射脈沖上升時間tr、發(fā)射脈沖持續(xù)時間ta和發(fā)射脈沖反沖幅度Vr。在每個發(fā)射強(qiáng)度設(shè)定值和(或)脈沖頻率設(shè)定值、最大及最小阻尼擋位重復(fù)進(jìn)行測量。對示波器屏幕上顯示清晰波形的最小脈沖重復(fù)頻率進(jìn)行重復(fù)測試。8GB/T39849—2021a)尖脈沖b)單極性方波脈沖0090%tr——發(fā)射脈沖上升時間；td——發(fā)射脈沖持續(xù)時間；V,——發(fā)射脈沖回響幅度。c)雙極性方波脈沖圖5需要測量的發(fā)射脈沖參數(shù)4.3.7串?dāng)_抑制在發(fā)射器輸出端和接收器輸入端接50Ω的電阻，聲時儀設(shè)置在雙晶探頭工作方式。用示波器測量發(fā)射器輸出端的峰-峰值電壓V??(見4.3.6)和接收輸入端的峰-峰值電壓VE,如圖6所示。說明：圖6通道間串?dāng)_抑制測量裝置的連接方式這兩個電壓比的對數(shù)值規(guī)定為發(fā)射過程中的通道間串?dāng)_抑制D。,按式(7)計算?！?7)式中：V?o——輸出端的峰-峰值電壓，單位為伏特(V);VE——接收輸入端的峰-峰值電壓，單位為伏特(V)。4.3.8發(fā)射脈沖重復(fù)頻率把聲時儀置于雙晶探頭工作方式，將示波器連接到聲時儀的發(fā)射端。在不同脈沖重復(fù)頻率的每個設(shè)定值下，用示波器測量發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率。若聲時儀的控制器有多種組合擋位，且組合擋位的脈沖重復(fù)頻率(通常指范圍和脈沖重復(fù)頻率)相同時，僅需要檢測其中一個組合擋位。對于帶有脈沖重復(fù)頻率連續(xù)可調(diào)控制器的聲時儀，應(yīng)從制造商給出的產(chǎn)品技術(shù)要求中選擇一個設(shè)定值進(jìn)行檢測。4.3.9聲時儀采樣率測量儀器：任意波形信號發(fā)生器(輸出的最高頻率大于聲時儀的采樣率的1/4)、衰減器、200MHz數(shù)字示波器、通用計算機(jī)。計算機(jī)配有含鋸齒波波形分析的波形分析軟件。將任意波形信號發(fā)生器的輸出經(jīng)過衰減器連接到被測聲時儀的接收電路輸入端(即探頭接口),將被測聲時儀的輸出端連接到數(shù)字示波器的輸入端，并且將聲時儀的數(shù)字信號輸出到計算機(jī)。如果聲時9儀的采樣率是可調(diào)的，應(yīng)將聲時儀的采樣率指示調(diào)節(jié)到最大采樣率。設(shè)置任意波形信號發(fā)生器輸出鋸齒波，輸出幅度置于合適擋，其周期根據(jù)聲時儀產(chǎn)品規(guī)范中給出的最高實時采樣率適當(dāng)選取。調(diào)節(jié)衰減器和聲時儀的放大率，使輸出到個人計算機(jī)的聲時儀的輸出波形具有適當(dāng)值，即足夠大而又不超過最大限值。調(diào)節(jié)示波器顯示一個周期以上鋸齒波信號，垂直幅度約占滿屏幕80%。測量示波器顯示的鋸齒波信號的周期T,由分析軟件自動完成一個周期鋸齒波內(nèi)的采樣點數(shù)的計數(shù)，獲得采樣點數(shù)N。根據(jù)式(8)計算出最高實時采樣率fmax:式中：N——被測信號一個周期的采樣點個數(shù)；T--——被測信號的周期，單位為秒(s)。4.3.10采樣精度測量儀器及其連接方式參見4.3.9。調(diào)節(jié)衰減器和聲時儀的放大率，使輸出到計算機(jī)的數(shù)值有一部分溢出。檢測波形數(shù)據(jù)數(shù)值最大值是否等于或接近2”—1(n為產(chǎn)品規(guī)范中給出的采樣精度的位數(shù)),若數(shù)據(jù)中有滿足條件的數(shù)值，則表明采樣精度為n。4.3.11采集深度測量儀器及其連接方式參見4.3.9。由軟件統(tǒng)計聲時儀一次采集到的全部采樣點數(shù)N,即采集深度。4.3.12時間窗長度測量儀器：正弦波信號發(fā)生器(輸出的最高頻率大于聲時儀的采樣率的1/4)、衰減器、數(shù)字示波器(帶寬應(yīng)大于聲時儀的采樣率)。將正弦波信號發(fā)生器的輸出經(jīng)過衰減器，供給被測聲時儀的接收電路輸入端(原來接探頭的口);將數(shù)字示波器的輸入端連接到被測聲時儀的輸出端。調(diào)節(jié)正弦波信號發(fā)生器輸出周期為T的正弦波。調(diào)節(jié)被測聲時儀的窗口調(diào)節(jié)，觀察測量窗口的長度。4.3.13采樣誤差用來測試聲時儀在其帶寬內(nèi)對應(yīng)最高頻率的信號是否能夠正確地在顯示屏上顯示出來，尤其是信號幅度是否與時基線范圍無關(guān)。檢測宜在每個頻帶的檢波和射頻方式下進(jìn)行，不宜使用時間相關(guān)增益曲線。對影響數(shù)字的每個設(shè)定值(例如時基線范圍和脈沖重復(fù)頻率)宜重復(fù)進(jìn)行本項檢測。將聲時儀設(shè)置在雙晶探頭工作方式，采用圖2所示的設(shè)備配置方式，以產(chǎn)生一個與發(fā)射脈沖同步的檢測信號。將信號的延遲T調(diào)至T?,讓T。大于發(fā)射脈沖后盲區(qū)。將門