【国家标准(GB)】 无损检测 声发射检测 声发射传感器的二级校准

ICS 19. 100
中华人民共和国国家标准
GB/T 19801--2005/1S0 12714:1999无损检测
声发射检测
声发射传感器的二级校准
Non-destructive testingAcoustic emission inspection--Secondary calibration of acoustic emission sensors1SO 12714:1999.IDT)
2005-06-08发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局准化管理委员
国家标
2005-12-01实施
GB/T 19801--2005/IS0 12714:1999本标准等同采用ISO12714：1999无损检测声发射检测声发射传感器的二级校准》（英艾版）。本标推等同翻译1SO12714：1999。为便于使用，本标推做了下刻编解性修改：a）“本国际标准”--词政为\本标准”；b）用小数点“，\代替作为小数点的遗号\，”：c）删除国际标推的前言和引言，d）用（B/1.1规定的引导语代替国际标准中的引导语，e）測除国际标准的“参考文献”。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准用全国无损检测标准化技术委员会(SAC/IC56)归口。本标推起草单位：国家质量监督检验检疫总局锅炉压力容器检测研究中心，清华大学，广州南华科技有限公司、北京科海恒生科技有限公司。本标准主要起草人：沈功田、刘时风、段庆儒、李光海。1范围
GB/T 19801--2005/1IS 12714: 1999无损检测声发射检测
声发射传感器的级校准
本标准规定接收固体介质表面弹性波的声发射传感器的·种二级校准方法。本标推适用于实验空的三级标准传感器和用于检测的传感器的校推。本校难给出了传感器对声发射.I作中常见的瑞利波产生的频率响应。校准用信号源和待检传感器(SUT)安装在试块的同个表面上。传感器的灵数度是由100kHz到1MHz范围内的励所确定。频率分辨率约为10kHz。校推单位是伏特每机械输人（位移，速度或加速度）。2规范性引用文件
下列文件中的条款通逆本标准的引用面成为本标准的条款。凡是注明口期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘课误的内容）或修订版均不适用于本标推，然面.鼓励根据本标准达成协设的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其新版本适用于本标准。CB/T12604.4无损检测术语声发射检测（GB/T12604.4-2005，ISO12716：2001.IDT）CB/T19800无损检测声发射检测传感器的—级校准（GB/T19800—2005，ISO12713：1998,IDT2
ASTM E 114-95接触式超声脉冲回波直射检测(Ultrasonic PulseEcho Stright Beam Examination by the Contart Methody\ASTMF[106-86(1992）el声发射传感器的-级校推方法（StandardMethadforPtimaryCali-bration of Acoustic Fmission Scnsors))ASTMF1316-97h无损检测术语（StandardterminoiogyforNondestructiveExaminations)33术语和定义
GB/T12604.4和ASTME1316确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3. 1
参考传感器（RS）referencesensor(RS）经一级校准中测定的传感器，览GR/T19800或ASTME1106。注：也称作二级标准传感器。
三级校准Becondary calibration通过与参考传感器进行比较测量声发射传感器的麟态频率响应的方法。3.3
试块test block
1)与ASTME114对放的我国标准为5B/T4009—1999（neqASTMF114-96)，2)IS)12713:1998是以 A5TM E 1106-86(1992)el为标准革案而制定成的+故 A5TME 1106-86(1992)el与 I5012713:1998是等效的。
3）本标准引用ASTME1316-976中的声发射检测术语，与GB/T12604.4--2005/ISO12716，2001中的术诺是相同的。
GB/T 19801—2005/ISO 12714:1999具有各向同性、均质的弹性材料试块，在二级校准中用以放置激励源,RS(参考传感器)和SUI待检传感器
4缩语
5一般要求wwW.bzxz.Net
声发射
美国材料试验学会
快速傅立叶变换
国际标准化组织
参考传感器
待检传器
5.1待检传感器
本方法适用于二經标雄法向位移传感器和在AE检测中使用的声发射传感器的绝对校准。为了达到作为三级标推的目的，待捡传感器宜具有小孔径、高保真的特点（如美国国家标准局的锥形换能器）。一般来说，所有传感器的校推结果都会由于大孔径和频率嘲应的不一致性而降低其级别，所指准确度只针对具有高衰减性的待检传感器。传感器接收到由时冲击产生的信号在允许采的衡口时间内（对于原型二级校准系统是3 s)宜衰减到一个较小的水平(蜂值接号的20%）,并考虑试块边界回波限制。如果不满足此条件，校推的锥确度就不可靠（见8.1）。5.2校准单位
二级校准和一级校准一样都能获得传懋器同类型的信。声发射传感器对它前表面的运动产生响应。安装在试块上的传感器前表面随力和应变是由传感器和试块的机械潮抗相与作用决定，在该处的应力和应变都不能直接进行测量。然而在没有传感器的情况下，试块表面传感器安装位置的自冉位移可以在试块表面的其他位置测靠获得。因为声发射传感器是用来于监测结构自由表面的运动，而忽略传感器和结构间的相互作用，自由运动是输人变最的近似。因此，校准的单位是伏特每自由位移或自由速度，例如伏特每米或伏特秒每米，校准的结果可以是，在频域内为传懿器对稳定止弦激励在稳定状态的幅值和相位响应，或在时域内对位移阶欧函数的瞬态响应。
5.3试块材料的要性
试块的声阻抗（Zac）是个重要的参数，它影响着校准的结果。在不同材料的试块上校准所得到的传感器灵敏度结果不间，例如，一个在解质试块主校过的传感器如巢再在玻璃或者钻质试块上校准所得到的传感器平均灵敏度只有在钢质试块上的50%，如果在有机玻璃上进行校推得到的结果将只有钢质试块上的3%。
对于耦合面是圆形且表面灵敏度一致的传感器来说，存在着一些没有响应的频率。这个现象发生在阶贝塞尔涵数的零值点J,（a），其中：2元f/c，f是频率，楚试块中的璐利波速，a是传感器效胃面的平径。困此校结果与试块材中的瑞利波速相关根据前面所述，二级校准的结果都对应着特定的试块材料：所以二级校准中必须明确试块的材料！尽管本标准声移二级校准以在不同材料的试块工进行，低出丁涉及到的一级校准只是在钢质试块上进行，所以如果要在其他材料」进行二级校准也必须在同样材料上进行一级校准。6二级校准装量的要求
6. 1基本框围
二级校推装置如图1所示。一个玻璃毛细管断裂装置或其他合适的声源装置（A）放置在钢质试块GB/T19801-—2005/1S0 12714:1999(B)的T:表面。RS(C)和SUT(D)放置在距离声源距离相等但方向柜反的位置上。由于传感器位置的对称性，试块.L.表面在RS(C)和SUT(D)位置f:的白由位移是相的。两个传感器输出的瞬时电压被数宁波形记录仪（E)同时记录并送人计算机进行数据处理。试块表面.E:RS和SUT处的动态位移实际上可能有所不同，因为RS和SUT对试缺的负载阻抗不同。为了一级校准和二级校准中定义的致性，两个传感器的负载影响被认为是传尴器本身的特性，校摧的结果是以试块表面的白由位移形式表述的，6.2试块的要求
设计的二级校准装置专门用于钢制品检测用的传感器。因此试块是钢质的（热轧钢A36）。对于钢质试块来说，推荐在566℃或更高的温度消除应力，应力释放需在火焰切割后进行。钢质试块应至少包括直径为400mm、长度为180mm的圆柱，试块的两个端面应平整且平行度不超过0.12mm±0,06tnm)。
钢质试块的上表面（T作面）的RMS粗糙度应不超过1μm，这要求室少用表面粗糙度仪在试块表面的中心区域测量兰点来保证。试块底面的RMS粗糙度值应不大于4um。对试块底面的期糙度值要求是为了保证对试块进行声速谢量的有效性。对于其他材料的试块，其最小规格，尺叶准确度，翘糙度的要求应根据所用材料的纵波波速与钢中纵波波速的比值进行调整。
试块的上表面应是工作面，工作面上放置声源、RS和SUT。这些位置成在试块表面的中心区域以保证声源和传感器到边缘的距离最大。对于任何材料的试狄，声源到RS的距离和声源到SUT的距离应为100mm1.2mm（与在一级校准中的要求相同）。试块应按ASTME114的要求进行2MHz到5MH2的超声纵波缺陷检测。试块中应不含间波高度大于第一次底波12%的缺陷。
1——待检传感器：
—毛细管断裂源；
3：参考传感器：
4——双通道波形记录系统，
G----41cm×41cm×19cm钢质试块。图1二级校准装置示意围
试块的材料应有很高的均勾性，这由脉冲回波以及纵波和横波传播时间的测量确定。应至少在试块表面合理分布的7个位置上行测量。每次测量的声波传播时间差应不大于0.1，脉冲问波测量的换能器的主振频率推存在2MHz至5MHz范围内。对于纵波声速的7次（或更多次）测量，其各次测量的偏差不应超过平均值的U.3%，横波测景也应满足阅样的要求。6.3声源
征三级校准系统中使用的声源是玻璃毛细管的断袋。毛细管由6mm的耐热玻璃管拉成直径为0.1mm到0.25mm的玻璃管。声源的激发是由享在手中直径4n1m的玻璃棒挤压位于试块上的玻璃毛组管肺产生，
GB/T 19801—2005/IS0 12714:1999通常，二级校准的声源可以是任何小孔径的装置，只要能够提供足够能量用于100kHz到1MHz的频率范围内的校准量。校准技术要求声源是个瞬态装置，比如玻璃破裂装置、火花装置、脉冲驱动换能器或连续波形装，例如一个由声脉冲发生器驱动的美国国家标准局锥形换能器。如果RS利SUT在试块上是依次检测，而不是同时检测，那么声源的重复性要保证在2%谁确度以内。6.4参考传感器
在二级校准系统中使用的RS是个NBS维形换能器。通常RS的频率响应由一级校准确定。无论作为速度传感器或位移传感器，它在100kHz到1MHz频率范围内的频率响应是平坦的，总的变化在20奶以内。要求RS是小孔径类型的传感器、频率响应尽可能平滑。见5.3和图8有关孔径效应的部分。
6.5待传感器
SUT的检测条件应与实际使用的条件相同。耦合剂，SUT输出端的电气负载和压紧力应与实际使用时相同。耦合剂最好是黏度小的机油，任何合理的电气负载均可，压紧力最好是9.8N。这些条件都与一级校准相同。
6.6数据记录和处理设备
对于使用瞬态声源的校准方法来说，整个系统将包据台计算机和双通道同步瞬态记录仪，一个通道记录RS的输出信号，另一个通道记录 SUT 的输出信号。瞬态记录仪至少基8 位的推确度和20 MH2的采样速率，或至少是10位准确度和10 MHz的采样速率，而且最少能存贮 55纵s的数据。数摇传送至计算机班行处理，世可以荐到如软盘等永久虐存拿质上：7校准数据的处理
7.1原始数据
在二级校推系统中，双通道中的每一个通过采集记录的原始波形数据是由2048个10bit的数据组成采样间隔△t=0.05μ5，因批数据记录的总长度T102.4HS。从试块底部的反射波在两个通道开始记录数据后60$左右到达传感器（见图3和图4）。在采集记录的波形中不希望出现反射波，因为到达传感器的反射被来自不同方向，而这些方向的反射被不一定是校准所期望方问的反射被。记录的数据都作如下方式的截短和填补：即对应时间大于55us的数据被第55us前的最后十个数据的平势值所代替。
7.2复值频请
经通过快速傅立叶变换（FFT),RS和SUT输出数据的复值频谱S(.）和IU(了.）可按下列公式计算：
S(fm)
0(fm) =
式中;
n2048:
j0,1,2,*.n-1.
$——RS通道中第个采样值：
\,——SUT通道中第个采样值；~~0,1,2,--,(n/2)—
f一m/T第m 个频率,单位是 MHz。5,exp(12元mi /n)
Zu;exp(i2ami/n)
-++++*+-(2
赖率间隔是1/T=9.76kHz。通常s和t；经过波形记录仪的增益和前置放大器的放大后被转换成电压值。SUT的复值响应是：
D(f.) -U(fa)s(fe)
GB/T 19B01--2005/ISO 12714;1999*---( 33
这里S（f.)表示频率为f时RS的（复值响应，单位是伏特每水，S。（f）的值来自于对RS的一级校准结果，
7. 3幅值和相位
D(f)的幅值 r 和相位 a 由下式计算得到;ra =fm)i
wm = arctat
这单I和R，分别表示复数z的服部和实部，校准辐值 m通常以dB的形式表示：Wm - 20 lugic(r.)
W.和，对应频率曲线如图5和图6所示。7.4特殊事项
*( 6 )
FFT把函数当作周期函数，周期等于数据记录时问的长度，如果数据初值和终值不相等，那么初值和终值间就存在嵌变,FFI 就会因妖变而产生不靠的结果。对校系统的修正是给数据期上如下的线性痫数：$ -- 8; T(j/n)(su-8+1)
u+ r uj +(/n)(μ-.- m i)
（7）
修止函数，和u，，它们的初值和终值间没有跃既变。经证明这种处理方法和其他两种常用的处理阶跃函数的方祛的效果是相同的。此线性函数的应用是已经过填补处理的数据，复数的相位不是唯一的。在校系统中，规定，的取值范围是一元-~π，在此规定下，当，取边界值一元或元时，就会联变。为了消除这种既变,用2元十wm计算相位(为正整数，且随频率的增加而变大），这样“就会连续，而不会跃变。对大部分传感器，这样计算的相频曲线，除)α0外都基平滑的。当）0时，相位有时会既变2允的整数倍。对数率斓应精对平坦的传感器，上面所述计算相位的方法很好。但是，如果相赖响应剧烈的振荡，或幅频响应约等于0时，就会有2元的相位不定度。
8不确定度的评定
8, 1 不确定度来题
有几种不确定度闲素影响到二级校准的推确度和重复性。不确定度因素包括对RS的一级校准和SUT放置位置的变化，以及波形记录和数字处理中的不确定度形成了二级校准结果的不确定度。传感器重新安装进行校的重复性不及传感器固定不变进行校推的重复性。把传感器再次固定在试块表面不可避免会产生偏差。在二级校谁过程中，应特别注意并尽可能减小下列因素：转感器表面的不平整！
试块表面的小毛刺：
耦合层中的灰尘,耦合剂过黏；
传感器压紧力的大小和作用位置的偏差。由于采集的波形只有55s，这样会产生截断不确定度。SUT主要对瑞利脉冲很敏感，波形大约持续30s。如果瑞利脉冲在55μs后产生，就不会记录到传感器输出的信号中。对于个响应时间小于30u的传感器来说，不确定渡可以忽酪不讨，但在55s底传感器钙然有猎孕输出时，截断的被形就不能正确的表示实际的传感器响应。估计截断不确定度比较困难。更大的试块可以采集较长时间的波形，但这并不实用。唯一合理的解决方法是限于校准高衰减的传感器。傅立叶变换产生离散的赖率成分.频率间隔约为10kHz。频率小于100kHz的时候，10kHz的频GB/T19801—2005/ISO12714:1999率间隔相对太大，对于具有平滑频率响应的传感器：在1GkHz到100Hz的频段内存在有而的信息，但是狠难在这个题段内保证准确度。在高频段，电子噪声和量化噪声的影响增加。在大于1MHz时，这些影响导致对同一传感器的校准结果会产生若干dB的偏差。因吡，合弹的频谱范围是IUkIIz到1MIIz8.2不确定度的定量评定
幅频响应数据的不确定度川分以下两类：---A型：对多种不同换能器幅频响应的数据进行统计分析得到：B型：由数据采集和处理设备的个体特性差异所引趣。对于二级校准系统，认为A型来自于传感耦合和放大增益的偏差，以及传感器的温度和老化效应。这些效应使传感器幅频啊应的所有数据在95%的置信度下产生约16%的端差。B型出电子骤声，数据采集、滤叠不确定度其他与瞬态采集过程有关的不确定度组成。其影响的大小可以通过选择设备来确定。这些影响使传感器频响应的所有数据增加阅样大小的不确定度。全部增加的不确定度可以表示成设备满量程的一个系数。数字波形记录仅器的提供商应保证仪器在95%的置信度下不确定度不超过满量程的3%。当仪器设置到最佳动态范围时，产生的不确定度可简单表示为仪器采集到的数据最大值的百分比。因此，任何-次衡试产生的幅题响应的不确定度就是这次测试的幅频响应数据最大值的3%。这种计算总体不确定度的方法必须考虑期法和乘法分量。对于所有辐频响应的乘法不确定度值rm可以简化为0.16rm。加法不确定度为0.03x，此处，rrx是给定数据的最大值。U(r）的总不确定度等于这两个分量的平方和的开。U(r,) =[(0. 16rm)* +(0. 03rnx)*]1/2--(0. 026 + 1- 0. 001+.)12
-r.10.026+0.001(rm/rm)27/
U(r)的最小值是16,3%，对于r的最大值。U(rm)的上限取决于 r最低可信值的选择。如果Tm最低可信值是mm，比Tax低20dB，那么U（r）的最大值是35.5%。（J（r）的最大值会因截谢大于Tmim的值而减小。
8. 3以 dB 形式表示的不确定度U的值可以用dB的形式表示：
Um = 20 logt_t tU(rm))
对每次不同的校推和求和使用常数:Urrx)=1,5dB,U(n）=3.8dB9二级校准系统的验证性检测
少使用3个传感器进行校准以使二级校推系统产生复性的校推结果。对每个传感器，95%的频率响应数握必须落在由U所确定的不确定度范愿内至少应有一个传感器的二级校结果与一级校雅结果相·致。此传感器95%的癫率响成数据，质与一级校准数搬在+（U+1.5)不确定度内相-致。10典型的校准结果
图 2 和图 3 表示在三级校准系统中从 SUT 和 RS 中来集到的典型的波形。图 4 和图 5 表示从图 2和图3中数据所获得的校准频率范。图6、图7和图8表示3个传感器的一级校推和二级校准的结果比较。在各个巾，两个曲线的每一条都表示单个的校谁结果。009
记录征的计数
GB/T 19801--2005/ISO 12714:19990
图 2 二级校准系统中参考传感器的波形0
GB/T19801—2005/IS0 12714:1999+
st /间
围3待检传感解的波形，与图2中登考传毒器的被形记录同步00-
记录饮的计数
记录假的计缴
GB/T19801-2005/IS012714:19998
围 4待检传感器的幅频响应曲线，由国2 和图 3 中得出间
GB/T19801—2005/IS0 12714:1999a
2HM 峰
图 5 待捡转感器的相频响应曲线,由围 2 和图 3 中得出o
位/要度
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