JJF 1294-2011 超声探伤仪换能器校准规范

JJ卢

中华人民共和国国家计量技术规范

1294—201l

JJF

超声探伤仪换能器校准规范

Calibration

Specification

Detector

forTransducersofUltrasonicFlaw

2011-07—04发布201卜10—04实施

国家质量监督检验检疫总局发布

超声探伤仪换能器

52

校准规范62

i珊1294—2011l

Calibrationfor；l

Specification

TransducersofUItrasonicFlawDetector

本规范经国家质量监督检验检疫总局于2011年7月4日批准，并自

2011年lo月4日起实施。

归口单位：全国声学计量技术委员会

主要起草单位：吉林省计量科学研究院

汕头超声仪器研究所有限公司

参加起草单位：广州市计量检测技术研究院

本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人：

房法成(吉林省计量科学研究院)

闫有余(吉林省计量科学研究院)

王兴雄(汕头超声仪器研究所有限公司)

参加起草人：

韩晓飞(吉林省计量科学研究院)

周长华(广州市计量检测技术研究院)

目录

1范围………………--…-…………1

2引用文献……-…．．l

3术语和计量单位…l

3．1相对脉冲回波灵敏度……………l

3．2斜探头人射点………-………·1

4概述………………1

5计量特性………·2

5．1脉冲宽度……2

5．2中心频率………-……………·…2

5．3相对带宽………-………………2

5．4相对脉冲回波灵敏度……-……-··2

5．5斜探头人射点…·2

5．6斜探头声柬角度………………一2

6校准条件………--………………一2

61环境条件………-………………2

6．2标准器及主要配套设各………一2

7校准项目和校准方法……………3

7．1校准项目………·3

7．2校准方法…………-……………··3

8校准结果表达………6

8．1校准数据处理……·……………·6

8．2校准证书…………6

8．3校准结果的不确定度评定………6

9复校时间间隔……-………………·6

附录A推荐的校准证书内容………·7

附录B校准结果的不确定度评定实例9

JJF1294--2011

超声探伤仪换能器校准规范

范围

本规范规定了A型显示的超声探伤仪换能器(亦称为探头)的计量特性、校准条

件和校准方法。

MHz～15

本规范适用于中心频率在0．5MHz范围内的探头的校准。

2引用文献

本规范引用了下列文献：

JJF

1001一1998通用计量术语及定义

JJF

1034--2005声学计量名词术语及定义

1059

JJF1999测量不确定度评定与表示

GB

3102．7—1993声学的量和单位

GB／T12604．1—2005无损检测术语超声检测

GB／T18694

2002超声检验探头及其声场的表征

EN

12668—2：2001无损检测超声检测设备的眭能与检验第2部分：探头

andverification

(Non-destructiveCharacterizationofultrasonicexamination

testing

2：Probes)

equipment--Part

使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3术语和计量单位

31021001

本规范采用GB7—1993中规定的量和单位。本规范采用JJF1998、

JJF

1034--2005、GB／T]2604．1—2005中界定的以下术语及定义。

echo

3．1相对脉冲回波灵敏度relative

pulsesensitivity

来自指定反射体的放大前回波峰峰值电压与施加到探头上的峰一峰值电压的比值。

注：脉冲发生器／接收器设为单发射／接收方式，相对脉冲回波灵敏度计算公式见武(1)：

最』=2019(Ue／U．)(】)

式中：

S。。——相对脉冲回波旯敏度，dB；

U。——来自指定反射体的放大前回波峰一峰值电压，V；

u。——施加到探头上的峰一峰值电压，v。

index

3．2斜探头入射点angleprobe

声束轴线通过探头底面的点。

注：该点通常用探头侧面的刻度读数表示。

4概述

超声探伤仪换能器是在超声频率范围内将电能转换成机械能和／或将机械能转换成

1

JJF1294--2011

电能的装置。其工作原理是超声换能器的压电晶片接收到一个激励电压，通过压电晶片

的逆压电效应产生超声波在物体中传播，若物体内部存在不连续等变化则产生反射回

波，通过压电晶片的压电效应接收到回波并转化为电信号。

超声探伤仪换能器一般可分为直探头和斜探头。直探头由压电晶片、吸收块、保护

膜和壳体等组成。斜探头由压电晶片、吸收块、斜楔和壳体等组成。

5计量特性

5．1脉冲宽度

脉冲宽度的偏差一般不超过标称值的±10“。

5．2中心频率

中心频率相对标称中心频率的偏差一般不超过±10％。

53相对带宽

相对带宽相对标称值的偏差一般不超过±15％。

54相对脉冲回波灵敏度

相对脉冲回波灵敏度与标称值的偏差一般不超过±3dB。

5．5斜探头入射点

1Tim。

斜探头人射点与标称值偏差一般不超过=1

56斜探头声束角度

频率低于2MHz时，声柬角度与标称值的偏差一般不超过±3。；

频率不低于2MHz对，声束角度与标称值的偏差一般不超过±2。。

注；由于校准无需作出合格与否的判定，田此上连技术指标仅供参考。

6校准条件

6．1环境条件

环境温度：18℃～28℃；

相对湿度：30％--90％。

62标准器及主要配套设备

6．2．1脉冲发生器／接收器

kHz--35

频率范围：0．5MHz；

rls；

上升时间：不大于10

V。

脉冲幅值(空载)：负向脉冲不小于100

6．2．2数字存储示波器或频谱分析系统

频率范围：不小于DC～100MHz；

MHz；

采样率：不小于100

幅值：幅值灵敏度小于每格5mV，测量误差不大于士5％。

6．23标准试块

920土50)m／s和横渡声速为(3

纵波声速为(5

2

JJF1294—2011

探头校准试块(见图3)和半圆柱试块。

注：建议半圆柱试块采用带有不同半径(R)的半圆柱钢质试块。半径R从12mm以√i倍率递

增至200miD．。试块厚度应等于或大于其半径。

7校准项目和校准方法

7．1校准项目

探头的校准项目见表1。

表1探头校准项目一览表

序号校准项目备注

脉冲宽度

中心颇率

相对带宽

相对脉冲回波灵敏度

5斜探头入射点仅适用于斜探头

斜探头声束角度仅适用于斜探头

7．2校准方法

7．21脉冲宽度、中心频率、相对带宽和相对脉冲回波灵敏度

图1测试设备连接示意图

将被测探头与测试设备按图1所示方法连接，使用半圆柱试块，半圆柱面的半径应

大于探头近场长度1．5倍。依据探头出厂时脉冲频率、发射强度、阻抗和增益的设置要

求，设置脉冲发生器的相应参数。

探头近场长度按式(2)计算

N一孥(2)

4c

式中：

N——超声换能器近场长度，mm；

D——换能器晶片直径，mm；

，——换能器中心频率，MHz；

c——媒质中声速，m／s。

3

1294--2011

JJF

探头接触面应平整光滑，在探头与试块之间涂覆适当耦合剂，并施加一定压力以保

证探头与试块之间耦合良好，将探头置于半圆柱试块中心，转动和移动探头使来自试块

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，得到如图2所示的脉

冲波形，读出脉冲幅度为最大峰一峰值的10％处的脉冲波形宽度即为脉冲宽度。

图2典型的脉冲波形示意图

h峰一峰值幅度，L一脉冲宽度

把柱面反射的最大首次回波放在闸门内，闸门最小应设置为脉冲宽度的两倍并对准

脉冲的最大值，用频谱分析或离散傅里叶变换测出频谱。测量出回波频谱下降6dB时

的高低截止频率，根据式(2)及式(3)分别计算得出中心频率，。和相对带宽Af一。

，r

，0一生手丑(3)

‘

，f

o／／oo(4)

afⅢ一生；二且×100

Jo

式中：

，。——中心频率，MHz；

△，蔺——相对带宽；

dB时的高、低截止频率，MHz。

^，^——回波幅度下降6

用示波器测出施加到探头上电压的峰一峰值u。和柱面反射的放大前回波电压的峰一

峰值u。，则可依据式(1)计算出相对脉冲回波灵敏度s小

7．2．2斜探头入射点

将斜探头校准试块替换图1中的半圆柱试块，斜探头接触面应平整光滑，在斜探头

与试块之间涂覆适当耦合剂，并施加一定压力以保证斜探头与试块之间耦合良好。把斜

探头耦合到斜探头校准试块(如图3)的扇形中心位置上，转动和移动探头，使来自半

径为100mm扇形圆柱面的回波最大，这时，对应斜探头校准试块扇形圆柱面中心刻度

线的位置便是斜探头人射点。

d

1294—20ll

JJF

2

图3带有活动标尺的斜探头校准试块

1～磁垫；2与4mm孔相配的两个销钉；3--4mm孔

7．2．3斜探头声束角度

L型标尺(如图4所示)。选用适合于被测探头声束角的标尺，如测45。探头，应选用标

rl_1rll横孔的其中两个

度范围为35。～65。的标尺。用标尺上的两个销钉插入试块上三个4

孔中，把该L型标尺安装到斜探头校准试块上。剩下的一个横孔用作圆柱反射体，用

以测定声束角。标尺的边当作导向探头的直尺用。

7．2．3．2按斜探头入射点校准方法获得入射点位置。

7．2．3．3把探头声束打至4rl_1rll的横孔上，移动探头，使来自横孔的回波最大，此时

读出标尺上探头入射点位置的角度值即为斜探头声束角度。

』

』

』

注：n和d的值参照表2。

图4装在斜探头校准试块上的L型标尺

1294--2011

JJF

裹2L型标尺上的分度值

1号标尺2号标尺3号标尺

角度d角度d角度d

。口。

mmmmnl／B

5434

2．9564．23．6

686．458387．5

701056014．211．5

726220．24215．8

7430．82l_66455127．020．4

76294663484625．3

7843948

472

362

76O7268152424

—

845449．1

566

58648

60740

62844

6496．3

8校准结果表达

8．1校准数据处理

所有的数据应先计算后修约，中心频率、相对带宽保留二位小数，其他校准数据保

留一位小数。

8．2校准证书

超声探伤仪换能器经校准后出具校准证书，校准证书应包括的信息及推荐的校准证

书内页格式见附录A。

8．3校准结果的不确定度评定

超声探伤仪换能器的测量不确定度评定按JJF

评定实例见附录B。

9复校时间间隔

超声探伤仪换能器复校时间间隔建议为1年。然而，复校时间间隔的长短取决于其

使用情况，如环境条件、使用频率、测量对象等，因此，使用单位可根据实际使用情况

自主决定复校的时间间隔。

附录A

推荐的校准证书内容

A．1校准证书至少应包括以下信息：

1．标题：校准证书；

2．实验室名称和地址；

3．进行校准的地点(如果不在实验室内进行校准)；

4．证书或报告编号、页码及总页数；

5送校单位的名称和地址；

6．被校准仪器名称：超声探伤仪换能器；

7．被校准超声探伤仪换能器的制造商、型号规格及编号；

8．校准所使用的计量标准名称及有效期；

9．本规范的名称及编号和对本规范的任何偏离、增加或减少的说明

10．校准时的环境情况；

11．校准项目的校准结果；

12．示值误差校准结果的测量不确定度；

13．校准人签名，核验人签名，批准人签名；

14校准证书签发日期；

15．复校时间间隔的建议；

16．未经校准实验室书面批准，不得部分复制校准证书。

A2推荐的超声探伤仪换能器校准证书的内页格式见表A．1

1294--2011

JJF

寰A．1校准证书的内页格式

校准结果共页第页

1_脉冲宽度：

2中心频率：

3相对带宽：

4．相对脉冲回波灵敏度：

5斜探头入射点：

6斜探头声京角塞：

脉冲发生／接收器设置为

脉冲频率：

发射强度：

阻抗：

增益：

校准结果的不确定度：

校准的环境条件：

温度：——℃相对湿度：——％

1294--2011

JJF

附录B

校准结果的不确定度评定实例

B．1测量方法

将被校准超声探伤仪换能器(以下简称探头)与测试设备连接，使用的半圆柱试

块，半圆柱面的半径应大于探头近场长度1．5倍。设置脉冲发生器上的脉冲频率、发射

强度、阻抗和增益。将探头耦合在试块上，并转动和移动探头使来自试块柱面的一列多

次回波最大，在示波器上找到首次回波并放大，得到脉冲波形，使用示波器测出被测脉

冲幅度为最大峰一峰值的10％处的脉冲波形宽度即为脉冲宽度。

13．2数学模型

L—L。(B．1)

式中：

L——被校探头脉冲宽度；

L。——示波器的读数。

B．3灵敏系数

。一祟一1

oLm

则：“i。I(L)一c·“：d(L。)

B．4A类标准不确定度评定

在正常工作条件下，等精度重复测量6次，测得脉冲宽度分别为718．4ris，698．4ns，

670．812s，690．4ils，694．4ns，697．2ns。其单次实验标准差s(L。)为：

sons

㈣一√喾m

Yis

“(L。1)一s(L。)=15．30

所以，“嘣(L。。)一“(L。1)／694．9=2．20％

B．5B类标准不确定度评定

B．5．1数字存储示波器准确度引起的不确定度分量‰-(L。：)

由上级检定证书可知示波器误差为：一0．60％，按服从均匀分布处理，其覆盖因子

k--厢，故：

Ⅱ村(L。z)一0．60％／J3—0．35％

13．5．2数字存储示波器分辨力引起的不确定度分量‰I(L。。)

示波器的分辨力误差为：o．040％，按服从均匀分布处理，其覆盖因子k=J3，故：

“。l(L。)一o．040％／√i=0．023％

B．6标准不确定度一览表

1294—2011

JJF

表B．1不确定度来源汇总表

序号不确定度来源标准不确定度分量灵敏系数标准不确定度

1重复测量的标准差“。l(L。I)2．20％

2数字存储示渡器准确度引起的不确定度分量“d(Lm)1035％

3数字存储示渡器分辨力引起的不确定度分量“m(L∞3)l0023％

B．7合成标准不确定度

“。H一~，“i。l(L。1)+“k(L。2)+uLI(L。。)一2．23％

R8扩展不确定度

取包含因子k一2，则U州=ku。耐一2×2．23％一4．5蹦。

13．9测量不确定度报告

超声探伤仪换能器脉冲宽度校准结果的测量不确定度为：

U州一4．5％；k一2。