GB/T39849-2021
无损检测仪器超声衍射声时检测仪性能测试方法
Non-destructivetestinginstruments—Ultrasonictime-of-flightdiffractioninstrument—Methodsofperformancetests
- 中国标准分类号（CCS）N77
- 国际标准分类号（ICS）19.100
- 实施日期2022-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数13页
- 文件大小1.26M
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无损检测仪器超声衍射声时检测仪性能测试方法
国家标准 GB/T39849一2021 无损检测仪器超声衍射声时检测仪 性能测试方法 No-destructivetestinginstrumemts一Ultrasomictime-of-flightdiffraetiom instrument一Methodsofperformmancetests 2021-03-09发布 2022-04-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/39849一2021 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由机械工业联合会提出
本标准由全国试验机标准化技术委员会(SAC/TC122)归口
本标准起草单位:爱德森(厦门)电子有限公司、科学院金属研究所、科学院声学研究所、武 汉中科创新技术股份有限公司、辽宁仪表研究所、广东汕头超声电子股份有限公司超声仪器分公司、中 国铁道科学研究院、北京中研国辰测控技术有限公司、国核电站运行服务技术公司、汕头市超声仪器研 究所有限公司
本标准主要起草人:林俊明、蔡桂喜、沈建中、王子成、王琳、陈伟黄凤英,赵晋成、叶琛、陈和坤
GB/39849一2021 无损检测仪器超声衍射声时检测仪 性能测试方法 范围 本标准规定了超声衍射声时检测仪的性能测试方法
本标准适用于超声衍射声时检测仪
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T12604.1无损检测术语超声检测 术语和定义 GB/T12604.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 采样率 samplingrate 在对模拟信号作模数转换时,在单位时间里采集的样本个数
注:采样率单位等同于频率的单位赫兹(Hz)
3.2 超声衍射声时 ultrasonictime-of-flightdiffraction;UTOFD 超声衍射声波的传播时间
3.3 超声衍射声时检测仪 UTOFDinstrument 声时仪 通过检测缺陷两个端头的超声衍射声时和计算它们的时差来实现无损检测的仪器
3.4 声时仪采样率 UTOFDinstrumentsamplingrate 声时仪硬件实际能够达到的最高的一次采样率
3.5 采样精度 samplingaccuraey 位深 声时仪将模拟信号样本的幅度数字化时所能达到的精度 注采样精度常用模数量化所用的二进制数的位数表示,单位为位(bit)
位数越大,采样精度越高
3.6 采集深度coleetion depth 存储深度 声时仪采集模拟信号时,一次实时采集所能存储的采样数据点的点数
GB/T39849一202 注:采集深度单位为千点
3.7 时间窗长度 timewindowslength 以矩形窗为基准,窗内所包含的采样数据点的点数
3.8 响应时间responsetime 从检测直到显示屏显示一幅80%比率的瞬时回波所需的时间
3.9 有效增益范围 dymamicrange 声时仪能够显示的最大信号幅度与最小信号幅度之比
最小信号幅度受系统噪声的限制,最大信 号幅度受放大器饱和的限制
3.10 串扰抑制 ero5-talkdampingduringtransmission 当声时仪置于双晶探头工作方式(发射器和接收器分开)时,在发射脉冲传送过程中,从发射器输出 端到接收器输人端的能量泄漏抑制量
测试方法 4.1测试条件 声时仪应在下列条件下进行测试， 环境温度20C士5C; a 相对湿度45%一75% b 交流供电电压为220V,误差为士2% c 交流供电频率为50Hz,误差为士1HHz; d 直流供电电压,误差为额定值的士1%; e 应避免外电磁场干扰 f 通风良好 g 避免阳光直射
h) 4.2仪器设备 所用电子仪器的性能及其稳定性应满足检测要求
采用下列主要仪器设备 带宽不小于100MHa的示波器
a b 阻值为50Q和75Q,最大允许相对误差为士1%的无感电阻
c 步进1dB,总衰减量100dB输出阻抗50Q的标准哀减器,当信号频率在15MHz以内时,任 意10dB范围的累积误差应在士0.3dB以内
d 以下两种发生器任选一种 1 -台任意波形发生器; 22 两台脉冲信号发生器,带有外部触发或选通闸门,能输出两个门控的正弦射频信号串,这 两个信号的幅度应能单独调整,调整范围应达到20dB
注:如果使用两台脉冲信号发生器,采用合适的匹配电路,使这两台信号发生器的输出合并为一路检测信号
保护电路,其示例如图1所示
e fD 数字计时器,能够在1000个(可调)触发脉冲后产生一个溢出脉冲,同时,能够测量两个相邻 溢出脉冲的间隔时间,准确到士0.01%
GB/39849一2021 g阻抗分析仪
h)环境试验箱
i)试块
在将示波器和(或)信号发生器连接到声时仪的发射器之前,应考虑是否接人保护电路(见图1)以 防止测试仪器被高发射电压击坏 Bo 说明 接信号发生器 2 接声时仪 硅开关二极管 D D 硅开关二极管
图 防止设备受发射脉冲损坏的保护电路 4.3性能测试 4.3.1频带宽度 按图2所示的连接方式,将输人信号连接到声时仪的接收端,并设置为双探头工作
校准衰碱器
调整超声仪器的输人信号达到士1V峰-峰值
依次选择各工作频段,分别测量它们各自的频带宽度
对每个选定的工作频段,在0.1MHz 5MHz范围内改变输人信号的频率,观察声时仪的输出
搜寻声时仪输出达到最大时的频率
在搜 寻时,应同时调整衰减器,使声时仪显示的输出信号幅度不溢出屏幕
并随时检查示波器,从示波器上 的显示确认输人信号幅度保持恒定
在声时仪输出达到最大的频率f.,调整衰减器使显示幅度达到 声时仪全屏幅度的80%
记录此频率f以及衰减器的值
将衰减器值减少3dB
以小于标称频带宽度5%的增量,依次从fm,分别增加和减少频率,并观测 声时仪显示的信号,当其恢复到全屏幅度的80%时,分别记录下所对应的上限频率值f
和下限频率值 f(一3dB点)
再次确认输人信号是恒定的
该工作频段的中心频率
按式(1)计算 f
=、.又 式中 -中心频率,单位为赫兹(Hz). f
上限频率,单位为赫兹(Hz); 下限频率,单位为赫兹(Hz)
该工作频段的频带宽度f在一3dB点之间)按式(2)计算 /=f一 (
GB/T39849一2021 式中 -频带宽度,单位为赫兹(Hz) A 上限频率,单位为赫兹(Hz) f
下限频率,单位为赫兹(Hz)
43.2有效增益范围 按图2所示的连接方式,门控射频信号发生器产生一组10个周期的测试信号,如图3所示
测试 点为每一个频带的中心频率f.,将声时仪的衰减器设置到最小增益,提高输人信号幅度直至信号出现 饱和或显示的幅度达到声时仪全屏幅度的100%
用示波器测量输人信号的电压Vm测量时要考虑 外部标准衰减器的设置，一般设置为0dB),记录增益值 20dB-30dB 说明: -声时仪; 10 触发; -固定衰减器 开始" 1l 输出端 12 停止; 13 输人端" 内部计时器; 可变射频信号衰减器; 14 100MHz带宽示波器; 15 时基触发; 终端匹配器" 门控射频信号发生器 16 Y输人; -闸门; 17 示波器探头(100MHz) -脉冲发生器; 注1:仅在测试时间相关增益曲线、数字采样误差和声时仪的响应时间时才需要内部计时器
注2;仅在声时仪和测试设备阻抗不匹配时才需要终端匹配器
图2设备的通用连接方式
GB/39849一2021 图3采用通用的设备连接方式产生的检测波形 将声时仪的增益调整到最大值
如果噪声电平大于全屏幅度的5%,减少增益,直至噪声电平幅度为全屏幅度的5%
调整输人信 号幅度使声时仪显示的信号幅度达到声时仪全屏幅度的10%
用示波器测量输人信号的电压Va(测 量时应考虑外部标准衰减器的设置,通常设置为40dB50dB),记录增益值
如果门控信号发生器不能提供足够低的电压,应将声时仪重新设置到大于最小增益20dB的电平 并对测量结果作必要的修正
有效增益范围按式(3)计算 V G=20lg Vmim 式中 Gm -有效增益范围,单位为分贝dB); V -输人信号的电压,单位为伏特(V); Vmax -输人信号的电压,单位为伏特(V). Vmin 如果V低于等效输人噪声Vm,有效增益范围G按式(4)计算 GD=20lg
式中: G 有效增益范围,单位为分贝(dB); V -输人信号的电压,单位为伏特(V); m Va 等效输人噪声,单位为伏特(V). 4.3.3时基线性误差 通过信号发生器提供1l1个等间距的正弦波脉冲串与其在声时仪时基线上所指示的各信号所在位 置对应的刻度值相比较,测量声时仪的时基线性
采用图2所示的仪器配置方式,使其产生一个如图4所示的具有1个等间距的正弦波脉冲申检测 信号
选择一个适当的频带并将检测信号的载波频率设定为中心颗率.,将声时仪的衰减器设置在中 间值并调整外部标准哀减器和信号发生器输出的信号幅度,使声时仪显示的测试信号幅度为全屏幅度 调整测试信号的延时,使第三个信号的前沿对准时基线全屏宽度的20%,第九个信号的前沿 的80%
对准时基线全屏宽度的80%
记录其余九个信号前沿的偏差值
在水平基线范围各挡的中间位置重复进行测量.
GB/T39849一202 一一一一++一一一一一+ 说明: 发射脉冲 -测试信号
图4用于检测时基线性的信号时序图 4.3.4垂直线性误差 使用外部标准衰减器通过改变输人信号幅度并观测和记录声时仪显示信号幅度的变化情况,检测 声时仪显示屏的垂直线性误差
在开始检测时,记录增益的初始设定值
以给定的间隔从全屏幅度的0dB-26dB检查垂直线性
在每个频带的中心频率f
上重复进行检测
采用图2所示的仪器配置方式,将外部标准衰减器设置到2dB,并调节声时仪输人信号的幅度和 增益,使该信号的幅度为全屏幅度的80%
在不改变声时仪增益的情况下,将外部标准衰减器设置到表1所列的设定值
对应每一个设定值 测量声时仪显示屏的信号幅度
表1垂直线性的理论和允差值 外部标准衰减器设定值 所显示信号幅度的理论值(全屏幅度的百分比 允差值(全屏幅度的百分比 % dB % 90 8892 S 基准线 80 64 6266 50 4852 40 3842 12 25 2327 14 20 1822 8l12 20 1o 26
GB/39849一2021 4.3.5等效输入噪声 采用图2所示的仪器配置方式,并将声时仪置于双晶探头工作方式
对应每个频率范围,采用每个 频带中心频率f
的输人信号,测量下述的等效输人噪声
将声时仪的增益设置到最大值,断开输人信号,记录声时仪显示屏上的噪声电平(取均方根值) 把增益降低40dB,重新接通输人信号
调整经过校准的外部标准衰减器和(或)输人信号电平直 至漂移的射频信号电平与上述噪声电平幅度相同
用示波器测量输人信号的峰-峰电压V.和经过校准 的外部衰减器的衰减量S
按式(5)计算等效输人噪声Vm: V 10 按式(6)计算每平方根带宽的噪声: 6 nn 式中: V 等效输人噪声,单位为伏特(V); 输人信号的峰-峰电压,单位为伏特(V) V 经过校准的外部衰减器的衰减量,单位为分贝(dB); -每平方根带宽的噪声,单位为伏每二分之一次方赫兹(V/H'"); 川m 上限频率,单位为赫兹(H2): -下限频率,单位为赫兹(Hz)
f f与f
测量方法见4.3.1
4.3.6发射脉冲电压幅值、发射脉冲上升时间、发射脉冲持续时间、发射脉冲反冲幅度 将声时仪置于双晶探头工作方式,把示波器连接到声时仪的发射端
将脉冲重复频率设置到最大,给发射输出插座连接一个50Q无感电阻
用示波器测量发射脉冲电 压Va
如图5所示测量发射脉冲上升时间,,发射脉冲持续时间，和发射脉冲反冲幅度V 在每个发射强度设定值和(或)脉冲频率设定值、最大及最小阻尼挡位重复进行测量
对示波器屏幕上显示清晰波形的最小脉冲重复频率进行重复测试
GB/T39849一202 10%6 90% 二 100% n)尖脉冲s 10% 90% 00% 单极性方波脉冲 0% 90% ==三 100% 双极性方波脉冲 说明 -发射脉冲上升时间 发射脉冲持续时间; d 发射脉冲回响幅度
图5需要测量的发射脉冲参数
GB/39849一2021 4.3.7串扰抑制 在发射器输出端和接收器输人端接50Q的电阻,声时仪设置在双晶探头工作方式
用示波器测量 发射器输出端的峰-峰值电压Va(见4.3.6)和接收输人端的峰-峰值电压VE,如图6所示
R 0n 50a 说明 -探头,l0pF士4pF 图6通道间串扰抑制测量装置的连接方式 这两个电压比的对数值规定为发射过程中的通道间串扰抑制D.,按式(7)计算
Vs D,=20lg 7) V 式中 D. -串扰抑制,单位为分贝dB); 输出端的峰-峰值电压,单位为伏特(V5 Vs 接收输人端的峰-峰值电压,单位为伏特(V) V 4.3.8发射脉冲重复频率 把声时仪置于双晶探头工作方式,将示波器连接到声时仪的发射端
在不同脉冲重复频率的每个设定值下,用示波器测量发射脉冲的重复频率
若声时仪的控制器有 多种组合挡位且组合挡位的脉冲重复频率(通常指范围和脉冲重复频率)相同时.仅需要检测其中一个 组合挡位
对于带有脉冲重复频率连续可调控制器的声时仪,应从制造商给出的产品技术要求中选择 一个设定值进行检测
4.3.9声时仪采样率 测量仪器;任意波形信号发生器(输出的最高频率大于声时仪的采样率的1/4)、衰减器、200MHz 数字示波器,通用计算机
计算机配有含锯齿波波形分析的波形分析软件
将任意波形信号发生器的输出经过衰减器连接到被测声时仪的接收电路输人端即探头接口),将 被测声时仪的输出端连接到数字示波器的输人端,并且将声时仪的数字信号输出到计算机
如果声时
GB/T39849一202 仪的采样率是可调的,应将声时仪的采样率指示调节到最大采样率 设置任意波形信号发生器输出锯齿波,输出幅度置于合适挡,其周期根据声时仪产品规范中给出的最高 实时采样率适当选取
调节衰减器和声时仪的放大率,使输出到个人计算机的声时仪的输出波形具有适当 值,即足够大而又不超过最大限值
调节示波器显示一个周期以上锯齿波信号,垂直幅度约占满屏幕80%
测量示波器显示的锯齿波信号的周期T,由分析软件自动完成一个周期锯齿波内的采样点数的计 数,获得采样点数N
根据式(8)计算出最高实时采样率fm /max= 式中 最高实时采样率,单位为赫兹(Hz); fms 被测信号一个周期的采样点个数; 被测信号的周期,单位为秒(s) 注:本测试不能区分声时仪内部是否进行了插值
4.3.10采样精度 刮量仪器及其连接方式参见439. 调节就减器和声时仪的放大率,使输出到计算机的数值有一部分溢出
检测被形数据数值最大值 是否等于或接近2"一1(n为产品规范中给出的采样精度的位数),若数据中有满足条件的数值,则表明 采样精度为n
4.3.11采集深度 测量仅器及其连接方式参见4.39 -次采集到的全部采样点数N.即采集深度 由软件统计声时仪一 4.3.12时间窗长度 测量仪器;正弦波信号发生器(输出的最高频率大于声时仪的采样率的1/4),衰减器,数字示波器 带宽应大于声时仪的采样率》. 将正弦波信号发生器的输出经过哀减器,供给被测声时仪的接收电路输人端(原来接探头的口);将 数字示波器的输人端连接到被测声时仪的输出端
调节正弦波信号发生器输出周期为丁的正弦波
调节被测声时仪的窗口调节,观察测量窗口的长度
4.3.13采样误差 用来渊试声时仪在其带宽内对应最高颜率的信号是否能够正确地在显示屏上显示出来,尤其是份 号幅度是否与时基线范围无关
检测宜在每个频带的检波和射频方式下进行,不宜使用时间相关增益曲线
对影响数字的每个设 定值(例如时基线范围和脉冲重复频率)宜重复逃行本项检测. 将声时仪设置在双晶探头工作方式,采用图2所示的设备配置方式,以产生一个与发射脉冲同步的 检测帽号
将信号的延迟丁调至了,让下
大于发射脉冲后育区
将门们控射频信号发生器的频率调整 为对应频带的上限频率/.,调整信号发生器,使其输出一个单周期的正弦波信号,其幅度为全屏幅度 的80%
利用可变延迟,以很小的增量AT增加延迟T时,增量A丁按式(9)计算 9 - AT=1/10f
10
GB/39849一2021 式中: AT -时间增量,单位为秒(s); 上限频率,单位为赫兹(Hz). 每次增加AT时,测量显示屏上显示的信号幅度
继续增加延迟时间,并测量信号幅度,直至完成 30次即3个波长)测量为止
4.3.14响应时间 测量瞬时回波在声时仪显示屏上以全屏幅度80%显示出来之前,探测到它所需花费的时间
采用图2的设备连接方式,输出一个频率为频带上限截止频率/
的单周期正弦检测信号
将声时 仪增益调至其增益范围的中间值,重复频率调至最大,水平基线范围置于中间值,并调整测试信号幅度 使其为全屏幅度的80%
将信号发生器设置在产生单次尖脉冲模式
在产生一个单个尖脉冲后和产 生下一个单个尖脉冲之前,要求测试装置重新进人工作状态
当测试信号处理好后,声时仪的显示屏应 显示一个为全屏幅度80%的信号 如果没有回波显示,或者信号幅度不在全屏幅度的75%一85%,则设置信号发生器为产生多个尖 脉冲模式,增加发射次数,逐步增加信号发生器测试信号闸门的宽度,直至使该信号幅度达到全屏幅度 -85%为止 的75% 测量从触发测试信号闸门的发射脉冲前沿至尾随测试信号闸门结束端的发射脉冲前沿之间的时间 间隔,即为声时仪的响应时间,如图7所示
说明: -屏幕宽度 -测试信号; -发射脉冲; -测试信号选通闸门 响应时间 -测试信号使能脉冲 图7测量声时仪响应时间的时序图
GB/T39849-2021：无损检测仪器超声衍射声时检测仪性能测试方法
随着科技的不断进步和应用领域的扩大，无损检测技术得到了广泛的应用和推广。超声衍射是一种常见的无损检测方法，而声时检测仪则是其中一种重要的检测工具。为确保声时检测仪的检测精度和可靠性，以及满足更加严格和复杂的检测要求，相关部门于近期发布了新版的性能测试方法标准——GB/T39849-2021。
GB/T39849-2021标准针对声时检测仪的核心性能参数进行了详细的规范和要求，主要包括以下内容：
- 声时检测仪的基本性能参数：包括分辨力、灵敏度、信噪比等，规定了各项参数的测试方法和标准值。
- 声时检测仪的工作环境要求：主要针对温度、湿度、电磁干扰等因素进行了规范和要求，确保检测结果的稳定性和可靠性。
- 声时检测仪的数据处理和输出要求：重点考虑了数据采集、处理和输出的准确性和一致性，以及与其他设备的兼容性。
GB/T39849-2021标准具有以下意义和价值：
- 可以作为无损检测仪器生产厂商进行产品质量控制和管理的重要依据，提高产品的竞争力和市场占有率。
- 可以帮助使用者更加全面地了解声时检测仪的性能和特点，选择更加符合自己需求和期望的产品。
- 可以作为行业内企业开展技术研发和创新的参考依据，推动行业发展和进步。
总之，GB/T39849-2021标准的发布对于促进无损检测技术的发展和规范化具有重要意义。我们相信，在未来的发展过程中，该标准还将不断完善和优化，为广大用户提供更加优质、稳定和可靠的声时检测仪。
