福建省地方计量技术规范

'JJF（闽）1036—2010福建省地方计量技术规范JJF（闽）1036-2010非金属超声波检测仪校准规范CalibrationSpecificationforNon-metallicultrasonicdetector2010-12-10发布　2010-12-10实施福建省质量技术监督局发布-19- JJF（闽）1036—2010非金属超声波检测仪校准规范JJF（闽）1036-2010本规范经福建省质量技术监督局于2010年12月10日批准，并自2010年12月10日起实施。归口单位：福建省质量技术监督局主要起草单位：福建省计量科学技术研究院参加起草单位：北京市康科瑞工程检测技术有限公司本规范由归口单位负责解释-19- JJF（闽）1036—2010本规范主要起草人：徐峰（福建省计量科学技术研究院）李群（福建省计量科学技术研究院）参加起草人：孙刚柱（北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司）徐雅东（北京市康科瑞工程检测技术有限责任公司）-19- JJF（闽）1036—2010目录1范围………………………………………………………………………（1）2引用文献…………………………………………………………………（1）3术语………………………………………………………………………（1）4概述………………………………………………………………………（2）5计量特性…………………………………………………………………（2）5.l声时测量相对误差……………………………………………………（2）5.2幅值测量级线性………………………………………………………（2）5.3径向换能器谐振频率…………………………………………………（2）5.4发射电压幅值稳定度…………………………………………………（2）5.5通道隔离度……………………………………………………………（2）6校准条件…………………………………………………………………（3）6.1环境条件………………………………………………………………（3）6.2标准器及其设备………………………………………………………（3）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……………………………………………………………（10）9复校时间间隔……………………………………………………………（10）10资料性附录……………………………………………………………（11）附录A水中声速变化表…………………………………………………（10）附录B非金属超声波检测仪校准记录（参考格式）……………………（11）附录C校准证书（内页内容）………………………………………………（13）附录D非金属超声波检测仪误差的校准结果不确定度评定（实例）…………………………………………………………………………（14）-19- JJF（闽）1036—2010非金属超声波检测仪校准规范1范围本规范适用于非金属超声波检测分析仪（以下简称超声波检测仪）的校准，带平面测试换能器和圆管径向辐射换能器的非金属超声波检测仪均适用于本规范。2引用文献本规范引用下列文献：GB/T7965—2002《声学水声换能器测量》GB/T12604.1—2005《无损检测术语超声检测》GB/T23900—2009《无损检测材料超声速度测量方法》JJG185-1997《500Hz~1MHz测量水听器》JJG990-2004《声波检测仪检定规程》JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》JJF1071-2000《国家计量校准规范编写规则》CECS21：2000《超声法检测混凝土缺陷技术规程》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术语与定义3.1声时timeoftransmittedsound声波在介质中传播的时间。3.2波幅amplitude超声脉冲波通过介质后，由接收换能器接收，并由超声波检测仪显示的首波信号幅度。3.3衰减attenuation超声脉冲波在混凝土中传播时，随着传播距离的增大，由于散射、吸收和声束扩散等因素引起的声压减弱。3.4主频mainfrequency-19- JJF（闽）1036—2010在被接收的超声脉冲波各频率成分的幅度分布中，幅度最大的频率值。3.5级线性误差Levellinearityerror在规定频率上，指示信号级与期望信号级之差。注：级线性误差用分贝(dB)表示。4概述超声波检测仪是通过向待测试件发射声脉冲，使其穿过试件，然后接收穿过试件后声脉冲信号，并测量声脉冲信号穿过试件的时间、幅值及频率变化等，以完成对待测试件的无损检测。带平面测试换能器的超声波检测仪主要用于检测混凝土强度、内部缺陷、裂缝深度等。带圆管径向辐射换能器的超声波检测仪则主要用于跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性的检测和大体积混凝土的缺陷检测。5计量特性5.l声时测量相对误差5.1.1平面测试换能器电信号测量误差应不大于±0.5%，声信号测量误差应不大于±1.0%.5.1.2圆管径向辐射换能器电信号测量误差应不大于±0.5%，声信号测量误差应不大于±2.0%.5.2幅值测量级线性每10dB误差应不大于±1.5dB，总线性范围不低于产品技术指标要求。5.3圆管径向辐射换能器发射谐振频率径向换能器谐振频率与标称频率的偏差应在±10%范围之内。5.4发射电压幅值稳定度每小时应不大于±5%5.5通道隔离度对于多通道的超声波检测仪，在换能器标称频率处应大于40dB6校准条件6.1环境条件室温：(15～35）℃；-19- JJF（闽）1036—2010水温：(15～25）℃；相对湿度：小于85％RH。6.2标准器及其设备6.2.1信号发生器在测试的频率范围内，能产生连续波信号和猝发音信号。幅值准确度优于0.1dB，谐波失真小于0.5%，测试期间的幅度稳定度优于0.1dB。6.2.2数字示波器采样频率应高于测量频率的8-10倍，最大的允许误差应不大于±0.1%。6.2.3直尺分度值不大于1mm。6.2.4水听器在测量消声水槽自由场区域、声压反射因数和水池环境噪声的过程中，水听器在所要求的测试频率范围内，基本无方向性，采用球形水听器或小型圆柱型水听器（70KHz以下自由场电压灵敏度应大于-190dB），保证信噪比大于30dB，在测试期间的水听器自由场灵敏度的稳定度优于±0.02dB。6.2.5衰减器频率范围DC~30MHz；每10dB误差不超过±0.2dB。6.2.6消声水槽能满足两换能器间距离的远场条件。6.2.7温度计最大允许误差不大于±0.2℃。7校准项目和校准方法7.1校准项目超声波检测仪声学特性的校准项目见表1。表1超声波检测仪校准项目一览表序号项目名称技术指标1声时测量相对误差（电信号方法）±0.5%2平面测试换能器声时测量（声信号方法）±1.0%3圆管径向辐射换能器声时测量（声信号方法）±2.0%4幅值测量级线性±1.5dB-19- JJF（闽）1036—20105圆管径向辐射换能器的发射谐振频率±10%6发射电压幅值稳定度±5%7通道隔离度>40dB7.2校准方法7.2.1声时测量的相对误差（电信号方法）7.2.1.1校准装置如图1所示。超声波检测仪接收发射信号发生器Burst（猝发）输出衰减器或分压电阻图1超声波检测仪声时测量（电信号方法）校准装置示意图7.2.1.2调节信号发生器，使频率调至换能器标称频率，波数为10。调节猝发音延迟每100µs超声波检测仪做一次声时测量，直至超声波检测仪的测量上限，随着延迟时间的增加，可适当减少波数，以使屏幕中的时间可以完全读出。由电信号方法得到的声时测量相对误差应符合5.1要求。误差计算公式如下：(1)式中：T1-------从超声波检测仪上读出的声时，µsT2-------信号发生器的延迟时间，µsL--------电信号的声时误差，%如：500V的发射电压最好应加衰减40dB的衰减器。7.2.2平面测试换能器的声时测量相对误差（声信号方法）7.2.2.1平面测试换能器声时测量校准装置如图2所示。-19- JJF（闽）1036—2010支架发射接收图2平面测试换能器声时测量相对误差（声信号方法）的校准装置示意图7.2.2.2将超声波检测仪的发射和接收换能器用耦合剂相连，确保两个换能器之间没有空气和间隙，或按超声波检测仪说明书要求的方法测量出零声时并予以消除(若模拟式超声波检测仪则取50mm所测声时为其零声时)。将两个换能器的辐射面相互对准，使两个换能器的轴线在同一直线上，以间距为100mm、200mm、300mm、400mm、500mm分别对声时进行测量。测量过程中，应保持整体波形为满屏显示的2/3，空气温度变化应不超过±0.5℃。其声时计算测量值与理论计算值误差不应超过5.1要求。声时理论计算公式如下：t=d/(331.4)（2）式中：331.4-------0℃时空气的声速，m/s；T------空气温度，℃；d-------两换能器之间的距离，m；t-------声时的理论计算值，s。声时误差计算公式如下：(3)式中：T1-------声时实测值，µsT2-------声时理论值，µsL--------平面测试换能器声信号的声时误差，%7.2.3圆管径向辐射换能器的声时测量相对误差（声信号方法）7.2.3.1圆管径向辐射换能器声时测量校准装置如图3所示：-19- JJF（闽）1036—2010径向换能器消声水槽发射接收超声波检测仪图3圆管径向辐射换能器声时测量相对误差（声信号方法）的校准装置示意图7.2.3.2将两个圆管径向辐射换能器保持其轴线相互平行，置于消声水槽同一水平高度，两个换能器内边缘间距先后调节在L1、L2，分别读取相应声时值t1、t2。由超声波检测仪、换能器及其高频电缆所产生的零声时t0应按下式计算：t0=(L1×t2－L2×t1)/(L1－L2)(4)式中：L1、L2及其差值均不小于100mm,L1、L2测量误差应不大于1%7.2.3.3将圆管径向辐射换能器放置于消声水槽并全部浸没于水中，两个换能器应处于同一水平面上，消去零声时后，每60mm测量一次声时，共测量5次。测量过程中水中温度变化应不超过±0.5℃，其声时测量值与理论计算值误差不应超过5.1.2要求。(水中声速见附录A.)声时理论计算公式如下：t=d/v(5)式中：d------两换能器内边缘间距，m；v------水中的声速，m/s；t--------声时的理论计算值，s。声时误差计算公式：(6)式中：T1-------声时实测值，µs；T2-------声时理论值，µs；L--------圆管径向辐射换能器声信号的声时误差，%。7.2.4幅值测量级线性7.2.4.1幅值测量级线性校准装置如图4所示：-19- JJF（闽）1036—2010信号发生器Burst（猝发）输出超声波检测仪接收发射衰减器或分压电阻精密可变衰减器图4幅值测量级线性校准装置示意图7.2.4.2调节信号发生器的频率为换能器的标称频率，信号发生器输出幅度及衰减器调至适当位置。依次按10dB增加或减少衰减器的输出值，每次测量应调节超声波检测仪接收信号为满屏的80%，不少于4次，超声波检测仪幅值测量功能显示的幅值与衰减器改变值之差即为测量级线性的误差。其误差应符合5.2的要求。7.2.5圆管径向辐射换能器的发射谐振频率7.2.5.1校准装置如图5所示：径向换能器水听器消声水槽发射超声波检测仪示波器图5圆管径向辐射换能器的谐振频率校准装置示意图7.2.5.2将超声波检测仪的发射电压、采样频率等参数设置在某一档并保持不变，用水听器接收最大声信号所对应的频率，即为径向换能器的谐振频率。调节示波器至适当位置，将光标调至首波前半个周期的波谷（或波峰），读取声时值t1，再将另一光标调至相邻的波谷（波峰），读取声时值t2，按下式计算出径向换能器的谐振频率fi（有些示波器可自动计算和显示出两个光标间的声时差值和频率值）。测量得到的频率值与标称值之差应符合5.3的要求。-19- JJF（闽）1036—2010fi=1000/(t2－t1)(7)式中：t1------前半个周期的波谷（或波峰）的声时值，µs；t2------与t1相邻的波谷（波峰）的声时值，µs；fi------径向换能器的发射谐振频率，Hz。误差计算公式：(8)式中：f1-------实测频率，kHz；f2-------标称频率，kHz；L--------圆管径向辐射换能器的发射谐振频率误差，%。7.2.6发射电压幅值稳定度7.2.6.1发射电压幅值稳定度校准装置如图6所示：接收发射超声波检测仪负载示波器图6发射电压幅值稳定度校准装置示意图7.2.6.2将超声波检测仪的发射端经负载与示波器相连，调节超声波检测仪的电压，用示波器记录下每一档电压的幅值。每隔15min测量一次，共测量5次，其最大值至最小值相对平均值的幅度变化范围应符合5.4的要求。=(V1＋V2＋V3＋V4＋V5)/5(9)A=(Vmax－Vmin)/(10)式中：------5次测量的平均值，V；Vmax-------电压最大值，V；Vmin-------电压最小值，V；A--------电压稳定度，%。7.2.7多通道超声波检测仪的通道隔离度7.2.7.1多通道超声波检测仪的通道隔离度校准装置如图7所示：-19- JJF（闽）1036—2010超声波检测仪接收2接收1信号发生器Output图7多通道超声波检测仪的通道隔离度校准装置示意图7.2.7.2调节信号发生器的频率为换能器的标称频率，并设置信号发生器的输出为最大，调节超声波检测仪，使通道1增益最大，并且接收的信号为满屏的80%。通道2对地短路，记录下超声波检测仪的幅值A1，A2，通道隔离度应满足5.5的要求。通道隔离度计算公式如下：A=A1-A2(11)式中：A1-----通道1的幅值，dB；A2-----通道2的幅值，dB；A-------通道隔离度，dB。8校准结果表达超声波检测仪经校准后出具校准证书，推荐的校准证书的内页格式见附录B9复校时间间隔超声波检测仪的复校时间间隔建议为一年。然而，复校时间间隔的长短取决于仪器的使用情况（使用部位的重要性、环境条件、使用频率）、使用者、仪器本身质量等诸多因素，因此，客户可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。附录A（资料性附录）水中超声速度随温度的变化-19- JJF（闽）1036—2010温度℃声速温度℃声速m/s×103in/sm/s×103in/s15.01470.657.8920.21483.658.4015.21471.157.9120.41484.158.4215.41471.657.9320.61484.658.4415.61472.157.9520.81485.158.4615.81472.657.9721.01485.658.4816.01473.157.9921.21486.158.5016.21473.658.0121.41486.658.5216.41474.158.0321.61487.158.5416.61474.658.0521.81487.658.5616.81475.158.0722.01488.158.5817.01475.658.0922.21488.658.6017.21476.158.1122.41489.158.6217.41476.658.1322.61489.658.6417.61477.158.1522.81490.158.6617.81477.658.1723.01490.658.6818.01478.158.1923.21491.158.7018.21478.658.2123.41491.658.7218.41479.158.2323.61492.158.7418.61479.658.2523.81492.658.7618.81480.158.2724.01493.158.7819.01480.658.2924.21493.658.8019.21481.158.3124.41494.158.8219.41481.658.3324.61494.658.8419.61482.158.3524.81495.158.8619.81482.658.3725.01495.658.8820.01483.158.38注：引自GB/T23900—2009《无损检测材料超声速度测量方法》附录B（资料性附录）非金属超声波检测仪校准记录（参考格式）-19- JJF（闽）1036—2010表B.1校准证书内页格式共2页第1页1.使用的校准设备名称型号规格检定或校准机构检定或校准证书2.声时测量（声信号）2.1平面测试换能器距离（mm）100200300400500标准值（µs）实测值（µs）误差（%）2.2径向换能器距离（mm）60120180240300标准值（µs）实测值（µs）误差（%）3．声时测量（电信号）延迟（µs）100200300实测值（µs）误差（%）4.径向换能器的谐振频率标称频率（Hz）实测频率（Hz）误差（%）共2页第2页5．幅值测量级线性幅值（dB）100110120130实测值（dB）起始点以上间隔10dB最大误差；6．电压幅值稳定度电压稳定度每小时误差不超过；7.多通道隔离度多通道声波检测仪在换能器标称频率处的隔离度大于；-19- JJF（闽）1036—2010附录D校准证书（内页内容）“非金属超声波检测仪校准证书”内页内容至少包括以下：1、证书编号；2、证书页码；3、校准使用测量设备（名称、设备编号、型号/规格、准确度、证书编号）；4、校准地点；5、环境条件（温度、相对湿度）；6、校准依据（代号、名称）：7、校准数据/结果：附录C（资料性附录）不确定度分析实例-19- JJF（闽）1036—2010非金属超声波检测仪测量结果的评定，主要就是评定平面测试换能器和圆管径向辐射换能器声时测量结果的不确定度。C.1平面测试换能器C.1.1数学模型=t1－d/（331.4）C1式中：----超声波检测仪的声时测量误差，s；t1----超声波检测仪声时测量值，s；d----两换能器之间的距离，m；T----环境温度，℃。式（C1）中，t、d、T之间互为独立，其灵敏系数与方差分别为==－1/（331.4）=-0.0029=(取T=20℃,d=0.1m)C.1.2标准不确定度分量的来源与评定以校准规范中规定的0.1m距离声时测量为例，对超声波检测仪的声时测量误差进行分析。C.1.2.1A类标准不确定度对平面测试换能器的声时值做10次独立重复测量，在超声波检测仪上读取10次显示值。表C.1测量次数12345678910-19- JJF（闽）1036—2010测量值（）291.5291.6292.0291.7291.8291.6291.4291.4291.6291.7根据计算其单次测量实验标准偏差为==0.18µs。C.1.2.2B类标准不确定度1)直尺本身的不确定度为0.1，k=2，则2)测量100mm距离引入的不确定度为0.2mm，k=2，则，分量独立无关，合成不确定度为=3）温度计本身的不确定度为0.2℃，k=2，则℃4）温度测量引入的不确定度为0.2℃，k=2，则℃，分量独立无关，合成不确定度为=0.14℃C.1.3合成标准不确定度以上分量独立无关，所以合成不确定度为C.1.4扩展不确定度取包含因子k=2，则扩展不确定度：-19- JJF（闽）1036—2010C.2径向换能器C.2.1数学模型C2式中：----超声波检测仪的声时测量误差，s；----超声波检测仪声时测量值，s；----声波在水中的声速，m/s；d----两径向换能器的内边缘的间距，m。式（A1）中，、d、之间互为独立，其灵敏系数与方差分别为==－1/=（水中温度参照附录A,这里取25℃时的声速=1495.6m/s）=（取d=0.06m，=1495.6m/s）C.2.2标准的不确定度分量的来源与评定以校准规范中规定0.06m的测量距离为例，对径向换能器在水中的声时测量误差进行分析。C.2.2.1A类标准不确定度对径向换能器的声时值在消声水槽中做10次独立重复测量，在超声波检测仪上读取10次显示值。表C.2测量次数12345678910-19- JJF（闽）1036—2010测量值（）40.240.139.840.340.140.640.440.340.440.5根据计算其单次测量实验标准偏差为==0.23。C.2.2.2B类标准不确定度1)直尺本身的不确定度为0.1m，k=2，则2)测量60mm距离引入的不确定度为0.3mm，k=2，则，分量独立无关，合成不确定度为=取水中的温度25℃时的声速=1495.6m/s，故不确定度分量及温度的不确定度可忽略不计，C.2.3合成标准不确定度以上分量独立无关，所以合成不确定度为C.2.4扩展不确定度取包含因子k=2，则扩展不确定度：-19-'