NDIS
2109
Методика абсолютной калибровки акустико-эмиссионных
преобразователей методом взаимности.
NDIS 2109-91
Установлено 25 августа 1991г.
Исследовано
Японским обществом неразрушающего контроля.
Методика абсолютной калибровки акустико-эмиссионных
преобразователей методом взаимности.
NDIS 2109-91
Японское общество неразрушающего контроля.
1. Цель.
Этот стандарт определяет методику калибровки абсолютной чувствительности каждого акустико-эмиссионного преобразователя (далее обозначенный как «АЭ преобразователь») средствами метода взаимности с использованием трех АЭ преобразователей одного и того же вида, методику калибровки абсолютной чувствительности произвольного АЭ преобразователя с использованием АЭ преобразователя, передаваемый сигнал каждого из которых был откалиброван ранее, и методику представления результатов калибровки.
2. Описание.
Назначение этого стандарта – внесение нижеперечисленных основных описаний, в дополнение к описанию, изложенному в JIS Z 2300 (японский промышленный стандарт).
(1) калибровка методом взаимности
Такой метод калибровки как абсолютная чувствительность объясняется выполнением электрических измерений передаваемого(выходного) и получаемого(входного) напряжения или тока только на АЭ преобразователях, которые являются реверсивными и настроены так, что они составляют источник и приемник через твердое вещество.
(2) преобразователь обратной величины
Преобразователь, который может быть использован для передачи и приема волны.
(3) калибровка абсолютной чувствительности
Количественное измерение чувствительности получаемого(входного) напряжения и чувствительности передаваемого(выходного) тока АЭ преобразователей.
(4) чувствительность получаемого(входного) напряжения
Коэффициент открытого выходного напряжения АЭ преобразователя служит для получения вертикальной составляющей скорости смещения позиции АЭ преобразователя, когда он не помещен.
(5) чувствительность передаваемого(выходного) тока
Коэффициент вертикальной составляющей скорости в индексной точке входного тока АЭ преобразователя служит для передачи.
(6) индексная точка
Позиция, которая находится на заданном расстоянии в заданном направлении от АЭ преобразователя, служащего для передачи, и служит как исходная точка(точка отсчета) для чувствительности передачи.
(7) параметры взаимности
Коэффициент чувствительности когда АЭ преобразователь, который является взаимным преобразователем и используется для передачи и когда он используется для приема.
(8) сигнал калибровки
Электрический сигнал, который используется для калибровки и состоит из тональной пачки импульсов смодулирован так, что внешние границы одной //квадрат// синусоидальная волна - этот момент перевести заново
(9) калибровка волной Релея (фронтом волны)
В условиях такой калибровки чувствительности волной Релея находится с использованием волны Релея для передачи и приема.
(10) калибровка продольной волной
В условиях такой калибровки чувствительности продольной волной находится с использованием продольной волны для передачи и приема.
(11) первичная калибровка
Калибровка методом взаимности, который проводится в этом случае тремя независимыми парами для передачи и приема сконфигурированы с использованием трех АЭ преобразователей того же самого вида, как и обратные преобразователи.
(12) вторичная калибровка
В условиях такой калибровки чувствительность получаемого(входного) напряжения произвольного АЭ преобразователя находится с использованием АЭ преобразователя, чувствительность тока передачи которого была получена в первичной калибровке.
3. Метод первичной калибровки
Метод первичной калибровки АЭ преобразователя должен состоять из измерений тока передачи и получаемого(входного) напряжения при калибровке волной Релея, тока передачи и получаемого(входного) напряжения при калибровке продольной волной, и определения абсолютной чувствительности. Метод для каждой процедуры описан ниже.
3.1 используемая аппаратура
(1) АЭ преобразователи I, II и III взаимные.
(2) Генератор калибровочного сигнала
(3) Твердое тело
(4) Токовый зонд
(5) Двухлучевой электронный осциллоскоп
3.2 Методики измерений
3.2.1 Метод измерений тока передачи и получаемого(входного) напряжения при калибровке волной Релея.
Как показано на рис.1, три независимых передающих/принимающих пары сконфигурированы по значениям трех АЭ преобразователей. Каждая пара АЭ преобразователей размещена в одной плоскости твердого тела на расстоянии DR[м] друг от друга, и измерения делаются по конфигурации АЭ преобразователей и аппаратуры как показано на рис.2.
Рис.3. Измерение тока передачи и получаемого (входного) напряжения.
Максимальный ток ISR[A] сигнала калибровки, приложенный к каждому АЭ преобразователю, и максимальное напряжение EOR[В] выходного сигнала соответствующего принимающего АЭ преобразователя, когда он получает прямую волну Релея, сгенерированную указанным калибровочным сигналом, измерен и проиллюстрирован на рис.3 на парах АЭ преобразователей, показанных на рис.1, и результаты записываются как показано в Таблице 1.
Таблица 1. Измеренные значения тока передачи и получаемого (входного) напряжения при калибровке волной Релея.
П а р а | Передающий АЭ преобразователь | Измеренное значение | Принимающий АЭ преобразователь | Измеренное значение |
Первая пара | I | ISR (I) = | II | EOR (II) = |
Вторая пара | II | ISR (II) = | III | EOR(III) = |
Третья пара | III | ISR(III) = | I | EOR (I) = |
3.2.2. Метод измерений тока передачи и получаемого(входного) напряжения при калибровке продольной волной.
Как проиллюстрировано на рис.1, три независимых пары передающих/принимающих преобразователей сконфигурированы по значениям трех АЭ преобразователей. В каждой паре, АЭ преобразователи размещаются в плоскостях, параллельных друг другу, на расстоянии DL[м] с их центральными осями, совпадающими друг с другом, и измерениями, выполненными на конфигурации АЭ преобразователей и аппаратуры как показано на рис.4.
Максимальный ток ISL[A] калибровочного сигнала, приложенный к каждому АЭ преобразователю, и максимальное напряжение EOL[В] выходного сигнала соответствующего принимающего АЭ преобразователя, когда он получает прямую продольную волну, сгенерированную указанным калибровочным сигналом, измерен и проиллюстрирован на рис.3 на парах АЭ преобразователей, показанных на рис.1, и результаты записываются как показано в Таблице 2.
Таблица 2. Измеренные значения тока передачи и получаемого (входного) напряжения при калибровке продольной волной.
П а р а | Передающий АЭ преобразователь | Измеренное значение | Принимающий АЭ преобразователь | Измеренное значение |
Первая пара | I | ISL (I) = | II | EOL (II) = |
Вторая пара | II | ISL (II) = | III | EOL(III) = |
Третья пара | III | ISL(III) = | I | EOL (I) = |
3.3. Метод определения абсолютной чувствительности.
3.3.1. Метод определения абсолютной чувствительности при калибровке волной Релея.
Для передающих/принимающих пар, показанных на рис.1, волна Релея чувствительности принимаемого (входного) напряжения MOR(I)[В/(м/с)] АЭ преобразователя I и волна Релея чувствительности тока передачи SSR(I)[(м/с)/A] в индексной точке, которая является позицией принимающего АЭ преобразователя, например, определяется значениям и двух формул (1) и (2), соответственно, используя измеренные значения в таблице 1.
Подобные уравнения составляются для АЭ преобразователей II и III. Здесь HR -- взаимный параметр для волны Релея и получен из уравнения (3).
где
DR -- расстояние [м] между передающим АЭ преобразователем и принимающим
АЭ преобразователем при калибровке волной Релея, f – частота [Гц] калибровочного сигнала, и Е, σ и ρ – модуль Юнга [Н/м2], коэффициент Пуассона и плотность [гм/м3] твердого тела, соответственно. X и Y – константы, зависящие от коэффициента Пуассона для твердого тела и численных значений, показанных в таблице 3.
Таблица 3. Численные значения для констант X и Y.
3.2.2. Метод для определения абсолютной чувствительности при калибровке продольной волной.
Для передающих/принимающих пар, показанных на рис.1, для продольной волны чувствительности принимаемого (входного) напряжения MOL(I)[В/(м/с)] АЭ преобразователя I и продольная волна чувствительности тока передачи SSL(I)[(м/с)/A] в индексной точке, которая является позицией принимающего АЭ преобразователя, например, определяется значениям и двух формул (4) и (5), соответственно, используя измеренные значения в таблице 2.
Подобные уравнения составляются для АЭ преобразователей II и III. Здесь HL -- взаимный параметр для продольной волны и получен из уравнения (6).
DL -- расстояние [м] между передающим АЭ преобразователем и принимающим
АЭ преобразователем при калибровке продольной волной, f – частота [Гц] калибровочного сигнала, и Е, σ и ρ – модуль Юнга [Н/м2], коэффициент Пуассона и плотность [гм/м3] твердого тела, соответственно.
4. Метод вторичной калибровки.
Метод вторичной калибровки преобразователей описана ниже
4.1 Используемая аппаратура
(1) АЭ преобразователи, которые будут откалиброваны.
(2) Один АЭ преобразователь, чувствительность тока передачи которого была откалибрована при первичной калибровке
(3) Генератор калибровочного сигнала
(4) Твердое тело
(5) Токовый зонд
(6) Двухлучевой электронный осциллоскоп
4.2 Методы измерений
4.2.1 Метод измерения тока передачи и получаемого (входного) напряжения при калибровке волной Релея.
АЭ преобразователь, чувствительность тока передачи которого была получена при первичной калибровке, используется для передачи, и АЭ преобразователь, который требуется откалибровать, используется для приема, и они размещаются в одной плоскости твердого тела на расстоянии DR [м] друг от друга. Измерения производятся по конфигурации АЭ преобразователей и аппаратуры как показано на рис.2.
Максимальный ток ISR’ [А] калибровочного сигнала, приложенный к передающему АЭ преобразователю, и максимальное получаемое (входное) напряжение EOR’[В] принимающего АЭ преобразователя, когда он получает волну Релея, сгенерированную указанным калибровочным сигналом, измерен и проиллюстрирован на рис.3
4.2.2 Метод измерения тока передачи и получаемого (входного) напряжения при калибровке продольной волной.
АЭ преобразователь, чувствительность тока передачи которого была получена при первичной калибровке, используется для передачи, и АЭ преобразователь, который требуется откалибровать, используется для приема, и они размещаются каждый в параллельных плоскостях твердого тела на расстоянии DL [м] друг от друга, с их центральными осями, совпадающими друг с другом. Измерения выполнены на конфигурации АЭ преобразователей и аппаратуры как показано на рис.4.
Максимальный ток ISL’ [А] калибровочного сигнала, приложенный к передающему АЭ преобразователю, и максимальное получаемое (входное) напряжение EOL’[В] принимающего АЭ преобразователя, когда он получает продольную волну, сгенерированную указанным калибровочным сигналом, измерен и проиллюстрирован на рис.3
4.3 Метод определения абсолютной чувствительности.
4.3.1 Метод определения абсолютной чувствительности при калибровке волной Релея.
Для волны Релея чувствительность принимаемого (входного) напряжения MOR(I)[В/(м/с)] АЭ преобразователя определяется формулой (7).
где SSR -- чувствительность тока передачи волны Релея [(м/с)/A], полученная при первичной калибровке АЭ преобразователя, используемого для передачи.
4.3.2 Метод определения абсолютной чувствительности при калибровке продольной волной.
Для продольной волны чувствительность MOR(I)[В/(м/с)] АЭ преобразователя, который будет откалиброван, определяется по формуле (8)
где SSL -- чувствительность тока передачи продольной волны [(м/с)/A], полученная при первичной калибровке АЭ преобразователя, используемого для передачи.
5. Методика представления результатов калибровки.
Результаты калибровки должны быть представлены как показано ниже.
5.1 Методика представления частотных характеристик абсолютной чувствительности.
Первичная и вторичная калибровки выполнены на различных частотах в равных интервалах Δf[Гц], покрывающих целевую частотную полосу и частотные характеристики полученной абсолютной чувствительности. Интервал калибровочной частоты Δf[Гц] задан, корреляция с длительностью T[с] калибровочного сигнала (обращайтесь к рис.3), удовлетворяет уравнению (9).
Частотные характеристики абсолютной чувствительности представляются графически частотой калибровки по абсциссе (линейная шкала) и абсолютной чувствительностью по ординате (линейная шкала), как показано на рис.5. Однако, ордината может иметь логарифмическую шкалу для??времени жизни??
5.2 Представление результатов калибровки.
(1) Дата калибровки
(2) Имя калибровщика
(3) Метод калибровки (первичная калибровка или вторичная калибровка)
(4) Используемая аппаратура
(5) Параметры калибровки
(а) Материал и линейные размеры твердого тела
(б) Дистанция между передающим и принимающим АЭ преобразователем (DR или. DL)
(в) Длительность калибровочного сигнала (Т)
(г) Давление поверхности контакта и контактирующая среда
(6) Частотная характеристика и абсолютная чувствительность
Калибровка волной Релея или продольной волной
Частота
Рис.5. Метод представления частотных характеристик чувствительности.
Стандартный метод первичной и вторичной калибровок Акустико-эмиссионных преобразователей --- Пояснение.
I Forward
Этот стандарт предназначен для стандартизации метода абсолютной калибровки акустико-эмиссионных (далее обозначено как «АЭ») преобразователей.
Тестовое АЭ оборудования, представляющего собой предусилитель, главный усилитель и главный сигнальный процессор, может быть измерено электронными значениями. Однако, точный метод калибровки чувствительности «АЭ» преобразователей не был описан ранее. Следовательно, суммарные характеристики используемого тестового оборудования не точные, и возникает ситуация, что АЭ измерения выполняются на нестандартной базе измерительного персонала. Это означает, что не определено взаимное сравнение между данными, полученными от различного оборудования, не только начальный пункт (точка) количественной оценки АЭ.
В ультразвуковом тестировании можно выполнять калибровку общей (полной, абсолютной, суммарной) чувствительности передачи и приема, используя отражающее покрытие источника как представление, каждая из характеристик образца которого неизвестна. И обратно, в АЭ методе калибровки абсолютную чувствительность АЭ преобразователей неизбежно улучшить достоверность АЭ теста, фиксируя суммарные характеристики тестового АЭ оборудования, потому что АЭ преобразователь обычно используется как приемник АЭ волны.
В прошлом, измерения выхода преобразователя по механическому звуку источника, такому как электрическая искра, падающий металлический шар, разлом карандаша или струя песка были предложены как метод изучения характеристик АЭ преобразователей (литература 1). Однако, по значениям этих методов было сложно получить чувствительность АЭ преобразователей, потому что характеристики источника звука не точные и воспроизводимость звука неэффективна.
Самый сложный пункт представления чувствительности калибровки АЭ преобразователя это то, что метод калибровки, использованный в акустическом поле в воздухе или воде непригоден когда АЭ волны распространяются в твердом теле. Когда собираются проводить калибровку методом взаимности по значениям в твердом теле, при подготовке сталкиваются со следующими проблемами:
(1) В случае твердого тела необходимо обратить внимание на различные режимы фактического обнаружения АЭ волны, отличной от продольной волны, пока достаточно??заботы?? о продольной волне в случае газообразного тела
(2) Необходимо заново вывести параметры взаимности в способах калибровки
(3) Характеристики чувствительности акустического давления становятся строгими, потому что преобразователь прикрепляется к свободной поверхности тела в случае твердого тела, в то время как преобразователь размещен внутри тела в случае текучей среды.
Основываясь на вышесказанном, признается важность стандартизации метода калибровки для АЭ преобразователя. Калибровка методом взаимности была разработана для того, чтобы справиться с проблемами, описанными выше. (литература 2 и 3), и NDIS 2109 «Методика абсолютной калибровки акустико-эмиссионных
преобразователей методом взаимности» была установлена японским обществом неразрушающего контроля (литература 4 и 5). В первичной калибровке, описанной в этом стандарте, подготовлены три АЭ преобразователя, и три независимых передающих/принимающих пары настроены через твердое тело. Измерения напряжения или тока передача и приема выполнены на каждой паре, и чувствительность каждого преобразователя к волне Релея или продольной волне определена методом взаимности.
После того, как взаимный параметр метода, который является субъектом калибровки, был посчитан, источник механического звука или стандартный преобразователь необходимо использовать как эталон для сравнения. Следовательно, такая эксплуатационная характеристика как абсолютная чувствительность определяется в некотором роде только электрическими измерениями.
Если абсолютная чувствительность получена однажды калибровкой по методу взаимности, абсолютная чувствительность произвольного преобразователя может быть откалибрована относительно простой процедурой с использованием преобразователя с известной абсолютной чувствительностью в качестве эталона преобразователя для передачи или приема. Во вторичной калибровке по этому стандарту, установлен метод калибровки с использованием стандартного АЭ преобразователя, чувствительность тока передачи которого была откалибрована в первичной калибровке.
В реальных АЭ измерениях, АЭ волны различных режимах соответствующих форме и размеру объекта, позиционная корреляция между АЭ источником и АЭ преобразователем, и т. д. входит в преобразователь в различных направлениях. Чтобы выполнить калибровку чувствительности ко всему, падающих волн транслируется слишком много, следовательно характеристики АЭ преобразователя, представленные в этом стандарте чувствительностью к продольной волне, могут быть поняты как основные характеристики АЭ преобразователя, и чувствительность к волне Релея, в которой преобразователь хорошо обнаруживает вырез.
II Соответствие другим стандартам.
В С. Ш.А. предложен такой метод калибровки, в котором сгенерированная треснувшим стеклом пульсирующая волна на поверхности твердого тела применяется как источник звука и вторичный стандартный преобразователь, который откалиброван емкостным типом сдвигового преобразователя, используемым как эталон для сравнения (литература 7). На этой поверхности пульсирующий метод, теоретическое значение сдвига по волне Релея вычисляется на основании теории Лэмба (литература 8), используется для получения взаимного параметра при калибровке методом взаимности. Следовательно, это является общими теоретическими основами в описанных выше методах калибровки.
Round robin эксперимент для калибровки преобразователя был получен в сотрудничестве Японии и С. Ш.А. и хорошая корреляция была найдена между двумя результатами калибровок (литература 9). Если сложно выполнить калибровку методом взаимности по этому стандарту, то могут использоваться результаты метода пульсирующей поверхности.
III Пояснение
1. Использованная аппаратура.
В измерениях получаемого напряжения, различие между волной, которая является субъектом измерений и другой sprious волной основываются на различии между временем поступления обеих волн. Большие размеры тела являются причиной длительного времени различия, следовательно длительность Т калибровочного сигнала может быть установлена больше.
Как правило, тело должно иметь плотность и коэффициент эластичности близкий к тему, который имеет реальный субъект АЭ измерений. В этом стандарте, кованная сталь принимается как стандартный материал. В Пояснительной Таблице 1, примеры измерений и установка расстояния Т калибровочного сигнала показаны для цилиндрического твердого тела.
Пояснительная Таблица 1. Примеры измерений твердого тела и установка расстояния Т калибровочного сигнала.
Чувствительность преобразователя может иногда сильно меняться в зависимости от способа расположения и контактирующей среды. Давление поверхности контакта преобразователя не должно быть менее 0.1 МПа и промышленное масло или глицерин используются как связующее вещество в контакте с преобразователем.
2. Методы измерений.
2.1 Метод измерения тока передачи и принимаемого (входного) напряжения при калибровке волной Релея.
Между передающим АЭ преобразователем и принимающим АЭ преобразователем устанавливается такое расстояние DR [м], что позиция каждого АЭ преобразователя находится в отдельной области сопряженного преобразователя. Направленное расстояние должно удовлетворять следующему уравнению на всех калибровочных частотах f [Гц]:
где d – диаметр[м] АЭ преобразователя, VR – скорость распространения [м/с] волны Релея.
2.2 Метод измерения тока передачи и принимаемого (входного) напряжения при калибровке продольной волной.
Между передающим АЭ преобразователем и принимающим АЭ преобразователем устанавливается такое расстояние DL [м], что позиция каждого АЭ преобразователя находится в отдельной области сопряженного преобразователя. Направленное расстояние должно удовлетворять следующему уравнению на всех калибровочных частотах f [Гц]:
де d – диаметр[м] АЭ преобразователя, VL – скорость распространения [м/с] продольной волны.
В методе измерений используется осциллоскоп как основной прибор для отображения измерений напряжения и тока. Более высокую точность можно получить при использовании амплитудного вольтметра, оснащенного временным селектором или высокоскоростным АЦП.
3. Метод вторичной калибровки.
Вторичная калибровка АЭ преобразователя, чувствительность тока передачи которого была получена в первичной калибровке и используется для чувствительности передачи и приема произвольного АЭ преобразователя, применяется для определения чувствительности передачи и приема произвольного АЭ преобразователя. Эта калибровка применима для калибровки АЭ преобразователей со встроенным предварительным усилителем, который трудно использовать для передачи, АЭ преобразователей разного вида, или многих АЭ преобразователей.
4. Метод представления результатов калибровки.
Результаты калибровки должны быть представлены так, что частотные характеристики абсолютной чувствительности получены и затем нанесены на график.
