(高清版)GBT 42399.1-2023 无损检测仪器 相控阵超声设备的性能与检验 第1部分：仪器

无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第1部分：仪器国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会IGB/T42399.1—2023/ISO18563-1:2022 V 1 1 1 2 4 4 8 8.1第1组检验需要的测量器具 8.2电池工作时间 8.2.3验收标准 8.3预热后的稳定性 8.3.1检测方法 8.3.2验收标准 8.4相对温度变化的稳定性 8.4.1检测方法 8.4.2验收标准 8.5相对电压变化的稳定性 8.5.1检测方法 8.5.2验收标准 8.6时基偏差 8.6.2检测方法 8.6.3验收标准 8.7发射器 8.7.2脉冲重复频率 Ⅱ8.8接收器 8.8.4动态范围和最大输入电压 208.8.5接收器输入阻抗 218.8.6时间校正增益(TCG) 228.8.7延迟时间分辨率 23 238.8.9信号合成 24 24 24 25 27 8.10.1检测方法 298.10.2验收标准 8.11相控阵超声检测仪的响应时间 8.11.1通则 8.11.2检测方法 8.11.3验收标准 9第2组检验 9.1第2组检验所需的测量器具 9.2物理状态和外观 9.2.1检测方法 9.2.2验收标准 9.3发射器 9.3.3延迟时间线性 9.4接收器 35 35 37 38Ⅲ9.4.6幅度线性 41V 本文件等同采用ISO18563-1:2022《无损检测相控阵超声设备的性能与检验第1部分：仪M1ISO5577无损检测超声检测词汇(Non-destructivetesting—Ultrasonictesting—Vocabula-ISO22232-1无损检测超声检测设备的性能与检验第1部分：仪器(Non-destructivetesting—CharacterizationandverificationofultrasoniISO23243无损检测阵列超声检测词汇(Non-destructivetesting—Ultrasonictestingwith其可同时激活的最大通道数小于仪器通道数并由一个内部多路复用装置控制的相控阵超声检2GB/T42399.1—2023/ISO18图116/64多路复用相控阵检测仪示意图相控阵超声检测仪的时间分辨率timeresolutionoftheultrasonicphasedarrayinstrument未经处理的最大数字化频率的倒数。4符号和缩略语表1中给出的符号和缩略语适用于本文件。表1符号和缩略语及其单位和含义%%串扰衰减中心频率3脉冲重复频率(PRF)一输入信号动态范围%A比例闸门输出驱动的最大电流幅度NQSs增量时间ts延迟时间s距离幅度曲线开始时间s盲区ss距离幅度曲线结束时间s发射脉冲幅度从峰值幅度的10%到90%的上升时间s响应时间s发射器或接收器的延迟时间 s渡越时间V4VV等效输入噪声VVVVV测量模拟闸门输出阻抗时回波信号幅度为FSHVΩ2比例输出的输出阻抗a)符合第7章的规定；b)制造商通过ISO9001质量管理体系认证，或产品获得由有资质的检测机构(如ISO/外形尺寸长(mm)×宽(mm)×高(mm)电源类型包括接线图5表2相控阵超声检测仪规定的技术要求(续)电池工作时间M电池数量和类型MMM池)的范围如需预热，应规定预热时间电池低电压时使仪器性能超出技术要求时的指示形式MV·A(伏特-安培)防护等级例如：限制使用有害物质(RoHS)、爆炸环多通道配置同时激活的通道数及可用的通道数 关键词 声速范围时基范围时基延迟范围可目测的项目M模数转换器的垂直分辨力单位：bit6表2相控阵超声检测仪规定的技术要求(续)M时基偏差M输入/输出回波信号未经检波的输出接口(如射频RF)/或经过检波的输出接口包括接线图包括接线图AC、DC、电压范围、功率(W)电压、功率同步输入/输出 M脉冲电压上升时间M脉冲电压下降时间MM一M发射最大延迟时间MM 7增益控制特性，即增益范围及步进(dB)—M幅度线性M MM发射脉冲后盲区M等效输入噪声M动态范围MM最大延迟时间M时间校正增益(TCG)MMMMM接口类型；8闸门闸门数量 阈值报警例如：阈值、峰值、过零点闸门同步闸门特性阈值、位置、宽度关键词 M闸门渡越时间线性MMM模拟闸门输出对测量信号位置的影响M模拟闸门输出的上升时间M—模拟闸门输出的下降时间M模拟闸门输出的保持时间M9 检验项目电池工作时间时基偏差相控阵超声检测仪的响应时间检验项目发射脉冲电压、脉冲上升时间和脉冲宽度发射脉冲后盲区时间校正增益(TCG)等效输入噪声幅度线性监测闸门闸门幅度的线性闸门渡越时间的线性闸门内信号位置的影响模拟输出上升时间、下降时间、延迟时间和保持时间8第1组检验8.1第1组检验需要的测量器具用来获得所需信息的测量器具应不影响相控阵超声检按照第1组检验方法对相控阵超声检测仪进行检验的测量器具如下：a)具有最小带宽为100MHz的示波器；c)阻值为RA和Rg的无感电阻；d)步进1dB、总衰减量100dB、50Ω的标准衰减器，当信号频率在15MHz(含)以内时，任意f)脉冲发生器，能够产生带有或不带确定延迟的触发脉冲；h)保护电路(见图2);i)阻抗分析仪；j)环境试验箱；k)稳压直流电源(用于检验电池供电相控阵超声检测仪的性能);1)阵列探头(2MHz～6MHz);m)参考试块(例如ISO2400标准规定的1号校准试块),用于产生底面回波。除检测相对温度变化的稳定性(见8.4)项目以外，第1组检验的所有检验项目均使用能产生所要求所用电子测量器具的性能及其稳定性应能满相控阵超声检测仪空载(未连接探头)、仅使用电池(即相控阵超声检测仪应断开主电源)时的电池a)充满电的新电池；b)环境温度：20℃~30℃;d)A扫显示和S扫显示；e)亮度设在中间位置；f)设置脉冲重复频率为1kHz;g)同时激活16个通道；h)10个延迟法则；i)设置脉冲电压为50V;j)设置脉冲宽度为100ns;a)激活相控阵超声检测仪的1个发射通道和1个不同的接收通道。b)采用激活的发射通道的信号触发脉冲发生器。c)将脉冲发生器的输出端连接到信号发生器的触发输入端。126OO□口□□□□O图3预热后稳定性和相对温度变化的稳定性的测试装置e)设置相控阵超声检测仪的时基范围为50mm、声速为5920m/s、全波。f)设置脉冲发生器延迟时间为10μs。g)调整信号发生器，使其产生一个频率在2MHz～6MHz范围内的3个周期脉冲串。h)调整该脉冲信号幅度至100mV峰-峰值。i)调整相控阵超声检测仪的增益，使其显示信号幅度达到FSH的80%。a)信号幅度的变化应不超过FSH的±2%;a)激活相控阵超声检测仪的1个发射通道和1个不同的接收通道；8.4.2验收标准d)设置回波幅度为FSH的80%,调整仪器时基，使回波位于全屏宽度的50%,使声程大于或等00259□□7○GB/T42399.1—2023/ISO18 图4多用途测试装置(续)c)依次将时基调至最小、最大和中间位置。d)对应每个设定值，调整信号发生器触发延迟、相控阵超声检测仪增益及经过校准的衰减器，使在显示屏时基的中间位置获得至少为FSH的80%的显示信号。这一步骤给出了脉冲发生器的时间参考值。e)以不大于屏幕宽度5%的增量，改变脉冲发生器的延迟时间值。f)记录每个延迟设定值，并测量对应相控阵超声检测仪显示屏上显示的回波信号位置(前沿或峰值)的时间。g)对应每个测量值，计算从相控阵超声检测仪上读取的时间与脉冲发生器给出的延迟时间之间的差值。8.6.3验收标准最大偏差应不超过相控阵检测仪的时间分辨率或其屏幕宽度的士0.5%。8.7发射器本条包含了对脉冲重复频率和有效输出阻抗的测试。9.3.2给出了发射电压、上升时间和宽度的检测方法和验收标准。8.7.2脉冲重复频率脉冲重复频率的检测步骤如下：a)连接示波器至相控阵超声检测仪的一个发射端。b)用示波器测量脉冲重复频率，应在技术要求规定的范围内选取10个均匀分布的设定值(其中包括最小值和最大值)进行测量。测出的脉冲重复频率应不超过规定值的±5%。a)在相控阵超声检测仪的发射输出端连接一个50Ω的无感电阻RA,用示波器测量发射脉冲电压VA。c)测量时应采用中等强度的发射脉冲和选取发射脉冲频率的中间值。d)应至少对10%的可用发射通道重复进行测量。 (1)有效输出阻抗应在技术要求规定值的±20%a)选择可同时激活的最大通道数；b)将发射脉冲的幅度调至中间值；c)采用相控阵超声检测仪的同步信号同步示波器(在缺省状态下，可d)将每个通道的发射延迟调为零；g)对应每个通道，测出示波器上的同步信号和脉冲之间的时间tp,测出的延迟时间分辨率为在h)在每个发射通道上重复进行测量。测出的延迟时间分辨率应在制造商技术要求规定的正负一个步进的分辨率范围内。8.8.1通则8.8.2接收器间串扰衰减——所有测量均在50Ω负载下进行(发射器和接收器接50Ω负载);—-激活一个单一的接收器通道。b)采用信号发生器，使在接收器通道1上产生一个频率为5MHz的连续正弦波信号(见图4)。d)将接收器通道1切换为接收器通道2,增加相控阵超声检测仪增益(G₂),使在通道2的信号峰值幅度达到FSH的60%同时保持信号发生器连接到接收器通道1。接收器通道1和接收器通道2之间的串扰衰减由公式(2)计算得出，单位为dB:CT₂,1=G₂-G₁…e)通过切换相控阵超声检测仪激活接收器通道并调节增益进行重复测量。接收器通道1和接收器通道i之间的串扰衰减由公式(3)计算得出：CT;,1=G,一G₁相控阵超声检测仪的串扰衰减应大于制造商技术要求规定值。c)把相控阵超声检测仪设置为单收发模式(连接发射器和接收器),如图5所示进行连接。OO1256□8Oe)将相控阵超声检测仪的增益设置在中间值，调整信号发生器输出电平，使在屏幕最大范围处的信号幅度为全屏幅度的50%,如图6所示。YYf)设置发射电压为最大值的50%,如果可能，将发射脉冲宽度设置为所选测试信号频率对应的发射脉冲后盲区t₁用从发射脉冲前沿到信号幅度稳定在FSH的45%和55%之间所对应的时间g)记录用于测量的脉冲宽度和脉冲电压的值。相控阵超声检测仪发射脉冲后盲区应小于或等于制造商技术要求规定值。a)采用图4所示的测试装置，在9.4.2测出的每个频带的中心频率fo下测量动态范围。b)用这些检测设备产生10个周期的测试信号，如图7所示。GB/T42399.1—2023/ISO185图7信号发生器产生的测试波形c)将相控阵超声检测仪的增益设置到最小值。d)增加输入信号的幅度直到信号显示为FSH的100%或者随着输入信号的增加信号幅度没有e)利用示波器，测量最大输入电压幅度Vma及对应的显f)如果信号发生器不能提供足够高的电压，应将相控阵超声检测仪的增益在最小增益值的基础g)将相控阵超声检测仪的输入信号断开。h)将相控阵超声检测仪增益设置到最大值。i)如果平均噪声电平高于FSH的5%,减少增益，直至平均噪声电平为FSH的5%。j)将测试信号重新连接到相控阵超声检测仪的输入端。1)测量输入电压幅度Vmin(测量时要适当考虑标准衰减器的设置)。m)在每个接收器通道上重复进行测量。可用的动态范围Gp由式(4)计算： (4)相控阵超声检测仪的动态范围和最大输入电压Vm应大于或等于制造商技术要求规定值。a)采用阻抗分析仪测定接收器输入阻抗的实数和虚数部分。在测量接收器输入阻抗时应禁止发b)在相控阵超声检测仪的中心频率和增益中间值时进行测量。c)对至少10%的可用接收通道重复进行测量。8.8.5.2验收标准每个通道上测出的输入阻抗模数应在制造商技术要求规定的±20%范围以内。8.8.6时间校正增益(TCG)a)通过将理论DAC曲线与相控阵超声检测仪实际生成的DAC曲线进行比较，来验证相控阵超声检测仪的时间校正增益(TCG)或距离幅度校正(DAC)的性能。b)理论曲线是根据制造商提供的TCG控制器的操作信息绘制的。c)实际曲线是在所激活TCG的时基的若干个位置上，通过改变测试脉冲(1个周期正弦波)幅度测得，再将理论曲线与实际曲线进行对比。8.8.6.2检测方法时间校正增益的检测步骤如下。a)激活一个通道。b)禁用正在使用的通道的发射功能。c)如图4所示连接测试装置。d)调整相控阵超声检测仪增益为最小值，使TCG可用动态范围最大。e)本项检测应选择启用校准斜率最大的曲线，使其能记录相控阵超声检测仪至少11个按一定时间间隔的测量点。f)在此项检测的整个过程中，要避免放大器比TCG电路先达到饱和。g)使在水平时基上的测试信号正好在理论曲线起始位之前，调整外部标准衰减器，使测试信号的幅度为FSH的80%,此时外部标准衰减器设定值记为A。。h)如果这个测试信号已达到饱和，减小测试信号的幅度，并将该值记为参考屏幕高度HR。i)增加测试信号的延迟时间，使该信号沿着时基移动△t,由公式(5)计算得出： (5)式中：t。——理论曲线开始时间；til——理论曲线结束时间；j)调整标准衰减器，使测试信号幅度为FSH的80%(或Hr),并记录衰减器设定值An。k)通过进一步增加时间延迟△t来增加测试信号的时基位置，并再次记录衰减器设置A。,将测试1)继续增加延迟时间和调整外部标准衰减器并记录其值，直至做完n次测量为止。m)最后一次测试结束后，通过给外部标准衰减器增加6dB,并根据信号幅度是否位于FSH的38%～42%范围内(或Hr/2±2%)而评定TCG的饱和情况。n)如果信号幅度不在该范围内，减少△t,重复进行饱和测试。o)应在未饱和的位置上测试TCG的动态范围。p)通过以上的方法，绘制出实际DAC和理论曲线。q)在所有带TCG曲线功能的接收通道上重复进行测试。a)如图4连接检测装置。显示屏上显示的信号幅度达到FSH的80%为止。a)按图4所示连接检测装置。f)设置增益为最小值，调节信号发生器，使合成信号的第一个周期正弦波的幅度为FSH的80%。GB/T42399.1—2023/ISO 图8检测监测闸门的信号时序图8.9.2闸门幅度线性闸门幅度线性的检测步骤如下。a)将相控阵超声检测仪设置为一个发射通道和一个不同接收通道的工作方式。b)采用图4所示的测试装置，以产生一个与发射脉冲同步的测试脉冲。c)将相控阵超声检测仪的增益设置在中间值、频带设置为最大带宽。d)调整测试信号的触发，使每发射一次脉冲，产生一个测试信号。e)调整测试信号的幅度，使在相控阵超声检测仪闸门内的测试信号幅度达到FSH的80%,此时测试信号幅度标称值(与FSH的百分比)%10f)将测试信号置于屏幕宽度的前五分之一处，读出从相控阵超声检测仪闸门内的渡越时间表5屏幕宽度规定的位置上理想监测闸门的渡越时间测试信号水平位置(与屏幕宽度的百分比)%参考值+8μs测量结果应在表5中给定值士40ns范围内。c)调整测试信号的幅度，使测试信号幅度达到FSH的80%,测量输出电压V。。e)记录改变的输出电压V。f)按公式(7)计算输出阻抗的电阻部分： (7)测出的输出阻抗应在制造商技术要求规定的允许c)调节测试信号的幅度，使显示信号幅度为FSH的80%,并在模拟输出端测量电压，以这个电标称值(与FSH输出电压的百分比)%01)上升时间为输出电压(该电压等效于测试信号产生的输出信号的10%到90%)从FSH输出电压的8%上升到72%(见图8)的时间间隔；2)下降时间为输出电压从FSH输出电压的72%下降到8%(见图8)的时间间隔；3)延迟时间为从测试信号的峰值到输出电压的72%以上(见图8)的时间间隔；4)保持时间为测试信号结束后(见图8)输出电压大于FSH输出电压72%的时间间隔。率f。i)所记录的从最大到最小信号幅度的变化应在FSH的士5%以内。8.10.1.3方法Ba)使用图4所示装置，将相控阵超声检测仪设置为一发一收模式。b)校准相控阵超声检测仪满屏幕宽度范围为0μs～25μs。d)将信号发生器输出信号的频率设置为f。,如9.4.2中确定的，对于相控阵超声检测仪选定的滤e)调整信号发生器以产生平均幅度为80%FSH的连续正弦波。f)记录相控阵超声检测仪屏幕上显示的最小和最大信号幅度，如图9所示。这可以通过将信号发生器的频率设置为f。减0.1MHz的频率来验证。h)再次观察相控阵超声检测仪屏幕上显示的最小和最大信号幅度。i)观测值不应因这种小的频率变化而改变。测出的频率f。应高于或等于制造商技术要求规定值。大多数相控阵超声检测仪的显示屏都有一个限定的刷新率，并且这个刷新率可能与相控阵超声检测仪的脉冲重复频率不匹配。因此仅在很短时间内测出的瞬间回波可能无法在显示屏上完全显示其本项检测的目的是测量时间，即瞬间回波在相控阵超声检测仪显示屏上显示其全幅度90%之前就a)采用图4所示的装置，以输出一个单周期正弦测试信号，该信号频率为按9.4.2测出的包含最高频率的最大频带上限截止频率f。b)将相控阵超声检测仪增益调至其动态范围的中间值，并调整测试信号幅度使其为FSHc)将脉冲重复频率设置为中间值。启动测试信号后，相控阵超声检测仪的显示屏应显示一个幅度为FSH的80%的信号。e)如果没有显示回波信号，或者信号幅度不在FSH的75%～85%之间，则通过调整信号发生器f)测量从发射脉冲开始触发产生选通测试信号闸门至选通测试信号闸门结束后相控阵超声检测仪再次开始发射脉冲的时间(tRr),即为相控阵超声检测仪的响应时间，如图10所示。g)对相控阵超声检测仪的响应时间有影响的每个设定值，如最大时基范围或最大脉冲重复频率图10测量相控阵超声检测仪响应时间的时序图9第2组检验1)幅度从10%到90%的脉冲上升时间；2)幅度在50%时的脉冲宽度；3)发射脉冲电压。g)相控阵超声检测仪的实际上升时间t,按公式(9)计算：t²=t-t? h)对发射信号进行测量如图11所示。i)在所有的独立的发射通道上重复测量发射脉冲电压。j)当激活所有可以同时被激活的发射通道时重复测量发射脉冲电压。k)在可同时激活的发射通道上重复测量脉冲上升时间和脉冲宽度。1)发射脉冲幅度的变化由每个通道测出的发射电压确定。ttt90%一tt4c)双极性脉冲t,——脉冲上升时间：Vso——发射脉冲电压。图11测量的发射脉冲参数(续)围内。的士10%范围内。延迟时间线性检测步骤如下。g)对于每个目标延迟时间(tTaget),测量在示波器上同步信号和脉冲之间的h)在可以同时激活的所有发射通道上重复进行测量以确定时间差(tdi)。最大差值(ta)应小于制造商技术要求规定的最大延时时间值的1%。—一个单独的激活通道；a)采用如图4所示的测试装置，并用信号发生器将正弦波信号输入第一个通道。b)将输入相控阵超声检测仪的正弦信号设置为适当幅度，以在增益中间值设置下产生80%FSHd)依次选取由模拟滤波器确定的每个频带设定值。g)以小于标称频带带宽5%的增量，依次从fm提高和降低频率，并记录相控阵超声检测仪显示的信号幅度低于最大幅度Amax3dB时所对应的上限(fu)频率值和下限(f₁)频率值(-3dB点)。再次确认经校准的外部衰减器的输入信号是恒定的。对于f、fma和f。,见图12。h)每个频带的中心频率(fo)由公式(11)计算： (11)i)每个频带的带宽△f(-3dB点之间)由公式(12)计算：j)在可同时激活的通道上重复测量。g)用示波器测量输入信号的峰-峰值电压Vn,并记录经过校准的外部衰减器的衰减量S,单位h)按公式(13)计算等效输入噪声Vi,单位为伏： (13)i)按公式(14)计算每平方根带宽的噪声： (14)j)在可同时激活的通道上重复进行测量。测出的值应小于制造商技术要求规定值。a)采用如图4所示的测试装置，使用信号发生器，给通道1接入一个按9.4.2测出的最宽频带中心频率f。的正弦波信号。b)将相控阵超声检测仪的增益设置为最小值，并调整信号发生器产生的参考信号，使其不饱和e)对应每个增量，记录相控阵超声检测仪的增益值和外部衰减器的衰减值之间的差值，单位a)在制造商技术要求规定的整个增益范围内的任何连续1dB范围内，增益偏差应不超过b)在制造商技术要求规定的整个增益范围内的任何连续20dB范围内，增益偏差应不超过