JB T 11603.1-2013 无损检测仪器 声发射 设备特性第1部分：设备描述.pdf

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1、0ICS 19.100 N 77 备案号： 44531 2014 中华人民共和国机械行业标准JB/T 11603.12013无损检测仪器 声发射 设备特性 第 1 部分：设备描述 Non-destructive testing instruments Acoustic emission Equipment characterization Part 1： Equipment description 2013-12-31 发布 2014-07-01 实施中华人民共和国工业和信息化部发布JB/T 11603.12013 I 目 次 前言 .II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术

2、语和定义 . 1 4 检测 . 1 4.1 检测原理 . 1 4.2 传感元件 . 2 4.3 传感器壳体 . 2 4.4 传感器特性 . 2 5 信号调理 . 3 5.1 内容 . 3 5.2 前置放大器 . 3 5.3 电缆 . 3 5.4 后置放大及频率滤波 . 3 6 信号测量 . 3 6.1 连续性信号 . 3 6.2 突发性信号 . 4 6.3 波形 . 4 7 分析及结果输出 . 4 8 自动系统 . 5 8.1 自动分析 . 5 8.2 反馈到控制或报警系统 . 5 JB/T 11603.12013 II 前 言 JB/T 11603无损检测仪器 声发射 设备特性共分两个部分：

3、 第 1部分：设备描述； 第 2部分：操作特性验证。 本部分为 JB/T 11603的第 1部分。 本部分按照 GB/T 1.1 2009给出的规则起草。 本部分采用重新起草法修改采用 EN 13477-1:2001无损检测 声发射 设备特性 第一部分 设备描述 （英文版） 。 为便于使用，本部分采用重新起草法做了下列编辑性修改： a） “本欧洲标准”一词改为“本部分” ； b）用小数点“ .”代替作为小数点的逗号“， ” ； c）删除欧洲标准的前言和引言，并重新编写了前言； d）增加第 2章“规范性引用文件” 。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国试验机标准化技术委员会（ SAC

4、/TC122）归口。 本部分起草单位：山东轻工业学院、辽宁仪表研究所、深圳华测检测技术股份公司、中国特种设备检测研究院、通用电气检测控制技术（上海）有限公司、上海英华检测科技有限公司、中国航空导弹研究院。 本部分主要起草人：孙宝江、李洪国、朱平、沈功田、孔凡琴、李博、姜东涛。 本部分为首次发布。 JB/T 11603.12013 1 无损检测仪器 声发射 设备特性 第 1 部分：设备描述 1 范围 JB/T 11603 的本部分规定了构成一个声发射监测系统的主要组成部分： 信号检测； 信号调理； 信号测量； 分析及结果输出。 本部分适用于单通道或多通道声发射设备。 2 规范性引用文件 下列文件

5、对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 12604.4 2005 无损检测 术语 声发射检测 GB/T 20737 2006 无损检测 通用术语和定义 EN 1330-1 无损检测 术语 第 1 部分：通用术语列表（ Non-destructive testing Terminology Part 1:List of general term） EN 1330-2 无损检测 术语 第 2 部分：无损检测方法通用术语（ Non-destructive testingTerm

6、inology Part 2:Terms common to the non-destructive testing methods） EN 1330-9 无损检测 术语 第 9 部分：声发射检测术语（ Non-destructive testing Terminology Part 9:Terms used in acoustic emission testing） IEC 60050 国际电子技术词汇（ International electrotechnical vocabulary） 3 术语和定义 GB/T 20737 2006、 GB/T 12604.4 2005、 EN1330-

7、1、 EN1330-2、 EN1330-9、 IEC60050 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 平均信号电平 average signal level（ ASL） 整流后进行时间平均的声发射信号。 4 检测 4.1 检测原理 压电传感器是用于检测声发射的最常用的装置。在常规声发射检测频率范围内（ 20 kHz 1 MHz） ，它能最有效地将弹性波（声发射）转换为电信号。最简单的压电传感器由安装在一个保护罩内的压电晶JB/T 11603.12013 2 片或陶瓷元件组成。它能检测下列波形的混合波：来自任意方向的纵波、横波、表面波（瑞利波） 、板波（拉姆波） 。 4.2 传感元件

8、传感材料影响着转换效率、操作温度范围和电缆驱动能力。锆钛酸铅（ PZT）是一种使用最广泛的陶瓷材料，它可以被加工成各种形状和尺寸。 尺寸、形状及密封度影响着灵敏度、方向性、频率响应和波模式响应。可以将几个元件组合起来以获得期望的性能。 4.3 传感器壳体 传感器壳体（通常为金属）决定了传感器的整体尺寸及其机械性能。它可能包含一个一体化电缆或连接器。壳体为传感元件提供一个完全的电学屏蔽，并且通常作为传感元件的一极。在传感元件和测试目标之间的陶瓷或环氧树脂片起到了电气隔离的作用，以避免形成接地环路和引入电磁噪声。 根据不同的组装方式，传感器可以制成单端式或差动式。 在单端式传感器中，同轴电缆的屏蔽

9、层连接到传感器的壳体上，即与传感元件的一端相连。 在差动式传感器中，使用屏蔽双绞线，并且传感元件通常被切开使得屏蔽层不传导输出信号。与单端式传感器相比，差分传感器具有更好的电磁噪声抗扰度。 壳体可能包含一个低噪声前置放大器。在传感器壳体中内置前置放大器，可以省去传感器和前置放大器之间的连接电缆。 这样就可以降低信号损失并提高电磁噪声抗扰度。 缺点是传感器壳体会变得更大，额定最高温度会受壳体内的电子元件限制，而且前置放大器是不可互换的，见 5.1。 4.4 传感器特性 4.4.1 频率响应 压电声发射传感器可以是谐振式，即针对一定频带有谐振响应，也就是瞬态信号的频率分量主要是由传感元件的谐振频率

10、决定；也可以是经过适当衰减后具有平坦频率响应的宽带式。对于一个标准的机械激励，传感器的响应就是输出电压与频率之间的关系。由于压电传感器的惯性，它们对连续和瞬态激励的响应是不同的。对于瞬态输入，大多数压电传感器的响应可以通过表面速度（每米每秒的电压 值）来表征，表面速度是频率的函数。作为例外， “宽频响应”传感器则通过表面位移（单位位移的电压值）来表征；对于连续输入，传感器的响应可通过同样的参数或压力参数（每微巴的电压值）来表征。 4.4.2 方向性 方向性是指传感器针对不同信号所产生响应的一致性程度， 这些信号从装有传感器的检测对象表面的不同方向传播到传感器。它通常被称为极性响应，可以用相对于

11、平均值的偏差来表示，以 dB 为单位。传感器可以有意地调整方向以便优先监视一个特定的区域。 4.4.3 波形响应 传感器可以是针对特定的波形模式制作的，如横波、纵波或其他波形模式。 4.4.4 工作温度 工作温度取决于传感元件的材料和特性。传感器宜在生产厂家标注的温度范围内使用。 JB/T 11603.12013 3 5 信号调理 5.1 内容 这一部分包括前置放大、电缆和后置放大。 5.2 前置放大器 前置放大器的主要参数有输入阻抗、噪声、增益、带宽、滤波特性（如衰减率） 、输出阻抗、操作温度范围、共模抑制比（ CMRR）和动态范围。 前置放大器可以是电压放大也可以是电荷放大。 为了使信号能

12、沿着长长的信号线传输到最远可达几百米外的测量仪器，电压前置放大器通常将传感器高阻抗低电平的输出信号转换为低阻抗高电平信号。 典型的前置放大器有较高的输入阻抗， 40 dB 的增益和 50 输出阻抗以便驱动同轴电缆。为前置放大器供电的直流电源一般使用与信号输出同样的电缆，并在两端使用滤波网络解耦。 前置放大器的输入可以是单端的，差动的或者可切换的，以适合不同的传感器类型。对于一些工业应用，前置放大器与声发射传感器集成在一起，可以提高坚固性，可靠性，减少电缆阻抗导致的信号损失，减少对电磁噪声的易感性。 采用前置放大器的设计方式可以使传感器作为校准用的脉冲转换器使用。 电荷前置放大器可以消除电缆电容

13、对信号的影响，但使用较少。 5.3 电缆 5.3.1 传感器到前置放大器的电缆 这是系统中最重要的电缆，应该是低电容（小于 100 pF/m） ，全屏蔽，在使用电压前置放大器时宜尽可能短（小于 1 m） 。 5.3.2 前置放大器到仪器的电缆 通常使用 50 同轴屏蔽电缆，与前置放大器和测量仪器阻抗匹配。注意在使用多芯电缆时要避免串扰问题，特别是当其中的某个导线会发射测试中用于定期校准的宽带脉冲信号时。 5.3.3 屏蔽 通常测量仪器会对所有屏蔽采用单点接地。电缆屏蔽不应形成地线环路。 5.4 后置放大及频率滤波 测量仪器使用后置放大和进一步的模拟滤波来增加信号幅度和消除测量中不需要的低频或高

14、频信号。输入阻抗、动态范围、滤波特性、增益或衰减都与这部分有关。输入级通常为前置放大器提供直流电源，有时也可以控制脉冲发生器的操作。 6 信号测量 6.1 连续性信号 连续性信号可通过测量其有效值 RMS（均方根）或在一个特定时间段的 ASL（平均信号电平）来表征。连续性信号测量系统使用在无需识别和确定个别发射（突发性发射）的地方，如过程监控或泄漏检测。测量特性及其动态范围决定了系统的类型。 JB/T 11603.12013 4 6.2 突发性信号 突发性信号测量系统要识别和确定超过幅度阈值的个别声发射信号及其发射时间。 突发性信号的参数可能包括下列全部或其中的一部分，这取决于系统的类型及用户

15、的设置： 峰值幅度； 峰值时间； 到达时间； 上升时间； 持续时间； 振铃计数； 峰值计数； 能量； 平均频率； 有效值电平； 平均信号电平； 检测阈值电平； 其他。 对于缓慢变化的外部参数数据， 例如压力、 温度、 载荷或应力也可能作为数据集的一部分进行采集。这些参数可通过在声发射的精确时间下或在固定的时间间隔下采样获得。 所有这些值确定了一个声发射数据集。 系统捕获离散的突发性发射的程度由如下两个参数定义： 峰值采集率，适用于一个较短的定义时间段； 连续采集率，适用于一个不限定时间段。 6.3 波形 当一个突发性声发射幅度超过阈值时， 可以通过将其波形数字化并保存下来而获得该突发性声发射的

16、所有特征。使用这种方法的难点在于存储容量和将数据传输至存储介质的速率，典型的存储容量需求是只获取信号主要特征所需存储容量的 100 倍。 声发射波形的捕获通常需要周期性的触发，触发由声发射数据集确定。 波形捕获系统的重要特征包括动态范围、带宽、采样率、类型、缓存容量和数据传输到硬盘的速率。 7 分析及结果输出 分析及结果输出可以采取下列形式： a）声发射数据集列表。 b）图表显示： 1）一个声发射参数相对于时间或外部参数以累积或等级模式的变化曲线，如突发性声发射能量与压力的关系； 2）一个声发射参数的分布，如突发性声发射个数与峰值幅度的关系； 3）一个声发射参数与另一个声发射参数的相关关系，如

17、峰值幅度与信号持续时间的关系； 4）定位图，具有源分群功能。 c）波形显示。 d）通过模式识别分类。 e）综合不同评定标准进行的源严重程度等级确定（如果适用） 。 f）其他。 JB/T 11603.12013 5 测试后滤波用来消除不需要的信号。滤波器性能的选取可以基于波形分析或其他相关因素。 8 自动系统 8.1 自动分析 高速发展的声发射应用已经可以通过高级用户界面就实现声发射源检测、定位和自动分类，而只需很少或无需声发射专业知识。 这对于必须进行在线监测和必须进行数据压缩以减少数据储存的监测场合是非常重要的。 这些应用通常已高度程序化并有特定的应用软件相配套。 8.2 反馈到控制或报警系

18、统 对于某些应用，声发射数据被用于实时自动监控生产过程或触发警报。在这种情况下，数据与事先设定好的参考值相比较以确定“接受”或“拒绝” 。 声发射数据的采集经常对于反映载荷的外部参数具有“选通性” ，因此过程监控中只有相关部分被监测，可以避免机械干扰和一些不需要的噪声。 JB/T11603.12013中 华 人 民 共 和 国 机械行业标准 无损检测仪器 声发射 设备特性 第 1 部分：设备描述 JB/T 11603.12013 * 机械工业出版社出版发行 北京市百万庄大街 22 号 邮政编码： 100037 * 210mm 297mm 0.75 印张 15 千字 2014 年 12 月第 1 版第 1 次印刷 定价： 15.00 元 * 书号： 15111 11712 网址： http： / 编辑部电话：（ 010） 88379778 直销中心电话：（ 010） 88379693 封面无防伪标均为盗版 版权专有 侵权必究