JB T 5525-2011 无损检测仪器 单通道涡流检测仪性能测试方法.pdf

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1、 0ICS 19.100 N 78 备案号： 34823 2012 中华人民共和国机械行业标准JB/T 55252011代替 JB/T 5525 1991无损检测仪器 单通道涡流检测仪性能测试方法 Non-destructive testing instruments characteristics measured method for one-channel eddy current testing instrument 2011-12-20 发布 2012-04-01 实施中华人民共和国工业和信息化部发布JB/T 55252011 I 目 次 前言 . III 1 范围 . 1 2 规范

2、性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 技术要求 . 1 4.1 环境与工作条件 . 1 4.2 性能 . 1 5 涡流仪特性测量 . 4 5.1 发生器单元 . 4 5.2 输入级特性 . 6 5.3 信号处理 . 7 6 检验 . 12 6.1 一般要求 . 12 6.2 检验的级别 . 12 6.3 检验程序 . 12 6.4 修正操作 . 13 附录 A（资料性附录）差频法原理 . 14 附录 B（资料性附录）在涡流仪输出 O 和输入 I 之间线性范围内的测量方法 . 15 附录 C（规范性附录）输入阻抗的替代测量法 . 16 图 1 涡流仪功能框图 . 1 图 2 信号发生器

3、单元的内部阻抗示意图 . 5 图 3 对应饱和输出电压的最大输入容限电压的测量 . 7 图 4 频率响应 . 8 图 5 测量共模抑制的配置图 . 11 图 A.1 解调电路 . 14 图 B.1 线性范围的确定 . 15 图 C.1 测量输入阻抗的配置图 . 16 表 1 叙述数据设置表格的示例 . 10 表 2 相位角度值与理论值对比表 . 10 表 3 检验程序级别 . 13 JB/T 55252011 III 前 言 本标准代替 JB/T 5525 1991涡流探伤仪性能测试方法 。 本标准与 JB/T 5525 1991相比，主要变化如下： 重新编写了本标准的前言（本版的前言， 19

4、91版的前言） ； 修改了标准名称，将涡流探伤仪性能测试方法修改为无损检测仪器 单通道涡流检测仪性能测试方法 ； 将原标准中“检验”一词改为“检测” 。 本标准由中国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。 本标准负责起草单位：长春机械科学研究院有限公司。 本标准参加起草单位：爱德森（厦门）电子有限公司。 本标准主要起草人：郭健、林俊明。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： JB/T 5525 1991。 JB/T 55252011 1 无损检测仪器 单通道涡流检测仪性能测试方法 1 范围 本标准规定了涡流检测仪性能测试方法。 本标准适用于单通

5、道涡流检测仪（以下简称涡流仪） 。对于多通道涡流检测仪的相关部分也可参照使用。 本标准未给出性能检验指标，也未规定验收准则，这些内容在应用技术文件中给出。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 12604.6 无损检测 术语 涡流检测 3 术语和定义 GB/T 12604.6 中确立的术语和定义适用于本标准。 4 技术要求 4.1 环境与工作条件 涡

6、流仪应在下列条件下正常工作： a） （ 0 50）温度范围内； b）相对湿度不超过 85%； c）周围无强烈振动、无腐蚀性介质和无较强电磁场干扰的环境中； d）交流电源电压的变化在额定电压的 10%以内。 4.2 性能 4.2.1 一般性能 应在涡流仪预热时间结束后进行性能测试。 图 1 中各个单元适用于涡流仪的功能特性。必要时，涡流仪的电性能由制造者提供。某些性能可以根据第 5 章描述的方法进行检测。 4.2.2 功能框图 典型的通用涡流仪功能框图如图 1 所示。 图 1 涡流仪功能框图 JB/T 55252011 2 4.2.3 发生器单元 激励源：发生器单元。 在交流激励条件下， （正弦

7、、三角和矩形等波型）电性能定义如下。 发生器的类型：电流或电压； 激励的类型：单一频率； 频率设置：范围、步长、额定值偏差； 谐波失真； 激励电压设置：范围、步长、额定值偏差、最大输出电压和电流。 4.2.4 输入级电性能 输入级是探头与仪器的接口。要求在输入级进行阻抗匹配和信号放大。 输入级电性能定义： 输入阻抗与频率的相互关系； 增益设置范围、步长、额定值偏差； 最大输入电压； 相关共模工作参数。 4.2.5 高频信号处理 4.2.5.1 高频滤波 高频滤波减少与检测结果无关的频率分量，消除干扰。 在信号解调前使用的滤波器称之为载波频率滤波器（高频滤波器） 。通常采用带通滤波器的形式，抑制

8、与激励信号频率没有任何关系的信号频率。 高频滤波的电性能： 增益； 衰减 3dB 带宽； 衰减比； 传输响应。 4.2.5.2 高频放大 高频放大电性能： 增益设置范围、步长、额定值偏差； 输入信号范围； 带宽； 输出信号饱和电平。 4.2.5.3 解调 同步解调是从高频信号提取矢量分量。 解调的正极性信号的延迟将引起信号矢量顺时针旋转。解调信号的极性应是正向的，并应被确认。 解调信号的电性能： 基准信号波形，例如正弦、矩形和脉冲波； 每个基准信号波形的带宽； 相关相位的幅值偏差； 相关相位的相位偏移角度。 幅值解调是从高频信号提取低频幅值变量。 4.2.6 解调信号处理 4.2.6.1 矢量

9、放大 一般地， 矢量放大包含两个设计相同的传输通道。 同步解调产生的矢量分量由这两个通道协同放大。JB/T 55252011 3 在某些检测仪器中可以用不同的增益放大这些分量。 矢量放大电性能定义为： 增益设置范围、步长、标称值偏差； 输入信号范围； 通带宽度； 输出饱和电平。 4.2.6.2 低频滤波 解调后使用的滤波器与低频滤波器有关（ LF 滤波器） 。选择适合使用的滤波器的频带宽度，例如探头摆动、扫查速度等。 低频滤波电性能： 增益； 衰减 3dB 带宽； 衰减比； 暂态响应。 4.2.6.3 相位设置 相位设置可以改变解调信号矢量的复平面显示的相位。 相位设置的电性能： 范围； 步长

10、； 相位设置引起的信号幅值的变化； 显示相位与实际相位转角偏差。 4.2.7 输出和信号显示 显示的类型可以是指针式、硬拷贝或显示器。 显像的类型可以是复平面、时基、条形图或成像。 相关性能包括： 尺寸； 栅格的最大值和最小值； 满刻度显示的电压和时间范围； 传递因数，例如每小格的电压值； 线性度； 带宽。 可以是模拟、数字或逻辑输出。 模拟输出的电性能定义为： 电压或电流范围； 输出阻抗； 线性度； 带宽。 数字输出的电性能定义为： 串联或并联； 电压和电流的级别； 速度和格式化； 采样比； A/D 分辨力、范围和线性度。 JB/T 55252011 4 逻辑输出的电性能： 电压和电流级别；

11、 设置延迟； 滞后作用； 有源高、低电平。 4.2.8 数字化 4.2.8.1 一般要求 实现数字化时，应定义如下电性能： 在信号处理过程中的数字化程度； 数字技术； A/D 分辨力； 采样比。 由厂商提供的信息应包括 4.2.8.2 4.2.8.5 的数据参量。 4.2.8.2 数字化程度 信号解调前或解调后都可以实现数字化。 4.2.8.3 数字技术 可以利用内部时钟或外部编码器实现数字技术。 4.2.8.4 A/D 分辨力 A/D 分辨力是将输入电压标称值变化成二进制数字的能力。 可以直接通过最大输入电压和分辨力读取二进制数字，二进制数字是一个相当有用的信息。 4.2.8.5 采样比 在

12、 A/D 变换中使用的采样比用频率（ Hz）表示。 5 涡流仪特性测量 5.1 发生器单元 5.1.1 激励频率 5.1.1.1 定义和测量条件 在仪器带负载的情况下对信号发生器输出频率进行测量。 示值误差 Ef（ %）按公式（ 1）计算： dmfd100VVEV=（ 1） 式中： Vd示值； Vm被测量值。 应对整个被测量频率范围内的最大误差模量提出报告。 5.1.1.2 测量方法 可以使用差频法、频率计或频谱分析仪测量频率。 5.1.2 谐波失真 5.1.2.1 定义和测量条件 根据信号发生器产生的正弦波信号谐波分量，测量其与纯正弦波信号的偏差。 利用失真因子 K 描述谐波失真，按公式（

13、2）计算： 2/nKUU=（ 2） K 给出近似值，见公式（ 3） ： JB/T 55252011 5 221UUKU= （ 3） 式中： U交流分量方均根值； U1一次谐波（基波）方均根值； Un n 次谐波方均根值。 根据 5.1 的要求，应在带载仪器的信号发生器输出端测量失真因子。 仪器在多频率条件下，应使用有效的测量仪器，例如频谱分析仪。 对每个频率的最大失真因子应做出说明。 5.1.2.2 测量方法 使用失真因子电桥、频谱分析仪或高通滤波器测量失真因子。 5.1.3 源阻抗 5.1.3.1 定义和测量条件 源阻抗 Zs是信号发生器单元的内部阻抗，见图 2a）和图 2b） ，在其各自输

14、出端进行测量。 a）电压源信号发生器 b）电流源信号发生器 图 2 信号发生器单元的内部阻抗示意图 5.1.3.2 测量方法 若将源阻抗 Zs作为纯电阻考虑，可以推荐使用此方法。 信号发生器的输出用一个电阻 R1加负载（标称值 50 ） 。用一个适宜的电压表测量电压 V1。验证被测值应低于最大输出电压。 用电阻 R2（通常 R2=0.5 R1）替换 R1并测量 V2： 源阻抗 Zs用欧姆表示，按公式（ 4）计算： JB/T 55252011 6 12s2121VVZVVRR=（ 4） 注 1：检验时， V1、 V2值和电流强度11VR、22VR要小于最大输出电压和电流。 注 2：选择 R1和

15、R2阻值决定 Zs测量值的精度。 5.1.4 最大输出电压 V0max5.1.4.1 定义和测量条件 最大输出电压是当信号发生器输出端不加负载，并使其输出电压调整到最大时的峰 -峰值电压。 5.1.4.2 测量方法 利用示波器或符合要求的电压表测量最大输出电压。测量仪器应具有高的输入阻抗（ 1 M） ，并且带宽与涡流仪的频率范围相一致。测量仪器的典型最大适用频率至少应是涡流仪所用最大频率的两倍。 此测量值可以用图形表示。 5.1.5 最大输出电流 I0max5.1.5.1 定义和测量条件 最大输出电流是当信号发生器的输出端与由制造商确立的最小阻性负载连接时测得的电流峰值。 5.1.5.2 测量

16、方法 设置信号发生器输出电流为最大。用测电流探头连接示波器或电流表测量最大输出电流。测量仪器应具有低的阻抗（典型值低于最小阻性负载 10%） ，最大输出电流的带宽与涡流仪频率范围兼容。 此测量值可以用图形表示。 5.2 输入级特性 5.2.1 最大许用电压 5.2.1.1 定义和测量条件 最大许用输入电压与安全、饱和及非线性有关。 在最小增益情况下各个峰值输入电压，相当于： a）由制造商给出的最大值。这个电压是使仪器不遭受损害的安全输入电压，它包括相关共模工作限值。 b） 90%饱和输出电压。 c）超越给定值的非线性电压。脱离线性的最大许用偏差要在应用文件中确定。 在所有条件下施加的输入电压不

17、应超过 a）中给定的条件。 5.2.1.2 测量方法 5.2.1.2.1 饱和输出的相关条件 使用差频法（原理见附录 A） 。输入电压由正弦波信号发生器提供。正弦波发生器频率与涡流仪所选频率的差值不应大于涡流仪规定带宽的 10%。 涡流仪设置成最小增益并使滤波器滤波作用调到最小。 用纯电阻给涡流仪的输入端和各个输出端加载荷。 保证涡流仪达到平衡条件。使用高阻抗计测量输入信号。 在示波器上显示输出信号并使用峰值电压表测量其 X 轴和 Y 轴分量。 输入电压从 0 增加到制造者给出的安全输入电压并标绘输出电压各个分量的正、负峰值（ Vx ， Vx，Vy ， Vy）曲线。四个变量中有一个（例如与输入

18、的最小值有关）首先到达稳态值 Vs时，终止继续增加的变量并提供饱和输出电平 Vs。此时，已获得的输入值 Vis开始减少，直到被监测到的输出分量值达90%Vs。 在图 3 中，将已获取的，对应于最大输入容限电压且与饱和输出电压有关的电压输入值定义为 Vilim。 JB/T 55252011 7 5.2.1.2.2 相关非线性 使用 5.2.1.2.1、附 录 B 给出的方法确定线性并决定最大输入电压以便使非线性低于相关应用文件给出的条件。 说明： X 轴输入电压（ Vs饱和输出电平） ； Y 轴输出电压。 注 ：每个输出幅值仅与本例有关。 图 3 对应饱和输出电压的最大输入容限电压的测量 用规定

19、条件代替附录 B 中给出的条件： I输入电压 O输出电压； Imin 0 Imax与饱和电压有关的输入电压（ 5.2.1.2.1） 。 5.2.2 输入阻抗 5.2.2.1 定义和测量条件 输入阻抗是输入级的视在阻抗。等效电路为电阻和电容的并联组合。 5.2.2.2 测量方法 可以使用附录 C 中描述的方法。对任何其他替代方法应提出报告。 所有电压都应小于所施加的最大输入电压。 5.3 信号处理 5.3.1 概述 在图 1 中，规定信号处理级包括高频和低频信号处理。 5.3.2 测量条件 在没有其他说明的情况下，测量条件适用于 5.3.3 5.3.11。 对电阻与输入端的接点（见 5.1）应加

20、以屏蔽。仪器的增益应设置成最小值。用零输入电压平衡涡流仪。所有滤波器设置效应为最小。应关注滤波器专用设置的变化特性，例如带宽、增益和相位精度。在此条件下，应用文件应规定检验的测量条件。由于测量的是涡流仪的输出值，高频滤波器的滤波效应和解调器功能不应存在差异。若高频滤波器可调，则选择的检测频率应倾向于制造者的推荐值。 利用差频法（见附录 A）调节外部信号发生器的输出电压，使涡流仪输入电压达到线性最大许用电压的 1/2。 外部信号发生器频率与涡流仪选频间的差频 fd应小于制造者规定的涡流仪带宽的 10%。 5.3.3 谐波衰减 5.3.3.1 被检谐波衰减的性质和测量条件 n 次谐波响应 Vfn与

21、基波响应 Vf1的电压比按公式（ 5） ： JB/T 55252011 8 ()fnf1dB 20 lgVV=衰减 （ 5） 5.3.3.2 测量方法 使用差频法，调整外部信号发生器频率为基频 f1，关注差分频率 fd。测量输出分量值 Vf1。重置信号发生器频率为 2f1 fd，其使用的基本频率差值相同。测量输出分量值 Vf2。五次谐波后，必要时，信号衰减可以超过 60 dB。 5.3.4 信号处理单元的频率响应 5.3.4.1 被检信号处理单元的频率响应性质和测量条件 在信号处理频率范围内获取的幅度小于 mdB 和衰减低于 ndB 的解调信号。 m 和 n 值在应用文件中加以规定，一般用 3

22、 dB 表示频率响应。 5.3.4.2 测量方法 将信号发生器和涡流仪之间的差频 fd以对数标度的形式等间距的提取 10 个值；其中，最低值取决于涡流仪的工作频率，最高值为制造者规定的涡流仪输出带宽上限值的 2 倍。 重要的是在每个值的测量期间保证 fd维持恒定。利用超低频电压表和频率计测量输出分量峰 -峰值幅度和频率 fd。对每个输出信号分量的幅度和频率可以用表格的形式说明。 利用下面的方法获取每个输出分量的电压参考值。由信号的最大幅度开始，根据信号落入最大幅度的 10%和最大幅度之间区域内的测量值计算中间值。 3 dB 的中间值的幅度是频率响应端点。 图 4a） c）为频率响应的不同示例。

23、 5.3.5 带宽 5.3.5.1 被测带宽的性质和测量条件 由 5.3.4 使用的各次谐波值获取的带宽仅适用于 ndB 衰减。在一般情况下 n=3。 5.3.5.2 测量方法 采用 5.3.4.2 描述的测量方法。 5.3.6 相位线性 5.3.6.1 被测相位线性的性质和测量条件 涡流仪的线性表示输出分量相位角与输入信号相位角两者间差值的恒定性。 a）图例 1 图 4 频率响应 JB/T 55252011 9 b）图例 2 说明 ： Y 轴输出（任意单位） ； 1中间值； 2 3 dB 的电平响应。 c）图例 3 图 4 频率响应（ 续 ） 定义为：输入 0 360变化范围的相位角度时，在

24、输出端获取的输入 -输出最大线性偏差。 5.3.6.2 测量方法 差频法需要把动态测量作为以下的例子加以描述。利用采样频率 fe大于 36fd（最大 10 /采样）的数据处理系统同步获取两个输出分量。 表 1 给出了一个周期输出信号的设置数据。 JB/T 55252011 10 表 1 叙述数据设置表格的示例 i 1 2 n X Y 用列于表 1 中 X 和 Y 的分量减去它们的连续分量获取的值再列入表 2 中。连续分量为 Xav或 Yav，它们是全部采样的平均值，由此 Xirec X1Xav或 Yirec=Y1Yav。 第 i 次采样的相位角： 若： Xirec 0 0i arctan（ Y

25、irec/Xirec） Xirec 0 0i arctan（ Yirec/Xirec） 180 此值与 i 次采样的理论值相比较： li i（ fd/fe） 360 0。 表 2 相位角度值与理论值对比表 i 1 2 n XrecYrec0i通过公式： 0max max（ 0i li）求出的线性度最大偏差，单位为度（） 。 5.3.7 正交分量 5.3.7.1 定义和测量条件 正交分量代表涡流仪输出 90移相分量的能力。规定用正交偏差或 90与 X 和 Y 通道间有效相移的偏差定义。 5.3.7.2 测量方法 利用相位计或锁相放大器测量 X 和 Y 输出之间的相角。 测量方法可以取自 5.3.

26、6 采集的数据，此时所用的采样频率 fe大于 360fd（例如：分辨力至少为 1） 。 5.3.8 增益设置准确度 5.3.8.1 定义和测量条件 增益设置准确度代表涡流仪线性放大信号的能力。规定标定值和测量值间的最大线性偏差用分贝（ dB）表示。对每个输出分量应进行测量。 5.3.8.2 测量方法 若信号发生器不包括衰减器，则应在信号发生器和涡流仪之间安装已标定的衰减器。利用最小增益值作为初始条件测得的每个分量输出值并形成参考值 Xref和 Yref。涡流仪的增益范围至少应分成五档，例如每档相差 6 dB 或 10 dB。利用相同档次加大涡流仪的增益，并减少信号发生器输出信号的幅度。每档可测

27、量两个输出分量值。 增益偏差通过公式（ 6）和公式（ 7）求出，单位为分贝（ dB） ： Ex 20 lg（ Vx/Vxref）（ 6） Ey 20 lg（ Vy/Vyref）（ 7） 最大偏差是在增益测量中偏差的最大值。 5.3.9 相位设置准确度 5.3.9.1 定义和测量条件 相位设置准确度是相位控制过程中产生移相时，输出相位矢量期望值和实际变动值的差值。应报告相位设置引起的幅度偏差。 JB/T 55252011 11 5.3.9.2 测量方法 涡流仪信号发生器的输出经过衰减器连接到涡流仪输入端。在不加输入电压的情况下，平衡涡流仪并测量每个输出分量， Xref和 Yref。 调整输入电压

28、达到与非线性有关的最大输入电压的 1/2。相位控制设置为 0 （ 0）测量每个输出分量， X0和 Y0。公式（ 8）公式（ 10）计算输出矢量的幅度和相位角。 ()()220 0 ref 0 refVXX YY= +（ 8） 若 0refXX 0，( )()0ref00refarctanYYXX=（ 9） 0refXX 0，( )()0ref00refarctanYYXX= 180（ 10） 用不超过 100（ i e）的 i 阶跃变换相位控制并在 360范围内重复测量和计算。相位偏差按公式（ 11）求得，单位为度（） ： d= i （ i e）（ 11） 幅度偏差按公式（ 12）求得，以百分

29、数表示： Vd=（ ViV0） /V0 100（ 12） 应报告 d和 Vd的最大值。 5.3.10 共模抑制 5.3.10.1 定义和测量条件 共模抑制测量表征涡流仪抑制共模信号的能力。共模抑制检验仅用于涡流仪的差分测量。 5.3.10.2 测量方法 利用两个匹配电阻替代涡流仪探头（见图 5） 。利用差频法，外接正弦波信号发生器到涡流仪的输入端。 说明 ： 1输入 1； 2公共端； 3输入 2； a开关位置 1； b开关位置 2。 图 5 测量共模抑制的配置图 JB/T 55252011 12 此时施加最大线性输入电压并将开关位置拨到 1。 Vx和 Vy变成 Vx1和 Vy1。 然后开关拨到

30、 2 的位置并且输入电压被 2 除。 Vx和 Vy变成 Vx2和 Vy2。 按公式（ 13）计算涡流仪的共模抑制电压： 22sixiyiVVV=+（ 13） 其中 i=1 或 2。 按公式（ 14）计算抑制特性因子 qr： qr=Vs1/Vs2（ 14） 5.3.11 涡流仪的最大噪声 5.3.11.1 定义和测量条件 涡流仪最大噪声与仪器本身的输入电压有关，它相当于涡流仪设定在最大频宽范围、涡流仪输入端短路时输出的最大信号。 涡流仪的噪声可以由应用文件规定在其他操作条件下测量。在所有情况下，都应报告涡流仪的频宽。 5.3.11.2 测量方法 对涡流仪的输入端施加最大许用电压（增益最小） 。测

31、量输出端电压 Vmaxout。加大增益，若可能，加大增益至最大 Gmax。 为了测量涡流仪的噪声电平 Vnoiseout，当涡流仪的输入端短路时，使用一个频宽大于或等于涡流仪频宽的真值电压表测量输出端电平。 按公式（ 15）计算涡流仪输入端的等效噪声： max in mineq noiseoutmax out maxV GVVVG= （ 15） 6 检验 6.1 一般要求 为保证涡流检测的一致性和有效性，需要对组成涡流检测系统各部件的性能进行检验，以使其保持在允许的限值内；在使用参考试件检验系统或探头之前，应对参考试件的物理条件进行检验，以使其处于允许限值内。检验用的测量设备应在校准的有效期内

32、使用。 6.2 检验的级别 检验分三个级别。每一级都规定了检验和复检的时间周期。应由制造者或在制造者监控状态下完成首次性能检测。 1 级总体功能检查。 检验通常在现场进行，应使用参考试块对涡流检测系统定期进行检验以验证其性能处于规定的限值内。在检验程序文件中应确定检验周期和参考试件。 2 级具体功能检查和校准。 通过规定的周期进行的检验，至少每年进行一次，以保证涡流检测仪器、探头、辅助设备和参考试块所选性能的长期稳定性。 3 级性能检查。 对涡流仪、探头附件和参考试块进行检验以评定是否与制造者提供的各项性能相符合。检验机构应规定要检验的性能。 表 3 列出了检验的主要性能和检验程序。 6.3

33、检验程序 被检验的系统性能取决于实际应用。检验的基本性能和级别应在检验程序文件中予以规定。应用的JB/T 55252011 13 检测程序应参考检验程序。这样，根据特定的应用可以限定要检验性能的项目数。 为了能在本部分的范围内进行检验，应提供表征仪器、探头和参考试块性能的足够数据。 表 3 检验程序级别 级别 项 目 典型时间周期 仪 器 责任承担 1 级 系统性能的稳定性 经常进行。例如：按小时、按天 参考试块 用户 2 级 仪器、探头和辅助设备已选性能的稳定性 不经常进行，但至少每年一次或大修以后进行 已校准的测量仪器、 参考试块 用户 3 级 仪器、探头和辅助设备的全部性能 一次。首次交付和需要时 校准实验室测量仪器和参考试块 制造者、用户 6.4 修正操