JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1650—2017
超声探伤仪换能器声场特性校准规范
Calibration Specification for Field Parameters of
Ultrasound Flaw Detector Transducers
2017-11-20发布
2018-02-20实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1650—2017
超声探伤仪换能器声
场特性校准规范 Calibration Specification for Field Parameters of Ultrasound Flaw
JJF 1650—2017
Detector Transducers
归口单位：全国声学计量技术委员会
主要起草单位：中国计量科学研究院
北京理工大学吉林省计量科学研究院
本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释 JJF1650—2017
本规范主要起草人：
杨 平（中国计量科学研究院）徐春广 (北京理工大学) 边文萍 （中国计量科学研究院）肖定国（北京理工大学）朱岩（中国计量科学研究院）房法成 （吉林省计量科学研究院） JJF1650—2017
目 录
引言
(Ⅱ) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (5) (5) (5) (5) (6) (7) (10) (13) (14)
范围· 2 引用文件 3 术语和计量单位· 3.1声束直径 3.2声束扩散角· 3.3 场深· 4 概述 5
1
计量特性 5.1 近场长度/焦距 5. 2 声束直径· 5.3 声束扩散角· 5. 4 场深· 6 校准条件. 6.1 环境条件· 6.2 测量标准及其他设备 7 校准项目和校准方法 7. 1 校准项目… 7. 2 校准方法· 8 校准结果表达 8.1 校准数据处理 8.2 校准证书· 8.3校准结果的不确定度评定· 9复校时间间隔附录A 校准证书的内容附录B测量不确定度评定示例附录C去离子水的声速随温度变化表附录D 水听器的选择依据
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T JJF1650—2017
引言
本规范依据JJF1071一2010《国家计量校准规范编写规则》所给出的规则和格式进行编制。
本规范参照了GB/T18694—2002《无损检测 超声检验 验探头及其声场的表征》、 ASTME1065一08《超声扫查部件特性的评价标准导则》 (Standard Guide for EvaluatingCharacteristicsofUltrasonicSearchUnits）中描述的测量方法，声场特性主要参考了ASTME1065一08，包括近场长度/焦距、声束直径、声束扩散角、场深等参数。
本规范为首次发布。
II JJF1650—2017
超声探伤仪换能器声场特性校准规范
1范围
本规范规定了用于超声无损检测的超声换能器（亦称为“超声探头”）辐射声场的计量特性、校准条件和校准方法。本规范适用于频率在（0.5～15）MHz范围内的平面超声换能器与聚焦超声换能器。其他超声换能器及其阵列声场特性的校准也可以参照采用。
2 引用文件
本规范引用下列文件： JJF1001通用计量术语及定义 JJF1034声学计量名词术语及定义 GB3102.7声学的量和单位 GB/T16540一1996在（0.5～15）MHz频率范围内的超声场特性及其测量水
听器法
GB/T18694一2002无损检测超声检验探头及其声场的表征 ASTME1065一08超声扫查部件特性的评价标准导则（StandardGuideforEval
uatingCharacteristics of Ultrasonic SearchUnits)
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语和计量单位
本规范采用F1001和JF1034中有关的术语及定义。 本规范采用GB3102.7中规定的量和单位。
3.1声束直径　sound beam diameter
在与超声换能器表面平行的声场截面中，选择比最大值低若干分贝（一般为3dB 或6dB）的相同幅值点组成的封闭曲线并对其做拟合形成圆形，该圆形的直径即为该处的声束直径，单位为毫米（mm）。 3.2声束扩散角beamspread
以声轴为参考线，在声轴方向的某段空间内，在声轴两侧选择比声轴处声压低若于分贝（一般为3dB或6dB）的点并拟合成两段直线，该两段直线之间的夹角即为该段内的声场扩散角，单位为度（°）。 3.3场深depthoffield
声轴上的声压场分布中，在最大幅值处（焦点）前后比最大幅值声压下降6dB的两个位置间的距离，即为该超声换能器的场深，单位为毫米（mm）。
1 JJF1650—2017
4概述
超声换能器广泛应用在超声无损检测等领域，超声换能器的声场特性是无损检测用
超声换能器的重要参数，声场特性参数一般可通过水听器测量超声信号和扫描声场获得。
5计量特性
5.1近场长度/焦距
近场长度/焦距的偏差一般不超过标称值的士15%。 5.2声束直径
声束直径的偏差一般不超过标称值的士20%。 5.3声束扩散角
声束扩散角的偏差一般不超过标称值的士20%。 5.4场深
场深的偏差一般不超过标称值的士20%。 注：后续校准与上一次校准值一般不超过士20%，以上技术要求不用于合格判定，仅供参考；
其中焦距和场深一般仅适用于聚焦超声换能器。
6校准条件 6.1环境条件
室温：（18～28)℃；水温：（15~33）℃。
6.2测量标准及其他设备
1）信号发生器及功率放大器具备猝发音功能的任意波形发生器，频率范围上限高于15MHz；如果信号发生器的输出幅度较低，考虑采用功率放大器来驱动信号，功率放大器的
带宽应优于（0.5～15）MHz：总失真不大于2%。
2）水听器及其前置放大器水听器组带宽应至少覆盖（0.5～15）MHz，水听器有效直径一般应小于介质中工
作频率所对应波长的2倍，即2入；具体选择依据也可以参照附录D。
3）数字示波器工作频率上限不低于100MHz，采样率应高于200MHz；至少应有两个通道，具备时间延迟测量（时间分辨力优于0.1us）和幅值测量
功能。
4）水槽及多自由度调节机构测量用水槽应满足声场扫描范围的需求，应具备最少两个夹持调节机构用于夹持及
调节超声换能器的位置和姿态。夹持调节机构应具有最少五个自由度的调节能力，包括 X、Y、Z的空间定位，以及调节水平偏转和垂直俯仰功能，其中X、Y、Z的空间定 2 JJF1650—2017
位精度应优于0.02mm，另外两个自由度旋转角度分辨力应优于0.05°
5）温度计测量范围至少覆盖（15～33）℃，示值误差应优于士0.1℃。
7 校准项目和校准方法
7.17 校准项目
校准项目见表1。
表1平面/聚焦超声换能器校准项目一览表
校准方法 7.2.2.1/7.2.3.1 7.2.2.2/7.2.3.2 7.2.2.3/7.2.3.3
序号 1 2 3 4
项目名称近场长度/焦距声束直径声束扩散角
场深
7.2. 3.4
7.2 校准方法
声场参数的测量，一般是通过扫描定位装置带动水听器进行若干平面的扫描得到，校准系统如图1所示。
信号发生器
前置放大器
平面换能器 0 7 聚焦换能器
+
7
1
示波器
水听器
电脑
水域
图1 水听器法校准超声换能器声场特性示意图
7.2.1校准前检查
观察超声换能器的外观，应符合以下要求： 1）待校超声换能器应无明显的损坏，尤其换能器前端的匹配层应完好； 2）超声换能器前端应有相应部分可以浸入水中。
7.2.2平面超声换能器声场特性的校准 7.2.2.1近场长度
将待校平面超声换能器固定并确保其向水槽中发射声波，连接信号发生器，设定工作频率并切换至猝发音模式，激励波形周期数目的设置既需要考虑水听器接收波形达到稳态：也要考虑水槽边界反射不会对水听器接收到的直达波形造成影响。
通过多自由度调节机构带动水听器对平面超声换能器的辐射声场进行沿声轴方向的纵向剖面扫描，得到沿声轴方向的声压场数据。通过分析声轴上的声压场，得到待校平
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