РД 03-300-99 Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов
ТРЕБОВАНИЯ
К ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМ
АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ,
ПРИМЕНЯЕМЫМ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОПАСНЫХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
РД 03-300-99
Москва ПИО ОБТ 2002
Требования подготовлены Самарским филиалом АООТ «Оргэнергонефть» и Российским научным центром «Курчатовский институт» при участии специалистов Госгортехнадзора России.
Редакционная комиссия: А.А. Шаталов, Н.А. Хапонен, В.А. Баранов, Ю.А. Семенов, И.П. Песоцкий, Г.М. Селезнев.
Введены в действие с 01.10.99.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Область применения . 2 2. Основные параметры и технические характеристики преобразователей акустической эмиссии . 2 2.1. Перечень параметров и технических характеристик паэ .. 2 2.2. Основные параметры преобразователей акустической эмиссии . 2 2.3. Технические характеристики преобразователей акустической эмиссии . 3 3. Классификация преобразователей акустической эмиссии и требования к параметрам .. 3 4. Условия проведения измерений . 4 5. Методы определения основных параметров преобразователей акустической эмиссии . 5 5.1. Методы абсолютных измерений . 5 5.2. Метод относительных измерений . 6 6. Схемы проведения экспериментальных исследований . 7 7. Требования к основному калибровочному блоку . 8 8. Источники возбуждения акустического сигнала . 8 9. Рекомендации по установке преобразователей акустической эмиссии на калибровочный блок и контролируемый объект . 9 10. Порядок проведения калибровки преобразователей акустической эмиссии . 10 Приложение а. Перечень параметров и технических характеристик преобразователей акустической эмиссии . 11 Приложение б. Содержание паспорта преобразователя акустической эмиссии ( паэ) 12 Приложение в. Перечень типов измерительной аппаратуры, используемых при определении основных параметров паэ .. 13 Приложение г. Нормативные ссылки . 13 Приложение д. Термины и определения . 14 |
Преобразователь акустической эмиссии (ПАЭ) является важнейшим элементом прибора (системы) акустико-эмиссионного (АЭ) неразрушающего контроля. ПАЭ преобразует акустический сигнал АЭ-процесса в электрический сигнал, параметры которого используются для оценки источников АЭ.
Особенностью применения ПАЭ при контроле промышленных объектов являются, как правило, относительные измерения параметров АЭ и определение характерных зависимостей параметров АЭ-сигнала от параметров нагружения.
1 . ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящие Требования распространяются на контактные, прямые, пьезоэлектрические ПАЭ, используемые для контроля промышленных объектов, а также при исследованиях АЭ в лабораторных условиях, и устанавливают методы определения основных параметров ПАЭ.
Требования регламентируют использование как аналитических, так и экспериментальных методов для определения параметров ПАЭ.
В основу экспериментальных методов определения параметров положена реакция ПАЭ на динамическое смещение, нормальные поверхности калибровочного блока (объекта), на который устанавливается ПАЭ.
Требования не регламентируют определение характеристик направленности ПАЭ и использование различных типов волн.
2 . ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
2.1 . Перечень параметров и технических характеристик ПАЭ
Приведен в приложении А.
2.2 . Основные параметры преобразователей акустической эмиссии
2.2.1 . Коэффициент преобразования ПАЭ - s , определяемый как отношение ит - максимального значения импульсной переходной характеристики ПАЭ (далее - импульсная характеристика) к и1 - максимальному значению акустического сигнала (смещению частиц поверхности стандартного блока или контролируемого объекта) эталонного источника непосредственно под ПАЭ либо вблизи него, s = ит / и 1 .
Коэффициент преобразования ПАЭ имеет размерность (В/м), ит имеет размерность (В), и 1 имеет размерность (м).
2.2.2 . - число выбросов импульсной характеристики положительной полярности, превышающее уровень 0,1ит. Измеряется числом выбросов. Типичная импульсная характеристика ПАЭ с обозначением основных измеряемых параметров приведет на рис. 1 . Для упрощения записи индекс ( ) в обозначении рекомендуется опускать и использовать обозначение пи.
Рис. 1 . Типичная импульсная характеристика ПАЭ
2.2.3 . То - период основных колебаний импульсной характеристики. Измеряется в секундах.
2.2.4 . Еи - энергия импульсной характеристики, оценивается в джоулях. Энергия рассчитывается с использованием интеграла
где Z - импеданс цепи, в которой определяется энергия импульсной характеристики ПАЭ;
и - мгновенное значение импульсной характеристики ПАЭ.
Основные параметры ПАЭ должны быть приведены в паспорте ПАЭ (приложение Б).
2.3 . Технические характеристики преобразователей акустической эмиссии
К основным техническим характеристикам ПАЭ относятся:
2.3.1 . Вид (конструктивный) ПАЭ:
однополюсный или дифференциальный;
резонансный, широкополосный или полосовой;
совмещенный с предусилителем (передатчиком) или не совмещенный.
2.3.2 . Габаритные размеры.
2.3.3 . Масса (кг).
2.3.4 . Диапазон рабочих температур (°С).
2.3.5 . Длина кабеля (расстояние уверенного приема при телеметрии, м).
2.3.6 . Физическая емкость ПАЭ (Ф).
2.3.7 . Сопротивление изоляции (Ом).
2.3.8 . Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ).
2.3.9 . Требования по надежности (безотказность, долговечность, сохраняемость). Гарантийный срок (лет).
2.3.10 . Требования к условиям транспортирования и хранения. Основные технические характеристики должны быть приведены в паспорте на ПАЭ (приложение Б ).
3 . КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ И ТРЕБОВАНИЯ К ПАРАМЕТРАМ
Преобразователи АЭ классифицируются следующим образом.
3.1 . По значению коэффициента преобразования ПАЭ разделяются на четыре класса.
3.1.1 . Классы преобразователей АЭ:
П A Э первого класса - преобразователи, имеющие чувствительность менее 50 · 106 В/м.
ПАЭ второго класса - преобразователи, имеющие чувствительность в диапазоне (50 - 100) · 106 В/м.
ПАЭ третьего класса - преобразователи, имеющие чувствительность в диапазоне (100 - 200) · 106 В/м.
ПАЭ четвертого класса - преобразователи, имеющие чувствительность, превышающую 200 · 106 В/м.
3.1.2 . Требования к коэффициенту преобразования ПАЭ и рекомендации по применению.
ПАЭ первого класса.
К ПАЭ первого класса относятся конденсаторные преобразователи и преобразователи на основе лазерных интерферометров. Указанные преобразователи рекомендуется использовать при калибровке эталонных и рабочих ПАЭ.
ПАЭ второго класса.
К ПАЭ второго класса относятся широкополосные преобразователи, использующие пьезоэлектрический активный элемент. Рекомендуется использовать при калибровке эталонных и рабочих ПАЭ.
ПАЭ третьего класса.
К ПАЭ третьего класса относятся полосовые и резонансные преобразователи, использующие пьезоэлектрические активные элементы. Рекомендуется использовать при лабораторных исследованиях. Допускается использовать при контроле промышленных объектов малых и средних размеров, когда расстояние между ПАЭ не превышает 0,5 - 1,0 м.
ПАЭ четвертого класса.
К ПАЭ четвертого класса относятся резонансные преобразователи, использующие пьезоэлектрические активные элементы. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов.
3.2 . По частотному диапазону ПАЭ подразделяются на следующие типы.
3.2.1 . Типы преобразователей АЭ:
низкочастотные - рабочая частота до 50 кГц;
стандартные промышленные - 50 - 200 кГц;
специальные промышленные - 200 - 500 кГц;
высокочастотные - рабочая частота свыше 500 кГц.
3.2.2 . Требования к частотному диапазону преобразователей АЭ и рекомендации по применению.
При контроле производственных объектов рекомендуется использовать преимущественно резонансные ПАЭ с пьезоэлектрическими активными элементами.
Низкочастотные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле протяженных объектов и объектов с высоким затуханием звука.
Стандартные промышленные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов.
Специальные промышленные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов малых размеров (не превышающих длиной 1 м).
Высокочастотные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов малых размеров (не превышающих длиной 1 м) и в лабораторных исследованиях.
3.3 . По полосе пропускания частот ПАЭ подразделяются на три вида (связанных с видом амплитудно-частотной характеристики).
3.3.1 . Виды ПАЭ:
Резонансные ПАЭ. Полоса пропускания = 0,2 Fp , где F p - рабочая частота ПАЭ.
Полосовые ПАЭ. Полоса пропускания (0,8 - 0,2) Fp , где F p - рабочая частота ПАЭ.
Широкополосные ПАЭ. Полоса пропускания более 0,8 F p , где F p - рабочая частота ПАЭ.
Для полосовых и широкополосных преобразователей рабочая частота соотносится с верхней - F в и нижней - F н частотами полосы пропускания посредством выражения
и является среднегеометрической частотой ПАЭ.
4 . УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Измерения параметров ПАЭ проводят при следующих условиях:
4.1 . Условия окружающей среды и электрического питания:
температура окружающего воздуха (20 ± 5) °С;
относительная влажность воздуха (65 ± 15) %;
атмосферное давление (100 ± 4) кПа (750 ± 30) мм рт. ст.;
напряжение питающей сети (220 ± 4,4) В;
частота питающей сети (50 ± 0,5) Гц.
4.2 . Уровни вибраций, внешних электрических или магнитных полей должны находиться в пределах, регламентируемых документацией на аппаратуру, используемую при измерениях.
4.3 . Время прогрева аппаратуры устанавливают в соответствии с техническим описанием на аппаратуру, используемую при измерениях параметров ПАЭ.
5 . МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
Определение основных параметров ПАЭ основано на регистрации импульсной характеристики ПАЭ, измерении и определении ее параметров: максимального значения импульсной характеристики - ит, максимального значения нормального смещения частиц поверхности объекта, на ко торый установлен ПАЭ, - и 1 , числа выбросов импульсной характеристики - п над заранее установленным уровнем, например - 0,1 ит (либо длительности импульсной характеристики - t и ). Определение совокупности амплитудно- и фазово-частотной характеристик ПАЭ производится расчетным путем с использованием Фурье-преобразования импульсной характеристики ПАЭ. Допускается определение АЧХ другими методами, согласованными с Госстандартом России.
5.1 . Методы абсолютных измерений
Методы абсолютных измерений используют для определения коэффициента преобразования ПАЭ, числа выбросов импульсной характеристики (длительности импульсной характеристики), длительности периода основных колебаний импульсной характеристики.
5.1.1 . Определение коэффициента преобразования методом сличения.
При использовании данного метода необходимо проводить измерение абсолютных динамических нормальных смещений поверхности калибровочного блока, возбуждаемой импульсным источником дельта-импульса либо источником ступенчатого смещения. Допускается использовать гармонический сигнал по методикам, согласованным с Госстандартом России (например, использовать МИ 1786-87).
Измерение производят с использованием акустико-электронных образцовых средств измерений (образцовых преобразователей), коэффициент акустико-электронного преобразования которых известен. В качестве образцового преобразователя (ОП) используют конденсаторный или лазерный преобразователь либо преобразователь (пьезоэлектрический, специальной конструкции), не уступающий ему по параметрам в используемом диапазоне частот. Определение коэффициента преобразования ПАЭ производят путем сличения с коэффициентом преобразования образцового преобразователя.
Образцовый преобразователь должен иметь паспорт, в котором указан его коэффициент преобразования, измеренный в специализированной испытательной лаборатории, аккредитованной Госстандартом России, либо оцененный теоретическим (расчетным) методом.
Результаты калибровки выражают в единицах физических величин В/м.
5.1.1.1 . При калибровке образцовый преобразователь и калибруемый ПАЭ размещают на одну и ту же поверхность блока на одинаковом расстоянии от источника и симметрично относительно него. Возбуждают в калибровочном блоке импульс смещения. Принимают калибруемым ПАЭ и образцовым преобразователем импульсный сигнал. Коэффициент преобразования sk определяют, используя выражение
sk = souk /uo
где s о - коэффициент преобразования образцового преобразователя;
uk - максимальное значение напряжения на выходе калибруемого ПАЭ;
uo - максимальное значение напряжения на выходе образцового преобразователя.
Допускается также размещение калибруемого и образцового преобразователей на поверхности блока, противоположной той, на которой размещен излучающий преобразователь (источник). В этом случае калибровка производится с использованием объемных волн. Результаты калибровки при воздействии объемных волн являются дополнительными сведениями и не заменяют результаты калибровки с использованием волн, распространяющихся вдоль поверхности.
5.1.1.2 . По схеме, описанной в п. 5.1.1.1 , калибруют эталонные ПАЭ и рабочие ПАЭ, используемые при выполнении АЭ-контроля производственных объектов, макетов (моделей) производственных объектов и при испытаниях образцов материалов.
При калибровке рабочего ПАЭ используют эталонный ПАЭ, аналогичный по виду и типу калибруемому рабочему.
5.1.2 . Измерение числа выбросов импульсной характеристики.
Число выбросов импульсной характеристики определяют с использованием зарегистрированной импульсной характеристики ПАЭ на экране цифрового осциллографа путем подсчета числа выбросов положительной полярности над уровнем 0,1 um .
5.1.3 . Измерение длительности импульсной характеристики. Длительность импульсной характеристики t и измеряют путем измерения промежутка времени между моментами пересечения уровня, равного 0,1 um , на подъеме огибающей импульсной характеристики и на ее спаде. Измерение производится на экране цифрового запоминающего осциллографа. Результат представляется в секундах.
5.1.4 . Измерение длительности периода основных колебаний.
Период основных колебаний Т o измеряют путем измерения на экране осциллографа интервала времени, через который повторяются мгновенные значения импульсной характеристики в области ее максимума. Для повышения точности длительность периода вычисляют по формуле
Т o = tu/nu.
Для резонансных ПАЭ период основных колебаний связан с резонансной частотой выражением
fo = 1/ Т o .
5.2 . Метод относительных измерений
Метод относительных измерений используют как в лабораторных, так и в полевых условиях. Относительные измерения в лабораторных условиях проводят с использованием калибровочных блоков, а в полевых условиях - как с использованием калибровочных блоков, так и с использованием натурных объектов. Порядок измерений аналогичен порядку по п. 5.1.1.
Допускается проводить измерения параметров ПАЭ без использования калибровочных блоков, по схеме «лицом к лицу», когда калибруемый ПАЭ и эталонный пьезоэлектрический преобразователь акустически контактируют с излучающим пьезопреобразователем рабочими поверхностями.
Рис. 2 . Схема измерения 1:
1 - калибровочный блок; 2 - калибруемый ПАЭ; 3 - эталонный преобразователь; 4 - капилляр; 5 - пьезопластина для измерения усилия стержня; 6 - нагружающее устройство; 7 - цифровой осциллограф; 8 - усилитель заряда; 9 - измерительный прибор
В качестве регистрирующей аппаратуры используют цифровой запоминающий осциллограф. Допускается использование непосредственно прибора АЭ, который должен обеспечить измерение всех необходимых параметров - максимального значения импульса, числа выбросов пи через порог (0,1 um ), длительности импульсной характеристики t и .
6 . СХЕМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
6.1 . Рекомендуемые схемы проведения экспериментальных исследований, использующие калибровочный блок, приведены на рис. 2 и 3 . На рис. 2 представлена схема, в которой стеклянный капилляр 4 помещен между концом нагружающего устройства 6 и рабочей поверхностью калибровочного блока 1. Нагружающее устройство может быть выполнено в виде винта либо приспособления, позволяющего плавно увеличивать нагрузку в диапазоне 1 - 50 Ньютон (Н).
Рис. 3 . Схема измерения 2:
1 - калиброванный блок; 2 - калибруемый ПАЭ; 3 - эталонный преобразователь; 4 - капилляр; 5 - пьезопластина для измерения усилия стержня; 6 - нагружающее устройство; 7 - цифровой осциллограф; 8 - усилитель заряда; 9 - измерительный прибор
При изломе капилляра механическое возмущение в виде ступенчатой функции распространяется по поверхности блока. Время подъема функции не превышает 0,1 мкс. Величина силы измеряется с использованием пьезоэлемента 5, размещенного в нагружающем винте и предварительно откалиброванного. Измерение силы производится с использованием усилителя заряда 8, соединенного с измерительным прибором 9.
Образцовый преобразователь (конденсаторный, лазерный либо откалиброванный пьезоэлектрический) и калибруемый ПАЭ размещают симметрично относительно источника сигнала и на одинаковом расстоянии от него - 50 - 100 мм.
Электрические сигналы, поступающие от двух преобразователей, подаются на цифровой запоминающий двухканальный осциллограф и регистрируются им, после чего производят сравнение характеристик преобразователей и определение параметров калибруемого ПАЭ.
6.2 . Схемы проведения измерений с участием эталонного и рабочего вместо калибровочного блока контролируемого объекта аналогичны схемам, приведенным на рис. 2 и 3 .
7 . ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВНОМУ КАЛИБРОВОЧНОМУ БЛОКУ
Основной калибровочный блок должен быть изготовлен, как правило, из материала, соответствующего материалу контролируемого объекта либо близкого ему по акустическим свойствам. Блок не должен содержать дефектов, амплитуда эхо-сигнала от которых превышает 5 % амплитуды донного сигнала при контроле стандартным ультразвуковым дефектоскопом на частоте 2,0 МГц ± 0,5 МГц.
В случае если материал объекта контроля заранее неизвестен, в качестве материала блока может быть использована малолегированная конструкционная сталь типа Ст3.
Чистота поверхности блока должна быть не хуже Rz 40. Блок должен быть изготовлен в виде параллелепипеда с плоскопараллельными рабочей и донной поверхностями. Рекомендуемые размеры блока 500×500×250 мм для ПАЭ, работающих в диапазоне частот выше 100 кГц.
Для калибровки ПАЭ с рабочей частотой менее 100 кГц может быть использован дополнительный блок, размеры которого должны быть увеличены таким образом, чтобы свести к минимуму влияние на измерение многократных отражений испытательного сигнала. Допускается применение калибровочных блоков других видов и размеров при обосновании возможности получения всех регламентируемых настоящим документом значений параметров и технических характеристик калибруемых ПАЭ.
Как основной, так и дополнительный калибровочный блок должен отвечать следующим требованиям:
первый отраженный от какой-либо из поверхностей блока импульс не должен поступать ранее того момента, когда огибающая импульсной характеристики достигнет уровня 0,1ит;
либо амплитуда реверберации (максимальное значение многократных отражений) не должна превышать 0,1ит.
Затухание ультразвука в материале блока должно быть не более 8 - 10 дБ/м либо таково, чтобы оператор мог наблюдать не менее 10 донных сигналов на частоте 2,0 МГц ± 0,5 МГц. Допускается применение специальных блоков с пониженным отражением от нерабочих поверхностей.
8 . ИСТОЧНИКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА
В качестве генератора упругих колебаний, вырабатывающего испытательный сигнал, следует использовать любой возбудитель механических импульсов, длительность которых не превышает 0,1 мкс, с уровнем вторичных колебаний, не превышающих 0,1ит g , где ит g - амплитуда импульса генератора либо ступенчатых импульсов с длительностью переднего фронта, не превышающей 0,1 мкс.
Источником возбуждения акустического сигнала в виде ступенчатой функции (функции Хэвисайда) может служить излом стеклянной капиллярной трубочки, изготовленной из боросиликатного стекла. Рекомендуется выбирать внешний диаметр трубочки в диапазоне 0,1 - 0,3 мм. Диаметр внутреннего канала должен быть равен примерно толщине стенки. Необходимо, чтобы сила, при которой происходит излом трубочки, находилась в диапазоне 1 - 20 Н.
В качестве источника сигнала используют также излом графитового стержня цангового карандаша (источник Су-Нильсена). При этом рекомендуется обеспечить оценку силы, при которой происходит излом стержня. Диаметр стержня выбирают в диапазоне 0,2 - 0,5 мм, твердость ТМ - 2Т (НВ - 2Н). В качестве материала стержня может быть использовано стекло при условии, что сила, при которой происходит излом стержня, лежит в диапазоне 1 - 20 Н.
Рекомендуется в том месте блока, где производится излом капилляра (стержня карандаша), приклеить салолом или цианакриловым клеем кусочек предметного стекла микроскопа для предохранения поверхности блока от повреждений. Размеры этого стекла должны составлять 0,08×1,5×1,5 мм.
Рекомендуется нагрузку от нагружающего стержня передавать на капилляр через стеклянный стержень диаметром 2 - 3 мм, расположенный горизонтально, ось которого перпендикулярна оси капилляра. Нагружающий винт должен содержать измерительный пьезоэлемент, который калибруется с использованием грузов.
В качестве источника акустического сигнала используют также широкополосный пьезоэлектрический преобразователь, применяемый в ультразвуковом контроле, в частности пьезопреобразователь с пьезоэлементом переменной толщины и (или) диаметра. В этом случае преобразователь возбуждается электрическим импульсом длительностью не более 0,1 мкс, вырабатываемым импульсным генератором.
9 . РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УСТАНОВКЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ НА КАЛИБРОВОЧНЫЙ БЛОК И КОНТРОЛИРУЕМЫЙ ОБЪЕКТ
9.1 . Акустический контакт при использовании контактных ПАЭ обеспечивает передачу акустических волн из объекта в ПАЭ. Для обеспечения акустического контакта применяют соответствующие акустически прозрачные контактные среды.
При использовании жидкости контакт обеспечивается прижатием ПАЭ к объекту силовой нагрузкой. В качестве контактной среды используют воду, силиконовую смазку или любую другую жидкость, обеспечивающую передачу акустических волн и малое их затухание (не превышающее 6 дБ). Прижатие обеспечивается пружиной, дополнительным весом или магнитом. Следует избегать создания чрезмерного или слишком малого давления. Оптимальная величина силы прижатия составляет 1 - 20 Н.
9.2 . Твердотельный контакт реализуется с использованием клея, обеспечивающего передачу акустических волн с низким их затуханием.
9.3 . В качестве акустической связи в ряде случаев используют волноводы, представляющие собой механические соединительные детали (как правило, стержни, провода, полосы соответствующей формы), акустически связанные с объектом (сваркой, контактной средой или другим способом). В случае использования при контроле объектов волновода калибровку ПАЭ рекомендуют проводить вместе с волноводом.
9.4 . При установке ПАЭ и обеспечении акустического контакта рекомендуется:
9.4.1 . Производить выбор вида акустического контакта исходя из условий: температуры, доступности, химической совместимости с объектом, стабильности во времени, радиационной нагрузки, акустического согласования.
9.4.2 . Подготавливать место установки ПАЭ так, чтобы избежать нарушения акустического контакта. Необходимо обеспечить шероховатость поверхности не хуже Rz 40, учитывать кривизну поверхности.
9.4.3 . Выбирать такую контактную среду, которая может обеспечить минимальные потери при передаче волн из объекта в ПАЭ. Должны быть учтены толщина и однородность покрытия объекта.
9.5 . Установка и фиксация ПАЭ.
9.5.1 . Эффективность контакта и установки ПАЭ на объект проверяют с использованием соответствующих средств (отклик на имитационный источник - ультразвуковой излучатель, источник Су-Нильсена).
9.5.2 . Допускается применение волноводов в случаях, когда условия, в которых находится контролируемый объект, не позволяют размещать ПАЭ. Вносимое волноводом затухание должно быть сведено к минимуму путем выбора формы, длины, материала и метода присоединения волновода.
9.6 . Следует обеспечить стабильность контакта с учетом влияния окружающей среды, механическую стабильность крепления. При необходимости следует обеспечить электрическую изоляцию между преобразователем и поверхностью контролируемого объекта.
Необходимо исключить применение контактной среды, вызывающей коррозию объекта контроля или ПАЭ (особенно при длительном контакте).
Должна быть исключена механическая нагрузка на установленный на контролируемый объект ПАЭ и соединительный кабель.
9.7 . Проверка ПАЭ на объекте.
После установки ПАЭ на контролируемый объект и подсоединения к системе контроля проверяют его работоспособность, включая предусилитель, кабель, фильтр, основной усилитель. Определение коэффициента преобразования ПАЭ проводят в соответствии с п. 5.2.
9.8 . В отчетные материалы при проведении АЭ-контроля в части установки и проверки ПАЭ на объекте рекомендуется включить следующие данные:
9.8.1 . Тип контактной среды.
9.8.2 . Метод крепления ПАЭ (механический, магнитный и т.д.).
9.8.3 . Метод подготовки и чистоту контактной поверхности.
9.8.4 . Потери при прохождении сигналов через покрытия объекта, неровности поверхности и т.д.
9.8.5 . При использовании волноводов их материал, геометрию и вносимые изменения параметров сигнала.
10 . ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ КАЛИБРОВКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
10.1 . Определение коэффициента электроакустического преобразования эталонного ПАЭ путем измерения амплитуды динамического смещения поверхности твердого тела и амплитуды импульсной характеристики производят органы (лаборатории), имеющие лицензию Госгортехнадзора России, с использованием образцовых средств измерений. Используются методы по пп. 5.1 и 5.2 .
10.2 . Калибровку рабочих ПАЭ производят организации, имеющие лицензию Госгортехнадзора России, с использованием эталонных ПАЭ, откалиброванных в соответствии с п. 10.1 .
10.3 . Определение основных параметров рабочих ПАЭ осуществляют владельцы ПАЭ с использованием метода относительных измерений (п. 5.2 ) и эталонных ПАЭ, откалиброванных в соответствии с п. 10.1 .
10.4 . Калибровку эталонных ПАЭ проводят один раз в год. Определение основных параметров рабочих ПАЭ проводят перед каждым контролем, но не реже одного раза в год.
Результаты калибровки ПАЭ оформляются в форме сертификата калибровки.
Приложение А
Обязательное
Перечень параметров и технических характеристик преобразователей акустической эмиссии
1 . Основные параметры ПАЭ (приводимые изготовителем в паспорте ПАЭ)
1.1 . Коэффициент преобразования - s .
1.2 . Число выбросов п в импульсной характеристике на уровне 10 % от ит.
1.3 . Длительность периода основных колебаний To .
1.4 . Энергия импульсной характеристики - .
2 . Общие параметры ПАЭ
2.1 . Энергетические параметры импульсной характеристики (используются в ряде случаев вместо энергии, рассчитываемой по точной формуле п. 1.4 приложения А ).
2.1.1 . Относительная энергия импульсной характеристики
2.1.2 . Характеристическая энергия импульсной характеристики Е = и2 k , где k = е2/8 b , здесь е - основание натуральных логарифмов, b - затухание импульсной характеристики ПАЭ.
2.1.3 . Энергетический параметр, используемый в стандартах А S ТМ:
где - огибающая импульсной характеристики.
2.1.4 . Амплитудно-счетная энергия
2.2 . Период собственных колебаний - То. Для повышения точности вычисляют по формуле
То = tu /п u ,
для резонансных ПАЭ период собственных колебаний однозначно связан с резонансной частотой.
2.3 . Резонансная частота (*): F о = 1/ To .
2.4 . Добротность ПАЭ (*): Q = 1,37 nu .
2.5 . Полоса рабочих частот (*): ∆ f = 1/1,37 nuTo .
2.6 . Электрический импеданс ПАЭ: Z = 1/2π f С , где f = F о для резонансных ПАЭ, f = ( F тах + F т in )/2 для полосового или широкополосного ПАЭ, где F тах , F т in - максимальная и минимальная частоты полосы пропускания ПАЭ.
2.7 . Время нарастания импульсной характеристики (*): t н .
2.8 . Время спада импульсной характеристики (*): t с .
2.9 . Коэффициент затухания импульсной характеристики (*): δ = 2,3/ nuTo .
2.10 . Среднеквадратичное значение собственных тепловых шумов на резонансной частоте в полосе частот ∆ f = 10 кГц.
2.11 . Среднеквадратичное значение собственных тепловых шумов в рабочей полосе частот.
Примечани е. (*) - для резонансных ПАЭ.
3 . Основные технические характеристики ПАЭ (приводимые изготовителем в паспорте на ПАЭ)
3.1 . Вид преобразователя (конструктивный): однополюсный или дифференциальный; резонансный, широкополосный или полосовой; совмещенный с предусилителем (передатчиком) или не совмещенный.
3.2 . Амплитудно-частотная характеристика.
3.3 . Масса.
3.4 . Диапазон рабочих температур.
3.5 . Длина кабеля, если кабель жестко связан с ПАЭ.
3.6 . Физическая емкость ПАЭ.
3.7 . Сопротивление изоляции.
3.8 . Габаритные размеры.
4 . Общие технические характеристики ПАЭ
4.1 . Вид и размеры пьезоэлектрического элемента.
4.2 . Материал защитной пластины и корпуса.
4.3 . Защита от внешней окружающей среды, защита от вибраций, ударов в соответствии со стандартами. Взрыво- и пожарозащищенность.
4.4 . Помехозащищенность.
4.5 . Условия крепления к объекту.
4.6 . Диаграмма направленности ПАЭ.
Приложение Б
Обязательное
Содержание паспорта преобразователя акустической эмиссии (ПАЭ)
Паспорт ПАЭ должен включать следующие сведения:
обозначение модели;
серийный номер;
дату приемки;
наименование изготовителя;
вид преобразователя (конструктивный);
коэффициент преобразования преобразователя;
рабочую частоту преобразователя (для полосовых и широкополосных - центральная частота);
число выбросов импульсной характеристики пи;
период основных колебаний То (резонансная частота F о );
энергию импульсной характеристики Еи;
амплитудно-частотную характеристику;
сведения о методе определения параметров;
размеры;
массу;
температурный диапазон;
условия крепления к объекту;
дату изготовления;
фамилию и подпись приемщика.
Дополнительные сведения (по требованию потребителя):
уровень собственных тепловых шумов ПАЭ;
вид и размеры чувствительного элемента;
материал защитной пластины и корпуса;
рекомендуемая контактная среда;
тип электрического разъема и кабель;
физическая емкость;
сопротивление изоляции.
Приложение В
Справочное
Перечень типов измерительной аппаратуры, используемых при определении основных параметров ПАЭ
1 . Генератор импульсов (типа Г5-54).
2 . Генератор видеоимпульсов. В качестве генератора видеоимпульсов рекомендуется использовать импульсный дефектоскоп (например, типа УД2-12).
3 . Цифровой осциллограф (типа С8-8).
4 . Частотомер электронно-счетный (типа Ч3-35А).
5 . Графопостроитель (типа Н-306).
6 . Персональный компьютер с пакетом программ, обеспечивающим выполнение Фурье-преобразования.
7 . Измеритель емкостей.
8 . ПФАП - преобразователь-формирователь акустического поля (по МИ 1786-87).
Могут быть использованы приборы и средства измерений, не уступающие указанным по своим параметрам.
Приложение Г
Справочное
Нормативные ссылки
В настоящем документе использованы ссылки на следующие нормативно-технические издания:
1 . ГОСТ 23702-90 . Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний.
2 . ГОСТ 8.256-77 . Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений.
3 . ГОСТ 23222-88 . Нормируемые метрологические и точностные характеристики.
4 . ГОСТ 8.057 . Эталоны единиц физических величин.
5 . ГОСТ 8.061-80 . Поверочные схемы.
6 . ГОСТ 16263-70 . Метрология. Термины и определения.
7 . ГОСТ 8.513-84 . Поверка средств измерений.
8 . ГОСТ 23829-85 . Контроль неразрушающий акустический.
9 . ГОСТ 8.395-80 . Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования.
10 . ГОСТ 27655-88 . Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения.
11 . ГОСТ 16465-70 . Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения.
12 . Методические указания «ГСИ. Основные параметры приемных преобразователей акустической эмиссии. Методика выполнения измерений». МИ 1786-87.
13 . Рекомендация «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений. Амплитуды ультразвукового смещения, колебательной скорости частиц поверхности твердого тела и коэффициентов электроакустического преобразования в диапазоне частот 0,001 - 50 МГц». МИ 2030-89.
14 . Е 1106-86. Standard Method for PRIMERY CALIBRATION of acoustic emission sensorS. astm.
15 . Е 976-84. Standard Guide for determing the reproducibility of acoustic emission sensor response. astm.
16 . Е 650-85. Standard Guide for mounting piezoelectric acoustic emission sensorS. astm.
17 . NFA 09-354 (85). e mission acoustique . Designation des capteurs piezoelectriques et caracteristiques techniques a Fournier per le constructeor (AFNOR).
18 . NFA 09-355 (85). e mission acoustique . Couplege des capteurs piezoelectriques (AFNOR).
19 . EWGAE codes for a coustic emission: Code Y - Recommended Practice for Specification, Coupling and Verification of the p iezoelectric Trancducers Used in a coustic emission.
Приложение Д
Справочное
Термины и определения
В настоящем документе применяются термины и определения, приведенные в таблице.
№ п/п |
Термин, условное обозначение |
Определение |
1 |
2 |
3 |
1 |
Преобразователь акустической эмиссии (ПАЭ) по ГОСТ 27655-88 |
Устройство, в котором механический сигнал акустической эмиссии преобразуется в электрический сигнал. Примечани е. В состав ПАЭ могут входить активный элемент, преобразующий акустический сигнал в электрический, конструктивные элементы, волновод, предусилитель, электронные схемы согласования |
2 |
Импульсная характеристика и |
Электрический сигнал на выходе ПАЭ, являющийся реакцией на воздействие акустического кратковременного импульса в виде дельта-функции |
3 |
Коэффициент преобразования s |
Отношение максимального значения электрического напряжения на выходе ПАЭ к максимальному значению смещения частиц среды на рабочей поверхности ПАЭ |
4 |
Частотная характеристика (АЧХ, ФЧХ) |
Фурье-преобразование импульсной характеристики ПАЭ |
5 |
Технические характеристики |
Технические данные, описывающие свойства ПАЭ, обеспечивающие выполнение их предназначения |
6 |
Технические параметры |
Технические данные в виде номинальных значений. |
7 |
Калибровка ПАЭ |
Установление пригодности ПАЭ к применению и определение его основных параметров |
8 |
Энергия импульсной характеристики |
Энергия вычисляется с использованием выражения , где Z - импеданс цепи, в которой определяется энергия, и - мгновенное значение импульсной характеристики |