聲發(fā)射檢測儀器的設置和校準

6.2.1 校準信號的產生技術
聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的校準包括在試驗室內對儀器硬件系統(tǒng)靈敏度和一致性的校準與在現(xiàn)場對已安裝好傳感器的整個聲發(fā)射系統(tǒng)靈敏度和定位精度的校準。對儀器硬件系統(tǒng)的校準需采用專用的電子信號發(fā)生器來產生各種標準函數(shù)的電子信號直接輸入前置放大器或儀器的主放大器。對現(xiàn)場已安裝好傳感器的整個聲發(fā)射系統(tǒng)靈敏度和定位精度的校準采用在被檢構件上可發(fā)射機械波的模擬聲發(fā)射信號，模擬聲發(fā)射信號的產生裝置一般包括兩種，一種是采用電子信號發(fā)生器驅動聲發(fā)射壓電陶瓷傳感器發(fā)射機械波，另一種是直接采用鉛筆芯折斷信號來產生機械波，鉛筆芯模擬源如圖6.1所示。
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圖6.1 鉛筆芯模擬聲發(fā)射信號裝置
6.2.2 校準的步驟
??? (1) 儀器硬件靈敏度和一致性的校準：對儀器硬件系統(tǒng)的校準直接采用專用的電子信號發(fā)生器來產生各種標準函數(shù)的電子信號直接輸入前置放大器或儀器的主放大器，來直接測量儀器采集這些信號的輸出。比如，GB/T18182-2000標準規(guī)定：儀器的門檻精度應控制在?2dB范圍內；處理器內的幅度測量電路測量峰值幅度值的精度為?2dB；處理器內的能量測量電路測量信號能量值的精度為?5%，同時要滿足信號能量的動態(tài)范圍不低于40dB；系統(tǒng)測量外接參數(shù)電壓值的精度為滿量程的2%。
(2) 現(xiàn)場聲發(fā)射檢測系統(tǒng)靈敏度的校準：通過直接在被檢構件上發(fā)射聲發(fā)射模擬源信號來進行校準。靈敏度校準的目的是確認傳感器的耦合質量和檢測電路的連續(xù)性，各通道靈敏度的校準為在距傳感器一定距離（壓力容器規(guī)定為100mm）發(fā)射三次聲發(fā)射模擬源信號，分別測量其響應幅度，三個信號幅度的平均值即為該通道的靈敏度，多數(shù)金屬壓力容器的檢測規(guī)程規(guī)定，每通道對鉛筆芯模擬信號源的響應幅度與所有傳感器通道的平均值偏差為土3dB或±4dB，而玻璃鋼構件為土6dB。
(3) 現(xiàn)場聲發(fā)射檢測系統(tǒng)源定位的校準：通過直接在被檢構件上發(fā)射聲發(fā)射模擬源信號來進行校準。源定位校準的目的是確定定位源的唯一性和與實際模擬聲發(fā)射源發(fā)射部位的對應性，一般通過實測時差和聲速以及設置儀器內的定位閉鎖時間來進行儀器定位精度的校準。定位校準的最終結果為，所加模擬信號應被—個定位陣列所接收，并提供唯一的定位顯示，區(qū)域定位時，應至少被一個傳感器接收到。多數(shù)金屬容器檢測方法中規(guī)定，源定位精度應在兩倍壁厚或最大傳感器間距的5%以內。
6.2.3 傳感器的選擇和安裝
??? (1) 傳感器響應頻率的選擇：應根據(jù)被檢測對象的特征和檢測目的選擇傳感器的響應頻率，比如金屬壓力容器檢測用傳感器的響應頻率為100～400KHz，壓力管道和油罐底泄漏檢測傳感器的響應頻率為30～60KHz等。
(2) 傳感器間距和陣列的確定：構件聲發(fā)射檢測所需傳感數(shù)量，取決于試件大小和所選傳感器間距。傳感器間距又取決于波的傳播衰減，而傳播衰減值又來自用鉛筆芯模擬源實際測得的距離一衰減曲線。時差定位中，最大傳感器間距所對應的傳播衰減，不宜大于預定最小檢測信號幅度與檢測門檻值之差，例如，門欖值為40dB，預定最小檢測信號幅度為70dB，則其衰減不宜大于30dB。區(qū)域定位比時差定位可允許更大的傳感器間距。在金屬容器中，常用的傳感器間距約為1～6m，傳感器陣列采用三角平面或曲面定位，多數(shù)容器的檢測需布置約8～40多個傳感器。
(3) 傳感器的安裝：傳感器表面與試件表面之間良好的聲耦合為傳感器安裝的基本要求。試件的表面須平整和清潔，松散的涂層和氧化皮應清除，粗糙表面應打磨，表面油污或多余物要清洗。對半徑大于150mm的曲面可看成平面，而對小半徑曲面應采取適當措施，例如，可采用轉接耦合塊或小直徑傳感器。對于接觸界面，應填充聲耦合劑，以保證良好的聲傳輸。耦合劑不宜涂得過多或過少，耦合層應盡可能薄，表面要充分浸濕。耦合劑的類型，對聲耦合效果影響甚少，多采用真空脂、凡士林、黃油、快干膠及其它超聲耦合劑。對高溫檢測，也可采用高真空脂、液態(tài)玻璃及陶瓷等。但是，須考慮耦合劑與試件材料的相容性，即不得腐蝕或損傷試件材料表面。多用機械壓縮來固定傳感器。常用固定夾具包括：松緊帶、膠帶、彈簧夾、磁性固定器、緊固螺絲等。所加之力，應盡可能大一些，約為0.7MPa。
6.2.4 儀器調試和參數(shù)設置
(1) 檢測門檻設置：檢測系統(tǒng)的靈敏度，即對小信號的檢測能力，決定于傳感器的靈敏度、傳感器間距和檢測門檻設置。其中，門檻設置為其主要的可控制因素。
檢測門檻，多用dBae來表示。檢測門檻越低，測得信息越多，但易受噪聲的干擾，因此，在靈敏度和噪聲干擾之間應作折衷選擇。多數(shù)檢測是在門檻為35～55dB的中靈敏度下進行，最為常用門檻值為40dB。不同的門檻設置與適用范圍見表6.2。常用金屬壓力容器檢測的門檻一般為40 dB，但長管拖車的檢測門檻為32 dB，纖維增強復合材料壓力容器的檢測門檻一般為48 dB。
表6.2? 門欖設置與適用范圍
門檻（dBae）?適??? 用??? 范??? 圍
25－35?高靈敏度檢測，多用于低幅度信號或高衰減材料或基礎研究
35－55?中靈敏度檢測，廣泛用于材料研究和構件無損檢測
55－65?低靈敏度檢測，多用于高幅度信號或強噪聲環(huán)境下的檢測
??? (2) 系統(tǒng)增益設置：增益是儀器主放大器對聲發(fā)射波形信號放大倍數(shù)的設置，一些20世紀70年代生產的老的聲發(fā)射系統(tǒng)通常有分開的可變增益（dB）和門檻電壓（伏特），在某些系統(tǒng)中，增益或門檻中的一個可能被固定，通過提高增益dB或降低門檻電壓能獲得較高的靈敏度。
20世紀80年代以后生產的儀器，均采用集成電路系統(tǒng)，對于操作者設定的增益（dB）和門檻（dBae），系統(tǒng)就能計算出合適的電壓，把它放在門檻比較器上。因此，門檻的功能為主要控制靈敏度，改變增益設置將不改變靈敏度。增益的設置并不影響所測量的計數(shù)，持續(xù)時間，上升時間或幅度。但增益設置也是十分是重要的，它直接影響能量的測量和聲發(fā)射信號的能量計數(shù)。
對于目前常用聲發(fā)射儀器，為了保持系統(tǒng)在一合適的操作范圍內，應根據(jù)檢測靈敏度的要求來選定門檻，而增益十門檻應處于一定的范圍，比如有些設備在55和88dB之間。
??? (3) 系統(tǒng)定時參數(shù)設置：定時參數(shù)，是指撞擊信號測量過程的控制參數(shù)，包括：峰值定義時間（PDT）、撞擊定義時間（HDT）和撞擊閉鎖時間（HLT）。
峰值定義時間，是指為正確確定撞擊信號的上升時間而設置的新最大峰值等待時間間隔。如將其選得過短，會把高速、低幅度前驅波誤作為主波處理，但應盡可能選得短為宜。
撞擊定義時間，是指為正確確定一撞擊信號的終點而設置的撞擊信號等待時間間隔。如將其選得過短，會把一個撞擊測量為幾個撞擊，而如選得過長，又會把幾個撞擊測量為一個撞擊。
撞擊閉鎖時間，是指在撞擊信號中為避免測量反射波或遲到波而設置的關閉測量電路的時向間隔。
聲發(fā)射波形隨試件的材料、形狀、尺寸等因素而變，因而，定時參數(shù)應根據(jù)試件中所觀察到的實際波形進行合理選擇，其推薦范圍如表6.3所示。
表6.3? 定時參數(shù)選擇
材料與試件?PDT（?s）?HDT（?s）?HLT（s）
復合材料?20～50?100～200?300
金屬小試件?300?600?1000
高衰減金屬構件?300?600?1000
低衰減金屬構件?1000?2000?20000