声发射传感器表面波灵敏度的比较法校准

发布日期：2019-08-20 11:07　　　浏览次数：次

引言

声发射传感器灵敏度的校准是声发射检测技术领域的重要内容。ISO把声发射传感器的校准分为一级校准和二级校准。一级校准常用的方法有Breckenridge．F．R的阶跃脉冲法和Hajime Ha．tano的互易法，而把表面波比较法作为声发射传感器的二级校准方法。基于表面波的比较校准方法通过比较参考传感器和待检传感器对同一模拟声源的频域响应，利用参考传感器的灵敏度对待检传感器的频域响应进行修正，从而得到待检传感器的灵敏度。本文在原有比较校准法的基础上，使用更加接近无限大声场的钢制试块作为模拟声场，并对模拟声源进行优化。

1 校准系统

由于比较法需要用钢制试块模拟一个近似的无限大的表面波声场，尽可能地避免反射波的影响。这就要求钢制圆柱形试块的高度和上表面直径要尽可能大些。因此，本文在ISO标准的基础上，用一个更大尺寸(直径800mm，高度400mm)、上表粗糙度更小的圆柱形锻钢作为表面波声场传播介质，在566ºC或更高温度进行应力释放，其上表面RMS粗糙度≤1 m。

在ISO标准和GB标准中，校准中使用的声发射源都是通过玻璃棒压断毛细玻璃管来实现的。而本文在研究过程中发现，国内生产的毛细玻璃管存在外径和内径均具有较大偏差，同一根玻璃管粗细不均等问题，其声发射信号重复性较差。而使用压断直径为0.5mm 自动铅笔芯的方法产生的声发射信号具有较好的重复性，其最大幅值的不确定度为1dB，上升时间的不确定度为1.57 μs。本文对声源进一步优化，确定使用直径0.3mm自动铅笔芯的断裂作为声发射源，其最大幅值的不确定度为0.92dB，上升时间的不确定度为0.86μs。断裂长度为3mm，铅芯与锻钢平面成30º角。

校准系统由装有PAC PCI一2(18bit)信号采集卡的计算机，其采样频率最高为10MHz，参考传感器R15standard(DD01)，PAC 20／40／60 dB前置放大器，上表面光滑的钢制试块(直径800mm，高度400mm)，电缆等，校准系统的框图如图1所示。

软件方面，本文在LabVIEW 8．2平台上，利用相关控件、函数编写了比较法校准程序，实现对采集卡的参数设置、采集控制、数据处理分析及存储、生成报告等功能。在校准过程中，操作人员只要设定校准参数，然后手工压断铅芯即可。比较法校准程序如图2所示。

检定与校准

图2 比较法校准程序

在比较法校准中，PCI一2采集卡双通道中的每一个通道采集记录的原始波形数据是由1024(1k)个18bit的数据组成，采样频率是10MHz，即采样间隔0.1 μs。因此数据记录的总长度T=102.4 μs。从试块底部反射回来的纵波，在触发采集卡记录波形77μ s后到达传感器。由于参考传感器与待检传感器是位于试块圆形平面的直径上，并且与圆心的距离，也就是声源的距离均为100mm。所以，两个传感器接收到的波几乎是一样的 ]，因此可以忽略反射波对校准的影响。

对参考传感器R和待检传感器u的电信号输出进行采样，并通过快速傅里叶变换(FFT)，得到二者的复值频谱R(f )和U (f )。频率间隔是1／T== 9.76kHz。

这里R。（f）表示频率f为时，参考传感器R的复值响应，其值来自对参考传感器R的一级校准。R。（f）和 U。（f）单位是V／m，通常换算成dB来表示。这样就得到待检传感器U的灵敏度U。（f）。频率间隔是1／T=9.76kHz。

实验过程中，为了减少重复安装和耦合剂对校准结果的影响，本文使用质量相同的砝码压在参考传感器和待检传感器上，以保证对两只传感器相同的压紧力。

2 校准结果

以R15(Standard)DD01声发射传感器作为参考传感器，它是谐振频率为150kHz的压电型传感器，其灵敏度数据由PAC提供，校准数据可溯源至美国国家标准技术研究院，分别对PAC公司的R15VC93传感器和声华公司的SR150 61314传感器进行校准。

对SR150 61314传感器，本文进行了l0次比较法校准，其校准得到的灵敏度曲线如图3所示(图中纵坐标用dB ref 1V／(m／s)表示频率点的幅值，dB=201g(A／B)，其参考量B为1V／(m／s)，即传感器对1m／s的位移速度产生1V电压信号，为传感器灵敏度)。其相对偏差在0～1MHz的范围内是10.25％，而在100～500kHz的范围内是0.50％。