《承压设备无损检测系统性能测试与评价 第2部分：相控阵超声检测》行业标准征求意见稿

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中华人民共和国能源行业标准

NBXXXXX—XXXX

承压设备无损检测系统性能测试与评价

第2部分：相控阵超声检测

PerformanceTestandEvaluationofNon-destructiveTestingSystemsforPressure

Equipments—Part2:Phased-arrayUltrasonicTesting

征求意见稿

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

中国能源局发布

Q/LB.□XXXXX-XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规

定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会提出并归口。

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

本文件为首次发布。

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承压设备无损检测系统性能测试与评价

第2部分：相控阵超声检测

1范围

本标准规定了相控阵超声检测仪的术语和定义、性能特征、测试方法和验收标准，以及相控阵超声

探头的术语和定义、性能特征、测试方法和验收标准等内容。

本文件的部分测试方法可适用于自动检测系统中的相控阵超声检测仪，但需其它测试作为补充，以

保证其工作性能。当相控阵超声检测仪用于自动检测系统时，可参照或修改本文件规定的验收准则。

本文件也可部分适用于具有FMC（FullMatrixCapture，全矩阵采集）和TFM（TotalFocusingMethod，

全聚焦）功能的仪器。

本标准适用于检测频率在0.1MHz～25MHz范围内相控阵超声检测仪，以及频率在0.5MHz～15

MHz范围内相控阵超声探头。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；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

文件。

GB/T12604.1无损检测术语超声检测

NB/T47013.3承压设备无损检测第3部分：超声检测

NB/T47013.15承压设备无损检测第15部分：相控阵超声检测

GB4208外壳防护等级(IP代码)

GB/T4793.1测量、控制和试验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求

GB/T6587.1电子测量仪器环境试验总纲

GB/T6587.2电子测量仪器温度试验

GB/T6587.3电子测量仪器湿度试验

GB/T6587.4电子测量仪器振动试验

GB/T6587.5电子测量仪器冲击试验

GB/T6593电子测量仪器质量检验规则

GB/T9969工业产品使用说明书总则

3术语和定义

GB/T12604.1界定的及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

相控阵phasedarray

通过电子系统控制阵列的各个阵元，按照一定的延迟时间规则发射和接收超声波，从而动态地控制

超声束在工件中的偏转和聚焦。

3.2

1

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脉冲上升时间pulserisetime

脉冲前沿的幅度从其峰值幅度的10%上升到90%所需的时间。

3.3

脉冲反冲pulsereverberation

发射脉冲波形中在预期输出后的第二个回波的最大幅度。

3.4

接收器输入阻抗receiverinputimpedance

以等效成并联的电阻和电容表征的接收器内部阻抗的特性。

3.5

发射器pulsersinthephased-arrayinstrument

相控阵超声检测仪中激发阵元组件，其数量通常和相控阵虚拟通道数相同。

3.6

阵元element

换能器分割成多个相互独立晶片，由单个或多个晶片所组成的具有独立收发功能的晶元组合称之为

一个阵元。

3.7

发射脉冲transmitterpulse

相控阵超声检测仪的发射器产生的电脉冲，用以激发探头。

3.8

标称频率nominalfrequency

由制造商所标出的探头频率。

4符号和含义

符号和含义如表1所示。

表1符号和含义

符号单位含义

Ao、AndB检测过程中所用的衰减器的设定值

CmaxpF最大增益时接收器的并联电容

CminpF最小增益时接收器的并联电容

DsdB发射过程中发射能量泄漏抑制

f1Hz-3dB时的下限频率

fmaxHz频谱中最大幅度的频率

fuHz-3dB时的上限频率

f0Hz中心频率

N—测量次数

ninV/Hz接收器输入端的每平方根带宽噪声

R1Ω端电阻

RmaxΩ最大增益时接收器的输入电阻

RminΩ最小增益时接收器的输入电阻

2

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SdB衰减器设定值

tds脉冲宽度

trs发射脉冲幅度从峰值幅度的10%达到90%的上升时间

VEV接收器输入电压

VeinV接收器等效输入噪声

VinV输入电压

VmaxV接收器最大输入电压

VminV接收器最小输入电压

VrV发射脉冲反冲幅度

V50V带有50Ω负载的发射器，其发射脉冲的电压幅度

V75V带有75Ω负载的发射器，其发射脉冲的电压幅度

Z0Ω发射器的输出阻抗

fHz频带宽度

时间增量

△Ts

△

5通用要求

5.1相控阵超声检测仪

仪器制造厂商应提供下述各项信息。

5.1.1一般要求

1)外形尺寸；

2)设备重量；

3)使用电源类型及电池工作时间（测试条件参考7.2.1）；

4)低电压（仪器不能正常工作时）的指示方式；

5)显示屏尺寸及屏幕分辨率；

6)接口类型；

7)采样频率/位数；

8)工作温度和电压（电源和/或电池的）范围（应在给定的技术指标范围内进行工作），如需预

热，应说明预热时间；

5.1.2显示器

1)显示刻度区域的尺寸；

2)垂直和水平方向的主、子刻度线的数量；

3)仪器内置的、操作人员无法控制的抑制；

4)时基的速度、延迟范围，时基线性。

5.1.3发射器

1)发射脉冲波形（即方波，单向或双向），如需要时，还应包括极性；

2)应给出在50Ω无感电阻输出负载条件下（对应的详细设置），以下各项参数标称值：

3

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a)发射脉冲重复频率；

b)发射脉冲电压（峰-峰电压）；

c)脉冲宽度（对方波或双极波，脉冲宽度可调范围）；

d)有效输出阻抗；

e)发射延时精度

5.1.4接收器（每频带）

a)中心频率及带宽（在-3dB点之间）；

b)衰减器的特性（又称为“增益”）例如dB范围、步进、精度；

c)发射脉冲后盲区；

5.2相控阵超声探头

相控阵超声探头应提供下述各项：

1)探头序号、工作频率、换能器大小、角度、波型或可追溯这些信息的参考号应标示清晰；

2)制造商提供所有探头及楔块资料的数据表，如附录B，附录C所示。

3)在质量管理体系如ENISO9001和ENISO9002标准下生产的大批量相同类型的探头，并按

统计法选取一定数量探头进行测试，而且附有制造商提供的规定参数值及其容误差的探头数据

表；

4)制造商家应说明探头的工作温度范围、运输过程中特殊存放和防护条件。

5)对于高温条件下使用的探头，制造商应提供其允许的最大工作温度，以及温度对灵敏度和声束

角度的影响。

5.3相控阵超声检测系统功能要求

5.3.1仪器功能要求

1)每个检测通道应至少能实时显示A扫描信号和/或扇扫图像；

2)可以调整信号延时/信号零点等功能，使始波开始于坐标0点以后；

3)如需要时，可关闭仪器发射端或接收端，并可指定开启的通道；

4)仪器的A扫描信号支持射频波模式；

5)仪器应可以通过闸门读取数据；

6)对于未采集到的数据，仪器软件不应使用数据处理方式对缺失部分进行补充，以保持数据的真

实性。

5.3.2其他功能

1)仪器的数据采集应和扫查装置的移动同步，扫查步进值应可调，其最小值应不大于0.5mm；

2)仪器应能同步记录和存储A扫描信号和对应探头位置的信息，如编码器；

3)仪器应能记录原始A扫波形，且宜有平均、滤波、图像局部缩放、信号数字增益等数字信号处

理等功能；

4)仪器应能够选择合适的A扫描时间窗口，以检测到需要的信号；

5)相控阵超声检测仪软件应具有聚焦法则设置功能，并能够根据聚焦法则数量存储所有检测合成

的A扫波形数据；

4

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6)相控阵超声检测仪软件应可根据检测要求将发射焦点轨迹设置为等声程、等深度、等水平的方

式；接收焦点轨迹可与发射焦点轨迹一致，也可提供动态深度聚焦的方式；可具有全聚焦的检

测功能；

7)相控阵超声检测仪软件宜具有多组检测功能，可实现两组以上聚焦法则同时检测的功能。

8)相控阵超声检测仪软件应具有根据时基信号或者位置信息进行连续成像的功能；

9)相控阵超声检测仪软件应具有角度增益修正（ACG）和时间增益修正（TCG）的功能；

10)相控阵超声检测仪软件应支持单线阵探头，宜支持双线阵探头，矩阵探头，可支持环形阵列探

头或其他特殊排列形式的探头；

11)相控阵检测软件宜提供模拟仿真软件，对检测对象进行声束覆盖仿真和声场能量仿真；

12)相控阵超声检测仪软件宜提供相控阵超声探头阵元灵敏度测试功能，快速评估相控阵超声探头

阵元的一致性；

13)相控阵超声检测仪软件宜提供相控阵楔块校准功能，能够对楔块的声速、角度和中心阵元高度

等参数进行测量；

6相控阵超声检测系统性能检验项目

为满足相控阵超声检测系统性能要求，将检验项目分为以下三组，如表2所示：

第1组仪器：对于相控阵超声检测仪的检验，由制造商（或其代理商）从所生产的相控阵超声检测

仪中随机抽取样品进行检验。

第2组探头：对于相控阵超声探头的检验，由制造商（或其代理商）从所生产的相控阵超声探头中

随机抽取样品进行检验。

第3组仪器探头组合性能：对于相控阵超声检测仪和探头组成的组合性能的检验，在使用期限内，

按规定的校准或核查周期进行检验。

维修后，对可能影响到相控阵超声检测仪的所有参数，应选用第1组仪器中的合适的检验项目进行

检验。

校准或核查至少包含第3组的检验项目。

表2相控阵超声检测系统的检验项目

测试项目第1组：仪器第2组：探头第3组：组合性能

物理状态与外观7.18.2-

电池工作时间7.2.1--

预热后稳定性7.2.2--

温度变化稳定性7.2.3--

相对电压变化稳定性7.2.4--

发射脉冲重复频率7.3.1--

发射脉冲电压、上升时7.3.2--

间、反冲及宽度

发射延时精度7.3.3--

有效输出阻抗7.3.4--

串扰7.4.1--

发射脉冲后盲区7.4.2--

5

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接收器输入阻抗7.4.3--

动态范围7.4.4--

放大器频率响应7.4.5--

等效输入噪声7.4.6--

衰减器精度7.4.7--

幅度线性7.4.8--

时基偏差7.4.9--

接收延时精度7.4.10--

净增益7.4.11--

数字化采样误差7.4.12--

通道增益变化7.4.13--

声束合成7.4.14--

脉冲持续时间-8.3-

脉冲回波灵敏度-8.4-

中心频率和相对带宽-8.5-

电阻抗或静电容-8.6-

阵元间串扰-8.7-

垂直线性--9.1

水平线性--9.2

组合频率--9.3

扇扫成像横向分辨力--9.4

扇扫成像纵向分辨力--9.5

扇扫角度范围测量偏差--9.6

扇扫角度分辨力--9.7

7相控阵超声检测仪的电气性能测试方法及技术要求

7.1物理状态与外观

目测相控阵超声检测仪外观，检查是否存在影响正常工作及外部损伤。

7.2稳定性能部分

以下稳定性检验过程中，应采取必要的措施以保证不受外界信号干扰，信号保持稳定不变。如果配

有延时控制器，则延时应设定为零。实验室环境温度应保持在仪器制造者技术规范规定的±5℃范围以

内。保证电源或电池的电压在制造者技术规范规定的范围以内。

7.2.1电池工作时间

相控阵超声检测仪空载（未连接探头）、仅使用电池（即相控阵超声检测仪应断开主电源）时的电

池工作时间应在下列条件下进行检测：

a)充满电的新电池；

b)环境温度：20°C～30°C；

c)增益调至中间值；

如果相控阵超声检测仪配备显示屏：

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d)A扫和S扫同屏显示；

e)亮度设在中间位置；

当可能时，将相控阵超声检测仪按以下参数设置：

f)设置脉冲重复频率为1kHz；

g)同时激活16个通道；

h)10个延迟法则；

i)设置脉冲电压为50V；设置脉冲宽度为100ns；设置时基为50µs。

当不能如上设置时，上述参数设置为制造商规定的典型值。

7.2.2预热后稳定性

激活相控阵超声检测仪的1个发射通道和1个不同的接收通道。通过图A.1所示的保护电路，连接激

活的发射通道和信号发生器同步触发端，并连接信号发生器门控输出端至激活的接收通道，见图A.2。

设置相控阵超声检测仪的时基范围至合适，显示全波形。调整任意波形信号发生器，使其频率为相

控阵超声检测仪最大带宽的中心频率，产生3个周期脉冲串。设置延迟时间使回波调整到屏幕中心，幅

度为100mV峰-峰值。调整相控阵超声检测仪的增益，使其显示信号幅度达到FSH的80％。

根据厂商给定的预热时间进行预热，预热完成后的30min内，每隔10min观察信号的幅度和其在时

基上的位置。

在检测过程中，环境温度应保持在制造商技术要求规定的±5℃范围内。确保电源或电池的电压在

制造商技术要求规定的范围内。

7.2.3温度变化稳定性

激活相控阵超声检测仪的1个发射通道和1个不同的接收通道。通过图A.1所示的保护电路，连接激

活的发射通道和信号发生器同步触发端，并连接信号发生器门控输出端至激活的接收通道，见图A.2。

设置相控阵超声检测仪的时基范围至合适，显示全波形。调整任意波形信号发生器，使其频率为相

控阵超声检测仪最大带宽的中心频率，产生3个周期脉冲串。设置延迟时间使回波调整到屏幕中心，幅

度为100mV峰-峰值。调整相控阵超声检测仪的增益，使其显示信号幅度达到FSH的80％。

把相控阵超声检测仪放入环境试验箱，调节试验箱的环境温度，在制造商规定的温度范围内，以不

超过10℃的间隔使温度变化，读出和记录相应参考回波的幅度及其位置。

7.2.4相对电压变化稳定性

使用稳压直流电源给相控阵超声检测仪供电，将电压调到相控阵超声检测仪规定的工作电压范围的

中间值。

激活相控阵超声检测仪的1个发射通道和1个不同的接收通道。通过图A.1所示的保护电路，连接激

活的发射通道和信号发生器同步触发端，并连接信号发生器门控输出端至激活的接收通道，见图A.2。

设置相控阵超声检测仪的时基范围至合适，显示全波形。调整任意波形信号发生器，使其频率为相

控阵超声检测仪最大带宽的中心频率，产生3个周期脉冲串。设置延迟时间使回波调整到屏幕中心，幅

度为100mV峰-峰值。调整相控阵超声检测仪的增益，使其显示信号幅度达到FSH的80％。

在电池工作电压的范围内，调节供电电压，并观察回波参考信号的幅度和其在时基上位置的稳定性。

对于带有低压自动关机系统或报警装置的相控阵超声检测仪，应降低电源和/或电池的电压，并记录低

压自动关机系统或报警装置启动时的信号幅度。

7.3发射部分性能

7.3.1发射脉冲重复频率

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连接示波器至相控阵超声检测仪的一个发射端。将示波器显示范围进行调整，至少同时显示三个发

射脉冲。调节相控阵仪器的发射脉冲重复频率，包括最大值、最小值以及中间值，共3处。

7.3.2发射脉冲电压、上升时间、反冲及宽度

连接示波器前，应检查示波器的输入端，以防被高发射电压损坏。应设置仪器制造商提供的最佳阻

尼，设置脉冲电压、脉冲宽度、脉冲重复频率全范围条件下进行测量。使用的相控阵超声检测仪屏幕上

显示的参数应形成记录。给发射输出插座连接一个50Ω无感电阻，用示波器测量：发射脉冲电压在设置

条件下的稳态值和跌落值；幅度（稳态值）从10％到90％的脉冲上升时间；幅度（稳态值）在50％时的

脉冲宽度；发射脉冲反冲与发射脉冲电压峰-峰值之比。对发射信号进行测量如图1所示。

在所有的发射通道上重复测量发射脉冲电压和反冲。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在64个通道上进行测量。

在可同时激活的发射通道上重复测量脉冲上升时间和脉冲宽度。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在16个通道上进行测量。

发射脉冲幅度的变化由每个通道测出的发射电压确定。

a)方波脉冲

b)尖峰脉冲

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c)双极性脉冲

d)方波脉冲稳态值与跌落值参考

图1.测量的发射脉冲参数

7.3.3发射延时精度

选择可以同时激活的最大通道数。将发射脉冲的幅度调至中间值。采用相控阵超声检测仪的同步信

号同步示波器（在缺省状态下，可使用第一个通道的脉冲）。将每个通道的发射延迟调为零。对应每个

通道，测出示波器上的同步信号和脉冲之间的时间tP0。对应每个通道，施加一个等于技术要求规定的延

迟时间分辨率的发射延迟。对应每个通道，测出示波器上的同步信号和脉冲之间的时间tP1。测出的延迟

时间分辨率为在所有通道上测出的时间差tP1-tP0的平均值。

仅测试一组通道。

7.3.4有效输出阻抗

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在连接示波器之前，应先检查示波器的输入端，以避免被高发射电压损坏。测量应在脉冲电压、脉

冲宽度和脉冲重复频率的中间值上进行。相控阵超声检测仪屏幕上显示的参数应形成记录。一个50Ω

的无感电阻RA，用示波器测量发射脉冲电压稳态值VA。在相控阵超声检测仪的发射输出端连接然后用

75Ω的电阻RB替换这个50Ω的电阻，测量发射脉冲电压稳态值VB。测量时应采用中等强度的发射脉冲

和选取发射脉冲频率的中间值。应对至少10%的可用发射通道重复进行测量。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在6个通道上进行测量。

对于每个发射器，用公式（1）计算输出阻抗Z0：

RR××(VV−)

ABBA（）

Z0=1

()()RVBA×−RVAB×

7.4接收部分性能

7.4.1串扰

禁用所有发射器，所有测量均在50Ω负载下进行。设置接收通道为通道1，将相控阵超声检测仪增

益调至最小值，然后采用外部信号发生器，在通道1上产生一个频率为5MHz的连续正弦波信号（见图

A.3），调整信号幅度，使在通道1上的信号峰值幅度达到FSH的60％，如必要可增加相控阵超声检测仪

增益，记为G1。

将接收通道切换为通道2，增加相控阵超声检测仪增益G2，使在通道2的信号峰值幅度达到FSH的

60％。通道1和通道2之间的串扰由公式（2）计算得出，单位为dB：

（）

CT2,1=G2−G1

2

通过切换仪器激活通道并调节增益进行重复测量。通道1和通道i之间的串扰由公式（3）计算得出：

（）

CTi,1=Gi−G13

相控阵超声检测仪的串扰为记录的最大值。

7.4.2发射脉冲后盲区

测量条件应满足下列要求：激活通道1，连接发射器和接收器；所有测量均在50Ω负载下进行；A

扫显示为全波检波信号。设置相控阵超声检测仪的全屏宽度为10µs。调整延迟时间，使发射脉冲前沿对

准零刻度线。如图A.4所示连接电路，将相控阵超声检测仪设置为单通道收、发工作模式。

注：采用图A.1所示的保护电路，以防止因发射峰值电压损坏信号发生器。

设置脉冲宽度为100ns。如果5MHz频率不能用时，则按照相控阵超声检测仪最大带宽的中心频率

设置脉冲宽度。设置发射电压为最大值的50％。使用信号发生器，将一个频率为5MHz（或如果5MHz

频率不能用时，则采用相控阵超声检测仪最大带宽的中心频率）的连续正弦波输入到保护电路（见图

A.1）。调整相控阵超声检测仪增益，使稳定的信号幅度达到FSH的50％（见图2）。检查相控阵超声检

测仪放大器要处于未饱和状态。发射脉冲后盲区t1用从发射脉冲前沿到信号幅度稳定在FSH的45％和55％

之间所对应的时间表示。本项检测仅在一个通道上进行测试即可。

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说明：

1——盲区的时间，t1

2——异步正弦检波信号

X——时间，单位为µs

Y——幅度，单位为全屏幅度的百分比

图2.检测过程中在相控阵超声检测仪显示屏上见到的用于测量发射脉冲后的盲区的信号波形

7.4.3接收器输入阻抗

禁用所有发射器，在相控阵超声检测仪的中心频率，将增益分别设置为最小和最大值条件下，采用

阻抗分析仪测量接收器输入阻抗的实数（Rmin，Rmax）和虚数（Cmin，Cmax）部分。测量相控阵仪器的通

道不少于通道总数的10％。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在6个通道上进行测试。

7.4.4动态范围

采用图A.3所示连接方式，按7.4.5测出的每个频带中心频率f0测量动态范围。用信号发生器产生

10个周期的测试信号，如图3所示，依次选择相控阵仪器每个频带的设定值。将相控阵超声检测仪调至

最小增益。提高输入信号幅度直至信号出现饱和或显示的幅度达到全屏幅度的100%。测量输入信号的

电压Vmax（测量时要适当考虑外部标准衰减器的设置）。

图3.采用门控射频信号方式产生的检测波形

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将相控阵超声检测仪的增益控制器（校准和未校准）设置到最大增益。如果噪声电平大于全屏幅度

的5%，降低增益，直至噪声电平为全屏幅度的5%。调节输入信号幅度使相控阵超声检测仪显示的信号

幅度达到全屏幅度的10%，测量输入信号的电压Vmin（测量时要适当考虑外部标准衰减器的设置）。

注：如果门控信号发生器不能提供足够低的电压，应将相控阵超声检测仪重新设置到大于最小增益20dB的电平并

对测结果进行修正。

可用的动态范围由公式（4）计算，单位为dB：

V

max（）

20log10()4

Vmin

若式中Vmin低于输入等效噪声Vein时，动态范围应由公式（5）计算，单位为dB：

V

max（）

20log10()5

Vein

仅测试一个发射通道。

7.4.5放大器频率响应

使用图A.3所示的仪器配置方式，禁用所有发射器，所有测量均在50Ω负载下进行。设置接收通道

为通道1。并用外部信号发生器将正弦波信号输入第一个通道。将相控阵超声检测仪输入端的正弦波信

号幅度设置为100mV峰-峰值。

依次选取频带设定值，改变输入信号的频率，记录每个频带在相控阵超声检测仪显示最大信号幅度

时所对应的频率fmax，调整增益使信号FSH调整到80％。在此过程中，保证放大器不饱和，且在示波屏

上显示的输入信号幅度保持恒定。将经过校准的外部标准衰减器降低3dB，从而提高所显示的信号幅度。

以小于标称频带带宽5%的增量，依次从fmax提高和降低频率，分别并记录相控阵超声检测仪显示的

信号恢复到FSH80%时所对应的上限频率值fu和下限频率值fl（-3dB点）。返回到初始值，再次确认经

过校准的外部标准衰减器的输入信号是恒定的，如图4所示。

Y

80

57

(-3dB)

flfmaxfuX

图4.放大器频带响应特征

每个频带的中心频率(f0)由公式（6）计算：

12

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ff+

f=ul（6）

02

每个频带的带宽Δf(-3dB点之间)由公式（7）计算：

（）

Δfff=ul−7

仅测试一个发射通道。

7.4.6等效输入噪声

使用图A.3所示的仪器配置方式，禁用所有发射器，所有测量均在50Ω负载下进行。采用信号发生

器依次选择各个频带设定范围，测量等效输入噪声。将相控阵超声检测仪的增益设置到最大值，断开输

入信号，记录相控阵超声检测仪显示屏上的噪声电平。

把增益降低40dB，重新接通输入信号。调整经过校准的外部标准衰减器和/或输入信号电平直至射

频信号电平与上述噪声电平幅度相同。用示波器测量输入信号的峰-峰值电压Vin和经过校准的外部标准

衰减器的衰减量S，单位为dB。按公式（8）计算等效输入噪声Vein，单位为伏。

V

in（）

Vein=S+408

()

1020

使用7.4.5测得的fu和fl，按公式（9）计算每平方根带宽的噪声：

V

ein（）

nin=

9

fful−

测量相控阵仪器的通道不少于通道总数的10％。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在6个通道上进行测试。

7.4.7衰减器精度

使用图A.3所示的仪器配置方式，禁用所有发射器，所有测量均在50Ω负载下进行。使用信号发生

器，给通道1接入一个按7.4.5测出的最宽频带中心频率f0的正弦波信号。

将相控阵超声检测仪的增益调至最小值，并调整信号发生器产生的参考信号，使其不饱和显示。在

整个增益范围内，以适当的增量，增加相控阵超声检测仪的增益。并调整经过校准的外部标准衰减器使

其保持信号为一个恒定幅度。

对应每个增量，记录相控阵超声检测仪的增益值和外部标准衰减器的衰减值之间的差值，单位为dB。

增益比较高时可能会产生噪声，因此测量应在制造商规定的增益范围内进行。

仅测试一个通道。

7.4.8幅度线性

使用图A.3所示的仪器配置方式，禁用所有发射器，所有测量均在50Ω负载下进行。使用信号发生

器，给通道1接入一个按7.4.5测出的最宽频带中心频率f0的正弦波信号。

将经过校准的外部标准衰减器设置为2dB，并调节输入信号的幅度和相控阵超声检测仪的增益，使

该信号的幅度为FSH的80％。记录相关的增益设定值。

在不改变相控阵超声检测仪增益的条件下，将经过校准的外部标准衰减器设置到表2所列的设定值。

对应每个设定值，测量相控阵超声检测仪显示屏的信号幅度。如果仪器使用闸门可以测量FSH的100%

以上的信号幅度，则应进行最大可能的测量，扩展表3规定的值。

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仅测试仪器的一个通道。

表3幅度线性的技术要求

外部标准衰减器设定值波高理论值测试值

dB（%）（%）

010098～102

189.188～92

279.4基准线

463.162～66

650.148～52

839.838～42

1225.123～27

1420.018～22

2010.08～12

265.03～7

7.4.9时基偏差

本项检测是通过相控阵超声检测仪的时基线性与外部校准信号发生器的时基线性进行比较，来测量

相控阵超声检测仪的时基偏差。

如图A.3所示，连接仪器，调整信号发生器，以输出一个频率为最宽范围时的中心频率f0的单周期正

弦波。依次将时基调至最小、最大和中间位置。对应每个设定值，调整信号发生器触发延迟、相控阵超

声检测仪增益及经过校准的外部标准衰减器，使在显示屏时基的中间位置获得至少为FSH的80％的显示

信号。这一步骤给出了信号发生器的时间参考值。

以不大于屏幕宽度5％的增量，改变信号发生器的触发延迟。

记录每个延迟设定值，并测量对应相控阵超声检测仪显示屏上显示的回波信号位置（前沿或峰值）的时

间。

对应每个测量值，计算从相控阵超声检测仪上读取的时间与信号发生器给出的延迟时间之间的差值。

仅测试仪器的一个通道。

7.4.10接收延时精度

采用相控阵超声检测仪的同步信号发生器（在缺省状态下，可使用第一个通道的脉冲）。利用信号

发生器，产生一个单周期正弦波测试信号。调整测试信号的频率为相控阵超声检测仪最宽频带的中心频

率，并把测试信号连接到通道2。将相控阵超声检测仪的频带设置为最大带宽。

将相控阵超声检测仪的增益设为中间值，调整信号发生器的输出幅度，直至相控阵超声检测仪显示

屏上显示的信号幅度达到FSH的80％为止。

将相控阵超声检测仪时基延迟设置为0µs。将每个通道的接收延迟设置为0µs。调整信号发生器，使

测试信号显示在时基的中间位置。

调整相控阵超声检测仪的时基宽度，使本项检测产生的所有测试信号保持显示。以一个或多个增量

增加相控阵超声检测仪的延迟时间，所增加的每个增量等于制造商规定的延迟时间分辨率，直至信号偏

离时基为止。

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记录使用的延迟值和信号对应的位置（可以利用闸门）。连续增加仪器的延迟时间，依次产生五个

信号的偏离值。

仅测试仪器的一个通道。

7.4.11净增益

采用信号发生器在相控阵仪器屏幕上产生一个参考信号（参考信号电压为仪器制造厂给定的相控阵

接收前端最大输入信号电压），调节相控阵超声检测仪的增益，将相控阵超声检测仪屏幕的参考信号调

至满屏高度100%，然后将增益调至最大，记录仪器的净增益。

仅测试仪器的一个通道。

7.4.12数字化采样误差

本项检测是用来检验相控阵超声检测仪在其带宽范围内对应最高频率（fh）的信号幅度是否与其在

时基上的位置无关，fh为信号幅度变化低于FSH的±5％的最高频率。测试应在整流和RF模式下，如果

可用，使用最宽的频带设置，并禁用TCG。应在不同采样频率设定条件下重复进行测试。

选用下列两种方法之一对数字化采样误差进行测试，并记录选用的方法。

7.4.12.1方法一

采用如图A.3所示的测试装置，以产生一个与发射脉冲同步的测试信号。将信号的延时t调至t0，让

t0大于按7.4.2测出的发射脉冲后盲区。将信号发生器的频率调整为对应包括最高频率的最宽频带中按

7.4.5测出的-3dB点的上限频率fu。调整信号发生器，使其输出一个单周期的正弦波信号，其幅度为FSH

的80％。利用可变延迟，以较小的时间增量增加延时t。增量Δt按公式（10）计算:

1

∆=t（10）

10fu

式中：

fu——按7.4.5测出的频带-3dB点的上限频率。

每次增加Δt时，测量相控阵超声检测仪屏幕上显示的信号幅度。继续增加延迟时间，并测量信号

幅度，直至完成30次测量（即3个波长）为止。

所记录的从最大到最小信号幅度的变化应在FSH的±5％以内。如果信号幅度变化较大时，则减小

测试信号的频率并重复进行测试，直至信号幅度的变化在FSH的±5％范围内为止。

7.4.12.2方法二

采用如图A.3所示的测试装置，以产生一个测试信号,并将相控阵超声检测仪接收通道设置为只接收

模式。在满刻度下校准仪器屏幕宽度，时间从0μs到25μs。然后调节零点偏移，使屏幕零点在盲区之后。

设置信号发生器为自触发模式，输出信号频率fu,产生平均波幅为80%FSH的连续正弦波，记录仪器屏幕

上显示的最小和最大信号波幅，如图5所示。

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说明：

X时间

Y屏幕高度

1数字化采样误差

图5.测量数字化采样误差的波形

数字化采样误差主要是信号发生器产生的频率与仪器的采样时钟不同步。这可以通过将信号发生器

的频率设置为fu-0.1MHz来验证。再次观察仪器屏慕上显示的最小和最大信号幅度。这个小的频率变化

应该不会导致观测值的改变。记录最低的最小振幅和最大的振幅以及所使用的信号频率。

7.4.13通道增益变化

测量条件应满足下列要求：一个单独的激活通道；所有测量均在50Ω负载下进行；所有发射都禁

用。采用如图A.3所示的测试装置。激活通道1，使用外部信号发生器，输入一个频率为最宽频带中心

频率（f0）的正弦波信号。调整信号发生器的电压和增益，使通道1的信号的峰值幅度达到FSH的80％。

测量A扫显示的正弦波的幅度。在所有通道上重复进行测量。

示例：一台16/64多路复用相控阵超声检测仪，应在64个通道上进行测量。

Amax和Amin分别为对应记录的最大和最小幅度。相控阵超声检测仪的通道增益偏差由公式（10）计

算：

A

∆=G20lgmax（10）

Amin

7.4.14声束合成

将一个频率为5MHz（如果可用的话）的单周期正弦波并行接入前四个通道。接收信号时激活前四

个通道，每个通道之间延迟1µs，即从通道1（0µs）开始至通道4（3µs）。设置增益为最小值，调节

信号发生器，使合成信号的第一个周期正弦波的幅度为FSH的80％。测量四个信号的幅度和瞬时位置的

最大变化值。测量幅度的变化值，与其它三个信号在FSH的80％时进行对比。计算两个连续信号之间的

时间变化，并与1µs进行比较。

8相控阵超声探头性能测试方法

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8.1试块及其他设备

相控阵超声探头可用于接触式(带楔块或不带楔快)或液浸式检测技术。因此应根据探头的实际应用

场景选择合适的条件进行性能测试。

测试试块的参数(几何形状、材料、反射器类型、形状和位置、声速)，应在探头测试报告中说明。

8.1.1接触式探头

a)带楔块(集成或不集成):与楔块相同材料的试块，选择合适的尺寸使每个阵元的超声总路径相同。

试块的侧边或者断角不应对阵元回波测试有影响。如果楔块可拆卸，最好在没有楔块的情况下进行测试。

b)无楔块:与待测工件材料相同的试块，选择合适的尺寸使每个阵元的超声总路径相同。试块的侧

边或者断角不应对阵元回波测试有影响。如果没有指定材料，按GB/T19799或GB/T699c标准规定的钢

块。

8.1.2液浸式探头

应浸没在液体介质中使用指定的反射靶进行测试，反射靶一般式不锈钢材质，厚度尺寸应大于

30mm，探头应选择合适的距离和角度使每个阵元的超声总路径相同。反射靶和液体槽的侧边或者端角

不应对阵元回波测试有影响。如果没有指定的液体介质，一般选择水作为液体介质。

8.2物理状态与外观

目视检验探头外侧有无正确标识和装配，外形尺寸是否合格，以及可能影响其质量和性能的物理损

伤。特别对于接触式的平面探头，应用刀口尺测量探头接触面平整度。

8.3脉冲持续时间

使用满足要求的相控阵超声检测仪对探头的所有阵元单独激励，探头按8.1中描述的要求进行测

试。通过示波器采集试块底面或者表面的一次反射回波，如图A.5所示，可得到探头射频脉冲波形，如

图6示（注意如波形显示失真，应配合相应的衰减器或者仪器自带接收器调整为合适的增益值，示波器

屏幕显示的时间应大于两倍的脉冲持续时间，并使其回波最大值在屏幕内居中显示），测量脉冲持续时

间T20。

图6.射频脉冲波形

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8.4脉冲回波灵敏度

使用满足要求的相控阵超声检测仪对探头的所有阵元单独激励，探头按8.3中描述的要求进行测

试，通过示波器采集试块底面或者表面的一次反射回波，即可得到探头射频脉冲波形，如图6所示（注

意如波形显示失真，应配合相应的衰减器或者仪器自带接收器调整为合适的增益值，示波器屏幕显示的

时间应大于两倍的脉冲持续时间，并使其回波最大值在屏幕内居中显示），计算脉冲回波灵敏度Srel。

相对脉冲回波灵敏度按公式（11）确定：

V