JJF 2387-2026 声发射前置放大器校准规范

　　中华人民共和国国家计量技术规范

　　JJF 2387—2026

　　声发射前置放大器校准规范

　　Calibration Specification for Acoustic Emission Preamplifiers

　　2026‑04‑02 发布 2026‑10‑02 实施

　　国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布

　　声发射前置放大器校准规范

　　Calibration Specification for

　　Acoustic Emission Preamplifiers

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　　JJF 2387—2026

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　　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

　　参加起草单位： 深圳计量质量检测研究院福建省计量科学研究院

　　浙江省质量科学研究院

　　本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释

　　本规范主要起草人：

　　何龙标(中国计量科学研究院)

　　王 珂(中国计量科学研究院)

　　张小丽(中国计量科学研究院)

　　参加起草人：

　　张瑞纹(深圳计量质量检测研究院)李 群(福建省计量科学研究院)

　　吴德林(浙江省质量科学研究院)

　　引 言

　　JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、 JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、 JJF 1059. 1—2012 《测量不确定度评定与表示》 共同构成制定本规范的基础性系列规范 。

　　本 规 范 制 定 中 参 照 了 JB/T 8283—1999 《声 发 射 检 测 仪 器 性 能 测 试 方 法》 和ASTM E0750_15 《声发射仪性能表征方法》(Practice for Characterizing Acoustic Emis_ sion Instrumentation) 中声发射前置放大器的部分性能参数及其测试方法 。

　　本规范为首次发布 。

　　声发射前置放大器校准规范

　　1 范围

　　本规范适用于频率范围为 10 kHz 至 5 MHz 的电压型声发射前置放大器的校准 。

　　2 引用文件

　　本规范引用了下列文件：

　　JJF 1001 通用计量术语及定义

　　JJF 1034 声学计量术语及定义

　　JJF 1505—2015 声发射检测仪校准规范

　　GB/T 3102. 7—1993 声学的量和单位

　　GB/T 12604. 4—2005 无损检测 术语 声发射检测

　　JB/T 8283—1999 声发射检测仪性能测试方法

　　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 GB 3102. 7—1993 中规定的量和单位 。

　　JJF 1001 和 JJF 1034 中界定的及以下术语和定义适用于本规范 。

　　3. 1 声发射 acoustic emission

　　材料内部迅速释放能量所产生的瞬态弹性波的现象 。

　　[来源： GB/T 12604. 4—2005 ， 2. 1]

　　3. 2 声发射前置放大器 acoustic emission preamplifier

　　与声发射传感器配套使用 ，具有较高输入阻抗和较低输出阻抗的放大器 。

　　4 概述

　　声发射前置放大器用于实现声发射传感器与声发射检测仪之间的阻抗匹配 ， 可同时具有滤波和增益放大等功能 。常见的声发射前置放大器有电压型和电荷型 ， 分别用于放大电压信号和电荷信号 。本规范主要针对电压型 。声发射前置放大器的频率范围一般与声发射传感器 、声发射检测仪相匹配 ， 常见的频率范围在 10 kHz 至 5 MHz 之间 ， 增益范围通常为 0 dB 到 60 dB 。声发射前置放大器的主要参数包括频率范围 、增益和自生噪声 。

　　5 计量特性

　　5. 1 频率范围

　　上 截 止 频 率 、下 截 止 频 率 以 及 -3 dB 带 宽 ， 参 照 声 发 射 前 置 放 大 器 的 出 厂 说 明书 。 -3 dB 带宽由声发射前置放大器频率响应相对于最大幅值衰减3 dB 处的上截止频率和下截止频率决定 。频率范围通常在 10 kHz 至 5 MHz 之间 。

　　5. 2 增益

　　增益的最大允许误差为±0 . 5 dB 。

　　5. 3 自生噪声

　　声发射前置放大器的自生噪声一般不大于 10 mV 。

　　注 ：第 5 章中的技术要求不用于合格判定 ，仅供参考。

　　6 校准条件

　　6. 1 环境条件

　　温度：(13~33) ℃ 。

　　相对湿度： 10%~90% 。

　　6. 2 测量标准及其他设备

　　a) 函数信号发生器

　　频率范围不小于 5 MHz ， 能够输出正弦连续信号 ， 输出信号在 10 kHz~5 MHz 范

　　围内的频率最大允许误差不超过±0 . 1% ， 幅度最大允许误差不超过±1% 。

　　b) 数字示波器

　　带宽不小于 200 MHz ，A/D 位数不少于 8 位 ， 电压幅度测量误差不超过±3% 。

　　c) 数字电压表

　　10 kHz~5 MHz 频率范围 。在 10 kHz~500 kHz 频率范围内 ， 10 mV~10 V 交流电压有效值的最大允许误差不超过±1% ，在 500 kHz~5 MHz 频率范围内 ， 10 mV~10 V交流电压有效值的最大允许误差不超过±2% 。

　　d) 等效负载

　　20 pF 无感电容 ， 电容值最大允许误差不超过±1pF 。

　　7 校准项目和校准方法

　　7. 1 校准项目

　　声发射前置放大器的校准项目见表 1。

　　表 1 声发射前置放大器校准项目一览表

　　7. 2 校准方法

　　7. 2. 1 校准前 ，声发射前置放大器预热不少于 10 min。

　　注 ：厂家应提供与声发射前置放大器匹配的供电电源。

　　7. 2. 2 频率范围

　　7. 2. 2. 1 校 准 框 图 参 见 图 1 ， 连 接 函 数 信 号 发 生 器 、 声 发 射 前 置 放 大 器 和 数 字 电压表 。

　　图 1 频率范围的校准框图

　　7. 2. 2. 2 调节函数信号发生器输出峰值幅度合适的正弦信号 ， 如 10 mV ，设定并记录声发射前置放大器的标称增益 ，读取声发射前置放大器的输出电压有效值 。

　　注 ： 当声发射前置放大器的放大倍数/挡位较小 ，如 0 dB、10 dB ，可以适当增加函数信号发生器输出信号的幅度 ， 以提高声发射前置放大器输出信号的信噪比。

　　7. 2. 2. 3 保 持 输 入 信 号 幅 度 不 变 ， 改 变 输 入 信 号 频 率 ， 使 输 出 电 压 幅 度 达 到 最 大值 Umax。

　　7. 2. 2. 4 调节输入信号频率 ， 读取输出电压幅度为 Umax 的 70. 7% 所对应的下截止频率和上截止频率 ，则-3 dB 带宽fBW 按式(1) 计算：

　　fBW =fH -fL (1)

　　式中：

　　fBW——声发射前置放大器的-3 dB 带宽 ，kHz;

　　fH ——上截止频率 ，kHz;

　　fL ——下截止频率 ，kHz。

　　7. 2. 2. 5 使用数字示波器观察上下限频率处的输出信号波形 ， 并测量其总谐波失真 ，若总谐波失真超过 5% ，则应以小于 5% 时的频率作为上下限频率 。

　　7. 2. 2. 6 调节声发射前置放大器的不同增益挡位 ， 重复步骤 7. 2. 2. 1~7. 2. 2. 5 ， 获得相应的频率范围 。

　　7. 2. 3 增益

　　7. 2. 3. 1 校准框图参见图 2 ， 将函数信号发生器的频率设置在当前增益设置下的几何平均工作频率fm 附近，fm 按照式(2) 计算：

　　图 2 增益的校准框图

　　7. 2. 3. 2 开关 K 置于 “ 1”，调节函数信号发生器输出峰值幅度合适的正弦信号 ， 如10 mV ，读取当前数字电压表的读数 ，并通过三次测量取平均值的方式得到电压 U1。

　　7. 2. 3. 3 开关 K 置于 “ 2”，保持信号频率与幅值不变 ， 读取当前数字电压表的读数 ，同样通过三次测量取平均值的方式得到电压 U2 。

　　7. 2. 3. 4 增益值 G 按式(3) 计算：

　　G= 20lg(U1 /U2) (3)

　　7. 2. 3. 5 改变声发射前置放大器的增益挡位 ， 重复步骤 7. 2. 3. 1~7 . 2. 3. 4 ， 获得不同挡位下的增益值校准结果 。

　　7. 2. 4 自生噪声

　　7. 2. 4. 1 自生噪声的校准框图参见图 3 ， 将 20 pF 的等效负载与声发射前置放大器的输入端相连 ，将声发射前置放大器的输出端与数字示波器相连 。

　　图 3 自生噪声的校准框图

　　7. 2. 4. 2 设定增益值 ， 在数字示波器上读取当前的噪声电压有效值 。

　　7. 2. 4. 3 改 变 增 益 设 置 ， 重 复 步 骤 7. 2. 4. 1~7 . 2. 4. 2 完 成 不 同 挡 位 下 的 自 生 噪 声校准 。

　　注 ：通常情况下 ，示波器水平时基可以设置为 20 μs。

　　8 校准结果表达

　　8. 1 校准数据处理

　　所有的数据应先计算 ， 后修约 。增益的校准数据应修约至 0. 1 dB ， 频率范围的校准数据应修约至 1 kHz ， 自生噪声校准数据应修约至 1 mV 。

　　8. 2 校准证书

　　声发射前置放大器经过校准 ， 出具校准证书 ， 推荐的校准证书的内页格式见附录A 。校准证书应至少包括以下信息：

　　a) 标题：“校准证书”;

　　b) 实验室名称和地址;

　　c) 进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

　　d) 证书的唯一性标识(如编号)， 每页及总页数的标识;

　　e) 客户的名称和地址;

　　f) 被校对象的描述和明确标识;

　　g) 进行校准的日期 ， 如果与校准结果的有效性和应用有关时 ，应说明被校准对象的接收日期;

　　h) 如果与校准结果的有效性或应用有关时 ，应对被校样品的抽样程序进行说明;

　　i) 校准所依据的技术规范的标识 ，包括名称及代码;

　　j) 本次校准所用测量标准溯源性及有效性说明;

　　k) 校准环境的描述;

　　l) 校准结果及其测量不确定度的说明;

　　m) 对校准规范的偏离的说明;

　　n) 校准证书或校准报告签发人的签名 、职务或等效标识;

　　o) 校准结果仅对被校对象有效的声明;

　　p) 未经实验室书面批准 ，不得部分复制证书的声明 。

　　8. 3 校准结果的测量不确定度

　　声发射前置放大器校准结果的测量不确定度按 JJF 1059. 1—2012 的要求评定 ， 测量不确定度评定的示例见附录 B 。

　　9 复校时间间隔

　　声发射前置放大器的复校时间间隔建议为一年 。复校时间间隔的长短取决于其使用情况 ， 如环境条件 、使用频率及测量对象等 ， 因此使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔 。

　　附录 A

　　推荐的声发射前置放大器校准证书的内页格式

　　推荐的声发射前置放大器校准证书的内页格式见图 A . 1。

　　图 A . 1 校准证书内页的格式

　　图 A . 1 校准证书内页的格式(续)

　　附录 B

　　声发射前置放大器校准结果不确定度评定示例

　　声发射前置放大器的指标包括频率范围和增益等 ， 本附录给出了声发射前置放大器在 150 kHz 频率下增益校准的不确定度评定示例 。

　　B . 1 测量模型

　　声发射前置放大器增益由式(B . 1) 给出：

　　G= 20lg(U1 /U2) (B .1)式中：

　　G ——声发射前置放大器的增益校准值 ，dB;

　　U1 ——声发射前置放大器的输出电压有效值 ，mV;

　　U2 ——声发射前置放大器的输入电压有效值 ，mV 。

　　B . 2 灵敏系数

　　增益的合成标准不确定度如式(B . 2) 所示：

　　u ( G ) = c u2 ( U1 )+ c u2 ( U2 ) (B .2)

　　其中灵敏系数： c

　　B . 3 不确定度的评定

　　(1) 重复性引入的不确定度分量

　　函数信号发生器输出峰值幅度为 10 mV 的正弦信号 ，后接入挡位为 40 dB 声发射前置放大器 ，数字电压表测量 3 次的结果如表 B . 1 所示 。采用极差法 ，则极差系数为 1. 69。

　　表 B. 1 电压重复性测量结果

　　mV

　　因此 ，测量重复性所引入的标准不确定度分别为：

　　(2) 函数信号发生器的输出稳定性

　　函数信号发生器在 10 min 内幅值输出稳定性优于0. 1% ， 以均匀分布考虑 ， 函数信号发生器输出稳定性引入的测量不确定度分量为：

　　(3) 交流电压的测量

　　数字电压表的误差限为±1 . 0% ，按均匀分布考虑 ，交流电压测量引入的测量不确定度分量为：

　　(4) 修约误差

　　计算中修约误差取 0 . 01 dB ，按均匀分布考虑 ，则：

　　B . 4 合成标准不确定度

　　不确定度来源汇总见表 B . 2。

　　表 B. 2 不确定度来源汇总表

　　根据表 B . 2 中的不确定度分量 ，其合成标准不确定度为：

　　B . 5 扩展不确定度

　　取包含因子 k= 2 ，增益的扩展不确定度：

　　U = ku c ( G ) = 2 × 0.08 dB = 0.16 dB取 U= 0. 2 dB(k= 2)。