12. Измерения параметров акустико-эмиссионной аппаратуры
12.1. Общие требования.
12.1.1. Перед выполнением измерений параметров и технических характеристик аппаратуры следует осуществить внешний осмотр аппаратуры для установления механических повреждений аппаратуры с целью их устранения или оценки возможности их влияния на электрические параметры.
12.1.2. В обязательном порядке производятся измерения основных параметров и технических характеристик аппаратуры, указанных в п. 7. При этом следует оценить динамический диапазон и погрешность показаний АЭ прибора для используемых при контроле параметров АЭ сигнала, включая следующие параметры:
- амплитуда;
- длительность;
- время нарастания (измеряется вместе с преобразователями АЭ, входящими в комплект, либо с использованием электронного имитатора АЭ);
- энергия либо энергетические параметры;
- диапазон и погрешность измерения времени прихода АЭ импульсов (с целью определения координат источника АЭ);
- суммарный счет;
- скорость счета;
- число импульсов;
- активность.
12.1.3. Аппаратура АЭ должна иметь выходы, обеспечивающие измерение основных параметров.
12.1.4. По результатам выполненных испытаний составляется отчет и протокол.
12.2. Определение частотной характеристики и полосы частот.
12.2.1. Схема измерения представлена на фиг. 1 <*>. Она включает предусилитель, фильтры, основной усилитель, соединительные кабели.
------------------------------------
<*> Не приводится.
12.2.2. Диапазоном рабочих частот электронной части прибора (системы) является область, лежащая между частотами среза, на которых значения амплитудно-частотной характеристики на 3 дБ меньше ее значения на среднегеометрической частоте. Среднегеометрической частотой (СГ) считается частота (fcг), равная среднегеометрическому значению от верхней и нижней частот полосы пропускания прибора, указанных в технической документации на аппаратуру. Она вычисляется следующим образом:
_____
fcг = \/fв fн,
где:
fн - номинальная нижняя частота среза;
fв - номинальная верхняя частота среза.
12.2.3. Измерение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) прибора производится следующим образом.
Устанавливают частоту настройки измерительного генератора на значение, равное значению СГ частоты АЭ прибора. Амплитуду напряжения генератора устанавливают на уровне, при котором нет перегрузки усилителя. Изменяют частоту генератора в сторону уменьшения до тех пор, пока амплитуда на выходе усилительного тракта АЭ прибора не уменьшиться на 3 дБ относительно значения на СГ частоте. Полученная частота считается нижней частотой диапазона рабочих частот АЭ прибора (системы). Аналогично измеряют верхнюю частоту диапазона рабочих частот прибора (системы) АЭ.
12.2.4. Выходной сигнал усилительного тракта измеряют вольтметром среднеквадратического значения. Величину сигнала записывают автоматически или вручную. Шкалу напряжений рекомендуется представлять в децибелах. Частотная шкала может быть представлена либо в линейном, либо в логарифмическом видах.
12.2.5. Для определения диапазона рабочих частот можно использовать анализатор спектра и свип-генератор или источник белого шума. При использовании генератора белого шума его присоединяют ко входу, а анализатор спектра присоединяют к выходу для записи частотной характеристики.
12.3. Измерение усиления.
Общий коэффициент усиления следует измерять с использованием схемы, представленной на фиг. 1. Измерительный генератор устанавливают на рабочую частоту. Для того чтобы избежать искажения из-за перегрузки, значение амплитуды генератора устанавливают в пределах динамического диапазона прибора. Показание вольтметра, подключенного к генератору, устанавливают на значение 1 В. На аттенюаторе устанавливают значение большее, чем ожидаемое общее усиление. Затем вольтметр подключают к выходу прибора. Аттенюатор регулируют так, чтобы на вольтметре установилось значение 1 В. Общее усиление равно разнице значений показаний аттенюатора.
12.4. Измерение динамического диапазона.
12.4.1. Динамический диапазон прибора без порогового устройства или компараторного блока напряжения есть отношение среднеквадратического значения сигнала в точке перегрузки к среднеквадратическому значению шумов. Для определения характеристик шума и для контроля точки перегрузки сигнала используется осциллограф.
12.4.2. Динамический диапазон в децибелах должен быть определен по формуле:
Uск
Dд = 20log(---),
Uш
где:
Ucк - среднеквадратическое значение выходного напряжения;
Uш - среднеквадратическое значение выходного шума.
Для аппаратуры, которая имеет пороговое устройство, динамический диапазон есть отношение максимального значения неискаженного сигнала к уровню минимального значения порога. Для определения динамического диапазона используют следующее выражение:
D = 20log(umax / Тhmin),
где:
D - динамический диапазон прибора (системы);
umax - значение порога, при котором проходят неискаженными сигналы с наибольшими амплитудами;
Тhmin - значение порога, при котором производится регистрация менее чем 1 выброс/с при отсутствии на входе сигнала.
12.4.3. Уровень собственных шумов усилительного тракта прибора (системы) следует измерять в режиме короткого замыкания входа прибора (системы). Среднеквадратическое напряжение измеряется на выходе прибора (Uвых).
12.4.4. Перегрузка измеряется замещением преобразователя генератором синусоидального сигнала, как показано на фиг. 1. Значение частоты выбирается как средняя геометрическая частота полосы пропускания прибора. Напряжение генератора устанавливается на значении размаха, равного 1 В, и контролируется по показанию осциллографа Uосц. Аттенюатором увеличивают амплитуду сигнала, подаваемого на предусилитель, до тех пор, пока на выходе прибора (Uвых) не получат амплитуду напряжения на 2 дБ меньше значения, соответствующего значению входного сигнала.
Примечание. Динамический диапазон прибора АЭ, измеренный в полевых условиях, может существенно отличаться от динамического диапазона, полученного в лабораторных условиях, из-за влияния внешних шумов и наводок (как внешних, так и наводок, возникающих при работе цифровых блоков прибора).
12.5. Измерение скорости обработки сигналов.
12.5.1. Предельная скорость обработки сигналов АЭ в большой степени определяется приборным мертвым временем. Приборное мертвое время может состоять из переменной и фиксированной компонент в зависимости от конструкции прибора и принятой системы обработки данных. Мертвое время включает время обработки и время блокировки. Время обработки определяется конструкцией прибора и зависит от числа обрабатываемых параметров импульсов. Время блокировки, которым оператор может управлять, используется для установки временной задержки до приема нового импульса.
12.5.2. Измерение мертвого времени системы с учетом измерения всех параметров, указанных в паспорте, выполняют, используя электронный имитатор АЭ, следующим образом:
12.5.2.1. С выхода электронного имитатора подают радиоимпульс определенной длительности (например, 100 мкс) и частотой заполнения, равной среднегеометрической частоте прибора. Частоту повторения выбирают такой, чтобы регистрируемая частота импульсов была равна для всех параметров частоте повторения имитатора.
12.5.2.2. Увеличивают частоту повторения импульсов имитатора до тех пор, пока наблюдаемая частота повторения перестанет соответствовать частоте имитатора.
12.5.2.3. Записывают эту величину в качестве максимальной частоты повторения.
12.5.3. Мертвое время (Тм) определяют по формуле:
Тм = (1 / Fи) - Ти,
где:
Ти - длительность импульса имитатора;
Fи - частота повторения импульсов имитатора.
12.6. Измерение порогового уровня.
12.6.1. В АЭ приборах при регистрации импульса АЭ используется принцип превышения амплитудой сигнала АЭ порогового уровня. Этот уровень может быть фиксируемым и плавающим (автоматическим).
12.6.2. Измерение фиксированного порогового уровня производят следующим образом (фиг. 1). На вход прибора АЭ подают импульсный сигнал от генератора (имитатора) через аттенюатор. Фиксируется амплитуда сигнала на выходе аттенюатора (входе прибора), при которой прибор начинает регистрировать сигналы. Амплитуду сигнала, действующего на входе прибора, с учетом коэффициента деления аттенюатора принимают в качестве порогового напряжения. Пороговое напряжение необходимо измерять по всей полосе частот прибора, поскольку блоки обработки сигналов, использующие пороговый принцип обнаружения, обладают чувствительностью к частоте.
12.7. Проверка характеристик измерения информативных параметров сигналов АЭ.
12.7.1. Границы линейности зависимостей АЭ параметров при их регистрации АЭ системами измеряют с использованием электронного имитатора АЭ. Электронный имитатор АЭ (в качестве которого может быть использован набор стандартных приборов, обеспечивающих необходимые измерения) должен обеспечивать регулировку амплитуды, длительности, времени нарастания и относительного времени поступления импульса. Энергию (или энергетический параметр) импульса имитатора АЭ рассчитывают, используя выражение, приведенное в технической документации на аппаратуру.
Информационные параметры сигналов АЭ могут быть также измерены аппаратурой вместе с ПАЭ, входящими в комплект аппаратуры. При этом должны быть использованы акустические имитаторы сигналов АЭ.
12.7.2. Границы или динамический диапазон и линейность зависимости для каждого параметра, включая амплитуду, длительность и время нарастания, рекомендуется измерять следующим образом:
12.7.2.1. Подключают имитатор АЭ ко входу проверяемого канала.
12.7.2.2. Настраивают АЭ систему на запись и представление контролируемого параметра.
12.7.2.3. Первоначально устанавливают значения изменяемых параметров на середину диапазона (представленного в логарифмической шкале) соответствующего параметра по паспорту прибора.
12.7.2.4. Для измерения верхних границ каждого параметра увеличивают значение его на входе равными ступенями (например, на 6 дБ) и регистрируют наблюдаемую величину этого параметра. Изменение производят до тех пор, пока его значение не начнет отличаться от значения на входе на величину погрешности, указанной в п. 6.16.
12.7.2.5. Для измерения нижних границ для каждого параметра производится регулировка, аналогично описанной в п. 12.7.2.4, отличающаяся тем, что производится уменьшение значение параметра на входе.
12.7.3. Значение энергии (энергетического параметра) сигнала АЭ рассчитывают в соответствии с методом, используемым в АЭ приборе (системе).
12.7.2.6.1. Рекомендуется использовать точное выражение для расчета энергии:
-1 tи 2
Е = Z интеграл U dt,
0
где:
Z - импеданс цепи, в которой рассчитывается энергия сигнала;
U - мгновенное значение сигнала.
Энергия рассчитывается и представляется в джоулях. Допускается использование энергии и энергетических параметров, рассчитываемых по упрощенным выражениям:
12.7.2.6.2.
2
E' = k Um ,
где:
2
Um - амплитуда импульса, k = е / 8В;
е - основание натуральных логарифмов;
В - затухание используемого при измерениях преобразователя АЭ
(затухание импульсной характеристики ПАЭ). Имеет размерность
2
(В х сек.).
12.7.2.6.3. Энергетический параметр, используемый в аппаратуре американских фирм:
_
MARSE = интеграл Udt,
_
где U - огибающая сигнала. Параметр имеет размерность (В х сек.).
12.7.2.6.4.
2
U m
Е = tи ----,
2
где tи - длительность импульса (при использовании для калибровки прямоугольного радиоимпульса). Параметр имеет размерность (В х сек.).
12.7.4. Определение координат источника АЭ.
Многоканальный электронный имитатор АЭ можно использовать для проверки точности локации систем.
12.7.4.1. АЭ систему подготавливают к локации источника в соответствии с руководством по эксплуатации системы.
12.7.4.2. Многоканальный электронный имитатор АЭ соединяют с АЭ системой так, чтобы обеспечить подачу имитирующих сигналов на соответствующие каналы.
12.7.4.3. Выбирают скорость звука для имитации объекта и рассчитывают время распространения от места положения имитируемого АЭ источника до каждого преобразователя антенной решетки. Разницу во временах распространения устанавливают на имитаторе, моделируя относительные времена поступления сигналов (ДЕЛЬТА Т) для имитации положения АЭ преобразователей.
12.7.4.4. Регистрируют представленные на дисплее координаты источников имитаторов АЭ, соответствующие исходным имитирующим сигналам. Рассчитывают и вводят новые значения ДЕЛЬТА Т для соседней точки. Записывают разность между введенным положением имитирующего источника и положением, представленным на дисплее. Продолжают подобное ступенчатое перемещение этих имитирующих источников АЭ, удаляясь от центра антенной решетки по линии (лучу) до тех пор, пока положение источника на дисплее не будет отличаться от задаваемой позиции источника на 10% или на величину, задаваемую изготовителем системы. Оценивается ошибка линейности локации источника по отношению к заданной технической документации изготовителя на систему.
12.7.4.5. Процедура испытания показателей локации источников должна быть повторена для двух или большего числа (в зависимости от симметрии решетки) лучей, направленных в различных направлениях от центра решетки вдоль осей симметрии.
12.7.4.6. Рекомендуется повторить процедуру локации источников для каждой многоканальной решетки системы.