资源简介
湖北 省地 方计 量技 术规 范
JJF (鄂)187—2026
相控阵超声探伤仪探头校准规范
Cal ibrat ion Specificat ion for Probes of Ultrasonic Phased Array
Flaw Detector
2026-06-02 发布 2026-09-10 实施
湖北 省市 场监 督管 理局 发布
JJF (鄂)187—2026
相控阵超声探伤仪探头校准规范
Cal ibrat ion Specificat ion for Probes of Ultrasonic Phased Array Flaw Detector
JJF (鄂)187—2026
归口 单位：湖北省市场监督管理局
主要起草单位：湖北省计量测试技术研究院
参加起草单位：武汉中科创新技术股份有限公司中国计量大学
中核武汉核电运行技术股份有限公司
本规范委托湖北省计量测试技术研究院负责解释
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本规范主要起草人：
许昊(湖北省计量测试技术研究院)
郭海(湖北省计量测试技术研究院)
李皓琳(湖北省计量测试技术研究院)
肖梅(湖北省计量测试技术研究院)
参加起草人：
陈磊(武汉中科创新技术股份有限公司)
李凤鸣(中国计量大学)
蔡家藩(中核武汉核电运行技术股份有限公司)葛亮(中核武汉核电运行技术股份有限公司)
目录
引言 III
1 范围 1
2 引用文件 1
3 术语 1
4 概述 2
5 计量特性 2
5.1 中心频率和相对带宽 2
5.2 脉冲持续时间 2
5.3 相对脉冲回波灵敏度偏差 2
5.4 串扰 2
5.5 不合格阵元数量 2
6 校准条件 3
6.1 环境条件 3
6.2 校准用仪器设备及其它设备 3
7 校准项目和校准方法 3
7.1 校准项目 3
7.2 校准前准备 4
7.3 校准方法 4
8 校准结果表达 7
8.1 校准记录 7
8.2 校准证书 7
8.3 校准结果的测量不确定度 7
9 复校时间间隔 8
I
附录 A 校准记录参考格式 9
附录 B 校准证书内页参考格式 11
附录 C 相控阵超声探伤仪探头测量不确定度评定示例 12
II
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 1034—2020《声学计量术语及定义》、JJF 1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》等共同构成支撑校准规范制定工作的基础性系列规范。
本规范参照了GB/T 42399.2—2023《无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第2部分：探头》(ISO 18563-2:2017, Non-destructive testing—Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment—Part 2:Probes, IDT)，JB/T 11731— 2013《无损检测超声相控阵探头通用技术条件》中描述的测量方法。
本规范为首次发布。
III
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相控阵超声探伤仪探头校准规范
1 范围
本规范适用于频率范围(0.5～15) MHz 的接触式线阵及二维矩阵相控阵超声探伤仪探头(以下简称相控阵探头)的校准，其他类似结构的探头也可参照本规范进行校准。
2 引用文件
本规范引用下列文件：
GB/T 12604.1 无损检测术语超声检测
GB/T 42399.2—2023 无损检测仪器相控阵超声设备的性能与检验第2部分：探头(ISO 18563-2:2017, Non-destructive testing—Characterization and verification of ultrasonic phased array equipment—Part 2:Probes, IDT)
JB/T 11731—2013 无损检测超声相控阵探头通用技术条件
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
GB/T 12604.1 界定的及以下术语和定义适用于本规范。
3.1 阵元 element
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为一个阵元。
[JB/T 11731—2013，3.3]
3.2 相控阵探头 phased array probe
由若干压电阵元组成的阵列探头。
3.3 串扰 cross talk
相邻的 2 个阵元之间的信号相互耦合，是一个阵元振动引起相邻阵元受迫振动而产生的耦合信号和电缆信号线之间的互感和互容引起线上的噪声信号的总和。
1
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[JB/T 11731—2013，3. 1]
3.4 相对脉冲回波灵敏度偏差 deviation of relative pulse-echo sensitivity
单个阵元的回波灵敏度相对于所有阵元平均灵敏度的偏离程度，即每个阵元发射回波电压幅度与阵元回波电压幅度平均值之间的差值。
4 概述
相控阵探头由若干压电阵元按一定规律排列构成阵列。按阵列形式可分为线阵探头、环阵探头、部分环扇阵探头及二维矩阵探头;按结构形式可分为集成楔块接触式探头、非集成楔块接触式探头及液浸式探头。各阵元由相控阵超声探伤仪主机独立控制，实现声束的相控发射与接收，在介质指定区域内完成超声波的偏转与聚焦，从而实现无损检测。相控阵探头广泛应用于航空航天、电力、石油化工及特种设备等领域。
5 计量特性
5.1 中心频率和相对带宽
中心频率相对标称值的偏差不超过±10%。
相对带宽相对标称值的偏差不超过±15%。
5.2 脉冲持续时间
相对标称值的偏差不超过±10%。
5.3 相对脉冲回波灵敏度偏差
不超过±4 dB。
5.4 串扰
不小于 25 dB。
5.5 不合格阵元数量
线性探头：0;
二维矩阵探头：阵元≤64，0;
阵元>64，不大于 2%。
2
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注：以上指标不用于合格判定，仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
a) 温度：18 ℃~28 ℃;
b) 相对湿度：30%～90%。
6.2 校准用仪器设备及其它设备
6.2.1 脉冲发射器/接收器
频率范围覆盖(0. 1～20)MHz，上升时间不大于 10 ns，负向脉冲不小于 50 V。
6.2.2 信号发生器
频率范围覆盖(0. 1～20)MHz，频率 MPE： ±0. 1%，幅值 MPE： ±1.0%。
6.2.3 数字示波器
至少有两个通道，具备时域-频域转换功能，带宽不低于 100 MHz，频率 MPE： ±0. 1%，幅值 MPE： ±3.0%。
6.2.4 半圆柱形试块
钢材质，试块直径大于相控阵探头长度 20 mm 以上，试块长度大于相控阵探头宽度 20 mm 以上，试块厚度大于或等于其半径。
6.2.5 平面试块
钢材质，试块厚度范围(10～200)mm，试块长度大于相控阵探头长度 20 mm以上，试块宽度大于相控阵探头宽度 20 mm 以上。
6.2.6 探头转接器
与相控阵探头连接，可将相控阵探头阵元转接成单个独立通道，可与脉冲发生器/接收器、信号发生器、数字示波器相连。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
3
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相控阵探头校准项目见表 1。
表 1 校准项目一览表
序号
项目名称
技术要求条款号
校准方法的条款号
1
中心频率和相对带宽
5. 1
7.3. 1
2
脉冲持续时间
5.2
7.3.2
3
相对脉冲回波灵敏度偏差
5.3
7.3.3
4
串扰
5.4
7.3.4
5
不合格阵元数量
5.5
7.3.5
7.2 校准前准备
a) 外观检查：相控阵探头外侧有无正确标识和装配，有无可能影响其当前或以后可靠性的物理损伤。
b) 脉冲发射器/接收器、信号发生器、数字示波器预热 15 分钟。
c)连接相控阵探头与探头转接器。
d) 若相控阵探头楔块是非集成楔块，校准前需拆卸楔块;若相控阵探头内集成楔块，校准时需标注楔块角度。
7.3 校准方法
7.3.1 中心频率和相对带宽
按图 1 所示连接被测相控阵探头与校准用设备，设置脉冲发射器/接收器频率，发射电压，阻抗等参数。将相控阵探头置于试块中心，在接触面涂覆适当耦合剂，施加适当压力确保相控阵探头与试块耦合良好。无楔块相控阵探头校准时，试块选用平面试块，带楔块相控阵探头校准时，试块选用半圆柱试块。
图1 测试设备连接示意图
4
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在数字示波器上找到首次回波，移动探头位置，使回波信号幅度最大，用数字示波器测出首次回波频谱。从频谱幅度最高处下降 6 dB 确定上限频率fu 和下限频率fl，按式(1)计算中心频率，按式(2)计算相对带宽。
依次测量每个阵元的中心频率和相对带宽。
f (1)
式中：
f0 ——中心频率，MHz;
Δfrel ——相对带宽，%;
fu ——上限频率，MHz;
fl ——下限频率，MHz。
7.3.2 脉冲持续时间
按 7.3.1 中方法测得的首次回波，用数字示波器测量回波幅度下降 20 dB(峰值的 10%)高度位置的时间差即为脉冲持续时间。
依次测量每个阵元的脉冲持续时间。
7.3.3 相对脉冲回波灵敏度偏差
按 7.3.1 中方法测得的首次回波，用数字示波器测量峰-峰值，按式(3)计算相对脉冲回波灵敏度偏差。
依次测量每个阵元的相对脉冲回波灵敏度偏差。
式中：
Sel ——相对脉冲回波灵敏度偏差，dB;
Vel ——单个阵元反射回波电压幅度，mV;
V ——阵元回波电压幅度平均值，mV。
5
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7.3.4 串扰
按图 2 所示连接被测相控阵探头与校准用设备。校准时，探头应与试块保持良好接触。将信号发生器设置为连续正弦波工作模式，输出频率设为探头中心频率。信号发生器输出端接至某一被测阵元，用数字示波器分别测量该阵元在带载条件下的激励信号电压及相邻阵元的串扰电压。测量时，应选取首尾 2 个阵元，并在中间均匀选取若干阵元，总校准阵元数不应低于总阵元数的 25%，且至少包含 4 组相邻阵元。
图2 串扰测量连接示意图按式(4)计算串扰。
C = 20lg (4)
式中：
C ——串扰，dB;
V1 ——阵元带载条件下激励信号电压，mV;
V2 ——相邻阵元串扰电压，mV。
7.3.5 不合格阵元数量
按 7.3.3 中方法测得的每个阵元反射回波峰-峰值。
以下阵元判定为不合格阵元：
1)未有反射回波;
2)相对脉冲回波灵敏度偏差不大于-10 dB。
6
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8 校准结果表达
8.1 校准记录
校准记录应尽可能详尽记载测量数据和计算结果，推荐的校准记录格式见附录 A。
8.2 校准证书
相控阵探头经校准后应出具校准证书。校准证书应至少包括以下信息：
a) 标题，如“校准证书 ”;
b) 校准实验室的名称和地址;
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;
h) 如果与校准结果的有效应用有关时，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，包括名称及代号;
j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k) 环境条件的描述;
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或等效标识;
o) 校准结果仅对被校对象有效的声明;
p) 未经校准实验室书面批准，不得部分复制证书的声明。
推荐的校准证书的内页格式参见附录 B。
8.3 校准结果的测量不确定度
相控阵探头校准结果的测量不确定度按 JJF 1059.1—2012 的要求评定，不确定度评定示例见附录 C。
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9 复校时间间隔
相控阵探头的复校时间间隔一般建议为一年。由于复校时间间隔的长短取决于仪器的使用保养情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素，因此，送校单位可根据实际
使用情况自主决定复校时间间隔。
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附录 A
校准记录参考格式
记录编号：
委托 方
标准 器名 称
型号
器具 名称
编号
制造 厂商
测量 范围
型号
不确 定度 / 准确度 等级 / 最大允 许误 差
器具 编号
证书 号
技术 依据
溯源 机构
环境 条件
温度： ℃
相对湿度： %
有效 期
地点
标准 器状 况
1 外观检查：
2 中心频率和相对带宽：
阵元编号
下限频率(MHz)
上限频率(MHz)
中心频率(MHz)
相对带宽(%)
扩展不确定度(k=2)
3 脉冲持续时间：
阵元编号
脉冲持续时间
(ns)
扩展不确定度(k=2)
9
4 相对脉冲回波灵敏度偏差：
阵元编号
幅度测量值(mV)
偏差(dB)
扩展不确定度(k=2)
5 串扰：
阵元编号
激励电压(mV)
串扰电压(mV)
串扰(dB)
扩展不确定度(k=2)
6 不合格阵元数量：
校准员
核验员
校准 日期
年月 日
10
附录 B
校准证书内页参考格式
校准结果
1 中心频率和相对带宽：
阵元编号
中心频率(MHz)
相对带宽(%)
扩展不确定度(k=2)
2 脉冲持续时间：
阵元编号
脉冲持续时间(ns)
扩展不确定度(k=2)
3 相对脉冲回波灵敏度偏差：
阵元编号
相对脉冲回波灵敏度偏差(dB)
扩展不确定度(k=2)
4 串扰：
阵元编号
串扰(dB)
扩展不确定度(k=2)
5 不合格阵元数量：
以下空白
共页 第页
11
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附录 C
相控阵超声探伤仪探头测量不确定度评定示例
C.1 频率测量不确定度
C.1.1 测量方法
按图 1 所示连接被测相控阵探头与校准用设备，设置脉冲发射器/接收器频率，
发射电压，阻抗等参数。将相控阵探头置于试块中心，在接触面涂覆适当耦合剂，施加一定压力确保相控阵探头与试块耦合良好。在数字示波器上找到首次回波，移动探头使回波幅度最大，用数字示波器测出首次回波频谱。从频谱幅度最高处下降 6 dB确定上限频率fu 和下限频率fl。
C.1.2 数学模型
f (C. 1)
式中：
f0 ——中心频率，MHz;
fu ——上限频率，MHz;
fl ——下限频率，MHz。
合成方差和灵敏系数：
u 2 (f0) = c12u 2 (fu) + c22u 2 (fl) (C.2)
式中：c
C.1.3 输入量标准不确定的评定和不确定度分量
不确定度来源主要有以下几个方面：
1) 重复测量引入的标准不确定度u1 ;
2) 脉冲发射器/接收器引入的标准不确定度u2 ;
3) 数字示波器引入的标准不确定度u3 ;
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4) 时域-频域转换引入的标准不确定度u4。 C.1.3.1 重复测量引入的标准不确定度
重复测量 10 次，由s 计算实验标准偏差，单次测量uA = s 可计算A 类标准不确定度u1。测量值计算结果见表 C.1。
表 C. 1 测量值及计算结果
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
测量值(MHz)
5.28
5.22
5.27
5.33
5.41
5.38
5.44
5.35
5.25
5.36
平均值(MHz)
5.329
u1 = s (%)
1.35
C.1.3.2 脉冲发射器/接收器引入的标准不确定度
脉冲发射器/接收器幅值稳定性 MPE： ±0. 1%，按均匀分布，取k = 3，则：
C.1.3.3 数字示波器引入的标准不确定度
数字示波器 MPE： ±0. 1%，按均匀分布，取k = 3，则：
C.1.3.4 时域-频域转换引入的标准不确定度
时域-频域转换引入的误差不超过±1.0%，按均匀分布，取k = 3，则：
C.1.4 不确定分量汇总表
频率测量不确定度分量汇总表见表 C.2。
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表 C.2 不确定度分量汇总表
不确定度分量
不确定度来源
标准不确定度(%)
u1
重复测量
1.35
u2
脉冲发射器/接收器
0.06
u3
数字示波器
0.06
u4
时域-频域转换
0.58
C.1.5 合成标准不确定度
表 C.2 中各分量独立且相互无关，则：
C.1.6 扩展不确定度
取包含因子 k=2，则Urel = 2 × u(f0) = 3.0% C.2 脉冲持续时间测量不确定度
C.2.1 测量方法
用数字示波器测量首次回波幅度下降 20 dB(峰值的 10%)高度位置的时间差即为脉冲持续时间。
C.2.2 数学模型
t = t0 (C.3)
式中：
t ——时间，ns;
t0 ——测量值，ns。
合成方差和灵敏系数：
uc(2) (t) = c0)u0) (C.4)
式中：c
C.2.3 输入量标准不确定的评定和不确定度分量
不确定度来源主要有以下几个方面：
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1) 重复测量引入的标准不确定度u1 ;
2) 数字存储示波器引入的标准不确定度u2。
C.2.3.1 重复测量引入的标准不确定度
重复测量 10 次，由s 计算实验标准偏差，单次测量u1 = s 可计算 A
类标准不确定度u1。测量值计算结果见表 C.3。
表 C.3 测量值及计算结果
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
时间/ns
604
595
612
595
618
614
605
608
599
593
u1 = s /%
1.44
C.2.3.2 数字存储示波器引入的标准不确定度
数字存储示波器时间不确定度为 Urel=0.7%，k=2，则：
C.2.4 合成不确定度计量
脉冲持续时间测量不确定度分量汇总表见表 C.4。
表 C.4 不确定度分量汇总表
标准不确定度分量
不确定度来源
分类
标准不确定度/%
u1
重复测量
A
1.44
u2
数字存储示波器
B
0.35
C.2.5 合成标准不确定度
u1、u2 独立且相互无关，则：
C.2.6 扩展不确定度
取包含因子 k=2，则：Urel = 2 x uc (t) = 3.0% C.3 相对脉冲回波灵敏度偏差测量不确定度
C.3.1 测量方法
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用数字示波器测量首次回波峰-峰值。
C.3.2 数学模型
Sel = Si (C.5)
式中：
Sel ——相对脉冲回波灵敏度偏差，dB;
Si ——第 i 个阵元相对脉冲回波灵敏度偏差测量值，dB。
合成方差和灵敏度系数：
u 2 (Sel) = c2u 2 (Si) (C.6)
式中：c
C.3.3 输入量标准不确定的评定和不确定度分量
不确定度来源主要有以下几个方面：
1) 重复测量引入的标准不确定度u1 ;
2) 脉冲发射器/接收器引入的标准不确定度u2 ;
3) 数字存储示波器引入的标准不确定度u3。
C.3.3.1 重复测量引入的标准不确定度
重复测量 10 次，由s 计算实验标准偏差，单次测量u1 = s 可计算 A 类标准不确定度u1。测量值计算结果见表 C.5。
表 C.5 测量值及计算结果
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
相对脉冲回波灵敏度偏差/dB
0.8
1.4
1.2
1.0
0.9
1.4
1.2
1.5
0.9
1. 1
u1 = s /dB
0.241
C.3.3.2 脉冲发射器/接收器引入的标准不确定度
脉冲发射器/接收器幅值稳定性 MPE：±0. 1%(0.01 dB)，按均匀分布，取k，
则：
16
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C.3.3.3 数字存储示波器引入的标准不确定度
数字存储示波器幅度不确定度为 Urel=0.9%(0.078 dB),k=2，则：
C.3.4 不确定分量汇总表
相对脉冲回波灵敏度偏差测量不确定度分量汇总表见表 C.6。
表 C.6 不确定度分量汇总表
标准不确定度分量
不确定度来源
分类
标准不确定度/dB
u1
重复测量
A
0.241
u2
脉冲发射器/接收器
B
0.006
u3
数字存储示波器
B
0.039
C.3.5 合成标准不确定度
u1、u2、u3 独立且相互无关，则：
C.3.6 扩展不确定度
取包含因子 k=2，则：U = 2 × uc (Sel) = 0.5 dB
C.4 串扰测量不确定度
C.4.1 测量方法
按图 2 所示连接被测相控阵探头与校准用设备，信号发生器输出频率设置为相控阵探头中心频率，采用连续正弦波工作模式。信号发生器输出端接相控阵探头某一阵元，示波器测量此阵元带载条件下激励信号电压，以及相邻阵元的串扰电压。
C.4.2 数学模型
C = 20lg (C.7)
式中：
17
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C ——串扰，dB;
V1 ——阵元带载条件下激励信号电压，mV; V2 ——相邻阵元串扰电压，mV。
令S1 = 20logV1，S2 = 20logV2，则：
C = C1 _ C2
(C.8)
合成方差和灵敏系数：
2 2 2 2 2
uc (C) = c1 uc (C1) + c2 uc (C2)
(C.9)
式中：c c ,
C.4.3 输入量标准不确定的评定和不确定度分量
不确定度来源主要有以下几个方面：
1) 重复测量引入的标准不确定度u1 ;
2) 信号发生器引入的标准不确定度u2 ;
3) 数字存储示波器引入的标准不确定度u3。
C.4.3.1 重复测量引入的标准不确定度
重复测量 10 次，由s 计算实验标准偏差，单次测量u1 = s 可计算A 类标准不确定度u1。测量值计算结果见表 C.7。
表 C.7 测量值及计算结果
测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阵元间串扰/dB
32.7
33.5
32.9
33.4
33.6
32.5
32.7
33.6
33.8
33.5
u1 = s /dB
0.469
C.4.3.2 信号发生器引入的标准不确定度
只需考虑信号发生器输出幅值的稳定性，信号发生器一段时间内电压稳定性优于
±0. 1%(0.01 dB)，按均匀分布，则：
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C.4.3.3 数字存储示波器引入的标准不确定度
数字存储示波器幅度不确定度为 Urel=0.9%(0.078 dB),k=2，则：
C.4.4 不确定分量汇总表
串扰测量不确定度分量汇总表见表 C.8。
表 C.8 不确定度分量汇总表
标准不确定度分量
不确定度来源
分类
标准不确定度/dB
u1
重复测量
A
0.469
u2
信号发生器
B
0.006
u3
数字存储示波器
B
0.039
C.4.5 合成标准不确定度
u1、u2、u3 独立且相互无关，则：
C.4.6 扩展不确定度
取包含因子 k=2，则：U = 2 × uc (C) = 1.0 dB
19
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