ISO 12713:1998

Non-destructive testing — Acoustic emission inspection — Primary calibration of transducers

Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Étalonnage primaire des transducteurs

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 15-Jul-1998
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 9 - Acoustic emission testing
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 29-Jul-2020

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 12713
First edition
1998-07-15
Non-destructive testing — Acoustic
emission inspection — Primary calibration
of transducers
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique — Étalonnage
primaire des transducteurs
A
Reference number
ISO 12713:1998(E)

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12713:1998(E)
Contents Page
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Definitions . 1
4 Symbols and abbreviation . 2
General requirements .
5 2
6 Apparatus . 4
7 Calibration data processing . 8
8 Error analysis . 11
9 Typical calibration results . 12
Annex
A Bibliography . 24
©  ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Switzerland
Internet [e-mail]
Printed in Switzerland
ii

---------------------- Page: 2 ----------------------
©
ISO ISO 12713:1998(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which
a technical committee has been established has the right to be represented
on that committee. International organizations, governmental and non-
governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard ISO 12713 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 135, Non-destructive testing, Subcommittee SC 3, Acoustical
methods.
Annex A of this International Standard is for information only.
iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
©
ISO 12713:1998(E) ISO
Introduction
The acoustic emission method of non-destructive testing is one of the
methods addressed by SC 3 on acoustical methods, of TC 135 on non-
destructive testing. Standards for general procedures and requirements are
required in order to ensure quantitative results and wide applicability. This
International Standard addresses one method for the primary calibration of
acoustic emission transducers. It is anticipated that as other methods of
determining transducer sensitivity and phase response are documented,
this International Standard will be appended. This International Standard
was first introduced by the USA at the fifth meeting of ISO/TC 135/SC 3 in
Berlin, April 1989.
iv

---------------------- Page: 4 ----------------------
©
INTERNATIONAL STANDARD  ISO ISO 12713:1998(E)
Non-destructive testing — Acoustic emission inspection —
Primary calibration of transducers
1  Scope
This International Standard specifies a method for the absolute calibration of acoustic emission transducers. The
aim of this International Standard is to establish uniformity of acoustic emission testing in order to form a basis for
data correlation and to provide for the interpretation of results obtained by different laboratories at different times.
An accepted method for the calibration of acoustic emission transducers must be specified to characterize their
behaviour.
This International Standard establishes a method for the primary calibration of acoustic emission transducers as
receivers of elastic waves at the surface of a solid medium. The calibration yields the frequency response of a
transducer to waves of the type normally encountered in acoustic emission work. The transducer voltage response
is determined at discrete frequency intervals of approximately 10 kHz up to 1 MHz. The input is a given well-
established dynamic displacement of the mounting surface. The units of the calibration are output voltage per unit
mechanical input (displacement, velocity or acceleration). This International Standard is applicable to secondary
standard transducers and to acoustic emission applications transducers.
2  Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the standards indicated below. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.
ASTM E 114-95, Ultrasonic Pulse-Echo Straight-Beam Examination by the Contact Method.
ASTM E 494-95, Measuring Ultrasonic Velocity in Materials.
1)
ASTM E 610-82 , Standard Definitions of Terms Relating to Acoustic Emission.
ASTM E 650-85(1992)e1, Mounting Piezoelectric Acoustic Emission Sensors.
BRECKENRIDGE, F.R. and GREENSPAN, M. Surface-Wave Displacement: Absolute Measurements Using a Capacitive
Transducer, Journal Acoustic Society of America, Vol. 69, pp.1177-1185.
3  Definitions
An ISO glossary of terms used in acoustic emissions is not yet available. In view of this, for the purposes of this
International Standard, ASTM E 610 shall be used as a guide.
———————
1)  Standard withdrawn.
1

---------------------- Page: 5 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(E)
4  Symbols and abbreviation
4.1  Symbols
Symbol Term Unit
a effective radius of the sensor face m
-
A absolute sensitivity of the standard transducer (in units of volts per free motion) 1
V�m
c Rayleigh speed -1
m�s
D(f ) complex valued spectral response of the transducer under test 1
m
f frequency MHz
th
frequency MHz
f m
m
j 1
subscript 0, 1, 2, . . ., n -1
J first order Bessel function 1
l
-1
k circular wave number
m
n total number of samples in one channel 1
th
value of the magnitude of ()1
r m D f
m m
th
sj sample value in the standard channel V
j
S(f ) complex valued spectra of the standard signal 1
m
T
equals nDt and is the total record time ms
th
u j sample value in the unknown channel V
j
U(f ) complex valued spectra of the unknown signal 1
m
sampling time interval
Dt ms
th
m value of the phase of D(f)1
Q m
m
4.2  Abbreviation
AE: acoustic emission
5  General requirements
5.1  Displacement transducers
This method is applicable for the absolute calibration of normal displacement transducers for use as secondary
standards for the calibration of acoustic emission sensors for the purposes of non-destructive evaluation. For this
purpose, the transfer standard should be high-fidelity and very stable and understood. If this can be established, the
stated accuracy should apply over the full frequency range up to 1 MHz.
NOTE —  The stated accuracy applies only if the transfer standard returns to quiescence, following the transient input, before
any wave reflected from the boundary of the calibration block returns to the transfer standard (» 100 ms). For low frequencies
with periods of the order of the time window, this condition is problematical to prove.
2

---------------------- Page: 6 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(E)
5.2  Acoustic emission sensors
This International Standard is also applicable for the calibration of acoustic emission sensors for use in non-
destructive evaluation. Some of these sensors are less stable than devices suitable for a transfer standard. The
stated accuracy for such devices applies over a range of 100 kHz to 1 MHz and with less accuracy below 100 kHz.
NOTE —  A primary difficulty in any calibration of a mechanical/electrical transduction device is the determination of the
mechanical-motion input to the device. Using this calibration procedure the motional input may be determined by two different
means — theoretical calculation and measurement with an absolute displacement transducer.
5.3  Theoretical calculation
Elasticity theory has been used to calculate the dynamic displacement of the surface of an infinite half-space due to
a normal point-force step function in time. The solutions give the displacement of any point on the surface as a
function of time, yielding a wave-form for the displacement called the seismic surface pulse.
This calibration method uses a laboratory approximation to this theoretical solution. See [1] and [2] in annex A. The
half-space is approximated by a large metal block in the form of a circular cylinder and the point-force step function
is closely approximated by the breaking of a glass capillary against the plane surface of the block. The displacement
as a function of time shall be calculated for the location of the device under test (on the same surface of the block
as the input). This calculation shall be performed using a measured value of the step function force and the elastic
constants that are determined by speed of sound measurements on the block.
5.4  Absolute displacement measurement
An absolute measurement of the dynamic normal surface displacement of the block is required for this calibration
method. The transducer used for this measurement is a standard transducer against which the device under test is
compared. The standard transducer shall meet or exceed the performance of the capacitive transducer described
by Breckenridge and Greenspan (see clause 2). The important characteristics of the standard transducer include
high fidelity, high sensitivity and operating characteristics amenable to theoretical calculation. It shall also present
no appreciable dynamic loading to the surface it is measuring.
For a calibration, the standard transducer and the device to be calibrated are both placed on the same surface of
the block as the mechanical input and equidistant in opposite directions from it. This guarantees that both
experience the same displacement-time history. Comparison of the output of the transfer standard or AE sensor
with the output of the standard transducer yields a calibration of the device under test.
This method is also applicable for the calibration of acoustic emission sensors for use in non-destructive evaluation.
Some of these sensors are less stable than devices suitable for a transfer standard. The stated accuracy for such
devices applies over a range of 100 kHz to 1 MHz and with less accuracy below 100 kHz.
Other relative geometries for this input and transducers are possible, but results from other geometries should only
be used to supplement results from the “same surface” geometry. AE waves in structures are most frequently
dominated by surface wave phenomena and the calibration should be based on the transducer's response to such
waves.
5.5  Units for the calibration
An AE sensor responds to motion at its front face. The actual stress and strain at the front face of a mounted sensor
depends on the interaction between the mechanical impedance of the sensor (load) and that of the mounting block
(driver); neither the stress nor the strain is amenable to direct measurement at this location. However, the free
displacement that would occur at the surface of the block in the absence of the sensor can be inferred from either
elasticity theory calculations or from measurements made elsewhere on the surface. Since AE sensors are used to
monitor motion at a free surface of a structure and interactive effects between sensor and structure are generally of
no interest, the free motion is the appropriate input variable. It is required, therefore, that the units of calibration be
voltage per unit of free motion, e.g. volts per metre.
3

---------------------- Page: 7 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(E)
5.6  Block material
Since the calibration depends on the interaction of the mechanical impedance of the block and that of the AE
sensor, a calibration procedure must specify the material of the block. Calibrations performed on blocks of different
materials shall yield transducer sensitivity versus frequency curves that are different in shape and in average
magnitude. The amount by which such results differ may be very large. For example, a transducer that has been
calibrated on a steel block will, if calibrated on a glass or aluminium block, have an average sensitivity that may be
from 50 % to 100 % of the value obtained on steel, and will, if calibrated on a polymethal methacrylate block, have
an average sensitivity that may be as little as 3 % of the value obtained on steel. In general, the sensitivity will be
less if the block is made of a less rigid or less dense material.
For surface wave calibrations, the Rayleigh speed in the material of the block affects the calibration. For a sensor
having a circular aperture (mounting face) with uniform sensitivity over the face, the aperture effect predicts nulls at
the zeroes of J (ka), where k = 2pf/c.
l
Hence the frequencies at which the nulls occur are dependent upon the Rayleigh speed.
6  Apparatus
6.1  General
A typical basis scheme for the calibration is shown in figure 1. A glass capillary, B, of diameter about 0,2 mm, is
squeezed between the tip of the loading screw, C, and the upper face of the large steel transfer block, A. When the
capillary breaks, the sudden release of force is a step function whose rise time is of the order of 0,1 ms. The
magnitude of the force step is measured by the combination of the PZT disc, D, in the loading screw and a charge
amplifier, E, connected to a storage oscilloscope, F. The standard capacitive transducer, G, and the device under
test, H are placed equally distant (usually 0,1 m) from the source and in opposite directions from it. It is obvious
from the symmetry that the surface displacements would be the same at the two transducer locations if it were not
for the loading effects of the transducers. The loading effect of the standard capacitive transducer is negligible and
the loading effect of the unknown sensor is part of its calibration.
Voltage transients from the two transducers are recorded simultaneously by digital recorders, I, and the information
is stored for processing by the computer, J.
With such a system it is possible to do the necessary comparison between the signal from the unknown sensor and
that from the standard transducer or with the displacement wave-form calculated by elasticity theory. A similar result
should be obtained either way.
4

---------------------- Page: 8 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(E)
Key
A Steel transfer block F Storage oscilloscope
B Glass capillary G Standard transducer
C Loading screw H Transducer under test
D PZD disc I Transient recorders
E Charge amplifier J Computer
Figure 1 — Schematic diagram of the apparatus
6.2  Transfer block
The transfer block shall be made from specially chosen material. It shall be as defect-free as possible and shall
undergo an ultrasonic longitudinal inspection at 2,25 MHz. The method described in ASTM E 114 or equivalent shall
be used. The block shall contain no flaws which give a reflection larger than 10 % of the first back wall reflection.
The material shall also be highly uniform as determined by pulse-echo time of flight measurements through the
block at a minimum of 15 locations regularly spaced over the surface (see ASTM E 494). The individual values of
3
the longitudinal and shear wave speed shall differ from the average by no more than – 1 part and – 3 parts in 10 ,
respectively. A transfer block and calibration apparatus is shown in figure 2.
5

---------------------- Page: 9 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(E)
Figure 2 — Photograph of the steel block with the calibration apparatus in place
6.3  Step function source
The step function force events shall be made by breaking glass capillary tubing (see figure 3). The capillaries are
drawn down from ordinary laboratory glass tubing made of borosilicate glass. Sizes of the capillary may range from
about 0,1 mm to 0,3 mm outside diameter, with 0,2 mm being typical. A bore size equal to the wall thickness gives
the best results. The force obtained is usually between 10 N and 30 N, with 20 N being typical.
The capillary shall be laid horizontally on a piece of microscope cover glass (0,08 mm · 1,5 mm · 1,5 mm) which
has be
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 12713
Première édition
1998-07-15
Essais non destructifs — Contrôle par
émission acoustique — Étalonnage
primaire des transducteurs
Non-destructive testing — Acoustic emission inspection — Primary
calibration of transducers
A
Numéro de référence
ISO 12713:1998(F)

---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 12713:1998(F)
Sommaire Page
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Définitions . 2
4 Symboles et abréviation . 2
Prescriptions générales .
5 2
6 Description de l'appareillage type . 4
7 Traitement d'étalonnage des données . 8
8 Analyse des erreurs . 11
9 Résultats d'étalonnage types . 12
Annexe
A Bibliographie . 24
©  ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet [e-mail]
Imprimé en Suisse
ii

---------------------- Page: 2 ----------------------
©
ISO ISO 12713:1998(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de
l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales,
en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore
étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en
ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 12713 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 135, Essais non destructifs, sous-comité SC 3, Moyens
acoustiques.
L'annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement à
titre d'information.
iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
©
ISO 12713:1998(F) ISO
Introduction
La méthode d'émission acoustique des essais non destructifs constitue
l'une des méthodes utilisées par le SC 3, relatives aux méthodes
acoustiques du TC 135 en ce qui concerne les essais non destructifs. Les
normes relatives aux procédures et aux prescriptions générales sont
nécessaires afin de garantir des résultats quantitatifs et une large
applicabilité. La présente Norme internationale traite d'une méthode
d'étalonnage primaire des transducteurs d'émission acoustique. Il est
prévu que la présente Norme internationale sera accompagnée d'autres
normes de détermination de la sensibilité des transducteurs et de la
réponse en phase. La présente Norme internationale a tout d'abord été
présentée par les États-Unis lors de la cinquième réunion de
l'ISO/TC 135/SC 3 à Berlin en avril 1989.
iv

---------------------- Page: 4 ----------------------
©
NORME INTERNATIONALE  ISO ISO 12713:1998(F)
Essais non destructifs — Contrôle par émission acoustique —
Étalonnage primaire des transducteurs
1  Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode d'étalonnage absolu des transducteurs d'émission
acoustique. L'objectif de la présente Norme internationale consiste à établir une uniformité des essais d'émission
acoustique, afin de constituer une base de corrélation des données, et de permettre l'interprétation des résultats
obtenus par différents laboratoires à différentes périodes.
Une méthode reconnue d'étalonnage des transducteurs d'émission acoustique doit être spécifiée afin de
caractériser leur comportement.
La présente Norme internationale spécifie une méthode d'étalonnage primaire des transducteurs d'émission
acoustique en tant que récepteurs d'ondes élastiques à la surface d'un milieu solide. L'étalonnage produit la
réponse en fréquence d'un transducteur par rapport aux ondes normalement rencontrées en émission acoustique.
La réponse en tension du transducteur est déterminée à des intervalles de fréquence discrète compris
approximativement entre 10 kHz et 1 MHz. L'entrée constitue un déplacement dynamique bien défini de la surface
de montage. Les unités d'étalonnage sont les tensions de sortie par entrée mécanique unitaire (déplacement,
vitesse, ou accélération). La présente Norme internationale s'applique aux transducteurs étalons secondaires ainsi
qu'aux transducteurs d'application en émission acoustique.
2  Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
ASTM E 114-95, Pratique normalisée pour le contrôle ultrasonore par réflexion à faisceau droit par la méthode par
contact.
ASTM E 494-95, Pratique normalisée pour le mesurage de la vitesse des ultrasons dans les matériaux.
1)
ASTM E 610-82 ,
Définitions normalisées des termes relatifs à l'émission acoustique.
ASTM E 650-85(1992)e1, Guide normalisé pour le montage des capteurs piézoélectrique de contact d'émission
acoustique.
BRECKENRIDGE, F.R. and GREENSPAN, M. «Surface-Wave Displacement: Absolute Measurements Using a
Capacitive Transducer», Journal Acoustic Society of America, Vol. 69, pp.1177-1185.
———————
1)  Norme retirée.
1

---------------------- Page: 5 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(F)
3  Définitions
Un glossaire ISO des termes utilisés en émission acoustique n'est pas encore disponible. Au vu de cette situation,
et pour les besoins de la présente Norme internationale, la norme ASTM E 610 peut être utilisée comme guide.
4  Symboles et abréviation
4.1  Symboles
Symbole Terme Unité
a rayon utile de la surface du capteur m
A sensibilité absolue du transducteur étalon (en unités de tension par déplacement libre) -1
V�m
c vitesse de Rayleigh -1
m�s
D(f ) réponse spectrale à valeur complexe du transducteur soumis à l'essai 1
m
f fréquence MHz
ième
f m fréquence MHz
m
j 1
indice 0, 1, 2, . . ., n -1
J fonction de Bessel de premier ordre 1
l
-1
k nombre d'ondes circulaires
m
n nombre total d'échantillons dans une voie 1
ième
r m valeur de la grandeur de D(f)1
m m
ième
sj valeur d'échantillonnage de la voie étalon V
j
S(f ) spectres à valeur complexe du signal étalon 1
m
T
temps d'enregistrement total équivalent à nDt ms
ième
u j valeur d'échantillonnage de la voie inconnue V
j
( ) spectres à valeur complexe du signal inconnu 1
U f
m
intervalle de la durée d'échantillonnage
Dt ms
ième
m valeur de la phase de D(f)1
Q m
m
4.2  Abréviation
EA: émission acoustique
5  Prescriptions générales
5.1  Transducteurs de déplacement
La présente méthode s'applique à l'étalonnage absolu des transducteurs de déplacement normaux à utiliser comme
étalons secondaires pour l'étalonnage des transducteurs d'émission acoustique utilisés pour l'évaluation non
destructive. Dans ce but, il convient que l'étalon de travail soit de haute fidélité et qu'il se comporte de manière
appropriée et bien comprise. Lorsque ces caractéristiques peuvent être établies, il convient que la précision établie
s'applique sur la gamme de fréquences complète, jusqu'à 1 MHz.
2

---------------------- Page: 6 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(F)
NOTE —  La précision établie s'applique uniquement lorsque l'étalon de travail retourne en régime de repos, suivant l'entrée
transitoire, avant qu'une onde réfléchie à partir de la limite du bloc d'étalonnage retourne vers l'étalon de travail (environ
100 ms). Cette condition est difficile à prouver pour les basses fréquences avec des périodes suivant l'ordre de la fenêtre
temporelle.
5.2  Transducteurs d'émission acoustique
La présente méthode s'applique également à l'étalonnage des transducteurs d'émission acoustique utilisés pour
l'évaluation non destructive. Le comportement de certains de ces transducteurs est moins bon que celui des
dispositifs appropriés à un étalon de travail. La précision établie de ces dispositifs s'applique dans la gamme
comprise entre 100 kHz et 1 MHz et avec une précision moindre inférieure à 100 kHz.
NOTE —  Une difficulté primaire relative à l'étalonnage d'un dispositif de transduction mécanique/électrique consiste à
déterminer l'entrée mécanique-dynamique du dispositif. À l'aide de cette procédure d'étalonnage, l'entrée dynamique peut être
déterminée de deux manières différentes: calcul théorique et mesure avec un capteur de déplacement absolu.
5.3  Calcul théorique
La théorie d'élasticité a été utilisée pour calculer le déplacement dynamique de la surface d'un demi-espace infini dû
à une fonction en échelon temporelle normale de points-forces. Les solutions proposées donnent le déplacement
de tout point à la surface en fonction du temps, produisant une forme d'onde pour le déplacement appelé impulsion
sismique de surface.
La présente méthode d'étalonnage utilise une approximation de laboratoire par rapport à cette solution théorique.
Voir également références [1] et [2] dans l'annexe A. Le demi-espace est approché par un grand bloc métallique
sous forme d'un cylindre circulaire et la fonction en échelon de points-forces est approchée encore davantage par la
rupture d'un capillaire en verre contre la surface plane du bloc. Il convient de calculer le déplacement, établi en
fonction du temps, pour l'emplacement du dispositif soumis à l'essai (sur la même surface de bloc que l'entrée). Il y
a lieu d'effectuer ce calcul en utilisant une valeur mesurée de la force de fonction en échelon et les constantes
élastiques déterminées par la vitesse des mesurages acoustiques du bloc.
5.4  Mesure du déplacement absolu
Une mesure absolue du déplacement de surface dynamique normal du bloc est nécessaire pour l'utilisation de cette
méthode d'étalonnage. Le transducteur utilisé pour cette mesure est un transducteur étalon par rapport auquel est
comparé le dispositif soumis à l'essai. Il convient que le transducteur étalon satisfasse ou dépasse la performance
du transducteur capacitif décrit par Breckenridge et Greenspan (voir article 2). Les caractéristiques importantes du
transducteur étalon comprennent une haute fidélité, une haute sensibilité et des caractéristiques de fonctionnement
conduisant à un calcul théorique. Il convient également que le transducteur ne présente aucune charge dynamique
considérable à la surface qu'il mesure.
Pour un étalonnage, le transducteur étalon et le dispositif à étalonner sont tous deux placés sur la même surface du
bloc que l'entrée mécanique et se situent à des distances opposées équidistantes. Cette situation garantit que tous
deux ont la même expérience du déplacement dans le temps. La comparaison de la sortie de l'étalon de travail ou
du transducteur EA avec la sortie du transducteur étalon conduit à l'étalonnage du dispositif soumis à l'essai.
La présente méthode s'applique également à l'étalonnage des transducteurs d'émission acoustique utilisés pour
l'évaluation non destructive. Le comportement de certains de ces transducteurs est moins bon que celui des
dispositifs appropriés à un étalon de travail. La précision établie de ces dispositifs s'applique dans la gamme
comprise entre 100 kHz et 1 MHz et avec une précision moindre inférieure à 100 kHz.
D'autres géométries relatives applicables à l'entrée et aux transducteurs sont possibles, mais il convient d'utiliser
les résultats des autres géométries uniquement pour accompagner les résultats obtenus avec la «même géométrie
de surface». Les ondes EA des structures sont plus fréquemment dominées par les phénomènes d'ondes de
surface et il convient que l'étalonnage soit fondé sur la réponse du transducteur aux dites ondes.
5.5  Unités d'étalonnage
La surface avant d'un transducteur EA est sensible au mouvement. Les contraintes et déformations réelles
exercées sur la surface avant d'un transducteur monté dépendant de l'interaction entre l'impédance mécanique du
transducteur (charge) à celle du bloc de montage (entraînement). Ni la contrainte, ni la déformation ne conduisent à
3

---------------------- Page: 7 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(F)
une mesure directe en cet emplacement. Cependant, le libre déplacement susceptible de se produire à la surface
du bloc en l'absence du transducteur peut être influencé par les calculs de théorie élastique ou par les mesures
effectuées ailleurs sur la surface. Dans la mesure où les transducteurs EA sont utilisés pour surveiller le
mouvement au niveau d'une surface libre d'une structure et où les effets interactifs entre le transducteur et la
structure ne présentent généralement aucun intérêt, le mouvement libre est la variable d'entrée appropriée. Il est
par conséquent nécessaire que les unités d'étalonnage soient des tensions par unité de mouvement libre, par
exemple volts par mètre.
5.6  Matériaux du bloc
Dans la mesure où l'étalonnage dépend de l'interaction de l'impédance mécanique du bloc et de celle du capteur
EA, une procédure d'étalonnage doit spécifier les matériaux constitutifs du bloc. Les étalonnages effectués sur les
blocs constitués de différents matériaux doivent produire une sensibilité du transducteur par rapport à des courbes
de fréquence de forme et de grandeur moyenne différentes. Le degré de différence de ces résultats peut être très
important. Par exemple, un transducteur qui a été étalonné sur un bloc en acier aura, s'il a été étalonné sur un bloc
en verre ou en aluminium, une sensibilité moyenne pouvant varier de 50 % à 100 % par rapport à la valeur obtenue
avec l'acier, et aura, s'il a été étalonné sur un bloc méthacrylate polyméthal, une sensibilité moyenne pouvant
représenter uniquement 3 % de la valeur obtenue avec l'acier. En général, la sensibilité sera moindre lorsque le
bloc est composé d'un matériau moins rigide ou moins dense.
Pour les étalonnages d'ondes de surface, la vitesse de Rayleigh propre au matériau du bloc affecte l'étalonnage.
Pour un transducteur ayant une ouverture circulaire (surface de montage) avec une sensibilité uniforme de la
surface, l'effet d'ouverture prévoit des points de réception nulle au niveau des zéros de J (ka), où k = 2pf/c. Ainsi,
l
les fréquences auxquelles les points de réception nulle se produisent dépendent de la vitesse de Rayleigh.
6  Description de l'appareillage type
6.1  Généralités
Un plan de base type d'étalonnage est représenté à la figure 1. Un capillaire en verre, B, d'un diamètre approximatif
de 0,2 mm, est compressé entre l'extrémité de la vis de serrage, C, et la surface supérieure du grand bloc de
transfert en acier, A. Lorsque le capillaire rompt, le relâchement soudain de forces représente une fonction en
échelon dont le temps de montée est de l'ordre de 0,1 ms. La grandeur de l'échelon de force est mesurée par la
combinaison du disque PZT, D, dans la vis d'appui et d'un amplificateur de charge, E, connecté à un oscilloscope à
mémoire, F. Le transducteur capacitif étalon, G, et le dispositif soumis à l'essai, H, sont placés à équidistance
(habituellement 0,1 m) de la source et dans des directions opposées. D'un point de vue symétrique, il est évident
que les déplacements de surface sont les mêmes aux deux emplacements de transducteur que s'ils n'étaient pas
destinés aux effets de charge des transducteurs. L'effet de charge du transducteur capacitif étalon est négligeable
et l'effet de charge du capteur inconnu fait partie de son étalonnage.
Les surtensions transitoires des deux transducteurs sont enregistrées simultanément par des enregistreurs
numériques, I, et les informations sont stockées pour être traitées par l'ordinateur, J.
Avec ce système, il est possible de procéder à la comparaison nécessaire entre le signal du capteur inconnu et
celui du transducteur étalon ou avec la forme d'onde de déplacement calculée par la théorie de l'élasticité. Il
convient d'obtenir un résultat similaire quel que soit le système.
4

---------------------- Page: 8 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(F)
Légende
A Bloc de transfert en acier F Oscilloscope à mémoire
B Capillaire en verre G Transducteur étalon
C Vis de serrage H Transducteur soumis à l'essai
D Disque PZT I Enregistreurs de transitoires
E Amplificateur de charge J Ordinateur
Figure 1 — Représentation schématique de l'appareillage
6.2  Bloc de transfert
Le bloc de transfert doit être constitué de matériaux spécialement choisis. Il convient qu'il soit exempt de
défectuosité dans toute la mesure du possible et qu'il soit soumis à un examen longitudinal par ultrasons d'une
puissance de 2,25 MHz. Il convient d'utiliser la méthode décrite dans la norme ASTM E 114 ou une pratique
équivalente. Il convient que le bloc ne contienne aucun défaut produisant une réflexion supérieure à 10 % de la
première réflexion de fond. Il convient également que l'uniformité du matériau soit suffisante, comme déterminé par
le temps d'écho de l'impulsion des mesures de bord à travers le bloc; effectuées au minimum en 15 emplacements
à espacements réguliers sur toute la surface (voir la norme ASTM E 494). Il convient que les valeurs individuelles
de la vitesse des ondes longitudinale et transversale diffèrent de la moyenne d'une proportion ne dépassant pas
3
– 1 partie et de – 3 parties en 10 , respectivement. La figure 2 présente un bloc de transfert et un appareillage
d'étalonnage.
5

---------------------- Page: 9 ----------------------
©
ISO
ISO 12713:1998(F)
Figure 2 — Photographie du bloc d'acier avec mise en place de l'appareillage d'étalonnage
6.3  Source de la fonction en échelon
Les forces de la fonction en échelon doivent apparaître avec la rupture des tubes isolants de capillaire en verre
(voir figure 3). Les capillaires sont obtenus des tubes isolants ordinaires de laboratoire en verre de borosilicate. Les
dimensions du capillaire peuvent varier selon un diamètre extérieur compris entre 0,1 mm et 0,3 mm; un diamètre
de 0,2 mm étant le diamètre type. Un calibre équivalent à l'épaisseur de paroi donne les meilleurs résultats. La
force obtenue se situe habituellement entre 10 N et 30 N; une force de 20 N étant une force type.
Le capillaire doit être posé horizontalement sur un verre de protection de microscope (
...