專利名稱：用于超聲檢測管壁中的缺陷的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測管壁中的缺陷的方法和系統(tǒng)，包括超聲傳送器 (transducer,)，該超聲傳送器布置成用于經(jīng)由發(fā)出開口(exitopening，出口)從管內(nèi)部朝 著管壁發(fā)射超聲信號(hào)并經(jīng)由進(jìn)入開口(entrance opening，入口)接收來自管壁的反向散射信號(hào)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的超聲系統(tǒng)(有時(shí)叫做(檢測)“清管器(pig)，，)包括一個(gè)超聲傳感 器和鏡子，聲音經(jīng)由鏡子而指向管壁。同一傳感器接收來自管壁的反向散射回聲。此現(xiàn) 有技術(shù)具有一些限制，例如-傳感器的對(duì)準(zhǔn)必須近乎完美，否則，將檢測不到回聲；_管壁的表面需要是平滑的，否則，信號(hào)會(huì)是無法使用的；-檢測不到裂縫和腐蝕點(diǎn)。EP 1707956公開了用于檢測管道中的裂縫深度的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被構(gòu) 造為在管道壁中沿圓周(circumferentially)發(fā)送超聲信號(hào)并接收所反射的信號(hào)的清管器。 該文獻(xiàn)描述了一個(gè)實(shí)例，其中，在清管器周圍布置多個(gè)傳感器，并且上述多個(gè)傳感器布 置成傳輸以一定角度撞擊管道壁的超聲信號(hào)。管壁的表面以及壁中的裂縫用作產(chǎn)生不 同延遲時(shí)間的反射的超聲反射器。來自壁表面的反射根據(jù)壁厚以所謂的跳躍距離(skip distance)重復(fù)。能夠區(qū)分來自裂縫的反射，因?yàn)檫@些反射以其他的延遲被接收。從延遲 時(shí)間和超聲射線追蹤來確定到反射器的距離，以模擬反射的路徑。用到反射器的距離來 估計(jì)裂縫深度。用從不同傳感器確定的深度中的最大值作為裂縫的估計(jì)深度。此已知系統(tǒng)僅確定各個(gè)裂縫的深度。其未嘗試用成像處理來形成管壁的圖像。 此外，該已知系統(tǒng)依賴于產(chǎn)生以已知的角度撞擊管道壁的射線的方向傳感器。這使得可 能用射線追蹤來確定深度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際中，管壁的表面可能是不均勻的，其具有由于腐蝕和磨損所 引起的無規(guī)律的厚度變化，并不是只有單獨(dú)的裂縫。由于管壁與管內(nèi)部的流體之間的聲 音速度差異相當(dāng)大，此不均勻性導(dǎo)致超聲射線以不可預(yù)計(jì)的角度進(jìn)行的相當(dāng)大程度的散 射。這將使得用EP 1707956中的系統(tǒng)在遭受腐蝕和磨損的管道中產(chǎn)生的成像非常不可罪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的其中一個(gè)目的是提供改進(jìn)的管檢測。提供了用于檢測管壁中的 缺陷的方法和用于檢測管壁中的缺陷的系統(tǒng)。此處， 發(fā)射并接收多個(gè)超聲信號(hào)，所述多個(gè)超聲信號(hào)的主方向在基本垂直于管道軸線的縱向方 向的平面內(nèi)。用基于所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)的傳輸時(shí)間的高分辨率成像處理來處 理所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)。該成像處理形成圖像(例如，反向散射強(qiáng)度的圖像)，該圖像作為所述平面中位置的函數(shù)。優(yōu)選地，多個(gè)信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)以在上述平面上分布的角度被發(fā)射和/或接收。優(yōu)選地，將用于發(fā)射和/或接收的所述發(fā)出開口和/或進(jìn) 入開口的直徑選擇為相對(duì)于傳送器的發(fā)射頻率充分地小(傳送器在此發(fā)射頻率下傳輸超 聲信號(hào))，使得出自每個(gè)開口的超聲傳輸信號(hào)發(fā)散到管壁的更大的區(qū)域，并且/或每個(gè)開 口接收每個(gè)來自管壁的更大的區(qū)域反向散射的信號(hào)。例如，這可以通過使用直徑的大小 為超聲波波長的發(fā)出開口和/或進(jìn)入開口來實(shí)現(xiàn)，例如，不大于在傳送器的聲音發(fā)射頻 率處、管道中的流體中的超聲波波長的兩倍的圓周方向(circumferentialdirection，環(huán)繞方 向)上的直徑。這些開口在軸向方向上可以具有更大的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，通過應(yīng)用費(fèi)馬原理(Fermat，s principle)來處理信號(hào)，該原
理表明，沿著聲音射線在兩點(diǎn)之間取得的路徑是能夠在最短的時(shí)間內(nèi)穿過的路徑。費(fèi)馬 原理的應(yīng)用可以包括，確定與來自傳送器和/或到達(dá)傳送器的一組路徑相關(guān)聯(lián)的傳輸時(shí) 間，并選擇具有最小傳輸時(shí)間的路徑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這對(duì)處理由腐蝕和磨損導(dǎo)致的管壁的 不均勻性提供了更可靠的解決方案。這有利地應(yīng)用于這樣的實(shí)施例，其中，用管壁表面 的位置的估計(jì)來處理信號(hào)，以獲得管壁內(nèi)部的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，-考慮管內(nèi)部的均勻介質(zhì)中的聲音傳輸和聲音速度，以及〇管壁內(nèi)部的聲音傳輸和聲音速度，〇管道內(nèi)部的介質(zhì)與管壁之間的邊界上的聲音的折射，以及〇管壁內(nèi)部的反射；_應(yīng)用費(fèi)馬原理有效率地且有效果地確定管道內(nèi)部以及管壁內(nèi)部的聲音傳輸路 徑，這表明，沿著聲音射線在兩點(diǎn)之間取得的路徑是能在最短時(shí)間內(nèi)穿過的路徑；-給出管壁的圖像，以便于測量結(jié)果的視覺詮釋(visualinterpretation)。布置傳送器陣列以在基本垂直于管軸線的多個(gè)方向上發(fā)射并接收多個(gè)信號(hào)，并 結(jié)合使用具有大小為所使用的超聲波波長的等級(jí)的發(fā)出開口 /進(jìn)入開口的傳送器，將使 得超聲傳輸信號(hào)發(fā)散并在管壁的相當(dāng)大的區(qū)域上反射或反向散射?？梢酝瑫r(shí)或順序地應(yīng) 用陣列中的傳送器。由于聲音在大面積中反射(反向散射)，所以能(并且應(yīng)該)基于 所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)的傳輸時(shí)間對(duì)所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)的復(fù)合體進(jìn)行 高分辨率成像處理，以獲得詳細(xì)圖像中的正確點(diǎn)上的一切，該詳細(xì)圖像由與基本垂直于 管軸線的平面相對(duì)應(yīng)的橫截面組成。這里要注意，高分辨率成像處理是各技術(shù)領(lǐng)域中的 常識(shí)，例如，在醫(yī)療(超)聲波檢查法領(lǐng)域內(nèi)和在地震探查[A.J.Berkhout.Applied seismic wave theory.ISBN 0-444-42898_4.ElsevierScience Publishers B.V., 1987]中。成像步驟優(yōu)選地包括a.利用僅包括液體速度(考慮管內(nèi)部的液體的聲音速度)的模型對(duì)數(shù)據(jù)成像，尤 其是使用來自管的內(nèi)表面的反射。b.查找管道的內(nèi)表面。C.更新速度模型，將管壁中的聲音速度包括在該模型中。d.對(duì)管壁、管壁內(nèi)表面和管壁外表面、以及管壁中的類似缺陷的特征成像。優(yōu)選地，對(duì)管壁、管壁內(nèi)表面和管壁外表面以及管壁中的類似缺陷的特征成像 包括
a.在管壁內(nèi)限定點(diǎn)的柵格。b.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)計(jì)算對(duì)于經(jīng)由所述柵格點(diǎn)的、每對(duì)發(fā)射元件和接收元件之間 的聲音路徑的聲音傳輸時(shí)間。c.應(yīng)用所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)的真實(shí)的振幅權(quán)重，針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)確定 與所計(jì)算的聲音傳輸時(shí)間對(duì)應(yīng)的這些響應(yīng)的和。如果柵格點(diǎn)與管壁的聲音散射部分相對(duì)應(yīng)，那么這些響應(yīng)的加權(quán)和將獲得明顯 非零的值(具有噪音水平以上的水平)。傳統(tǒng)地，應(yīng)用射線追蹤技術(shù)來計(jì)算聲音傳輸時(shí) 間。根據(jù)一個(gè)方面，優(yōu)選地，應(yīng)用費(fèi)馬原理，通過選擇一組相鄰的聲音傳輸路徑，計(jì)算 相對(duì)應(yīng)的聲音傳輸時(shí)間，并選擇具有最短傳輸時(shí)間的聲音路徑，來更有效地確定聲音傳 輸時(shí)間。所公開的測量方法的優(yōu)點(diǎn)是-對(duì)正常對(duì)準(zhǔn)誤差的不敏感性；-高分辨率，使得能夠檢測小缺陷；-對(duì)表面不規(guī)則的不敏感性。


從借助下面的附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述中，這些和其他目的以及有利方面將 變得顯而易見。附圖中圖1示出了系統(tǒng)的第一實(shí)施例；圖2示出了系統(tǒng)的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于檢測管壁1中的缺陷的系統(tǒng)的示意性實(shí)施例，該系統(tǒng)包括超聲傳 送器2，該超聲傳送器設(shè)置成用于經(jīng)由發(fā)出開口從管內(nèi)部朝著管壁1發(fā)射超聲信號(hào)，并經(jīng) 由進(jìn)入開口接收來自管的 壁1的反向散射信號(hào)。在該示例性實(shí)施例中，傳送器包括基本 呈圓形的超聲傳送器3的陣列，這些傳送器布置成發(fā)射并接收在基本上垂直于管軸線的 平面4內(nèi)且具有不同主方向的多個(gè)信號(hào)。傳送器3與控制模塊5連接，該控制模塊5布 置成給傳送器3提供能量以使傳送器發(fā)射它們的信號(hào)(即信號(hào)脈沖)。這些信號(hào)脈沖能 夠同時(shí)地發(fā)射或順序地發(fā)射或混合地發(fā)射?？捎上嗤膫魉推髟诔鼙诎l(fā)射這些信號(hào) 脈沖的時(shí)間空檔(發(fā)射空檔)之間的時(shí)間空檔(接收空檔)內(nèi)接收反向散射的信號(hào)脈沖。 反向散射的信號(hào)脈沖被傳送輸至控制模塊5并在那里或在其他處理器中進(jìn)行處理。此處 所使用的“處理器”可以是用程序(例如，在存儲(chǔ)器中或在磁盤上)編程的可編程處理 器，以執(zhí)行所述操作。相反，處理器可以是硬線連接的(hardwired)電路，以執(zhí)行這些操 作。處理器可包括多個(gè)子處理器，以執(zhí)行這些操作的相應(yīng)任務(wù)。傳送器的的發(fā)出開口(用于脈沖發(fā)射)和進(jìn)入開口(用于脈沖接收)的直徑的大 小基本上為所使用的超聲信號(hào)的波長，這使得信號(hào)脈沖發(fā)散，并由此輻射管壁的更大的 區(qū)域，并容易受管壁中各種類型的缺陷的影響。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)傳送器實(shí)現(xiàn)為壓電材料的本體，當(dāng)對(duì)傳送器施加電場 時(shí)，該傳送器能夠作為發(fā)射器，或者當(dāng)檢測到由本體產(chǎn)生的電場時(shí)，傳送器能夠作為接收器。在此實(shí)施例中，傳送器的發(fā)出開口和進(jìn)入開口可以由本體限定。因此，發(fā)出開口 和進(jìn)入開口的直徑可與壓電材料的本體的直徑對(duì)應(yīng)。這種本體的圓形陣列可沿著圓柱體 的圓周設(shè)置，以在管道內(nèi)使用。在另一實(shí)施例中，可在單個(gè)壓電材料的本體上實(shí)現(xiàn)多個(gè) 傳送器，多個(gè)電極對(duì)在相應(yīng)的位置面向本體，每個(gè)對(duì)限定相應(yīng)傳送器的發(fā)出開口和進(jìn)入 開口。優(yōu)選地，管的圓周方向上的發(fā)出開口和進(jìn)入開口的直徑最多是管中的超聲信號(hào) 波長的兩倍。例如，可使用半個(gè)波長和兩個(gè)波長之間的直徑，或者使用半個(gè)波長和一個(gè) 波長之間的直徑。因此，可在垂直于管軸向方向的徑向方向上實(shí)現(xiàn)基本上全方向的超聲 輻射分布。為了提供基本上在垂直于管的軸向方向的平面中集中的輻射，管的軸向方向 上的發(fā)出開口和進(jìn)入開口的直徑可以更大，例如，至少是5個(gè)波長。在處理模塊中或在其他處理/計(jì)算裝置中，用良好適配的高分辨率成像處理， 來處理所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)脈沖(包括其延遲/傳輸時(shí)間)，例如，在E.Luiten TNO-report IS-RPT_060054.Delft，2006 年 2 月 17 日.Verbeterde afbeeldingstechnieken voor ultrageluid (improved imaging techniques for ultrasound ； in Dutch)中描述的處理。簡要概括，這種處理為使用線斷層技術(shù)(tomographic technique)產(chǎn)生圖像作準(zhǔn) 備。如此處所使用的，圖像包括與分布在至少二維區(qū)域上的空間位置相關(guān)聯(lián)的圖像值。 通過當(dāng)傳送器布置處于管中的軸向位置時(shí)所獲得的信號(hào)，可以獲得在垂直于管軸線的平 面中的圖像值的二維圖像，例如，作為距離管軸線的徑向距離和圍繞管軸線的圓周角的 函數(shù)。通過沿著管在不同軸向位置處的重復(fù)測量，可以獲得三維圖像。在所發(fā)射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)脈沖的情況中，圖像值代表來自空間位置的反 向散射強(qiáng)度。來自傳送器的一開口并返回至一開口的各個(gè)反向散射信號(hào)提供作為時(shí)間的 函數(shù)的反向散射強(qiáng)度。對(duì)于任一個(gè)時(shí)間，此反向散射強(qiáng)度是來自一組空間位置的反向散 射強(qiáng)度的組分(contribution)的和，從而導(dǎo)致經(jīng)由開口傳播到所述位置和從所述位置傳播 的超聲波的延遲時(shí)間相同?？蓪?duì)發(fā)射傳送器、這種圖像中的像素位置、以及接收傳送器 的每個(gè)組合分配一延遲時(shí)間。所分配的延遲時(shí)間是超聲信號(hào)的發(fā)射與接收之間的延遲時(shí) 間，該超聲信號(hào)由發(fā)射傳送器發(fā)射，由與像素位置相對(duì)應(yīng)的管位置處的材料反射，并由 接收傳送器接收。因此，在針對(duì)發(fā)射傳送器和接收傳送器的組合考慮作為時(shí)間的函數(shù)的 反射振幅信號(hào)的時(shí)候，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)與圖像中的一組像素位置相對(duì)應(yīng)，并且所分配的延遲 時(shí)間等于該時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間值。線斷層技術(shù)使用發(fā)射傳送器和接收傳送器的多個(gè)這種組合來實(shí)現(xiàn)反向散射強(qiáng)度 的空間分辨率。在Luiten描述的處理中，這相當(dāng)于對(duì)與圖像位置相對(duì)應(yīng)的空間位置的反 向散射強(qiáng)度的計(jì)算，每個(gè)計(jì)算都針對(duì)發(fā)射傳送器和接收傳送器的每個(gè)組合確定與該空間 位置相關(guān)聯(lián)的延遲時(shí)間，并將在那些延遲時(shí)間時(shí)、對(duì)于那些組合的反向散射信號(hào)相加。 結(jié)果，產(chǎn)生作為位置函數(shù)的所計(jì)算的反向散射強(qiáng)度的圖像。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用具有第一操作和第二操作(pass，轉(zhuǎn)換)的計(jì)算。這是因 為，與管壁內(nèi)的空間位置相關(guān)聯(lián)的延遲時(shí)間取決于管壁的形狀，由于腐蝕和磨損管壁的 形狀可能是不可預(yù)計(jì)的。因此，使用第一操作，其中，在超聲傳播速度不依賴于空間位 置的假設(shè)下計(jì)算第一反向散射強(qiáng)度圖像。當(dāng)然，此假設(shè)不等于實(shí)際，因?yàn)楣苤械牧黧w的 超聲傳播速度和管壁中的超聲傳播速度顯著不同。然而，第一反向散射強(qiáng)度圖像確實(shí)提供了使得可能確定管壁的內(nèi)表面的位置的信息。這使得可能執(zhí)行第二操作，其中，在超聲傳播速度具有第一值和第二值的假設(shè)下計(jì)算第二反向散射強(qiáng)度圖像，第一值和第二值 對(duì)應(yīng)于分別根據(jù)第一圖像確定的、在內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的、管壁中和流體中的速度。 可選地，可使用如第二操作的其他操作，其中，由之前的操作產(chǎn)生的第二圖像代替第一 圖像。因此，該處理優(yōu)選地包括a.用聲音速度模型(例如，作為空間位置的函數(shù)的聲音速度的值)計(jì)算第一圖 像，特別是使用來自管的內(nèi)表面的反射來計(jì)算，上述聲音速度模型僅包括所有位置的液 體速度(考慮管內(nèi)的液體中的聲音速度)。b.從第一圖像查找管的內(nèi)表面。C.更新速度模型，在模型中包括由從第一圖像發(fā)現(xiàn)的內(nèi)表面界定的管壁中的聲
首速度。d.用所更新的模型計(jì)算第二圖像，以對(duì)管壁、管壁的內(nèi)表面和管壁的外表面、 以及管壁中的類似缺陷的特征成像。計(jì)算管壁、管壁的內(nèi)表面和管壁的外表面以及管壁中的類似缺陷的特征的第二 圖像，優(yōu)選地包括a.在管壁內(nèi)限定點(diǎn)的柵格。b.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)并針對(duì)每對(duì)發(fā)射元件和接收元件來計(jì)算經(jīng)由從所述柵格點(diǎn)的 反射沿著從所述對(duì)中的發(fā)射元件到達(dá)所述對(duì)中的接收元件的聲音路徑的聲音傳輸時(shí)間。c.對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)確定反向散射響應(yīng)的和，該響應(yīng)根據(jù)針對(duì)這些對(duì)所計(jì)算的聲音 傳輸時(shí)間來利用這些對(duì)中的不同對(duì)來確定。可選地，在和的確定中可應(yīng)用振幅權(quán)重。如果柵格點(diǎn)對(duì)應(yīng)于管壁的聲音散射部分，那么這些響應(yīng)的加權(quán)和將獲得明顯非 零的值(具有高于噪音水平的水平)。這樣，第二圖像的計(jì)算取決于已從第一圖像發(fā)現(xiàn)的管壁的內(nèi)表面。因此，內(nèi)表 面的位置以及由此聲音傳輸時(shí)間不具有預(yù)定值。上述值可能被腐蝕和磨損影響，并且， 上述值可能取決于沿著管中的圓周方向和軸向方向的位置。在此類型的傳統(tǒng)圖像技術(shù)中，應(yīng)用射線追蹤技術(shù)來計(jì)算在此技術(shù)中使用的聲音 傳輸時(shí)間。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用該技術(shù)對(duì)遭受腐蝕和磨損的管壁的內(nèi)部成像時(shí)，這 會(huì)導(dǎo)致誤差。管中的流體中的聲音速度和管壁的材料(例如，金屬)中的聲音速度之間的 大的差異具有這樣的效果內(nèi)表面的模型中的較小誤差可能導(dǎo)致大的射線追蹤誤差。而 且，所估計(jì)的表面的可能的不均勻性可能具有這樣的效果射線追蹤計(jì)算本身中的不精 確可能導(dǎo)致大的誤差。根據(jù)一個(gè)方面，優(yōu)選地，應(yīng)用費(fèi)馬原理來更有效地確定聲音傳輸時(shí)間。費(fèi)馬原 理的使用包括選擇經(jīng)由相關(guān)柵格點(diǎn)從一對(duì)中的發(fā)射元件到接收元件的一組相鄰的聲音 傳輸路徑，計(jì)算相應(yīng)的聲音傳輸時(shí)間，并針對(duì)該柵格點(diǎn)和該對(duì)的組合選擇具有最短行進(jìn) 時(shí)間的聲音路徑。這使得該處理對(duì)于當(dāng)使用射線追蹤方法時(shí)出現(xiàn)的該類型的誤差而言具 有更大的可靠性。圖2示出了用于檢測管壁1中的缺陷的系統(tǒng)的稍微修改的示意性實(shí)施例，該實(shí)施例的系統(tǒng)包括超聲傳送器裝置2，該超聲傳送器裝置2布置成經(jīng)由發(fā)出開口從管內(nèi)部朝向 管壁1發(fā)射超聲信號(hào)，并經(jīng)由進(jìn)入開口接收來自管壁1的反向散射信號(hào)。在此示意性實(shí) 施例中，傳送器裝置包括至少一個(gè)超聲傳送器6，和轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)(見箭頭)引導(dǎo)裝置7， 該轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)裝置布置成通過傳送器裝置2在垂直平面4內(nèi)提供將被發(fā)射到所有方向 的超聲脈沖以及將從所有方向被接收的反向散射脈沖。轉(zhuǎn)動(dòng)引導(dǎo)裝置7優(yōu)選地在控制模 塊5的控制下由步進(jìn)電機(jī)(未明確地示出)驅(qū)動(dòng)。對(duì)于剩下的部分，此示意性實(shí)施例與 圖1的實(shí)施例相似。

引導(dǎo)裝置可以是傳送器安裝在其上的可轉(zhuǎn)動(dòng)輪，以通過輪的運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)傳送器的 運(yùn)動(dòng)。輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可比聲音的速度慢得多。因此，對(duì)于通過轉(zhuǎn)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)一系列傳送器 位置，能夠獲得作為時(shí)間(從一個(gè)傳送器位置開始到基本上返回至該傳送器位置的時(shí)間) 的函數(shù)的反向散射強(qiáng)度。在另一實(shí)施例中，引導(dǎo)裝置可以是兩個(gè)殼體部分之間的狹槽， 傳送器沿著該狹槽被引導(dǎo)。在此情況中，殼體部分也可用來沿著狹槽邊緣對(duì)傳送器施加 電勢。在另一實(shí)施例中，引導(dǎo)裝置可以是具有開口的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該開口將超聲波引導(dǎo)出 而達(dá)到管壁?？偠灾?，提供了一種用于檢測管壁1中的缺陷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括超聲傳送 器裝置2，該超聲傳送器裝置布置成經(jīng)由發(fā)出開口從管內(nèi)部朝向管壁發(fā)射超聲信號(hào)，并經(jīng) 由進(jìn)入開口接收來自管壁的反向散射信號(hào)。在此系統(tǒng)中，傳送器裝置布置成發(fā)射并接收 主方向在基本上垂直于管軸線的平面4內(nèi)的多個(gè)信號(hào)。傳送器裝置的所述發(fā)出開口和/ 或進(jìn)入開口的直徑的大小基本為所使用的超聲信號(hào)的波長。在處理裝置5中，基于所發(fā) 射的和經(jīng)反向散射的信號(hào)的傳輸時(shí)間使用高分辨率成像處理來處理所發(fā)射的和經(jīng)反向散 射的信號(hào)的復(fù)合體。在一個(gè)實(shí)施例中，傳送器裝置包括位于所述平面中的超聲傳送器的基本圓形的 陣列3。在一個(gè)實(shí)施例中，傳送器裝置包括至少一個(gè)超聲傳送器和引導(dǎo)裝置6，該引導(dǎo)裝 置布置成通過傳送器裝置在垂直平面內(nèi)提供將被發(fā)射到所有方向的信號(hào)和將從所有方向 被接收的反向散射脈沖。在一個(gè)實(shí)施例中，處理裝置5包括用于以下的裝置a.考慮管內(nèi)部的液體中的聲音速度，并用僅包括液體速度的模型對(duì)數(shù)據(jù)成像；b.查找管的內(nèi)表面；C.更新速度模型，將管壁中的聲音速度包括在模型中；d.在多束(bundles of)相鄰的聲音傳輸路徑上應(yīng)用費(fèi)馬原理，對(duì)管壁、管壁內(nèi)表 面和管壁外表面以及管壁中的類似缺陷的特征成像。
權(quán)利要求
1.一種檢測管壁(1)中的缺陷的方法，其特征在于，包括_從管的內(nèi)部朝著管壁(1)發(fā)射超聲信號(hào)；-接收來自所述管壁的反向散射信號(hào)，發(fā)射并接收多個(gè)信號(hào)，所述多個(gè)信號(hào)的主方向 分布在垂直于所述管的軸線的平面(4)內(nèi)；_用基于所述發(fā)射的和反向散射的信號(hào)的發(fā)射與接收之間的傳輸時(shí)間的成像處理來處 理所述多個(gè)發(fā)射的和接收的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述管壁的圖像通過以下方式形成組合針 對(duì)發(fā)射和接收位置的不同組合所獲得的反向散射信號(hào)，并用所述傳輸時(shí)間對(duì)所述圖像中 的位置的所述組合分配反向散射強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，經(jīng)由發(fā)出開口發(fā)射所述超聲信號(hào)，并經(jīng)由 進(jìn)入開口接收所述超聲信號(hào)，所述發(fā)出開口和/或所述進(jìn)入開口的直徑的大小基本為所 述超聲信號(hào)的波長。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理包括，在多束相鄰的聲 音傳輸路徑上應(yīng)用費(fèi)馬原理，對(duì)所述管壁、所述管壁的內(nèi)表面和所述管壁的外表面以及 所述管壁中類似缺陷的特征進(jìn)行成像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括a.在所述管壁內(nèi)限定柵格點(diǎn)的柵格；b.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)并針對(duì)每對(duì)發(fā)射元件位置和接收元件位置來計(jì)算經(jīng)由從所述柵格 點(diǎn)的反射沿著從所述對(duì)中的所述發(fā)射元件位置到所述對(duì)中的所述接收元件位置的聲音路 徑的聲音傳輸時(shí)間，這通過以下過程實(shí)現(xiàn)選擇經(jīng)由所述柵格點(diǎn)從所述對(duì)的所述發(fā)射元 件位置到所述接收元件位置的一組相鄰的聲音傳輸路徑，計(jì)算所述聲音傳輸路徑的聲音 傳輸時(shí)間，并針對(duì)所述柵格點(diǎn)和所述對(duì)的組合來選擇具有最短行進(jìn)時(shí)間的所述聲音傳輸 路徑；c.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)確定反向散射響應(yīng)的和，所述反向散射響應(yīng)根據(jù)針對(duì)所述對(duì)和所 述柵格點(diǎn)所計(jì)算的聲音傳輸時(shí)間來利用這些所述對(duì)中的不同對(duì)確定。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述處理包括a.使用僅包括與所述管內(nèi)的液體中的聲音速度對(duì)應(yīng)的聲音速度的聲音速度模型，來 處理發(fā)射的和接收的信號(hào)的組合，以形成第一反向散射圖像；b.從所述第一反向散射圖像查找所述管的內(nèi)表面；c.更新所述聲音速度模型，在所述模型中包括由從所述第一反向散射圖像發(fā)現(xiàn)的所 述管的內(nèi)表面界定的所述管壁中的所述聲音速度；d.用被更新的所述聲音速度模型來處理發(fā)射的和接收的信號(hào)的組合，以形成第二反 向散射圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，包括，在由從所述第一反向散射圖像發(fā)現(xiàn)的所述管的 內(nèi)表面界定的所述管壁內(nèi)限定柵格點(diǎn)的柵格；針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)并針對(duì)每對(duì)發(fā)射元件位置 和接收元件位置來計(jì)算經(jīng)由從所述柵格點(diǎn)的反射沿著從所述對(duì)中的所述發(fā)射元件位置到 所述對(duì)中的所述接收元件位置的聲音路徑的聲音傳輸時(shí)間，這通過以下過程實(shí)現(xiàn)選擇 經(jīng)由所述柵格點(diǎn)從所述對(duì)的所述發(fā)射元件位置到所述接收元件位置的一組相鄰的聲音傳 輸路徑，計(jì)算所述聲音傳輸路徑的聲音傳輸時(shí)間，并針對(duì)所述柵格點(diǎn)和所述對(duì)的組合來選擇具有最短行進(jìn)時(shí)間的所述聲音傳輸路徑。
8. —種用于從管的內(nèi)部檢測所述管的壁(1)中的缺陷的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng) 包括-至少一個(gè)超聲傳送器，所述至少一個(gè)超聲傳送器具有用于發(fā)射超聲信號(hào)的發(fā)出開 口和用于接收反向散射信號(hào)的進(jìn)入開口，所述至少一個(gè)傳送器構(gòu)造為發(fā)射并接收多個(gè)信 號(hào)，所述多個(gè)信號(hào)的主方向分布在垂直于軸線的平面(4)內(nèi)；-處理器(5)，被構(gòu)造為用基于發(fā)射的和反向散射的信號(hào)的發(fā)射與接收之間的傳輸時(shí) 間的成像處理，來處理發(fā)射的和反向散射的信號(hào)的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述超聲傳送器具有發(fā)出開口和/或進(jìn)入開 口，所述傳送器的所述發(fā)出開口和/或所述進(jìn)入開口的直徑的大小是所述傳送器的傳輸 頻率下的超聲波的波長的至多兩倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括所述管、所述超聲傳送器，所述超聲傳送器具 有位于所述管內(nèi)部中的被布置成朝著所述管壁發(fā)射所述超聲信號(hào)的所述發(fā)出開口和被布 置成接收來自所述管壁的超聲信號(hào)反向散射信號(hào)的所述進(jìn)入開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括超聲傳送器的位于所述平面中的 圓形陣列⑶。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括引導(dǎo)裝置(6)，所述引導(dǎo)裝置 布置成通過所述傳送器在所述垂直平面內(nèi)提供將被發(fā)射到所有方向的信號(hào)和將從所有方 向被接收的反向散射脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(5)構(gòu)造為a.考慮到所述管內(nèi)的所述液體中的所述聲音速度，并用僅包括所述液體速度的模型 對(duì)數(shù)據(jù)成像；b.查找所述管的內(nèi)表面；c.更新所述速度模型，將所述管壁中的所述聲音速度包括在所述模型中；d.在多束相鄰的聲音傳輸路徑上應(yīng)用費(fèi)馬原理，對(duì)所述管壁、所述管壁的內(nèi)表面和 所述管壁的外表面以及所述管壁中的類似缺陷的特征進(jìn)行成像。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(5)構(gòu)造為a.在所述管壁內(nèi)限定柵格點(diǎn)的柵格；b.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)并針對(duì)每對(duì)發(fā)射元件位置和接收元件位置來計(jì)算經(jīng)由從所述柵格 點(diǎn)的反射沿著從所述對(duì)中的所述發(fā)射元件位置到所述對(duì)中的所述接收元件位置的聲音路 徑的聲音傳輸時(shí)間，這通過以下過程來實(shí)現(xiàn)選擇經(jīng)由所述柵格點(diǎn)從所述對(duì)的所述發(fā)射 元件位置到所述接收元件位置的一組相鄰的聲音傳輸路徑，計(jì)算所述聲音傳輸路徑的所 述聲音傳輸時(shí)間，并針對(duì)所述柵格點(diǎn)和所述對(duì)的組合來選擇具有最短行進(jìn)時(shí)間的所述聲 音傳輸路徑；c.針對(duì)每個(gè)柵格點(diǎn)確定所述反向散射響應(yīng)的和，所述反向散射響應(yīng)根據(jù)針對(duì)所述對(duì) 和所述柵格點(diǎn)所計(jì)算的聲音傳輸時(shí)間來利用這些所述對(duì)中的不同對(duì)確定。
15.—種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，包括用于可編程計(jì)算機(jī)的指令程序，當(dāng)所述 指令程序由可編程計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，所述指令程序?qū)⑹沟糜?jì)算機(jī)如權(quán)利要求8至14中的任 一項(xiàng)所述的處理器一樣進(jìn)行操作。
全文摘要
一種用于檢測管壁(1)中的缺陷的系統(tǒng)，包括超聲傳送器(2)，其布置成經(jīng)由發(fā)出開口從管內(nèi)部朝著管壁發(fā)射超聲信號(hào)并經(jīng)由進(jìn)入開口接收來自壁部的反向散射信號(hào)。該系統(tǒng)被布置成發(fā)射并接收多個(gè)信號(hào)，所述多個(gè)信號(hào)的主方向在基本垂直于管軸線的平面(4)內(nèi)。這些開口構(gòu)造為使超聲傳輸信號(hào)散射和/或通過使用直徑的大小為超聲信號(hào)的波長的開口來接收來自管壁的大面積上的散射角度范圍的返回信號(hào)。在處理裝置(5)中處理用于不同發(fā)射和接收位置的多組發(fā)射的和反向散射的信號(hào)，以基于反向散射信號(hào)的發(fā)射與接收之間的傳輸時(shí)間形成圖像。
文檔編號(hào)F16L55/26GK102016564SQ200980115601
公開日2011年4月13日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者阿爾諾·威廉·福雷德里克·福爾克爾 申請人:荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(huì)(Tno)