無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)器，包括探針陣列，用于向所述樣品內(nèi)發(fā)射超聲波，提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)用超聲波并且接收由探針陣列產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)的收發(fā)器以及用來(lái)顯示接收到的信號(hào)的顯示系統(tǒng)；所述收發(fā)器包括計(jì)算機(jī)，延時(shí)控制器，脈沖器，接收器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將來(lái)自所述脈沖器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述探針陣列，而相應(yīng)的由所述接收器處理所述探針陣列輸出的所述接收信號(hào)，其中所述計(jì)算機(jī)控制所述延時(shí)控制器，所述脈沖器，所述接收器以及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從而使得元件正常運(yùn)行；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理來(lái)自所述接收器的接收信號(hào)并且將處理結(jié)果送到顯示系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)人船船體裂縫擴(kuò)展的檢測(cè)，特別涉及采用超聲的方法進(jìn)行無(wú)人船船 體裂縫擴(kuò)展探測(cè)及相應(yīng)的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)人機(jī)與無(wú)人駕駛汽車在科技界呼風(fēng)喚雨，風(fēng)頭出盡，相較之下，低調(diào)的無(wú)人船知 名度稍遜一籌。在小說(shuō)中，無(wú)人船始終籠罩著一絲神秘氣息，著名的"幽靈船"是作家虛構(gòu)航 海故事的經(jīng)典素材，而在現(xiàn)實(shí)中，無(wú)人船是各國(guó)軍事領(lǐng)域的心頭寶，是科技競(jìng)爭(zhēng)的重要技 術(shù)。目前無(wú)人船處于高速發(fā)展的時(shí)期，然而無(wú)人船在下水試航之前以及水上作業(yè)的時(shí)候，仍 然面臨很多技術(shù)瓶頸沒(méi)有解決。
[0003] 無(wú)人船，顧名思義，無(wú)需人類駕駛員對(duì)其進(jìn)行操控，其要獨(dú)自面對(duì)嚴(yán)酷的海上或者 其他水上條件，因此對(duì)船體的堅(jiān)固性要求非常高，而無(wú)人船在下水試航之前必須對(duì)船體裂 縫擴(kuò)展進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，否則遇到極端氣候和水文環(huán)境下，只能拋棄無(wú)人船，經(jīng)濟(jì)損失非常 可觀。
[0004] 通常，無(wú)人船體的水下檢測(cè)由潛水員或遙控潛水船實(shí)施，除了目視檢查外，還使用 閉路電視，磁粉等技術(shù)，但這些檢測(cè)費(fèi)用昂貴，對(duì)潛水員具有危險(xiǎn)，檢測(cè)效果很大程度上取 決于季節(jié)和氣候條件，常規(guī)方法不能在疲勞早期破壞階段被及時(shí)的查處并立即進(jìn)行修理和 微笑，并且無(wú)人船鋼材腐蝕疲勞裂縫擴(kuò)展通常會(huì)隨著時(shí)間擴(kuò)展，因此本發(fā)明提供了一種采 用超聲波形式進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)構(gòu)思。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 因此本發(fā)明的目的一方面在于提供一種無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)方法， 包括如下步驟：
[0006] (1)收集樣品作為檢測(cè)物體，建立探針陣列，向樣品內(nèi)發(fā)射超聲波，設(shè)置收發(fā)器以 及用來(lái)顯示接收到的信號(hào)的顯示系統(tǒng)；
[0007] (2)將所述探針陣列放置在樣品的一個(gè)缺陷探測(cè)近表面并產(chǎn)生響應(yīng)于收發(fā)器所提 供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的超聲波，探針陣列發(fā)出的超聲波透過(guò)樣品傳播，探針陣列檢測(cè)反射波；
[0008] (3)根據(jù)所檢測(cè)到的反射波回聲，由探針陣列產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)，接收信號(hào)被輸 入到收發(fā)器；
[0009] (4)收發(fā)器包括計(jì)算機(jī)，延時(shí)控制器，脈沖器，接收器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將來(lái)自脈 沖器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到探針陣列，而相應(yīng)的由接收器處理探針陣列輸出的接收信號(hào)，其中 計(jì)算機(jī)控制延時(shí)控制器，脈沖器，接收器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從而使得元件正常運(yùn)行；
[0010] (5)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理來(lái)自接收器的接收信號(hào)并且將處理結(jié)果送到顯示系統(tǒng)；其 中當(dāng)獲得作為缺陷指示的回聲后處理接收信號(hào)的過(guò)程如下：
[0011] (5-1)首先，采用普通角度缺陷檢測(cè)技術(shù)檢查指示的存在與否，成角度的軸向波缺 陷檢測(cè)技術(shù)中的角度設(shè)定為大約45度，或者調(diào)整超聲波傳感器或探針的位置以形成成角度 的縱向波技術(shù)的指示結(jié)果會(huì)在區(qū)域A的附近被顯示出來(lái)，其中區(qū)域A范圍定義為:將遠(yuǎn)端表 面的深度乘以l/cos45獲得45度回聲的傳播距離，同時(shí)，多次回聲的傳播時(shí)間近似為相應(yīng)遠(yuǎn) 端表面的1.5倍；
[0012] (5-2)然后，檢查區(qū)域B中的回聲是否出現(xiàn)從而確定由ID蠕變波導(dǎo)致的回聲是否出 現(xiàn)，其中區(qū)域B范圍定義為:采用ID蠕變波進(jìn)行缺陷存在與否的判斷中，假設(shè)用于成角度的 軸向波缺陷探測(cè)的探針陣列位于角度大約為45度的位置處；
[0013] (5-3)最后，檢查區(qū)域C中的回聲是否出現(xiàn)從而確定波型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)致的回聲是否出 現(xiàn)，其中區(qū)域C范圍定義為:使用波型轉(zhuǎn)換波判斷缺陷是否存在中，成角度的縱向波缺陷檢 測(cè)使用的探針陣列假定放在大約為45度的位置處；
[0014] (5-4)當(dāng)步驟(5-1)-(5-3)中任意一個(gè)步驟發(fā)現(xiàn)信號(hào)，指示認(rèn)為是裂縫缺陷導(dǎo)致 的。
[0015] 2、優(yōu)選的，延時(shí)控制器控$lj脈沖器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間并控制接收器(102D)發(fā)出 的接收信號(hào)的輸入時(shí)間，這樣可以根據(jù)相控陣技術(shù)獲得探針陣列的操作。
[0016] 優(yōu)選的，其中回聲的次數(shù)，由超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)用的探針陣列所引起的多底部 回聲的次數(shù)直接獲得或者通過(guò)使用沿垂直方向能發(fā)出超聲波的額外的探針測(cè)量多底部回 聲的次數(shù)并使用所測(cè)量的次數(shù)獲得，或者在樣品內(nèi)的軸向/剪切波速以及樣品的壁厚已知 的情況下，通過(guò)將壁厚除以軸向/剪切波速的計(jì)算方式獲得。
[0017] 優(yōu)選的，使用具有最優(yōu)截面母線的探針陣列，即獲得縱向波和剪切波兩者主束的 傳輸以及刺耳聲音突起的減少，相應(yīng)于縱向波的壁厚總和情況下的往返傳播時(shí)間以及剪切 波壁厚情況下往返傳播時(shí)間的時(shí)間范圍內(nèi)的接收信號(hào)在屏幕上顯示。
[0018] 優(yōu)選的，其中步驟(5-2)中檢測(cè)用0D蠕變波從角裂表面進(jìn)行傳播的總次數(shù)導(dǎo)致的 回聲是否出現(xiàn)進(jìn)行判斷。
[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種執(zhí)行無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)方法 的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，包括探針陣列，用于向樣品內(nèi)發(fā)射超聲波，提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)用超聲波 并且接收由探針陣列產(chǎn)生相應(yīng)的接收信號(hào)的收發(fā)器以及用來(lái)顯示接收到的信號(hào)的顯示系 統(tǒng);收發(fā)器包括計(jì)算機(jī)，延時(shí)控制器，脈沖器，接收器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將來(lái)自脈沖器的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)發(fā)送到探針陣列，而相應(yīng)的由接收器處理探針陣列輸出的接收信號(hào)，其中計(jì)算機(jī)控 制延時(shí)控制器，脈沖器，接收器以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從而使得元件正常運(yùn)行;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處 理來(lái)自接收器的接收信號(hào)并且將處理結(jié)果送到顯示系統(tǒng)。
[0020] 優(yōu)選的，探針陣列基本上由多個(gè)超聲波傳感器元件組成。
[0021] 優(yōu)選的，超聲波傳感器元件為合成壓電體，其包括一個(gè)ΡΖΤ壓電陶瓷，嵌入到聚合 體材料內(nèi)。
[0022] 根據(jù)下文結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更加明 了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特征。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實(shí)施例。 附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些 附圖未必是按比例繪制的。本發(fā)明的目標(biāo)及特征考慮到如下結(jié)合附圖的描述將更加明顯， 附圖中：
[0024] 附圖1為一框圖，用來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)人船船體超聲波裂縫擴(kuò) 展探測(cè)方法以及超聲波探測(cè)器。
[0025] 附圖2為一框圖，表示本發(fā)明第一實(shí)施例中使用的探針(超聲波傳感器)陣列的組 成實(shí)例；
[0026]附圖3A-3C是一圖表，用來(lái)解釋超聲波傳感器產(chǎn)生的縱向波/剪波主束和刺耳聲音 突起;其中A:剪切波刺耳聲音突起;B:剪切波主束;C:縱向波主束，附圖3A，3B，3C繪制條件 為:單元節(jié)距:1/2波長(zhǎng);1/3波長(zhǎng)和1/4波長(zhǎng)，
[0027]橫軸均為:樣品的入射角(度）；縱軸均為:相關(guān)幅值；
[0028]附圖4是原理圖，用于解釋ID蠕變技術(shù)；
[0029]附圖5為原理圖，用來(lái)解釋波型轉(zhuǎn)換技術(shù)；
[0030]附圖6為一表格，用來(lái)解釋縱向波/剪波速度以及不同固體內(nèi)的波速；
[0031]附圖7為一原理圖，用來(lái)解釋角度裂縫擴(kuò)展探測(cè)技術(shù)；
[0032]附圖8A-8E為原理框圖，表示樣品內(nèi)的多反射底面回波及顯示圖像；
[0033]附圖9為原理框圖，表示本發(fā)明第一實(shí)施例中所使用的顯示方法；
[0034]附圖10為原理圖，表示本發(fā)明第二實(shí)施例中使用的顯示方法。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 現(xiàn)在參考附圖，根據(jù)本發(fā)明將給出細(xì)節(jié)的描述。每張圖上用框表示出來(lái)的樣品也 代表管狀樣品沿著軸向的斷面以及那個(gè)斷面形狀的樣品。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 附圖1為一框圖，用來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)人船船體的超聲波裂縫 擴(kuò)展探測(cè)方法以及超聲波探測(cè)器。附圖1中表示的實(shí)施例包括樣品1〇〇作為檢測(cè)物體，探針 陣列101，向樣品100內(nèi)發(fā)射超聲波，收發(fā)器102以及顯示系統(tǒng)103,用來(lái)顯示接收到的信號(hào)。 第一實(shí)施例中，對(duì)用來(lái)尋找通向樣品100的遠(yuǎn)端表面的裂縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò)展）的裂縫擴(kuò)展檢 測(cè)實(shí)例會(huì)進(jìn)行解釋。
[0038] 探針陣列101放置在樣品100的一個(gè)裂縫擴(kuò)展探測(cè)表面(近表面)并產(chǎn)生響應(yīng)于收 發(fā)器102所提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的超聲波。探針陣列101發(fā)出的超聲波透過(guò)樣品101傳播，探針陣 列101檢測(cè)反射波。根據(jù)所檢測(cè)到的反射波（回聲）由探針陣列101產(chǎn)生的接收信號(hào)被輸入到 收發(fā)器102。
[0039] 收發(fā)器102包括計(jì)算機(jī)102A，延時(shí)控制器102B，脈沖器102C，接收器102D以及數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)102E。來(lái)自脈沖器102C的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到探針陣列101，而相應(yīng)的由探針陣列101 輸出的接收信號(hào)由接收器102D處理。
[0040]計(jì)算機(jī)102A控制延時(shí)控制器102B，脈沖器102C，接收器102D以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 102E從而使得元件正常運(yùn)行。
[00411 延時(shí)控制器102B控制脈沖器102C輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間并控制接收器102D發(fā)出的 接收信號(hào)的輸入時(shí)間，這樣可以根據(jù)相控陣技術(shù)獲得探針陣列的操作。
[0042]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)102E處理來(lái)自接收器102D的接收信號(hào)并且將處理結(jié)果送到顯示系 統(tǒng)103。顯示系統(tǒng)103的操作在下面將會(huì)詳述。
[0043] 接下來(lái)，探針陣列101的操作將參考附圖2進(jìn)行詳述。附圖2為原理圖，表示探針陣 列101的大部分基本組成。如圖2所示，探針陣列基本上由多個(gè)超聲波傳感器元件201組成。
[0044] 在該實(shí)施例中，合成壓電體(也被稱為"合成體"）包括一個(gè)PZT壓電陶瓷，嵌入到聚 合體材料內(nèi)，用于超聲波傳感器元件201的實(shí)例。這種情況下，確定探針陣列101的性能的參 數(shù)包括單元節(jié)距P。
[0045] 截面母線P是一個(gè)長(zhǎng)度，通過(guò)將超聲波傳感器元件201的元件寬度W加上兩個(gè)元件 之間的間隙G獲得的。單元節(jié)距P是一個(gè)確定探針陣列101的主束生成和刺耳聲音突起的主 要因子。
[0046] 正如【背景技術(shù)】中所述的，傳統(tǒng)的技術(shù)關(guān)注縱向波的生成，因而用于產(chǎn)生縱向波的 超聲波傳感器元件的設(shè)計(jì)主要關(guān)注在由元件發(fā)出的超聲波的重疊生成的縱向波上。因此， 為了防止關(guān)于縱向波的刺耳聲音突起(超聲波沒(méi)有按照期望的入射路徑方向傳播)產(chǎn)生，單 元節(jié)距通常設(shè)為波長(zhǎng)的1/2。
[0047] 這里，將參考附圖3A，3B和3C解釋單元節(jié)距的作用。首先，表示出計(jì)算包括24個(gè)元 件的探針陣列所產(chǎn)生的包括以60度角在鐵內(nèi)傳播的縱向波的超聲波。
[0048]附圖3A表示將傳統(tǒng)的探針陣列內(nèi)的單元節(jié)距設(shè)定為波長(zhǎng)1/2時(shí)獲得的主束和刺耳 聲音突起。附圖3B表示將單元節(jié)距長(zhǎng)度減少到波長(zhǎng)的1/4的情況。附圖3C表示本發(fā)明提出的 單元節(jié)距使用的長(zhǎng)度(波長(zhǎng)的1/3)。
[0049]如圖所示，傳統(tǒng)的單元節(jié)距（1/2波長(zhǎng)）以及本發(fā)明的單元節(jié)距（1/3波長(zhǎng))都會(huì)在預(yù) 定方向60度處產(chǎn)生主束(縱向波）。
[0050]然而，如果我們將關(guān)注點(diǎn)放在和縱向波同時(shí)產(chǎn)生的剪切波，盡管波應(yīng)當(dāng)僅僅包括 沿著近似29度的方向傳播的主束，但圖3A中使用傳統(tǒng)單元節(jié)距仍可看到在近似一 40度處產(chǎn) 生的其他剪切波(刺耳聲音突起）。
[0051]同時(shí)，在附圖3C使用本發(fā)明的單元節(jié)距（1/3波長(zhǎng))的情況下，即使由探針陣列生成 的剪切波僅包括主束，可以看到本發(fā)明的截面主束也同樣滿足關(guān)于剪切波的情況。
[0052]附圖3B的情況下，單元節(jié)距長(zhǎng)度進(jìn)一步從1/3波長(zhǎng)減少，因?yàn)樵诳v向波和剪切波中 都沒(méi)有刺耳聲音突起產(chǎn)生，因此也沒(méi)有什么特殊的問(wèn)題。然而，如果我們注意一下縱向波， 在圖3B中沿著60度方向（此后稱為"輻射仰角"）傳播的主束的一半寬度位置比在附圖3C中 變得更寬(近似20度）。由于輻射仰角的加寬，接收信號(hào)（來(lái)自反射器的回聲)方向的確定變 得困難。
[0053]然而，為了使用探針陣列實(shí)施ID蠕變技術(shù)或者波型轉(zhuǎn)換技術(shù)來(lái)產(chǎn)生縱向超聲波和 剪切波，有必要在保持輻射仰角在一定范圍的情況下使生成的縱向波和剪切波僅包含主 束，這樣反射器接收的回聲方向能夠確定。
[0054]基于上述理由，本發(fā)明使用當(dāng)縱向波沿著90度方向傳播的時(shí)候，不會(huì)在剪切波角 度范圍(剪切波臨界角）內(nèi)生成刺耳聲音突起的條件作為確定單元節(jié)距的標(biāo)準(zhǔn)。
…（4)
[0056]其中〃λ〃表示樣品中縱向波的波長(zhǎng)，"V 〃表示樣品中縱向波的波速，〃Vs 〃表示樣品 中蠕變波的波速。
[0057]縱向波速V和固體中的蠕變波速Vs之間的比率(V/Vs:波速比）如圖6所示在很多金 屬體內(nèi)大約為2。
[0058]因此，歸納總結(jié)公式(4)的結(jié)果，本發(fā)明認(rèn)為最佳的單元節(jié)距大約為縱向波波長(zhǎng)的 1/3 (從1/4波長(zhǎng)到1/2波長(zhǎng)）。
[0059] 例如，當(dāng)樣品內(nèi)的縱向波速為6000m/s并且這種情況下使用的超聲波頻率為2MHz， 可以選擇1. 〇mm的單元節(jié)距作為本發(fā)明實(shí)施例的最優(yōu)單元節(jié)距。
[0060] 這種情況下，采用截面寬度w=0.9mm以及兩者間隙G = 0.1mm。例如，沒(méi)有刺耳聲音 突起的縱向超聲波和剪切超聲波均可被發(fā)送和接收。
[0061] 接下來(lái)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于將裂縫擴(kuò)展探測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示的方法將在如下 進(jìn)行描述。蠕變波和波型轉(zhuǎn)換波的特征在于樣品中的剪切波的傳播速度比軸向波的波速 低。
[0062] 因此，ID蠕變波和波型轉(zhuǎn)換波需要更多的傳播時(shí)間，直到探針接收到反射波，與通 常的成角度縱向波裂縫擴(kuò)展探測(cè)技術(shù)相比，后者僅處理縱向波的傳播。
[0063]附圖7表示45度成角度縱向波（以45度角發(fā)射和接收縱向波)技術(shù)下縱向波傳播路 徑的簡(jiǎn)圖，這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用于成角度縱向波技術(shù)。這種情況下，超聲波傳感器發(fā)出的縱 向波701到達(dá)反射器702,由反射器頂端的一角反射，回到超聲波傳感器成為縱向波703,然 后由超聲波傳感器以信號(hào)接收。
[0064]與附圖7中的45度角縱向波技術(shù)相比，參考附圖4,5的解釋看到本發(fā)明的ID蠕變技 術(shù)或者波型轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳播路徑更加復(fù)雜并且更長(zhǎng)。因此，為了適當(dāng)?shù)娘@示反射波（回聲）， 有必要根據(jù)一定的傳播時(shí)間在一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間周期持續(xù)顯示回聲。
[0065] 因此，在該實(shí)施例中，關(guān)于樣品中產(chǎn)生的多底面回波的時(shí)間長(zhǎng)度用于作為確定波 形顯示傳播時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)。附圖8A-8E為原理圖，表示相控陣技術(shù)(電子掃描超聲波的入射角） 在扁平樣品內(nèi)獲得多底面回波可視化以及多反射的傳播路徑實(shí)例。
[0066] 探針陣列放置在樣品的近表面，樣品的近表面和遠(yuǎn)端表面之間形成多次反射。附 圖8A-8E按照傳播時(shí)間的升序總結(jié)了多次反射中所包含的回聲類型。多底面回波來(lái)自與五 個(gè)事件，實(shí)際上由探針陣列接收。
[0067] 因此，本發(fā)明的實(shí)施例中，ID蠕變波和波型轉(zhuǎn)換波的可識(shí)別性在考慮到如下五個(gè) 時(shí)間長(zhǎng)度的情況下有所增加。
[0068] 對(duì)應(yīng)于縱向波的在壁厚情況下往返傳播時(shí)間的第一反向回音時(shí)間；（附圖8A)
[0069] 對(duì)應(yīng)于縱向波的壁厚情況下單程傳播時(shí)間和對(duì)應(yīng)于剪切波的壁厚單程傳播時(shí)間 的時(shí)間的總和；（附圖8B)
[0070] 對(duì)應(yīng)于縱向波在兩倍壁厚情況下往返傳播時(shí)間的第二反向回音時(shí)間；（附圖8C) [0071 ]對(duì)應(yīng)于縱向波三倍壁厚情況下單程傳播時(shí)間和對(duì)應(yīng)于剪切波的壁厚單程傳播時(shí) 間的時(shí)間；（附圖8D)
[0072]對(duì)應(yīng)于縱向波的壁厚情況下往返傳播時(shí)間和對(duì)應(yīng)于剪切波的壁厚往返傳播時(shí)間 的時(shí)間總和(附圖8E)
[0073]這里，附圖1中的顯示系統(tǒng)103中所示的線110代表對(duì)應(yīng)于縱向波往返傳播時(shí)間的 時(shí)間（第一底面回波）（對(duì)應(yīng)附圖8A或者（1))。換句話說(shuō)，線110代表樣品的遠(yuǎn)端表面。類似 的，線111代表對(duì)應(yīng)于附圖8B或者（2)的時(shí)間，線112代表對(duì)應(yīng)于附圖8C或者（3)的時(shí)間，線 113代表對(duì)應(yīng)于附圖8D或者(4)的時(shí)間，線114代表對(duì)應(yīng)于附圖8E或者(5)的時(shí)間。
[0074]作為根據(jù)本發(fā)明的用于顯示結(jié)果的顯示方法，與多底面回波的時(shí)間長(zhǎng)度(或者由 時(shí)間長(zhǎng)度乘以波速獲得的距離)相對(duì)應(yīng)的線，如圖1中所示的，或者與多回聲時(shí)間長(zhǎng)度(或者 由時(shí)間長(zhǎng)度乘以波速獲得的距離)相對(duì)應(yīng)的同心圓。將兩種顯示方法進(jìn)行結(jié)合也是可能的。
[0075] 接下來(lái)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的波形識(shí)別方法實(shí)例將參考附圖9進(jìn)行說(shuō)明。在這一 實(shí)例中，設(shè)定超聲波裂縫擴(kuò)展檢測(cè)方法的執(zhí)行對(duì)象為通向其遠(yuǎn)端表面的具有裂縫擴(kuò)展(裂 縫擴(kuò)展）的樣品。當(dāng)獲得作為裂縫擴(kuò)展指示(此后被稱為"指示"）的回聲，附圖9中所示的區(qū) 域要檢查是否存在裂縫擴(kuò)展，流程如下：
[0076] 首先，采用普通角度裂縫擴(kuò)展檢測(cè)技術(shù)(S904)檢查指示的存在與否，成角度的軸 向波裂縫擴(kuò)展檢測(cè)技術(shù)中的角度設(shè)定為大約45度，或者調(diào)整超聲波傳感器(探針）的位置這 樣成角度的縱向波技術(shù)的指示結(jié)果會(huì)在區(qū)域901的附近被顯示出來(lái)，如附圖9(S905)所示. [0077] 最后，檢查區(qū)域903中的回聲是否出現(xiàn)從而確定由ID蠕變波（S906)導(dǎo)致的回聲是 否出現(xiàn)。最后，檢查區(qū)域902中的回聲是否出現(xiàn)從而確定波型轉(zhuǎn)換波(S907)導(dǎo)致的回聲是否 出現(xiàn)。
[0078]當(dāng)步驟S904，S906或者S907中發(fā)現(xiàn)信號(hào)，指示認(rèn)為是裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致的。
[0079] 這里，在解釋使用指示具體的進(jìn)行裂縫擴(kuò)展檢測(cè)的實(shí)例之前，附圖9中每個(gè)步驟中 每個(gè)信號(hào)出現(xiàn)的區(qū)域(即附圖9中的區(qū)域901，902和903)的特征將進(jìn)行詳細(xì)解釋。
[0080] 〈區(qū)域 901>
[0081]將遠(yuǎn)端表面的深度乘以l/c〇s45獲得45度回聲的傳播距離。同時(shí)，多次回聲（1)的 傳播時(shí)間近似為相應(yīng)遠(yuǎn)端表面的1.5倍，因?yàn)楣腆w中的縱向波速V和剪切波速Vs之間的比值 V/Vs近似為2,如圖6所示。
[0082] 由于兩個(gè)傳播時(shí)間近似相等，在大約45度處收到的反射波(縱向波)在區(qū)域901的 附近顯示(其中對(duì)應(yīng)于多次回聲(2)的弧線B與45度線相交）。
[0083] 〈區(qū)域903>
[0084] 采用ID蠕變波進(jìn)行裂縫擴(kuò)展存在與否的判斷中，假設(shè)用于成角度的軸向波裂縫 擴(kuò)展探測(cè)的探針陣列位于圖7所示的角度Θ處，大約為45度。
[0085] 所以，ID蠕變波引起的回聲在區(qū)域903(被兩個(gè)傳播時(shí)間（附圖8C和附圖8E)以及ID 蠕變波的裂縫擴(kuò)展探測(cè)角度(70度和90度)邊界包圍）內(nèi)顯示，并且基于區(qū)域內(nèi)的信號(hào)是否 出現(xiàn)判斷是否存在裂縫擴(kuò)展。
[0086] 〈區(qū)域902>
[0087] 使用波型轉(zhuǎn)換波判斷裂縫擴(kuò)展是否存在中，成角度的縱向波裂縫擴(kuò)展檢測(cè)使用的 探針陣列假定放在圖7所示的角度位置處，大約為45度。
[0088]所以，波型轉(zhuǎn)換波波引起的回聲在區(qū)域902(被兩個(gè)傳播時(shí)間（附圖8B和附圖8D)以 及波型轉(zhuǎn)換波的裂縫擴(kuò)展探測(cè)角度(大約60度)邊界包圍）內(nèi)顯示，并且基于區(qū)域內(nèi)的信號(hào) 可以判斷裂縫擴(kuò)展的近似高度。
[0089]波型轉(zhuǎn)換波發(fā)出的允許接收回聲的裂縫擴(kuò)展高度，波速比V/Vs分別為2,1.5和2.5 的情況。圖表中，縱向波速V固定在5900m/s并且剪切波波速根據(jù)波速比V/Vs改變。盡管三種 情況下由于波速比V/Vs不同（2+/-0.5)而略有差異，然而當(dāng)裂縫擴(kuò)展高度接近船體厚度1/3 或者更多的情況下，由波型轉(zhuǎn)換波引起的回聲能夠被接收。
[0090] 顯示屏幕上，樣品的近表面和信號(hào)顯示區(qū)域(對(duì)應(yīng)入射角度范圍和超聲波的傳播 時(shí)間呈扇形)進(jìn)行顯示。例如，如設(shè)角度范圍設(shè)定到一5度到85度，傳播時(shí)間設(shè)定為相應(yīng)于縱 向波的總船體壁厚度情況下往返傳播時(shí)間以及剪切波的船體壁厚度情況下往返傳播時(shí)間 的時(shí)間。
[0091] 在信號(hào)顯示區(qū)域，由于樣品的近端表面和遠(yuǎn)端表面之間產(chǎn)生的多個(gè)回聲從而產(chǎn)生 的接收信號(hào)顯示為多底面回波信號(hào)。在這種情況下，裂縫擴(kuò)展探測(cè)結(jié)果能夠粗略的分成如 下三組。
[0092]第一組是如下情況，其中成角度的縱向波技術(shù)(大約45度）中的指示在區(qū)域901中 顯示（已經(jīng)參考附圖9進(jìn)行解釋），ID蠕變波產(chǎn)生的指示在區(qū)域903中顯示(也參考附圖9進(jìn)行 解釋），以及波型轉(zhuǎn)換波產(chǎn)生的指示在區(qū)域902中顯示(也參考附圖9進(jìn)行解釋）。
[0093] 這種情況下，由于指示的獲得是通過(guò)成角度的縱向波和ID蠕變波兩種，因此經(jīng)過(guò) 考慮的那部分(其中裂縫擴(kuò)展可能已經(jīng)產(chǎn)生)所發(fā)出的回聲經(jīng)過(guò)判斷應(yīng)當(dāng)由裂縫擴(kuò)展引起。 由于也接收了波型轉(zhuǎn)換波，裂縫擴(kuò)展高度為船體厚度的1/3或者更多，因此裂縫擴(kuò)展被認(rèn)為 是相對(duì)大的裂縫擴(kuò)展。
[0094] 第二組是如下情況，其中在區(qū)域901和903中獲得指示(參見(jiàn)附圖9)，在區(qū)域902中 沒(méi)有獲得指示。
[0095] 這種情況下，由于成角度的縱向波和ID蠕變波都可以提供指示，指示經(jīng)過(guò)判斷認(rèn) 為由裂縫擴(kuò)展引起。
[0096]然而，在考慮中的裂縫擴(kuò)展經(jīng)過(guò)判斷是一個(gè)相對(duì)小的裂縫擴(kuò)展，具有比船體的高 度1 /3略小的高度，因?yàn)閰^(qū)域902中沒(méi)有接收到來(lái)自波型轉(zhuǎn)換波形的任何回聲。
[0097]第三組是如下情況，其中僅僅由成角度的縱向波提供的指示在區(qū)域901中顯示(參 見(jiàn)附圖9)。這種情況下，由于某些種類的指示由成角度的縱向波獲得，某類反射器可能處于 考慮中的部分內(nèi)（其中裂縫擴(kuò)展可能已經(jīng)產(chǎn)生）；然而，反射器經(jīng)過(guò)判斷不是裂縫擴(kuò)展。
[0098] 這些反射器而非裂縫擴(kuò)展包括，例如，由于焊接或者其他處理引起的樣品（來(lái)自無(wú) 人船船身）的遠(yuǎn)端表面變形或者污點(diǎn)。
[0099] 這里，當(dāng)?shù)谝环N和第二種情況下樣品的遠(yuǎn)端表面存在裂縫擴(kuò)展，可以獲得來(lái)自成 角度的縱向波和ID蠕變波兩者的回聲。
[0100] 同時(shí)，當(dāng)變形部分，例如由于焊接導(dǎo)致的可穿透卷邊，存在于樣品的遠(yuǎn)端表面，會(huì) 接收到成角度的縱向波產(chǎn)生的指示。樣品沒(méi)有從遠(yuǎn)端表面垂直擴(kuò)展的裂縫擴(kuò)展樣反射器。 [0101]因此，ID蠕變波不會(huì)在這一反射器(焊接引起的可穿透卷邊等)上發(fā)生反射，而不 是由于ID蠕變波或者波型轉(zhuǎn)換波導(dǎo)致的裂縫擴(kuò)展所引起的沒(méi)有指示產(chǎn)生。
[0102]另一方面，當(dāng)樣品被鑒定為具有裂縫擴(kuò)展，裂縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò)展）的高度估計(jì)基于 成角度的縱向波(基于來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端的回聲3102以及來(lái)自角裂的回聲3101)引起的區(qū) 域901內(nèi)顯示的回聲。
[0103]這里，當(dāng)使用不恰當(dāng)?shù)膯卧?jié)距(根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，與最優(yōu)單元節(jié)距不同）時(shí)， 由于沒(méi)有適當(dāng)?shù)膯卧?jié)距，使能縱向波以及剪切波以預(yù)定角度的傳輸，樣品內(nèi)產(chǎn)生刺耳聲 音突起，因此多底面回波信號(hào)根據(jù)不同于預(yù)定教的角度在屏幕的一些部分上顯示。
[0104]由于刺耳聲音突起(如屏幕上的噪聲）引起的信號(hào)影響區(qū)域901，902和903內(nèi)產(chǎn)生 信號(hào)是否出現(xiàn)的判斷。
[0105] 如前所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，使用具有最優(yōu)截面母線的探針陣列(獲得縱 向波和剪切波兩者主束的傳輸以及刺耳聲音突起的減少），相應(yīng)于縱向波的壁厚總和情況 下的往返傳播時(shí)間以及剪切波壁厚情況下往返傳播時(shí)間的時(shí)間范圍內(nèi)的接收信號(hào)在屏幕 上顯示，五個(gè)多次底部回聲(附圖8A-8E)以及超聲波的入射角尤其需要考慮接收信號(hào)，這樣 即使使用探針陣列，也可以提供具有日益增長(zhǎng)的可靠性，除了普通的成角度縱向波技術(shù)外 還能夠?qū)崿F(xiàn)ID蠕變波技術(shù)以及波型轉(zhuǎn)換技術(shù)的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)方法以及超聲波裂縫擴(kuò) 展檢測(cè)器。
[0106] 另外，由于多次底部回聲的次數(shù)直接從由探針陣列引起的多次底部回聲獲得，其 中探針陣列用于附圖1，8A_8E等實(shí)例中的超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)，本發(fā)明的實(shí)施例中，也有可 能通過(guò)在垂直方向使用探針發(fā)射超聲波測(cè)量多次底面回聲的次數(shù)并且使用所測(cè)量的測(cè)試。
[0107] 同時(shí)，當(dāng)樣品內(nèi)的縱向/剪切波速以及樣品的壁厚已知，通過(guò)計(jì)算也能夠獲得多次 底面回聲的次數(shù)(通過(guò)將壁厚除以縱向/剪切波速等）。當(dāng)如下情況下，其中樣品內(nèi)的剪切波 速不知道，那么縱向波速的一半可用于剪切波速的粗略估計(jì)。
[0108] 實(shí)施例2
[0109] 接下來(lái)，超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)適用于當(dāng)樣品具有通向其近表面的裂縫擴(kuò)展(裂縫 擴(kuò)展）的情況下，這將作為本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行描述。第二實(shí)施例中的探針陣列以及 用于裂縫擴(kuò)展探測(cè)的系統(tǒng)組成與第一實(shí)施例是相同的。
[0110] 因此下面的細(xì)節(jié)解釋將主要基于裂縫擴(kuò)展探測(cè)結(jié)果顯示以及波形的識(shí)別。采用成 角度的縱向波技術(shù)進(jìn)行的裂縫擴(kuò)展探測(cè)中超聲波傳輸路徑用于尋找通向樣品近表面的裂 縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò)展），有兩種情況，一種是裂縫擴(kuò)展高度(深度)相對(duì)較小，另一種是裂縫擴(kuò)展 高度相對(duì)較大。
[0111] 裂縫擴(kuò)展高度很小，超聲波傳感器發(fā)出的縱向波被反射到裂縫擴(kuò)展反射器的角附 近，并且反射的縱向波直接返回到超聲波傳感器并作為信號(hào)被接收。
[0112] 縱向波以對(duì)應(yīng)入射角度的方向傳播，大約在70度到90度之間。這樣的縱向波被稱 為"0D蠕變波"。
[0113] 裂縫擴(kuò)展高度很大，超聲波傳感器發(fā)出的縱向波被反射到裂縫擴(kuò)展反射器的尖端 附近，并且反射的縱向波直接返回到超聲波傳感器并作為信號(hào)被接收?？v向波的入射角 1804大約為60度(近似在45度和70度之間）。
[0114] 當(dāng)反射器為具有一定高度(深度)的裂縫擴(kuò)展，縱向波在通向頂端的途中達(dá)到裂縫 擴(kuò)展的頂端或者裂縫擴(kuò)展表面的某處。裂縫擴(kuò)展反射的縱向波直接穿過(guò)樣品回到超聲波傳 感器并作為反射波（回聲)從裂縫擴(kuò)展處被接收到。
[0115] 然而，當(dāng)反射器的高度相對(duì)較小，裂縫擴(kuò)展，縱向波(在樣品的遠(yuǎn)端表面由剪切波 通過(guò)波型轉(zhuǎn)換生成)不能達(dá)到裂縫擴(kuò)展的頂端，頂端不會(huì)產(chǎn)生返回超聲波傳感器的超聲波。
[0116] 如前所述，利用波型轉(zhuǎn)換技術(shù)的裂縫擴(kuò)展檢測(cè)用于尋找通向樣品近表面的裂縫擴(kuò) 展(來(lái)自可能具有明顯裂縫擴(kuò)展的表面的波型轉(zhuǎn)換裂縫擴(kuò)展檢測(cè)），可以評(píng)估潛在的裂縫擴(kuò) 展是否具有相當(dāng)大的高度(近似為壁厚的2/3)。
[0117] 接下來(lái)，當(dāng)執(zhí)行裂縫擴(kuò)展探測(cè)為了尋找通向樣品近表面的裂縫擴(kuò)展的情況下，波 形識(shí)別方法為，假定執(zhí)行超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)用于具有通向其近表面的裂縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò) 展)的樣品測(cè)試。當(dāng)獲得可能預(yù)示有裂縫擴(kuò)展的回聲(指示），根據(jù)如下流程判斷是否存在裂 縫擴(kuò)展。
[0118] 首先，指示存在與否由普通成角度的裂縫擴(kuò)展探測(cè)技術(shù)檢查(S2004)。這一步驟 中，已經(jīng)在裂縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò)展)的尖端附近或者角附近被反射的回聲根據(jù)裂縫擴(kuò)展高度被 檢測(cè)，如上面所述。
[0119] 隨后，超聲波傳感器的位置進(jìn)行調(diào)整這樣好像來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端的指示將區(qū)域 2001附近顯示或者這樣好像來(lái)自角裂的指示將區(qū)域2003附近顯示(S2005)。
[0120]最后，將會(huì)檢查區(qū)域2002中是否出現(xiàn)回聲從而確定由波型轉(zhuǎn)換波引起的回聲是否 出現(xiàn)(S2006)。當(dāng)步驟S2004或步驟S2006中發(fā)現(xiàn)信號(hào)，就認(rèn)為指示是由于裂縫擴(kuò)展引起的。
[0121] 這里，在使用指示解釋裂縫擴(kuò)展探測(cè)的具體實(shí)例之前。信號(hào)中每個(gè)步驟所出現(xiàn)的 每個(gè)區(qū)域(2001，2002,2003)特點(diǎn)將進(jìn)行解釋。
[0122] 采用成角度的縱向波裂縫擴(kuò)展探測(cè)方法回聲從裂縫擴(kuò)展的尖端的進(jìn)行傳播的總 次數(shù)，也就是路徑總和以及多次底面回聲的傳播次數(shù)，以及采用0D蠕變波方法回聲從角裂 表面進(jìn)行傳播的總次數(shù)。
[0123] 另外，當(dāng)波速比V/Vs*別為2，1.5和2.5，縱向波速V設(shè)定在5900m/s并且剪切波速 Vs根據(jù)波速比V/Vs而變化。
[0124] 區(qū)域2001
[0125] 成角度的裂縫擴(kuò)展探測(cè)用于選擇來(lái)自樣品的裂縫擴(kuò)展開(kāi)放表面一側(cè)的裂縫擴(kuò)展 (通常的固體具有的波速比范圍在2+/-0.5)，來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端的回聲的傳播時(shí)間具有一 定的傳播路徑，來(lái)自角裂的回聲的傳播時(shí)間具有一定的傳播路徑，該回聲來(lái)自0D蠕變波(縱 向波70度一 90度)與樣品中第一底面回聲（附圖8A)的傳播時(shí)間類似。
[0126] 特別地，在60度縱向波的情況下也滿足這一關(guān)系(波型轉(zhuǎn)換波之間很重要）。因此， 成角度的縱向波技術(shù)獲得的回聲之外，0D蠕變波引起的角裂的回聲在區(qū)域2003的附近(此 處縱向波的壁厚情況下的往返傳播時(shí)間（附圖8A)與一個(gè)角度范圍相重疊，折射角度大致為 70度和90度之間）顯示，并且成角度的縱向波引起的裂縫擴(kuò)展尖端回聲在區(qū)域2001附近(此 處壁厚情況下的往返傳播時(shí)間（附圖8A)與一個(gè)角度范圍相重疊，折射角大約為60度）顯 不。
[0127] 區(qū)域2002
[0128] 使用波型轉(zhuǎn)換波判斷裂縫擴(kuò)展是否存在的過(guò)程中，假定成角度的縱向波裂縫擴(kuò)展 探測(cè)產(chǎn)生的指示已經(jīng)在區(qū)域2001中進(jìn)行顯示或者在區(qū)域2001的附近進(jìn)行顯示。
[0129] 普通固體的波速比率V/Vs大約在2+/-0.5的范圍內(nèi)，即使成角度的縱向波技術(shù)中 用于接收裂縫擴(kuò)展尖端回聲的裂縫擴(kuò)展探測(cè)角度會(huì)偏離60度大約5度，波型轉(zhuǎn)換波的往返 傳播時(shí)間仍處于對(duì)應(yīng)以下兩個(gè)時(shí)間之間的時(shí)間：縱向波在三倍壁厚情況下單程傳播時(shí)間與 剪切波在壁厚情況下的單程傳播時(shí)間之和（附圖8D)以及相應(yīng)于縱向波在壁厚情況下的單 程傳播時(shí)間與剪切波在壁厚情況下的單程傳播時(shí)間（附圖8B)。
[0130]所以，波型轉(zhuǎn)換波引起的回聲會(huì)在區(qū)域2002(被兩個(gè)傳播時(shí)間（附圖8B和附圖8D) 以及波型轉(zhuǎn)換波的裂縫擴(kuò)展探測(cè)角度邊界(大約60度)包圍）內(nèi)進(jìn)行顯示，并且裂縫擴(kuò)展的 近似高度可以基于區(qū)域內(nèi)信號(hào)是否出現(xiàn)進(jìn)行判斷。
[0131]允許接收波型轉(zhuǎn)換波引起的回聲的裂縫擴(kuò)展高度，其中波速比V/Vs分別為2,1.5 和2.5的情況，縱向波速固定為5900m/s并且剪切波速根據(jù)波速比V/Vs而變化。盡管由于三 種情況下波速比V/Vs的不同（2+/-0.5)而略存在差別，但是當(dāng)裂縫擴(kuò)展高度近似為壁厚的 2/3或者更多的情況下波型轉(zhuǎn)換波引起的回聲也可以被接收。
[0132]接下來(lái)，根據(jù)實(shí)施例的裂縫擴(kuò)展判斷方法，針對(duì)附圖中的裂縫擴(kuò)展探測(cè)執(zhí)行時(shí)，傳 感器(探針）陣列放置在樣品上，參考附圖1進(jìn)行解釋，并且樣品內(nèi)可能存在的裂縫擴(kuò)展(裂 縫擴(kuò)展)假定是通向樣品的近表面。
[0133] 顯示屏上，顯示樣品的近表面和信號(hào)顯示區(qū)域（與入射角范圍和超聲波傳播時(shí)間 相應(yīng)成扇形）。
[0134] 例如，入射角設(shè)定的范圍在一5度到+85度，并且根據(jù)縱向波在比后情況下往返傳 播時(shí)間以及剪切波壁厚情況下往返傳播時(shí)間的總和設(shè)定傳播時(shí)間。
[0135] 在信號(hào)顯示區(qū)域，由于樣品的近表面和遠(yuǎn)端表面之間產(chǎn)生的多次反射而接收到信 號(hào)作為多次底面回聲信號(hào)進(jìn)行顯示。這種情況下，裂縫擴(kuò)展探測(cè)結(jié)果可以粗略的分為下列 三組。
[0136] 第一組情況是，成角度的縱向波技術(shù)(大約為70度一 90度)形成的看起來(lái)來(lái)自樣品 的角裂附近的一部分的指示在區(qū)域2003內(nèi)顯示，成角度的縱向波技術(shù)形成的看起來(lái)來(lái)自裂 縫擴(kuò)展尖端的指示在區(qū)域2001內(nèi)顯示。并且由波型轉(zhuǎn)換波形成的指示在區(qū)域2002內(nèi)顯示。
[0137] 這種情況下，由于看起來(lái)來(lái)自角裂的指示是通過(guò)帶角度的縱向波技術(shù)獲得的，來(lái) 自需要考慮部分(其中裂縫擴(kuò)展可能已經(jīng)發(fā)生)的回聲經(jīng)過(guò)判斷認(rèn)為由裂縫擴(kuò)展引起。由于 波型轉(zhuǎn)換波引起的指示也被接收，經(jīng)過(guò)判端后裂縫擴(kuò)展為相當(dāng)大的裂縫擴(kuò)展，所煽油的高 度(即從近表面測(cè)量的深度)大約為壁厚的2/3或者更多。
[0138] 這一步驟中，由縱向波技術(shù)獲得的指示看起來(lái)來(lái)自與裂縫擴(kuò)展間斷部分，如果對(duì) 指示進(jìn)行估計(jì)獲得的裂縫擴(kuò)展深度與波型轉(zhuǎn)換波所估計(jì)的（壁厚2/3或者更多）一致，那么 裂縫擴(kuò)展高度(深度)基于成角度的縱向波技術(shù)獲得的來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端部分的回聲進(jìn)行 評(píng)估。
[0139] 如果兩個(gè)估計(jì)值不一致，那么看起來(lái)來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端部分的回聲已經(jīng)捕獲裂縫 擴(kuò)展尖端，因此需要其他詳細(xì)的裂縫擴(kuò)展檢測(cè)。
[0140] 第二組是如下情況，其中區(qū)域2001和2003區(qū)域內(nèi)可以獲得指示而區(qū)域2002內(nèi)不能 獲得指示。
[0141] 這種情況下，由于看起來(lái)來(lái)自角裂部分的指示由成角度的縱向波技術(shù)獲得，經(jīng)過(guò) 判斷認(rèn)為指示是由于裂縫擴(kuò)展存在引起的。但是，研究中的裂縫擴(kuò)展是具有高度小于壁厚 2/3的相對(duì)小的雷鋒，因?yàn)閰^(qū)域2002內(nèi)沒(méi)有接收來(lái)自波型轉(zhuǎn)換波的回聲。
[0142] 這一步驟中，如果由成角度的縱向波技術(shù)獲得的看起來(lái)來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端部分的 指示經(jīng)過(guò)評(píng)估獲得的裂縫擴(kuò)展深度與波型轉(zhuǎn)換波的估計(jì)值(小于壁厚2/3) -致，裂縫擴(kuò)展 高度(深度)基于成角度的縱向波技術(shù)獲得的來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端部分的回聲進(jìn)行評(píng)估。
[0143] 如果兩個(gè)估機(jī)值不一致，那么看起來(lái)來(lái)自裂縫擴(kuò)展尖端部分的回聲已經(jīng)捕獲裂縫 擴(kuò)展尖端，因此需要其他詳細(xì)的裂縫擴(kuò)展檢測(cè)。
[0144] 第三種情況是，僅由成角度的縱向波獲得指示在區(qū)域2001中進(jìn)行顯示。
[0145] 在裂縫擴(kuò)展檢測(cè)的目的是尋找通向樣品近表面的裂縫擴(kuò)展的情況下(對(duì)可能具有 明顯裂縫擴(kuò)展的表面進(jìn)行裂縫擴(kuò)展檢測(cè)），在很多情況下可能使用有別于超聲波裂縫擴(kuò)展 探測(cè)技術(shù)的其他技術(shù)(例如，液體侵入式泄漏檢測(cè)，渦流裂縫擴(kuò)展檢測(cè)，肉眼或者相機(jī)的外 觀檢查)獲得角裂的位置。
[0146] 如果其他技術(shù)獲得的裂縫擴(kuò)展位置與由超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)技術(shù)獲得的結(jié)果一 致，那么區(qū)域2001內(nèi)顯示的指示可以認(rèn)為式來(lái)自角裂附近的樣品的那一部分發(fā)出的回聲。
[0147] 另外，如果超聲波裂縫擴(kuò)展檢測(cè)到的裂縫擴(kuò)展位置與其他技術(shù)獲得的結(jié)果相悖， 那么區(qū)域2001內(nèi)顯示的指示可能不是來(lái)自角裂的回聲，因此有必要需要其他的裂縫擴(kuò)展探 測(cè)。前面的情況中，超聲波裂縫擴(kuò)展探測(cè)到的裂縫擴(kuò)展位置與其他技術(shù)獲得的結(jié)果一致，經(jīng) 過(guò)判斷確定裂縫擴(kuò)展為相對(duì)小的裂縫擴(kuò)展，裂縫擴(kuò)展高度小于壁厚的1/3,因?yàn)槌山嵌鹊目v 向波技術(shù)沒(méi)有從裂縫擴(kuò)展尖端部分獲得回聲，也沒(méi)有接收到波型轉(zhuǎn)換波發(fā)出的回聲。
[0148] 如果可能，最好將區(qū)域2001內(nèi)所顯示的回聲和其他技術(shù)獲得的裂縫擴(kuò)展位置針對(duì) 第一和第二中情況進(jìn)行比較(針對(duì)第三種情況在上面進(jìn)行了解釋），從而確定結(jié)果之間沒(méi)有 相悖的地方。
[0149] 在經(jīng)過(guò)判斷確認(rèn)樣品具有裂縫擴(kuò)展的情況下，裂縫擴(kuò)展(裂縫擴(kuò)展)的高度可以進(jìn) 行估計(jì)。
[0150] 同樣在第二實(shí)施例中，為了尋找通向樣品的近表面的裂縫擴(kuò)展，如果探針陣列使 用的單元節(jié)距不同于最適合用于減少刺耳聲音突起的單元節(jié)距，那么與第一實(shí)施例類似 地，可能回影響區(qū)域2001，2002和2003內(nèi)信號(hào)是否出現(xiàn)的判斷。
[0151]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，也是用于尋找通向樣品的近表面的裂縫擴(kuò) 展(可能具有明顯裂縫擴(kuò)展的表面的裂縫擴(kuò)展探測(cè)），其中所使用的探針陣列具有最優(yōu)減少 刺耳聲音突起的截面母線，并且能夠?qū)⒖v向波和剪切波兩者的主束都發(fā)送出去，還可以將 與如下時(shí)間，即縱向波的壁厚情況下往返傳播時(shí)間以及剪切波壁厚情況下往返傳播時(shí)間的 總和相對(duì)應(yīng)的時(shí)間范圍內(nèi)所接收到信號(hào)進(jìn)行顯示，對(duì)于接收信號(hào)，尤其需要考慮五個(gè)多次 底面回聲(附圖8A-8E)以及超聲波的入射角，通過(guò)所接收的信號(hào)提供具有更高可靠性，即使 使用探針陣列也能夠?qū)崿F(xiàn)除了普通的成角度縱向波技術(shù)之外的波型轉(zhuǎn)換技術(shù)的超聲波探 測(cè)方法。
[0152] 另外，正如附圖1，10等所示的多底部回聲的次數(shù)，不直接獲得由超聲波裂縫擴(kuò)展 探測(cè)用的探針陣列所引起的多底部回聲的次數(shù)，也可能通過(guò)使用沿垂直方向能發(fā)出超聲波 的額外的探針測(cè)量多底部回聲的次數(shù)并使用所測(cè)量的次數(shù)。
[0153] 同時(shí)，在樣品內(nèi)的軸向/剪切波速以及樣品的壁厚已知的情況下，多底部回聲也可 以通過(guò)計(jì)算獲得(將壁厚除以軸向/剪切波速等）。
[0154] 當(dāng)樣品中的剪切波速未知，縱向波速的一半或許可以用來(lái)作為剪切波速的粗略估 計(jì)。
[0155] 雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定的說(shuō)明性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是不會(huì)受到這些實(shí)施例 的限定而僅僅受到附加權(quán)利要求的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不偏離本發(fā)明的 保護(hù)范圍和精神的情況下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例能夠進(jìn)行改動(dòng)和修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)人船船體中裂縫擴(kuò)展的超聲探測(cè)器，其特征在于:包括探針陣列（101)，用于 向所述樣品（100)內(nèi)發(fā)射超聲波，提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)用超聲波并且接收由探針陣列（101)產(chǎn)生相 應(yīng)的接收信號(hào)的收發(fā)器（102)以及用來(lái)顯示接收到的信號(hào)的顯示系統(tǒng)（103);所述收發(fā)器 (102)包括計(jì)算機(jī)（102A)，延時(shí)控制器（102B)，脈沖器（102C)，接收器（102D)以及數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)（102E)，將來(lái)自所述脈沖器（102C)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述探針陣列（101)，而相應(yīng)的由 所述接收器(102D)處理所述探針陣列（101)輸出的所述接收信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，其特征在于:其中所述計(jì)算機(jī)（102A)控 制所述延時(shí)控制器(102B)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，其特征在于:所述脈沖器（102C)，所述 接收器(102D)以及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（102E)從而使得元件正常運(yùn)行。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（102E) 處理來(lái)自所述接收器(102D)的接收信號(hào)并且將處理結(jié)果送到顯示系統(tǒng)（103)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，其特征在于:所述探針陣列基本上由多 個(gè)超聲波傳感器元件(201)組成。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲裂縫擴(kuò)展探測(cè)器，其特征在于：所述超聲波傳感器元件 (201)為合成壓電體，其包括一個(gè)PZT壓電陶瓷，嵌入到聚合體材料內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G01N29/44GK106018560SQ201610458106
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】楊越
【申請(qǐng)人】楊越