用于超声检测管壁中的缺陷的系统技术方案

一种用于检测管壁（１）中的缺陷的系统，包括超声传送器（２），其布置成经由发出开口从管内部朝着管壁发射超声信号并经由进入开口接收来自壁部的反向散射信号。该系统被布置成发射并接收多个信号，所述多个信号的主方向在基本垂直于管轴线的平面（４）内。这些开口构造为使超声传输信号散射和／或通过使用直径的大小为超声信号的波长的开口来接收来自管壁的大面积上的散射角度范围的返回信号。在处理装置（５）中处理用于不同发射和接收位置的多组发射的和反向散射的信号，以基于反向散射信号的发射与接收之间的传输时间形成图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于检测管壁中的缺陷的方法和系统，包括超声传送器 (transducer,)，该超声传送器布置成用于经由发出开口(exitopening，出口)从管内部朝 着管壁发射超声信号并经由进入开口(entrance opening，入口)接收来自管壁的反向散射信号。
技术介绍
现有技术的超声系统(有时叫做(检测)“清管器(pig)，，)包括一个超声传感 器和镜子，声音经由镜子而指向管壁。同一传感器接收来自管壁的反向散射回声。此现 有技术具有一些限制，例如-传感器的对准必须近乎完美，否则，将检测不到回声；_管壁的表面需要是平滑的，否则，信号会是无法使用的；-检测不到裂缝和腐蚀点。EP 1707956公开了用于检测管道中的裂缝深度的方法和系统。该系统包括被构 造为在管道壁中沿圆周(circumferentially)发送超声信号并接收所反射的信号的清管器。 该文献描述了一个实例，其中，在清管器周围布置多个传感器，并且上述多个传感器布 置成传输以一定角度撞击管道壁的超声信号。管壁的表面以及壁中的裂缝用作产生不 同延迟时间的反射的超声反射器。来自壁表面的反射根据壁厚以所谓的跳跃距离(skip distance)重复。能够区分来自裂缝的反射，因为这些反射以其他的延迟被接收。从延迟 时间和超声射线追踪来确定到反射器的距离，以模拟反射的路径。用到反射器的距离来 估计裂缝深度。用从不同传感器确定的深度中的最大值作为裂缝的估计深度。此已知系统仅确定各个裂缝的深度。其未尝试用成像处理来形成管壁的图像。 此外，该已知系统依赖于产生以已知的角度撞击管道壁的射线的方向传感器。这使得可 能用射线追踪来确定深度。已经发现，在实际中，管壁的表面可能是不均勻的，其具有由于腐蚀和磨损所 引起的无规律的厚度变化，并不是只有单独的裂缝。由于管壁与管内部的流体之间的声 音速度差异相当大，此不均勻性导致超声射线以不可预计的角度进行的相当大程度的散 射。这将使得用EP 1707956中的系统在遭受腐蚀和磨损的管道中产生的成像非常不可罪。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的是提供改进的管检测。提供了用于检测管壁中的 缺陷的方法和用于检测管壁中的缺陷的系统。此处， 发射并接收多个超声信号，所述多个超声信号的主方向在基本垂直于管道轴线的纵向方 向的平面内。用基于所发射的和经反向散射的信号的传输时间的高分辨率成像处理来处 理所发射的和经反向散射的信号。该成像处理形成图像(例如，反向散射强度的图像)，该图像作为所述平面中位置的函数。优选地，多个信号中的每个信号以在上述平面上分布的角度被发射和/或接收。优选地，将用于发射和/或接收的所述发出开口和/或进 入开口的直径选择为相对于传送器的发射频率充分地小(传送器在此发射频率下传输超 声信号)，使得出自每个开口的超声传输信号发散到管壁的更大的区域，并且/或每个开 口接收每个来自管壁的更大的区域反向散射的信号。例如，这可以通过使用直径的大小 为超声波波长的发出开口和/或进入开口来实现，例如，不大于在传送器的声音发射频 率处、管道中的流体中的超声波波长的两倍的圆周方向(circumferentialdirection，环绕方 向)上的直径。这些开口在轴向方向上可以具有更大的直径。在一个实施例中，通过应用费马原理(Fermat，s principle)来处理信号，该原理表明，沿着声音射线在两点之间取得的路径是能够在最短的时间内穿过的路径。费马 原理的应用可以包括，确定与来自传送器和/或到达传送器的一组路径相关联的传输时 间，并选择具有最小传输时间的路径。已经发现，这对处理由腐蚀和磨损导致的管壁的 不均勻性提供了更可靠的解决方案。这有利地应用于这样的实施例，其中，用管壁表面 的位置的估计来处理信号，以获得管壁内部的图像。在一个实施例中，-考虑管内部的均勻介质中的声音传输和声音速度，以及〇管壁内部的声音传输和声音速度，〇管道内部的介质与管壁之间的边界上的声音的折射，以及〇管壁内部的反射；_应用费马原理有效率地且有效果地确定管道内部以及管壁内部的声音传输路 径，这表明，沿着声音射线在两点之间取得的路径是能在最短时间内穿过的路径；-给出管壁的图像，以便于测量结果的视觉诠释(visualinterpretation)。布置传送器阵列以在基本垂直于管轴线的多个方向上发射并接收多个信号，并 结合使用具有大小为所使用的超声波波长的等级的发出开口 /进入开口的传送器，将使 得超声传输信号发散并在管壁的相当大的区域上反射或反向散射。可以同时或顺序地应 用阵列中的传送器。由于声音在大面积中反射(反向散射)，所以能(并且应该)基于 所发射的和经反向散射的信号的传输时间对所发射的和经反向散射的信号的复合体进行 高分辨率成像处理，以获得详细图像中的正确点上的一切，该详细图像由与基本垂直于 管轴线的平面相对应的横截面组成。这里要注意，高分辨率成像处理是各
中的 常识，例如，在医疗(超)声波检查法领域内和在地震探查中。成像步骤优选地包括a.利用仅包括液体速度(考虑管内部的液体的声音速度)的模型对数据成像，尤 其是使用来自管的内表面的反射。b.查找管道的内表面。C.更新速度模型，将管壁中的声音速度包括在该模型中。d.对管壁、管壁内表面和管壁外表面、以及管壁中的类似缺陷的特征成像。优选地，对管壁、管壁内表面和管壁外表面以及管壁中的类似缺陷的特征成像 包括a.在管壁内限定点的栅格。b.针对每个栅格点计算对于经由所述栅格点的、每对发射元件和接收元件之间 的声音路径的声音传输时间。c.应用所发射的和经反向散射的信号的真实的振幅权重，针对每个栅格点确定 与所计算的声音传输时间对应的这些响应的和。如果栅格点与管壁的声音散射部分相对应，那么这些响应的加权和将获得明显 非零的值(具有噪音水平以上的水平)。传统地，应用射线追踪技术来计算声音传输时 间。根据一个方面，优选地，应用费马原理，通过选择一组相邻的声音传输路径，计算 相对应的声音传输时间，并选择具有最短传输时间的声音路径，来更有效地确定声音传 输时间。所公开的测量方法的优点是-对正常对准误差的不敏感性；-高分辨率，使得能够检测小缺陷；-对表面不规则的不敏感性。附图说明从借助下面的附图对示例性实施例的描述中，这些和其他目的以及有利方面将 变得显而易见。附图中图1示出了系统的第一实施例；图2示出了系统的第二实施例。具体实施例方式图1示出了用于检测管壁1中的缺陷的系统的示意性实施例，该系统包括超声传 送器2，该超声传送器设置成用于经由发出开口从管内部朝着管壁1发射超声信号，并经 由进入开口接收来自管的 壁1的反向散射信号。在该示例性实施例中，传送器包括基本 呈圆形的超声传送器3的阵列，这些传送器布置成发射并接收在基本上垂直于管轴线的 平面4内且具有不同主方向的多个信号。传送器3与控制模块5连接，该控制模块5布 置成给传送器3提供能量以使传送器发射它们的信号(即信号脉冲)。这些信号脉冲能 够同时地发射或顺序地发射或混合地发射。可由相同的传送器在朝着管壁发射这些信号 脉冲的时间空档(发射空档)之间的时间空档(接收空档)内接收反向散射的信号脉冲。 反向散射的信号脉冲被传送输至控制模块5并在那里或在其他处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测管壁（１）中的缺陷的方法，其特征在于，包括：　　－从管的内部朝着管壁（１）发射超声信号；　　－接收来自所述管壁的反向散射信号，发射并接收多个信号，所述多个信号的主方向分布在垂直于所述管的轴线的平面（４）内；　　－用基于所述发射的和反向散射的信号的发射与接收之间的传输时间的成像处理来处理所述多个发射的和接收的信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔诺威廉福雷德里克福尔克尔，
申请(专利权)人：荷兰应用科学研究会TNO，
类型：发明
国别省市：NL