[發明專利]超聲無損檢測

有效

• 申請號: 200680050234.0
• 申請日: 2006-09-14
• 公開（公告）號: CN101351278A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 彼得·考利;弗雷德里克·伯特·瑟格拉
• 申請（專利權）人: 帝國創新有限公司
• 主分類號: B06B3/00
• 分類號: B06B3/00;G10K11/24;G01N29/24
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 王漪;鄭霞

發明領域

本發明涉及一種用于超聲無損檢測的設備和方法。?

已有技術的描述?

超聲信號在材料無損檢測中的使用是已知的。厚度測量可通過將超聲信號發送到測試材料并測試其穿過樣品的時差(time-of-flight)來進行。缺陷監測可通過將超聲信號發送到測試材料中并觀察其從缺陷結構的反射來執行。通常，超聲換能器直接接觸測試物放置。然后，發射的超聲信號被發射換能器接收，發射換能器也作為接收換能器，或者可以使用第二接收換能器。這些程序在非惡劣(non-hostile)環境中是簡單的，但是為了在惡劣(例如高溫)環境中操作此換能器，必須克服重大的技術障礙。?

開發能夠在很長時間段抵抗高溫的超聲換能器及其輔助部件是具有挑戰性的。大部分換能器材料受到高溫的不利影響，而且，彈性緩沖放大器(resilient?buffer?amplifier)需要轉換信號，以沿同軸電纜傳送，其本身必須能抵抗環境。還必須提供合適的連接器和動力供應。?

有吸引力的備選方案使用由能夠抵抗惡劣環境的材料制成的聲波導(acoustic?waveguide)，來將超聲信號從位于非惡劣區域的換能器和輔助部件發送到測試物。波導的端部直接連接到所關心的測試樣品區域。但是，使用中間波導(intermediary?waveguide)不是小任務。超聲檢測通常使用高頻(＞1MHz)脈沖波形，由于頻散、多模式及衰減，其很難高保真地沿長波導傳播。另外，換能器和測試樣品均必須有效地連接到波導，以避免過高的能量損失。?

要克服的主要問題是頻散和存在的多模式。附圖的圖1顯示了柱狀桿波導(cylindrical?rod?waveguide)的頻散曲線。所發射的信號能量的一些散?布是不可避免的，因此，例如以2MHz中心頻率產生的信號通常具有1MHz和3MHz間的能量。因此，由于來自測試樣品的超聲信號的精確識別和計時對于上述無損檢測程序極為重要，所以非常希望傳送主要為非頻散的信號，即，其速度與頻率幾乎是常數，且以單一模式為主導。?

波導中的頻散及可能的模式主要是信號頻率和波導最小尺寸的乘積的函數。而且，為了獲得非常準確的超聲厚度測量，通常需要在1MHz以上操作。但是，在較高的頻率-尺寸積(frequency-dimension?product)中，可傳播更高階的模式，因此必須限制波導的最小尺寸。因此，細桿波導的使用在本領域是已知的。因為很難將足夠的能量傳遞到細桿來產生強信號，所以這類設備具有其自身的困難。同樣，當細波導連接到較大結構時，具有強的表面反射，且相對較少的能量能進入結構。另外，連接到結構表面的細桿波導有效地作為點源，能量從該點源球狀地分散，從而意味著甚至從較強反射體，例如結構的底表面，有很少能量返回到接收波導。?

US-A-5,962,790(例如，見參考文獻1、2、3及4)公開了一種系統，該系統使用細線來使頻散最小化，并通過采用一束細線來克服單根細線的某些問題。每根線在適當低的頻率-直徑積下操作，相當多的能量可通過成束的多根平行線傳送，而不是通過單根線傳送。但是，成束的線的生產相對較貴，且當其直徑增大時變得非常不易彎曲，從而限制了其被配置的幾何結構。而且，各個線之間的串擾可能使信號分析變得復雜，且將每個單獨的線連接到測試結構，或用不引入頻散問題的板端接束，存在實踐難度。就模式激勵(mode?excitation)而言，膨脹模式(extensional?mode)或扭轉模式(torsional?mode)可以在單根線中激勵。扭轉模式通常由與線側面接觸的換能器激勵，或通過環形電磁線圈激勵。此種技術對于成束的線不是切實可行的，成束的線實際上可僅使用膨脹模式是實際的。?

US-A-6,400,648(參考文獻5)公開了線圈箔波導(coiled?foil?waveguide)作為桿束的替換物。箔的厚度設置成比傳播的信號的最小波長小得多，從而滿足用于非頻散傳遞的低的頻率-尺度積。箔圍繞平行于信號傳播方向的軸盤繞，所以如果被解開，其在垂直于信號傳播方向將很長。但是，當線圈的直徑增加時，由于層之間可能發生摩擦，所以波導變得剛性，并衰減。?與線束一樣，線圈箔更適合于膨脹波而不是扭轉波。?