[發明專利]用于相控陣超聲儀的換能器基元故障檢測的方法和系統

有效

• 申請號: 201010117392.1
• 申請日: 2010-03-01
• 公開（公告）號: CN101846743A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 克里斯蒂安·?，數?/a>;邁克爾·杜拉米
• 申請（專利權）人: 奧林帕斯NDT公司
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術領域

本發明一般涉及用于監控相控陣超聲儀的性能的方法和系統，具體地，涉及對相控陣超聲系統中單獨的換能器基元的故障檢測。

背景技術

與使用僅單個基元換能器的超聲儀相比較，使用多基元相控陣換能器的超聲儀提供更高的檢測效率。如本領域的技術人員眾所周知的，因為相控陣換能器射束軸可以通過應用具有不同聚焦法則(focal?law)的連續的脈沖接收周期(即，執行S掃查)而被電子地導向以覆蓋二維的扇形區域或者三維的體積，所以靜止的相控陣換能器可以比靜止的單基元換能器覆蓋更大的檢測區域。

此外，當執行僅需要單個波束軸的檢測(即，A掃查)時，單基元換能器需要固定和移除特定角度的楔形，以覆蓋不止一個入射波束角，然而，相控陣換能器可以電子上改變入射角。

因此，單基元換能器檢測方法是低效的，因為它需要操作者在物理上移動或者以其它方式調整和修改換能器，以便覆蓋相控陣換能器在靜止的位置能覆蓋的相同的區域或者相同的波束角范圍。

但是，傳統的相控陣儀器相關聯的顯著問題在于對有故障基元的低效檢測及其對測量數據準確率的影響。

超聲相控陣換能器由小傳感器基元陣列組成，每一個小傳感器基元都可依照聚焦法則單獨地提供脈沖，以導向和聚焦激勵信號并且聚焦接收信號。將來自相控陣換能器的多個基元的響應信號合并在一起，以產生A掃查用于分析和進行扇形或者線形的掃查圖像渲染。如果一個或一些基元出現故障，在合并的響應中將出現誤差，但是，該誤差可能難以識別，因為其僅是總和的一小部分。有故障的單基元換能器不具有這個問題，因為單基元換能器是所觀察的A掃查的唯一信號源，因此，能夠容易地識別意料之外的信號響應。

將本發明中的術語“有故障的”定義為：與相鄰的沒有故障的基元相比對入射回聲信號幾乎沒有或者完全沒有響應的基元。

相控陣檢測過程的準確度和效率是十分重要的，因為昂貴的維修和維護決定是根據測量數據的假設的準確度做出的，并且與檢測本身相關聯的成本是可觀的。因此，在不知道存在有故障基元的情況下執行這些檢測可能對于檢測測量數據的有效性具有顯著的不利影響。

存在檢測有故障的基元的傳統的方案，但是它們采用耗時的校準過程，并在執行校準過程時需要檢測過程停止，由此降低了效率。

在美國專利5,572,219中介紹的另一種解決方案公開了一種方法和裝置，通過將進行校準時來自每個換能器基元的讀數和對于每個基元期望獲得的一組預定的數據進行比較，產生相控陣換能器的每個基元的校準數據。

這種方案和其它現有校準技術具有的問題在于，不是頻繁地執行完整的相控陣儀器校準，因此，在校準過程之間沒有監控換能器性能。

因此，提供一種連續地自動檢測有故障的相控陣換能器基元、并對檢測過程的準確度或者效率沒有不利影響的簡單、系統的方法是有利的。

應當注意的是，還可以將本發明的優勢應用于S掃查以外的相控陣測量方法，例如(但不限于)，線性掃查和動態深度聚焦。

發明內容

本發明公開的實施方式解決了與相控陣超聲系統有關的上述問題。

本發明的實施方式涉及測量每個有源換能器基元感應的回聲響應信號中的能量，以及隨后識別相鄰的有源基元之間的、指示換能器基元故障的不連續。這個過程可以與正常的相控陣系統操作同時發生，以便防止降低檢測過程的效率。

在本發明的每個實施方式中，對數字化的接收信號執行計算，以確定在預定的時間周期期間每個有源基元感應的能量的量。該計算是在脈沖接收周期內的一連串相鄰的時間周期執行，以保證不會錯過回聲響應事件。應當注意，可以使用其它方法來確定換能器基元感應的能量的量，包括本領域的技術人員眾所周知的模擬和數字信號處理技術。例如，可以使用帶有(或者不帶有)計時器或者計數器的幅度檢測器?？商鎿Q地，可以使用模擬積分器。

然后將對于每個基元計算的能量水平E(i)與相鄰基元的能量水平比較，以確定前述不連續的存在。

因此，本發明的一般目標是提供換能器基元故障檢測的方法和系統，該方法和系統可以自動地、并與正常的相控陣檢測操作同時地實施，而不降低相控陣檢測過程的效率或者準確度。應當注意，還可以通過用戶接口交互地應用本發明的方法，即，以非自動的方式。

本發明的另一個目標是提供用于相控陣系統的換能器基元故障檢測的方法和系統，通過將計算程序添加到現有的相控陣系統中而不需要對硬件進行重大的改變可以經濟地實現該方法和系統。

在閱讀參照附圖僅為了說明給出的說明性的實施方式的下面非限制性的描述之后，本發明的前述和其它目標、優勢和特征將變得更加明顯。