[發明專利]超聲波測量設備和方法

有效

• 申請號: 201380055678.3
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN104838229B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: R·H·科赫;G·芬格;H·M·F·薩肯羅伊特
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 徐予紅,姜甜

技術領域

本文公開的主題涉及超聲波測量裝置和方法。

背景技術

超聲波檢查裝置能夠用于檢查對象，以便測量對象中的結構和表面的各種尺寸。這些超聲波裝置允許檢查技術員在對象表面或表面附近操作超聲波探頭，以便執行例如對象厚度的測量。超聲波檢查裝置和方法在一些行業中特別有用，例如航天、發電以及油氣運輸或精煉(例如，管道和焊接)，其中測試對象的檢查必須在不將對象從周圍結構移除的情況下發生，并且其中對象的內部結構不能通過目視檢查來測量。當執行超聲波測量時，超聲波脈沖或信號從安裝在超聲波探頭中的超聲波換能器發射并且傳入測試對象。隨著超聲波信號傳入對象，當超聲波信號與測試對象的外表面和內表面相互作用并且被反射回超聲波探頭時，出現稱為回波或回波序列的各種超聲波。反射回波中的大幅值回波通常由測試對象外表面和內表面反射的發射超聲波信號引起。這些回波由探頭中的超聲波換能器檢測并且由連接到超聲波換能器的處理電子器件來分析。

探頭中超聲波換能器的振幅和點火序列(firing sequence)能夠被可編程地控制。產生的超聲波回波作為回波數據由處理電子器件記錄，并且該超聲波回波包括振幅和延遲時間。通過跟蹤發射超聲波信號和接收回波數據之間的時間差，即飛行時間(time-of-flight)，并且測量接收到的回波數據的振幅，能夠確定測試對象的各種特性，例如深度、尺寸、方向和厚度。因此，該測量的精度取決于接收到的回波數據所達到的振幅和延遲的分辨率的精度。測試對象的表面和結構在返回的回波序列中表示為最大振幅峰值。因此，為了實現準確測量，必須精確確定回波序列中正或負的最大峰值的大小，以及與其關聯的延遲時間。

在一種超聲波測試裝置中，最大振幅峰值由第一限定時間間隔，即門來檢測，以用于評估接收到的超聲波回波。對于每個門，峰值存儲器檢測和記錄在時間間隔期間檢測到的最大超聲波回波。這些門具有固定的位置和寬度，它們根據期望檢測的厚度范圍和容許值來選擇。因此，對于具有快速變化的厚度的要測量的測試對象，時間間隔內的最大閾值能夠容易地超過，并且因而不能被精確地評估。通常，在超聲波探頭處接收到的回波序列在接收后被立即數字化并且存儲為回波數據。然后根據存儲的數字回波數據，確定回波序列的振幅和延遲時間。使用高頻超聲波信號可獲得的精度受限于使用的模/數轉換器(ADC)的性能，該性能很大程度上由其采樣率、或采樣頻率，以及其位長來確定。采樣頻率與發射的超聲波信號頻率的比值越低，振幅和延遲確定的分辨率越差。高采樣率的ADC和關聯的更高速的存儲器模塊可能過于昂貴。如果使用商業上可獲得的ADC和標準存儲器模塊，超聲波回波序列的采樣密度對于精確確定最大振幅峰值的大小及其關聯的延遲時間是不夠的。

上述的門控方法不足以用于測量非常小的壁厚，因為與發射的超聲波脈沖的持續時間相比，接收到的超聲波回波數據的飛行時間值是短的。并且，固定的門位置在這種容許范圍內不能捕獲接收到的超聲波回波的飛行時間值的實際變化。如前面所提到的，快速變化的壁厚是超聲波信號門控方法不足以用于精確跟蹤的另一種情形。解決這些缺點的一種方法涉及將超聲波回波接收電路分成多個重疊的ADC，以增加其動態范圍并且克服預設門的需要，該需要限制了它們的整體范圍。

上述的討論僅僅提供用于一般的背景技術信息，并且不旨在用作幫助確定要求保護的主題的范圍。

發明內容

公開了一種使用超聲波信號來確定對象厚度的方法和設備。該方法包括以下步驟：朝向對象傳送超聲波信號，將超聲波信號的反射回波序列數字化，包括對回波序列進行內插，以及通過檢測回波序列中的最大振幅峰值來處理回波序列，并且基于最大振幅峰值之間的持續時間確定對象厚度。可以認識到實施公開的超聲波測試裝置的一些公開實施例的優點在于，提高了商業上可獲得的超聲波測試裝置的精度。

在一個示例性實施例中，公開了一種確定對象厚度的方法。該方法包括朝向對象傳送超聲波信號，并且接收由對象的第一和第二表面反射的傳送超聲波信號的回波序列。將回波序列數字化，并且識別數字化回波序列中的至少一對最大振幅峰值。確定最大振幅峰值之間的持續時間，并且基于該持續時間計算對象的厚度。

在另一示例性實施例中，用于確定對象厚度的方法包括朝向對象傳送超聲波信號，并且接收由對象反射的超聲波信號的回波序列。反射的超聲波信號被數字化，并且檢測其中的最大振幅峰值。確定最大振幅峰值之間的持續時間，并且基于持續時間計算對象的厚度。