[發明專利]用于超聲信號傳感器的裝置、方法與系統

有效

• 申請號: 201580061641.0
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN107110828B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 維爾納·布捷克;弗蘭克·梅蘭瑟;泰耶·梅蘭瑟
• 申請（專利權）人: 艾洛普有限公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24
• 代理公司: 北京市中倫律師事務所 11410
• 代理人: 楊黎峰;鐘錦舜

本發明公開了一種用于超聲信號發射以及反射的超聲信號的接收的方法、系統和裝置，其能夠對諸如公路、橋梁以及其它結構中的固體材料進行非破壞性分析。此裝置形成為輪子(1)，其中輪子(1)包括：傳感器(20)陣列，其布置在附接到軸(2)的基部(3)上；輪胎部分(10)，其提供圍繞傳感器(20)陣列的密封外殼(7)，其中輪胎部分包括包含輪胎胎面部分(11，22，24，25)的多個圓形突出部分(12)；以及在密封外殼(7)中的耦合流體(26)，其在傳感器陣列與朝向測試材料(15)的輪胎胎面部分(11，24)的接觸點(27)之間提供聲波透射性。

技術領域

本發明涉及超聲信號發射及反射的超聲信號的接收，以便能夠對諸如公路、橋梁、結構中的固體材料進行非破壞性分析。

背景技術

提出令人滿意的檢測方法與裝置以便收集用于如公路、橋梁等結構的材料自身以及內部結構(諸如加強件)和/或裂隙與故障進行成像的數據是一個問題。

已經提出了對諸如管道、容器、鐵軌等設施進行檢測以收集數據并繪制潛在的缺陷與故障圖的解決方案。對于這些來說共同之處在于待檢測的材料的表面是平滑的并且設施與傳感器之間的聯接接觸可以由儀器與設施之間的持續水流組成，或者例如在執行超聲數據收集之前用耦合凝膠準備設施。

由于可獲得的工具更適合于小區域的隨機采樣，因此當利用用于地下成像的超聲信號發射與接收對大型結構進行勘測時會出現問題。如果這些工具應用于大型結構，如果需要形成結構材料的完整分析或幾乎100％覆蓋率分析的數據收集，那么將非常耗時。

另一個問題是用于材料的動態檢測的儀器通常制成為用于檢測管子、軌道等，其中結構的表面是平滑且均勻的，并且其中因為通過結構的物理形式沿著結構(即沿著鐵軌、沿著管子等)引導儀器，待測試結構的表面是容易繪制的。由于儀器與被測試材料之間缺少接觸，例如由于表面中的突起、表面上的物體或障礙物、或者非平坦表面，而在儀器與測試表面之間出現氣穴，因此在混凝土或其它的典型公路表面等上使用這些類型的儀器將產生大量的故障測量值，這阻止了超聲信號前進到測試材料中。

沒有已知的解決方案用于提供超聲數據收集以便利用大型結構的超聲檢測裝置、測試材料(諸如橋梁與建筑物)產生對地下的完整分析或幾乎100％覆蓋率分析。測試材料例如可以是在混凝土的埋層中具有鋼筋的混凝土基礎設施，通常在測試材料的表面以下2-15cm，這容易受到磨損，并且混凝土和加強件的狀態指示此結構的能力。混凝土中的未探測到的弱點可能造成整個結構塌陷，對人和財產具有潛在危害。利用具有有限能力的測量技術進行檢測是耗時的，并且對結構材料的完整分析或幾乎100％覆蓋率分析通常是非常昂貴的，并且在許多情形中省略它們，這導致有缺陷的檢測。

大型結構的檢測通常作為視覺探測來執行，并且如果視覺檢測到弱點，那么再利用可獲得的儀器。通常此方法涉及從結構自身獲取核心樣本，并將此核心樣本發送到實驗室以便進一步測試與評估，這是非常需要時間與資源的。現有的基于超聲輪的方法與裝置通常以高頻信號發射與測量機構為基礎，通常在多個MHz范圍內。高頻信號檢測機構不適合于諸如混凝土和木材的材料。

在低頻超聲kHz范圍(25kHz–500kHz)內的現有的低頻信號發射與測量機構，限于利用例如布置在可疑弱點處的探頭的固定測試裝置，然后執行發射超聲信號、以及接收與存儲/分析針對特定點的接收信號的測試序列。然后，探頭移動到另一個點并且重復此過程。此方法非常耗時，并且在所有實際意義上不包括完整或幾乎100％覆蓋率的大區域檢測。

地下結構分析的問題在于探測結構中的豎直裂縫。基于僅從豎直裂縫反射的測量(如果探測到的話)必須進行進一步的詳細測試與耗時的分析。