[發明專利]用于在長距離超聲波檢查中改善發送/接收指向性的裝置和方法

有效

• 申請號: 201680064892.9
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN108463721B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 崔明善
• 申請（專利權）人: 嶺南大學校產學協力團;數字超音波有限公司
• 主分類號: G01N29/22
• 分類號: G01N29/22;G01N29/24;G01N29/34;G01N29/40;G01N29/44
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 方挺;侯曉艷

本發明公開了用于在長距離超聲波檢查中改善發送/接收指向性的方法和裝置。根據本發明的一實施例的發送指向性改善裝置包括：相控陣探頭，其包括以在用于長距離超聲波檢查的被導波脈沖的中心頻率下與1/4波長對應的間隔排列的信道1換能器和信道2換能器；和驅動部，其將相位相反的電脈沖提供給所述信道1換能器和所述信道2換能器來使所述信道1換能器和所述信道2換能器驅動，使以所述信道1換能器和所述信道2換能器中意圖的發送方向為基準配置在前端的換能器比配置在后端的換能器以在所述中心頻率下與1/4周期對應的時間延遲來驅動。

技術領域

本發明的實施例涉及利用超聲波的非破壞性檢查技術。

背景技術

長距離超聲波檢查(Long-Range Ultrasonic Testing，LRUT)是用于在諸如管道、桿、繩索、板、殼(shell)等之類的結構物中利用沿其長度遠遠傳播的低頻率(通常100kHz以下)的被導波(guided waves)來有成本效益地檢測諸如腐蝕、裂紋等之類的缺陷的非破壞檢查方法之一。

在圓筒形結構物和板形結構物的長距離超聲波檢查中已證實，諸如基本扭轉模式(Fundamental Torsional Mode，T(0,1)模式)和基本剪切水平模式(Fundamental ShearHorizontal Mode，SH₀模式)之類的被導波是特別有用的。這是因為其具有以下的優選特性：傳播速度一定而與頻率無關，在與其行進方向垂直的結構物截面內具有比較均勻的粒子位移，對有可能會在結構物內部/外部的流體不敏感。

有效的長距離超聲波檢查系統中所要求的最重要的特性之一是沿意圖的方向發送單一模式被導波脈沖、識別并檢測沿意圖的方向行進的相同模式回波的能力。

為獲得這種發送/接收指向性而廣泛使用的相控陣探頭(phased array probe)由與結構物表面聲學耦合、以脈沖-回波方式操作的兩個信道的相同換能器構成，這些信道之間的間隔在被導波脈沖的中心頻率下與1/4波長對應。

用于操作這種相控陣探頭的現有技術通過引發沿意圖的方向(正向，forwarddirection)行進的兩個信道的被導波之間的增強干涉和沿與意圖的方向相反的方向(反向，backward direction)行進的被導波之間的消隱干涉，使得長距離超聲波檢查系統具有發送指向性。另外，在接收過程中，選擇先檢測正向回波的信道，使該信號的相位延遲90度之后，將相位延遲的信道信號和其他信道信號進行相加，從而增強正向回波信號，抑制反向回波信號。

另外，用于長距離超聲波檢查系統的磁致伸縮(magnetostrictive)換能器由具有優異的磁致伸縮特性的物體、向該磁致伸縮物體施加偏置靜態(static)磁場的裝置即永磁體(或電磁體)、以及RF(radio frequency，無線頻率)線圈以下構成，該RF線圈向該偏置磁場內的區域施加動態(dynamic)磁場，或者檢測由進入到該偏置磁場區域內的被導波引起的磁場的變化。

包括具有作為用于向磁致伸縮物體施加靜磁場的裝置的永磁體(或)(射頻)線圈，其施加動態磁場或檢測由波導進入偏置磁場區域引起的磁場變化。

在由諸如鐵之類的鐵磁(ferromagnetic)材料制成的結構物的情況下，通過使用結構物本身作為換能器的一個要素，可以實現非接觸(noncontact)換能器。在由非磁性材料制成的結構物的情況下，可以利用粘接在其表面的鎳或鐵鈷合金材料的薄(通常為0.2mm以下)的條(或補片)。這種磁致伸縮補片換能器已廣泛用于鐵結構物的長距離超聲波檢查。這些磁致伸縮材料與鐵相比不僅具有優異的磁致伸縮特性，而且極其容易形成磁場。另外，沿著與靜態磁場和動態磁場的相對方向，該磁致伸縮補片換能器可以選擇性地發送和接收各種被導波模式。根據維德曼(Wiedemann)效應，由相互垂直的兩個磁場驅動的該換能器特別適用于SH₀和T(0,1)模式的發送/接收。