Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности



Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности
Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности
Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности
Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности
Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности
Способ и устройство для ультразвукового контроля поверхности

 


Владельцы патента RU 2453830:

НЕДЕРЛАНДСЕ ОРГАНИСАТИ ВОР ТУГЕПАСТНАТЮЮРВЕТЕНСАППЕЛЕЙК ОНДЕРЗУК ТНО (NL)

Использование: для ультразвукового контроля поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что создают модель поверхности, содержащую группу точек поверхности, указывающих на высоту поверхности; передают импульсы волн от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности; измеряют время прохождения импульсов волн по каждому пути; вычисляют время прохождения на основе модели поверхности; настраивают модель поверхности при наличии любых расхождений измеренного времени прохождения и вычисленного времени прохождения; и повторяют этапы передачи, измерения, вычисления и настройки до уменьшения расхождений ниже заданного порога, причем этап вычисления времени прохождения включает промежуточный этап интерполяции группы точек поверхности для получения расширенной группы точек поверхности, а время прохождения вычисляют с использованием указанной расширенной группы. Технический результат: обеспечение большей степени детализации поверхности при использовании ограниченного количества измерительных преобразователей. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ультразвуковому контролю поверхности. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для моделирования поверхности объекта с использованием ультразвукового измерительного преобразователя.

Уровень техники

Использование ультразвуковых волн для получения информации о поверхностях объекта, например столба или трубы, хорошо известно. Обычно к объекту передают ультразвуковые импульсы, принимают отраженные импульсы и записывают время прохождения импульсов. Любая разница во времени прохождения (время пробега) импульсов указывает на различия в относительной высоте поверхности и, следовательно, толщине стенки объекта. Пример такого известного способа описан в патенте США 3930404. Такой способ обладает тем преимуществом, что измерения носят исключительно местный характер: поверхность зондируют только в точках падения (и отражения) ультразвуковых волн. Для получения информации об оставшейся части поверхности ультразвуковые измерительные преобразователи необходимо перемещать относительно объекта и измерять время прохождения во многих точках поверхности.

В международной публикации WO 2006/000668 описан способ получения пространственных характеристик цилиндрического объекта. Зонды, расположенные напротив точек измерения на поверхности объекта, передают импульсы ультразвуковых волн к этим точкам измерения и принимают отраженные импульсы волн. Для получения пространственной информации о всей поверхности объекта без измерения бесконечного количества точек измерения с помощью интерполяции получают характеристическую кривую объекта. Хотя информация о других точках поверхности может быть получена с помощью интерполяции, степень детализации этой информации ограничена количеством точек измерения. Этот известный способ также имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что информацию о поверхности получают от небольшого количества точек измерения, и для получения относительно подробной пространственной информации необходимо относительно большое количество зондов и/или перемещений зондов относительно объекта.

В патенте США 5965818 описан способ, использующий ультразвуковые волны Лэмба для измерения уменьшения толщины стенки из-за местной коррозии опор трубы. Используются два измерительных преобразователя для обеспечения перемещения волны Лэмба по стенке трубы в направлении вдоль окружности. Путем сравнения информации об измеренном времени пробега можно определить изменение времени пробега из-за коррозии. Коррозия определяется только в направлении вдоль окружности трубы и не определяется в продольном направлении.

В патенте США 5767408 описан способ получения приповерхностных характеристик материала путем генерирования широкого диапазона волн Рэлея, включая множество составляющих. Скорости выбранных составляющих волны Рэлея определяют на выбранных частотах. Однако траектории волн очень ограничены, поэтому информация об испытываемой поверхности также ограничена.

В заявке на патент Великобритании GB 2383413 описана система для определения дефектов рельс с использованием характеристик скорости, затухания, рассеивания, резонанса и поглощения частоты поверхностных акустических волн. Эта система применима лишь для железнодорожных линий, и в ней используются электроакустические методы для испытания рельс в продольном направлении.

В заявке на патент Японии JP 57187609 описана другая традиционная система измерения толщины стенки с использованием поверхностных волн, имеющих увеличивающуюся частоту, и определения времени прохождения. Поверхностные волны имеют ограниченные траектории только в одном направлении и поэтому обеспечивают лишь ограниченную информацию.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является преодоление этих и других недостатков уровня техники и создание способа и устройства для контроля поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, так чтобы данный способ и устройство обеспечивали большую степень детализации поверхности при использовании ограниченного количества измерительных преобразователей.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для моделирования поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, так чтобы данный способ и устройство обеспечивали подробную информацию о поверхности и требовали ограниченное количество вычислений.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает способ моделирования поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на указанной поверхности, включающий этапы:

- создание модели поверхности, содержащей группу точек поверхности, указывающих на высоту поверхности,

- передача импульсов волн от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности,

- измерение времени прохождения импульсов волн по каждому пути,

- вычисление времени прохождения на основе модели поверхности,

- настройка модели поверхности при наличии любых расхождений измеренного времени прохождения и вычисленного времени прохождения, и

- повторение этапов передачи, измерения, вычисления и настройки до уменьшения расхождений ниже заданного порога,

причем этап вычисления времени прохождения включает промежуточный этап интерполяции группы точек поверхности для получения расширенной группы точек поверхности, а время прохождения вычисляют с использованием указанной расширенной группы.

При передаче импульсов волн от первого измерительного преобразователя, установленного на поверхности, ко второму измерительному преобразователю, установленному на поверхности, время прохождения каждого импульса волны зависит от пути волны над и/или под поверхностью и, следовательно, содержит намного больше информации, чем в описанном выше измерении в одной точке из уровня техники, основанном на отражении, а не на путях поверхности.

Итеративная настройка модели поверхности для лучшего соответствия вычисленному и измеренному времени прохождения обеспечивает оптимальную модель поверхности, которая точно определяет время прохождения импульсов волн. Такие методы по существу известны и обычно называются томографической инверсией или томографическим воссозданием. Полученные модели могут быть отображены на подходящем экране индикатора и/или проанализированы, например, для определения относительно тонких частей стенки трубы.

Важным преимуществом настоящего изобретения является то, что в модели используется лишь ограниченное количество точек поверхности, тем самым обеспечивается значительное уменьшение количества вычислений, выполняемых в данном способе. Точность модели не ухудшается, так как меньшее количество точек поверхности, используемых в модели, компенсируется интерполяцией. В результате расширенная группа точек поверхности, используемых для настройки модели, намного больше группы точек поверхности фактической модели. В преимущественном примере осуществления группа точек поверхности состоит, например, из менее 100 точек, предпочтительно из менее 50 точек, а расширенная группа точек поверхности состоит из более 200 точек, предпочтительно из более 500 точек. Другие количества точек также возможны. Например, в модели может использоваться группа лишь из 20 точек поверхности, а расширенная группа может иметь более 1000 точек поверхности.

Высота поверхности, моделируемая в настоящем изобретении, в большинстве примеров осуществления является высотой относительно измерительных преобразователей. То есть в настоящем изобретении моделируется относительная высота поверхности, а базовыми точками являются (абсолютные) высоты измерительных преобразователей. Так как высоту поверхности стенки объекта часто связывают с толщиной стенки, настоящее изобретение также обеспечивает модель толщины стенки объекта.

В настоящем изобретении могут использоваться несколько типов импульсов ультразвуковых волн. В первом примере осуществления импульсы волн являются импульсами волн Рэлея. Так как волны Рэлея распространяются по поверхности объекта, их время прохождения зависит от изменений (относительной) высоты поверхности. Такие изменения могут быть вызваны, например, повреждениями и/или коррозией. Изменения измеренного времени прохождения этих поверхностных волн позволяют соответственно настраивать модель объекта.

Во втором примере осуществления импульсы волн являются импульсами канализированных волн. Так как скорость таких волн зависит от толщины стенки объекта, эти волны очень пригодны для моделирования объекта, в частности полого объекта. Зависимость импульсов волн от толщины стенки становится сильнее при использовании импульсов рассеивающихся волн.

Некоторые типы волн, в частности рассеивающиеся волны, могут быть искажены при распространении по их путям. Искажение может стать причиной ошибок измерения времени прохождения. Соответственно, предпочтительный пример осуществления настоящего изобретения дополнительно включает этап введения коррекции по фазе к измеренному времени прохождения импульсов волн.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован с использованием только одного первого измерительного преобразователя. Однако предпочтительно использование множества первых измерительных преобразователей. Для обеспечения эффективного измерения соответствующего времени прохождения импульсов волн этапы передачи импульсов волн и измерения времени прохождения предпочтительно выполняют последовательно по меньшей мере для двух первых измерительных преобразователей. При последовательной активации первых измерительных преобразователей передаваемые ими волны могут быть обнаружены отдельно. Интервал времени между последовательными передачами первых измерительных преобразователей зависит от максимально допустимого отклонения времени прохождения.

Несмотря на то что может использоваться любое количество первых измерительных преобразователей, например один, два, три, четыре или шесть, независимо от количества вторых измерительных преобразователей, количество первых измерительных преобразователей предпочтительно равно количеству вторых измерительных преобразователей.

В описанном выше способе моделирования могут использоваться канализированные волны и/или волны Рэлея. Изобретатели выяснили, что волны Рэлея могут использоваться для сканирования и/или определения поверхности в отсутствие описанной выше модели. Соответственно настоящее изобретение также обеспечивает способ определения меры равномерности поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на указанной поверхности, включающий этапы:

- передача импульсов волн от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности,

- измерение времени прохождения импульсов волн по каждому пути, и

- вычисление меры равномерности на основе измеренного времени прохождения,

причем импульсы волн являются импульсами волн Рэлея.

Мера равномерности может быть выражена в модели поверхности, но не обязательно. Она также может состоять из одного числа, указывающего на относительную или абсолютную равномерность поверхности.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ контроля трубопровода, включающий способ моделирования по любому из предыдущих пунктов. Способ контроля может дополнительно включать этап подачи предупредительного сигнала при уменьшении высоты поверхности ниже пороговой величины и/или при уменьшении прочности трубопровода, указанном моделью.

Настоящее изобретение также обеспечивает компьютерную программу для выполнения описанного выше способа. Компьютерная программа может содержать группу команд, выполненных с возможностью исполнения компьютером и хранящихся на носителе информации, например компакт-диске или DVD-диске.

Группа команд, выполненных с возможностью исполнения компьютером и обеспечивающих выполнение программируемым компьютером описанного выше способа, может также быть доступна для скачивания с удаленного сервера, например, через Интернет.

Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает устройство для моделирования поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на указанной поверхности, содержащее:

- запоминающий блок для хранения модели поверхности, содержащей группу точек поверхности, указывающих на высоту поверхности,

- первый измерительный преобразователь и по меньшей мере один второй измерительный преобразователь, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности,

- блок передачи для передачи импульсов волн по соответствующим путям от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, и

- блок обработки данных, выполненный с возможностью:

- измерения времени прохождения импульсов волн по каждому пути,

- вычисления времени прохождения на основе модели поверхности,

- настройки модели поверхности при наличии любых расхождений измеренного времени прохождения и вычисленного времени прохождения, и

- повторения этапов передачи, измерения, вычисления и настройки до уменьшения расхождений ниже заданного порога,

причем блок обработки дополнительно выполнен с возможностью

интерполяции группы точек поверхности для получения расширенной группы точек поверхности и вычисления времени прохождения с использованием указанной расширенной группы.

Импульсы волн могут быть импульсами канализированных волн и/или волн Рэлея. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения волны Рэлея могут также использоваться в отсутствие описанной выше модели. Поэтому изобретение также обеспечивает устройство для определения меры равномерности поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на указанной поверхности, содержащее:

- первый измерительный преобразователь и по меньшей мере один второй измерительный преобразователь, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности,

- блок передачи для передачи импульсов волн по соответствующим путям от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, и

- блок обработки данных, выполненный с возможностью:

- измерения времени прохождения импульсов волн по каждому пути, и

- вычисления меры равномерности на основе измеренного времени прохождения,

причем импульсы волн являются импульсами волн Рэлея.

Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает систему контроля трубопровода, содержащую описанное выше устройство, а также по меньшей мере один первый измерительный преобразователь и по меньшей мере один второй измерительный преобразователь. Предпочтительно указанное устройство и измерительные преобразователи выполнены с возможностью беспроводной связи.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение описано ниже со ссылкой на примеры осуществления, показанные в сопроводительных графических материалах, в которых:

фиг.1 представляет собой схематичный вид объекта, поверхность которого моделируется в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 представляет собой схематичный вид трехмерной модели объекта в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 представляет собой схематичный вид двухмерной модели объекта в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4А и 4Б представляют собой схематичный вид ультразвуковых импульсов, используемых в настоящем изобретении;

фиг.5 представляет собой схематичный вид устройства для моделирования поверхности в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Труба 2, показанная на фиг.1 лишь в качестве неограничительного примера, содержит поверхность 3, которую необходимо смоделировать. В приведенном примере поверхность 3 имеет углубленный участок 6, который может быть вызван, например, коррозией. Соответствующим образом моделируя поверхность 3, можно определить степень и (относительную) высоту углубленного участка 6.

Первый блок 4 измерительного преобразователя и второй блок 5 измерительного преобразователя установлены на трубе 2 с обеих сторон поверхности 3. Хотя оба блока измерительных преобразователей могут быть выполнены с возможностью передачи и приема ультразвуковых волн, в настоящем изобретении первый блок 4 измерительного преобразователя используется для передачи ультразвуковых волн, а второй блок 5 измерительного преобразователя используется для приема ультразвуковых волн. Блоки ультразвуковых преобразователей могут быть по существу известны и могут представлять собой пьезоэлектрические блоки.

Импульсы волн или импульсы, обеспечиваемые первым измерительным преобразователем 4, имеют заданную длительность, например несколько мкс (микросекунд). Фактическая длительность может зависеть от конкретного применения, например от размеров и взаимного расположения блоков измерительных преобразователей. Количество измерительных преобразователей может изменяться. По меньшей мере имеется один первый измерительный преобразователь 4 и один второй измерительный преобразователь 5, хотя предпочтительно использовать множество вторых измерительных преобразователей, например два, три, четыре, восемь или более вторых измерительных преобразователей 5. При использовании множества вторых измерительных преобразователей 5 обеспечивается множество путей, проходимых импульсами волн, и, следовательно, улучшается моделирование поверхности. Таким же образом, предпочтительно использовать более одного первого измерительного преобразователя 4. В примере, показанном на фиг.2 и фиг.3, использованы восемь первых измерительных преобразователей 4 и восемь вторых измерительных преобразователей 5, но изобретение не ограничено этим конкретным количеством. Измерительные преобразователи из множества первых и/или вторых измерительных преобразователей расположены на равном расстоянии друг от друга, но это не обязательно.

Примерная трехмерная модель показана на фиг.2, а путь, пройденный импульсами волн, и уменьшение точек поверхности в соответствии с настоящим изобретением показаны на двухмерной модели на фиг.3. Трехмерная модель, показанная на фиг.2, основана на двухмерной модели 72, показанной на фиг.3.

Модель 70, показанная на фиг.2, представляет (внешнюю) поверхность трубы, например трубы, показанной на фиг.1. Оси х и у проходят в поперечной плоскости трубчатой модели, а ось z проходит в продольном направлении модели. Размеры в данном примере приведены в метрах (м). Трехмерная модель, показанная на фиг.2, фактически является воссозданием объекта 2, показанного на фиг.1. Трехмерное воссоздание известно по существу в области томографии.

Поверхность, смоделированная на фиг.2, проходит между группой первых измерительных преобразователей 4 и группой вторых измерительных преобразователей 5. Пути 71 проходят между каждым из первых измерительных преобразователей и каждым из вторых измерительных преобразователей 5. Время прохождения импульсов по этим путям пропорционально длинам путей. Путь, который проходит по гладкой, прямой поверхности, короче пути, который пересекает углубление 6, показанное на фиг.1. Соответственно время прохождения по этим путям отличается, и импульсы доходят в разное время.

Модель высчитывает время, за которое импульсы проходят по разным путям. Если модель изначально предполагает, что все пути имеют равные длины, то для путей, проходящих углубление 6, имеет место расхождение измеренного времени прохождения и высчитанного времени прохождения. Это расхождение может быть компенсировано путем настройки модели. Начальные значения модели могут быть основаны на измерениях фактического объекта (например, трубы) и/или на теоретических предположениях.

В двухмерном примере, показанном на фиг.3, горизонтальная ось проходит по окружности R трубчатой модели, а ось z проходит в продольном направлении модели. Размеры приведены в метрах (м).

Как видно на фиг.3, первые измерительные преобразователи 4 и вторые измерительные преобразователи 5 расположены на равном расстоянии друг от друга по окружности модели. Импульсы, генерируемые первыми измерительными преобразователями, обнаруживаются вторыми измерительными преобразователями. Время прибытия и, следовательно, время прохождения соответствует по меньшей мере приблизительно группе путей 71, проходящих между каждым первым измерительным преобразователем 4 и вторым измерительным преобразователем 5. Для удобства чтения чертежа, только одна группа путей 71 показана на фиг.3.

Как описано выше, модель содержит информацию о поверхности (3 на фиг.1) объекта. Эта информация может содержать группу значений, представляющих (относительную или абсолютную) высоту поверхности в нескольких точках. Как показано на фиг.1, высота поверхности в углублении 6 меньше, чем у первого измерительного преобразователя. Для точного моделирования поверхности необходимо большое количество точек поверхности, например сотни или даже тысячи точек поверхности. Однако определение точек поверхности непосредственно из измеренного времени прохождения требует очень большого количества вычислений. Поэтому изобретение обеспечивает более эффективную модель, которая содержит только ограниченное количество точек поверхности, таким образом, значительно уменьшая количество вычислений.

В соответствии с настоящим изобретением модель содержит только ограниченную группу точек 73 поверхности. Эти "основные" точки поверхности хранят в модели и настраивают при необходимости для соответствия измеренному времени прохождения. В приведенном примере в модели использовано только 24 точки поверхности, таким образом, обеспечивается значительная экономия по сравнению с описанным выше случаем использования сотен или тысяч точек. Ясно, что количество "основных" точек поверхности может изменяться в зависимости от размеров моделируемой поверхности и необходимой точности и что это количество может в равной степени быть как меньше, так и больше 24, например 16, 30 или 50.

Для точного моделирования поверхности и вычисления времени прохождения обычно необходимо большее количество точек поверхности. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения расширенную группу точек поверхности получают с помощью интерполяции. То есть группу точек поверхности модели ("основных" точек поверхности) интерполируют для обеспечения расширенной группы точек поверхности, используемой для вычисления времени прохождения и обеспечения более точной информации о поверхности при необходимости. Таким образом, примерное количество из 24 точек поверхности может быть расширено до, например, 1024 точек поверхности.

Поэтому модель, используемая в настоящем изобретении, может рассматриваться как двухуровневая модель. На базовом уровне определяют и сохраняют ограниченную группу (например, 24) точек поверхности. Эти "основные" точки поверхности настраивают в соответствии с измеренным временем прохождения. На более высоком уровне расширенную группу (например, 1024) точек поверхности определяют путем интерполяции и (временно или постоянно) сохраняют. Эти "расширенные" точки поверхности получают косвенно из измеренного времени прохождения в отличие от "основных" точек поверхности, которые получают непосредственно.

При использовании расширенной группы время прохождения в соответствии с моделью может быть точно определено с использованием численных методов, которые могут быть по существу известны.

Обычно каждый путь 71 разделяют на большее количество участков. Для каждого пути высчитывают время прохождения всех участков пути с использованием информации о высоте, содержащейся в расширенной группе точек поверхности, полученной из модели. Затем определяют время прохождения каждого пути путем добавления времени прохождения участков конкретного пути, получая в результате вычисленное время прохождения.

Измеренное время пути получают путем вычитания времени распространения импульсов из их времени прибытия. Время распространения обычно определяют путем записи точек в момент передачи сигнала активации в первый блок измерительного преобразователя, а время прибытия обычно определяют путем записи точек в момент приема сигналов обнаружения от вторых блоков измерительного преобразователя.

Затем вычисленное время прохождения сравнивают с измеренным временем прохождения и записывают все расхождения. Затем используют процедуру оптимизации, которая может быть по существу известна, для оптимизации модели таким образом, чтобы удалить расхождения. Подходящими известными процедурами оптимизации являются процедуры Левенберга-Марквардта и Гаусса-Ньютона.

В способе в соответствии с настоящим изобретением используют поверхностные волны. Поверхностные волны имеют преимущество в том, что каждый импульс получает информацию о пути, а не только о точке. Определено, что волны Рэлея являются очень подходящими поверхностными волнами, так как они распространяются по поверхности. В результате время распространения таких волн обеспечивает очень точную информацию о структуре поверхности.

Однако канализированные волны также пригодны, в частности, при необходимости получения информации не только о поверхности, но также о толщине стенки. В частности, используют преимущество рассеивания канализированных волн: при заданной частоте скорость распространения волн зависит от толщины стенки. Соответственно, любое изменение скорости указывает на изменение толщины стенки.

Также может использоваться комбинация (импульсов) волн Рэлея и (импульсов) поверхностных волн.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения волны Рэлея могут использоваться для определения меры равномерности поверхности, в том числе в отсутствие восстановленной модели, показанной на фиг.2. Таким образом, способ определения меры равномерности поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на поверхности, может включать этапы передачи импульсов волн от первого измерительного преобразователя к одному или более второму измерительному преобразователю, причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности, измерения времени прохождения импульсов волн по каждому пути и вычисления меры равномерности на основе измеренного времени прохождения, причем импульсы волн являются импульсами волн Рэлея. Соответственно волны 25 Рэлея могут использовать с моделью поверхности или без нее. Мера (не)равномерности может представлять собой подходящее число (например, в диапазоне от 1 до 10) или любую другую меру.

Мера равномерности может быть, например, обратно пропорциональна (относительному) времени прохождения, то есть задержке, вызванной неравномерностью. Небольшая задержка указывает на высокую степень равномерности (и, следовательно, относительно большое значение меры равномерности), а большая задержка указывает на меньшую равномерность.

Следовательно, относительную задержку волн Рэлея могут использовать для определения меры равномерности. Эталонная задержка, представляющая "идеальную" равномерность, может быть определена на основе теоретических предположений или фактического измерения очень ровной поверхности.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения может использоваться фазовая коррекция для корректирования волн. Это схематично показано на фиг.4А и 4Б. На фиг.4А показан первоначальный импульс 81 (толстая линия) и искаженный импульс 82 (тонкая линия), а на фиг.4Б показан восстановленный импульс 83.

На фиг.4А импульс 82 искажен из-за рассеяния: первоначальная фаза импульса изменена, и импульс растянут во времени по сравнению с первоначальным импульсом 81. Из-за этого точность определения времени прибытия импульса и, следовательно, времени прохождения ухудшается.

Ухудшение точности можно избежать путем введения (дополнительной) коррекции Х по фазе. В одном из примеров осуществления коррекция Х по фазе может быть выражена следующим образом:

где ω - (угловая) частота, v(ω) - зависимая от частоты скорость распространения импульсов, а х - длина пути в отсутствие любых углублений или выступов на поверхности.

Такая коррекция может быть введена путем выполнения быстрого преобразования Фурье (БПФ) искаженного импульса 82, умножения полученного спектра на коррекцию Х по фазе и затем выполнения обратного быстрого преобразования Фурье (БПФ) для получения скорректированного импульса 83. После коррекции фаза и, следовательно, форма импульса восстанавливаются, как показано на фиг.4Б. Этот восстановленный импульс 83 обеспечивает точное определение его времени прохождения. Для специалистов в данной области техники понятно, что могут быть применены другие методы коррекции по фазе, например, с использованием фильтра ошибки с предсказанием.

Устройство для моделирования поверхности объекта показано на фиг.5. Устройство 1 содержит блок 10 обработки данных (БО), запоминающий блок (11), блок 12 передачи (БП) и блок 13 индикации (БИ). Блок 10 обработки предпочтительно содержит микропроцессор, выполненный с возможностью выполнения команд программы в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Запоминающий блок 11 может хранить указанную программу, а также параметры модели, включая значения группы точек поверхности. Блок 13 индикации предпочтительно содержит экран индикатора, выполненный с возможностью отображения модели, в частности типа восстановленной модели, показанной на фиг.2. Блок 12 передачи выполнен с возможностью генерирования под управлением блока 10 обработки сигналов передачи импульсов, которые подаются в первые измерительные преобразователи 4. Кроме того, блок 12 передачи выполнен с возможностью приема сигналов обнаружения импульсов, генерируемых вторыми измерительными преобразователями 5, и подачи соответствующей информации об обнаружении импульсов в блок 10 обработки.

Блок 12 передачи может быть выполнен с возможностью беспроводной связи с измерительными преобразователями 4 и 5, например, с использованием связи в диапазоне радиочастоты (РЧ) или связи в инфракрасном диапазоне. Блок 10 обработки дополнительно может быть выполнен с возможностью введения коррекции по фазе, как описано выше. Необходимые этапы программы для коррекции по фазе могут храниться в запоминающем блоке 11.

Устройство для определения меры равномерности поверхности также может иметь структуру, показанную на фиг.5.

Понятно, что изобретение не ограничивается трубами или трубками, но может также применяться для поверхностей или стенок других объектов, например (частей) корпусов судов, фюзеляжей самолетов, кузовов автомобилей, брони танков или других поверхностей или стенок, например, резервуаров, штанг, стальных мостов и металлических конструкций зданий.

Настоящее изобретение основано на том, что вычислительная нагрузка при моделировании поверхности может быть значительно уменьшена путем использования модели, имеющей ограниченное количество точек поверхности, и что точность модели может быть обеспечена путем интерполяции точек поверхности, использованных в модели. Кроме того, настоящее изобретение использует преимущество того, что волны Рэлея очень пригодны для получения информации о поверхности.

Следует отметить, что все термины, использованные в данном документе, не должны толковаться для ограничения объема настоящего изобретения. В частности, слова "содержит(ат)" и "содержащий" не исключают какие-либо конкретно не указанные элементы. Единичные элементы могут быть заменены множеством элементов или их эквивалентами.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение не ограничено приведенными выше примерами осуществления и что возможны многочисленные изменения и дополнения в пределах объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле.

1. Способ моделирования поверхности (3) объекта (2) с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей (4, 5), установленных на указанной поверхности, включающий этапы: создание модели поверхности, содержащей группу точек поверхности, указывающих на высоту поверхности; передача импульсов волн от первого измерительного преобразователя (4) к одному или более второму измерительному преобразователю (5), причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности; измерение времени прохождения импульсов волн по каждому пути; вычисление времени прохождения на основе модели поверхности; настройка модели поверхности при наличии любых расхождений измеренного времени прохождения и вычисленного времени прохождения; и повторение этапов передачи, измерения, вычисления и настройки до уменьшения расхождений ниже заданного порога, причем этап вычисления времени прохождения включает промежуточный этап интерполяции группы точек поверхности для получения расширенной группы точек поверхности, а время прохождения вычисляют с использованием указанной расширенной группы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что группа точек поверхности состоит из менее 100 точек, предпочтительно менее 50 точек, а расширенная группа точек поверхности состоит из более 200 точек, предпочтительно более 500 точек.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что импульсы волн являются импульсами канализированных волн.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что импульсы волн являются импульсами волн Рэлея.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно включает этап введения коррекции по фазе к измеренному времени прохождения импульсов волн.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что этапы передачи импульсов волн и измерения времени прохождения выполняют последовательно, по меньшей мере, для двух первых измерительных преобразователей (4).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что количество первых измерительных преобразователей (4) равно количеству вторых измерительных преобразователей (5).

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что включает определение меры равномерности поверхности (3) объекта (2), при этом вычисление меры равномерности происходит на основе измеренного времени прохождения.

9. Способ контроля трубопровода, включающий способ моделирования по любому из предыдущих пунктов.

10. Устройство (1) для моделирования поверхности объекта с использованием ультразвуковых измерительных преобразователей, установленных на указанной поверхности, содержащее: запоминающий блок (11) для хранения модели поверхности, содержащей группу точек поверхности, указывающих на высоту поверхности; первый измерительный преобразователь (4) и, по меньшей мере, один второй измерительный преобразователь (5), причем первый измерительный преобразователь и каждый второй измерительный преобразователь определяют соответствующий путь по поверхности; блок (12) передачи для передачи импульсов волн по соответствующим путям от первого измерительного преобразователя (4) к одному или более второму измерительному преобразователю (5); и блок (10) обработки данных, выполненный с возможностью: измерения времени прохождения импульсов волн по каждому пути, вычисления времени прохождения на основе модели поверхности, настройки модели поверхности при наличии любых расхождений измеренного времени прохождения и вычисленного времени прохождения, и повторения этапов передачи, измерения, вычисления и настройки до уменьшения расхождений ниже заданного порога, причем блок (10) обработки дополнительно выполнен с возможностью интерполяции группы точек поверхности для получения расширенной группы точек поверхности и вычисления времени прохождения с использованием указанной расширенной группы.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что блок (10) обработки данных выполнен с возможностью вычисления меры равномерности на основе измеренного времени прохождения, причем импульсы волн являются импульсами волн Рэлея.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что блок (10) обработки и измерительные преобразователи (4, 5) выполнены с возможностью беспроводной связи.

13. Система контроля трубопровода, содержащая устройство (1) по одному из пп.10, 11 или 12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к комбинированным системам получения изображений. .

Изобретение относится к области физики пучков заряженных частиц и ускорительной техники, в частности к технологии ускорения электронов в импульсном линейном ускорителе с регулируемой энергией пучка, более конкретно к способу генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии и к конструкции линейного ускорителя электронов, предназначенного для досмотровых комплексов.

Изобретение относится к рентгеновской и электронной микроскопии, может использоваться для проведения исследований в различных областях науки и контроля различных изделий в нанотехнологиях и других областях техники (биологии, медицины, геологии, экологии, нефтегазовой промышленности и др.).

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при лечении пациентов с глиомой головного мозга. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским устройствам
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики туберкулеза внутригрудных лимфатических узлов (ТВГЛУ) бронхопульмональной группы у детей

Изобретение относится к области исследования образцов неконсолидированных пористых сред и может быть использовано для изучения открытой или закрытой пористости, распределения пор по размерам, удельной поверхности, пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений и т.д
Использование: для получения трехмерного образа пробы планктона. Сущность: заключается в том, что выполняют проведение рентгеновской микрокомпьютерной томографии пробы, причем процессу томографии одновременно подвергается вся совокупность объектов, содержащихся в пробе, в которой к фиксирующему раствору добавляется рентгеноконтрастная жидкость. Технический результат: обеспечение возможности получения трехмерного образа проб зоопланктона, собранных стандартными методами, с высокой детализацией объектов.

Использование: для бесконтактного рентгеновского контроля. Сущность: заключается в том, что в досмотровом комплексе применяется один источник рентгеновского веерообразного пучка лучей, который может перемещаться по дуге, длиной, равной четверти окружности, с изменяющимся шагом в диапазоне 0°…90°. Данный пучок лучей облучает движущийся с постоянной скоростью объект контроля. После облучения осуществляется регистрация пройденного через объект контроля излучения, преобразование его в аналоговые электрические сигналы, а затем преобразование этих сигналов в цифровые коды, адекватные плоским изображениям объекта контроля, полученным под разными углами, с последующим их запоминанием, компьютерной обработкой и представлением на экране монитора плоских или объемных изображений объектов контроля. Регистрация пройденного через объект контроля рентгеновского излучения осуществляется детекторной линейкой в форме части окружности с радиусом, равным радиусу дуги, по которой перемещается источник излучения. Технический результат: уменьшение искажений теневых рентгеновских изображений объектов контроля. 3 ил.

Использование: для осмотра объектов путем их одновременного обследования в проходящем и рассеянном свете. Сущность заключается в том, что выполняют облучение объекта первым лучом проникающего излучения, генерирование сигнала пропускания на основе проникающего излучения, пропущенного через объект и зарегистрированного датчиком регистрации пропускания, сканирование объекта вторым лучом проникающего излучения, генерирование сигнала рассеивания на основе проникающего излучения, рассеянного объектом и зарегистрированного датчиком регистрации рассеивания, корректирование любой помехи в сигнале рассеивания, возникающей вследствие первого луча проникающего излучения при наличии объекта, и отображение изображения, видимого оператору и включающего информацию по меньшей мере от сигнала рассеивания. Технический результат: обеспечение возможности преодолеть взаимное влияние излучений при одновременном формировании изображений в проходящем и рассеянном излучении. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для томографии целевого объекта. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют потерю энергии заряженных частиц, которые входят и проникают сквозь объем или останавливаются внутри объема без проникновения сквозь объем; на основании измеряемой потери энергии определяют пространственное распределение заряженных частиц, которые входят и проникают сквозь объем или останавливаются внутри объема без проникновения сквозь объем; и используют пространственное распределение потери энергии заряженных частиц для восстановления трехмерного распределения материалов в досматриваемом объеме. Технический результат: повышение качества изображения представляющего интерес объема. 8 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх