BR112013008509B1

BR112013008509B1 - método, sistema e produto de programa de computador para executar medições ultrassônicas de propriedades de paredes de tubulações

Info

Publication number: BR112013008509B1
Application number: BR112013008509A
Authority: BR
Inventors: Willem Frederik Volker Arno; Gerardus Petrus Bloom Joost
Original assignee: Tno
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2020-04-07
Also published as: US20130263667A1; CN103238065B; WO2012047107A1; EP2625515B1; RU2573712C2; CA2813642C; RU2013115647A; CA2813642A1; US9255910B2; CN103238065A; EP2439527A1; EP2625515A1; BR112013008509A2

Abstract

sistema e processo para execução de medidas ultrassônicas de propriedades de paredes de tubulações. a espessura da parede de tubulações é medida em função de posição por uso de propagação ultrassônica. uma série de modelos preditivos é usada, que de fine previsões dos sinais ultrassônicos de resposta em função de diferentes conjuntos de parâmetros. os diferentes conjuntos vão determinar a velocidade ultrassônica dependente da posição, em diferentes frequências de som e diferentes resoluções espaciais. os sucessivos processos de ajuste iterativo são executados, cada um deles ajustando uma combinações de valores de um conjunto de parâmetros sucessivo, para os sinais ultrassônicos de resposta detectados, de acordo com um respectivo modelo, usando os valores ajustados do processo de ajuste anterior para inicializar o conjunto de parâmetros seguinte para ajuste iterativo. pelo menos o primeiro modelo define previsões de valores de vetores de onda, em função da posição circunferencial em sucessivos anéis em torno do tubo, como somas de valores de vetores de onda para várias posições circunferenciais, em um precedente dos anéis, multiplicadas por coeficientes de propagação, usando os coeficientes de propagação que dependem de um primeiro conjunto de parâmetros.

Description

MÉTODO, SISTEMA E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR PARA EXECUTAR MEDIÇÕES ULTRASSÔNICAS DE PROPRIEDADES DE PAREDES DE TUBULAÇÕES

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se refere a um sistema e a um processo para execução de medições ultrassônicas das propriedades de paredes de tubulações.

ANTECEDENTES

Do pedido de patente internacional WO 2008/10306 é conhecido como inspecionar tubulações para dano de corrosão por uso de sinais ultrassônicos. Um transmissor é usado para excitar uma onda ultrassônica na parede de um tubo, e um detector é usado para detectar a chegada da onda ultrassônica, após ter se deslocado pela parede.

As informações, que são obtidas desse modo, podem ser usadas para formar uma imagem de dano na parede do tubo, em função da posição ao longo da superfície da parede. As propriedades da parede são determinadas do tempo de deslocamento, isto é, a demora entre a transmissão e a chegada. A parede age como um guia de ondas ultrassônicas para as ondas confinadas entre suas superfícies interna e externa. Pode-se descrever a propagação de ondas em termos de um raio, que bate para frente e para trás a um ângulo com as superfícies, com uma velocidade de propagação líquida paralela à superfície que depende do ângulo. Um detector em um local específico no tubo recebe apenas os raios que batem para frente e para trás a certos ângulos distintos. Em grandes comprimentos de onda comparados com a espessura da parede, a seletividade do ângulo pode ser vista como um efeito de interferência construtiva. Em pequenos comprimentos de onda, a vista é que os raios pulam uma posição do detector, exceto a ângulos distintos.

Quando pulsos de frequência ultrassônica suficiente são usados, a propagação líquida paralela à superfície origina rotas de radiação que espiralam em torno do tubo, com os componentes de direções axial e circunferencial líquidas (a propagação reta ao longo da direção axial ou circularmente em torno da circunferência vão ser consideradas como casos especiais de uma espiral, com o componente de direção circunferencial e de direção axial zero, respectivamente). Tipicamente, um detector, em um local específico no tubo, vai receber raios que o atingem ao longo de diferentes rotas de radiação espirais, que diferem por um número inteiro de revoluções em torno do tubo. Quando a parede do tubo tem uma espessura uniforme, a razão espiral (a razão entre os componentes de direções circunferencial e axial) se mantém constante ao longo dessas rotas de radiação. O tempo de deslocamento, entre o tempo de transmissão de um raio e o seu tempo de chegada, depende da rota de radiação seguida pelo raio e a velocidade líquida de som ao longo do raio, que varia com a espessura da parede do tubo.

O dano localizado ao tubo, que provoca variação local na espessura da parede do

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2/19 tubo, resulta em modulação da velocidade líquida do som e/ou da dispersão entre os raios com diferentes razões espirais. A modulação da velocidade de propagação origina tempos de deslocamento modificados para combinações de posições de transmissor / detector, que são ligados por rotas de radiação pelo local do dano localizado. Desses tempos de deslocamento, as localizações axial e circunferencial do dano podem ser determinadas. De fato, com disposições de transmissores e detectores, uma imagem de variação da espessura da parede, em função da posição, pode ser obtida. Essa é a chamada tomografia de tempo de voo (TOF).

O pedido de patente internacional WO 2008/10306 descreve um sistema de medida com transdutores ultrassônicos em um tubo, que são usados para transmitir pulsos ultrassônicos ao longo da parede do tubo, transdutores ultrassônicos, que são usados para detectar o tempo de chegada dos pulsos ultrassônicos, e um computador, que é configurado para computar o local de dano a partir dos tempos de deslocamento entre os transdutores de transmissão e recepção. O documento menciona que a dispersão das ondas, devido à velocidade de propagação ultrassônica dependente de comprimento de onda, pode tornar a detecção do tempo de chegada imprecisa. Esse problema é solucionado por aplicação de uma correção de fase dependente de frequência para a transformação de Fourier do sinal ultrassônico detectado. O resultado é um pulso agudo, do qual o tempo de deslocamento pode ser determinado. Por uso dos tempos de deslocamento resultantes para diferentes pares de transdutores ultrassônicos de transmissão e recepção, as rotas de radiação ao longo do tubo são identificadas quando o tempo de deslocamento tiver variado, devido a dano.

Com o fim de detectar dano por corrosão na parede de um tubo, é desejável uma formação de imagem de alta resolução. Nos estágios iniciais de corrosão por desgaste em tubulações, há a formação de pequenas covinhas que ameaçam perfurar a parede. A alta resolução é necessária para formar imagens que mostram essas covinhas. Para atingir essa alta resolução, raios estreitos, devido a pulsos ultrassônicos com valor de frequência relativamente alto, tal como de 1 MHz, são desejáveis. No entanto, verificou-se que, nessas frequências, é difícil computar uma imagem tomográfica segura. As imagens mostram, frequentemente, artefatos. Verificou-se que esses artefatos são devidos à convergência da reconstrução tomográfica em máximos localizados.

O pedido de patente internacional WO 2009/139627 também descreve a modelagem da superfície de um objeto, tal como um tubo, por uso de onda ultrassônica. Os tempos de retardo de propagação, obtidas de medições ultrassônicas, são comparados com as predições feitas em um modelo da superfície. Ambos os parâmetros de altura e temperatura do modelo são adaptados iterativamente. A inclusão da temperatura como um parâmetro possibilita considerar a refração, na qual o retardo de tempo corresponde a uma

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3/19 rota de radiação curva, que se desvia da rota de radiação em temperaturas homogêneas. São usadas ondas não dispersivas, tais como ondas que são concentradas em uma única faixa de frequência estreita. Os retardos de propagação são modelados por tratamento de propagação ultrassônica como a propagação ao longo de uma rota de radiação. Não se consideram quaisquer soma de vetores de ondas ou computações de interferência de onda. Um modelo de dois níveis é usado, no qual as altura e temperatura de um número limitado de pontos são adaptadas, e os valores para outros pontos são obtidos por interpolação.

SUMÁRIO

Entre outros, é um objeto proporcionar um sistema e um processo para executar medições ultrassônicas de paredes de tubos, nas quais uma convergência mais segura é possibilitada.

Um processo de acordo com a reivindicação 1 é proporcionado. Neste caso, um primeiro e um segundo processos de ajuste de modelo iterativo são usados, um conjunto de valores de parâmetros ajustados do primeiro processo de ajuste usado para introduzir os valores de parâmetros que vão ser ajustados no segundo processo. Os processos de ajuste de modelo usam conjuntos de parâmetros, que determinam pelo menos a velocidade do som na parede do tubo em função da posição ao longo da superfície da parede. O segundo processo usa a transmissão detectada, a uma ou mais frequências de som mais altas do que na primeira etapa, e um conjunto de parâmetros, que determina a dependência de posição da velocidade do som a uma maior resolução espacial.

Por uso de um primeiro processo de ajuste de modelo iterativo inicial, a uma baixa frequência de som e baixa resolução espacial, o risco pode ser reduzido que o segundo processo convirja a um local ótimo. O primeiro processo de ajuste de modelo iterativo inicial é aplicado a uma frequência de som, que é tão baixa que não seria normalmente usada para formação de imagem, porque a predição de transmissão, com base em um tempo de deslocamento ao longo de rotas de radiação, é insuficientemente precisa nessa frequência de som. Para garantir que o primeiro processo de ajuste de modelo iterativo inicial proporcione parâmetros iniciais úteis para o segundo processo de ajuste de modelo, o primeiro processo de ajuste de modelo iterativo inicial usa um valor de vetor de ondas, computado da soma de todos os valores de vetores de onda para a pluralidade de posições circunferenciais em um anel precedente em torno do tubo, multiplicado pelos coeficientes de propagação, usando os coeficientes de propagação que dependem da velocidade do som em função da posição, como definido pelo primeiro conjunto de parâmetros. Desse modo, as predições são computadas usando vetores de onda, que consideram as frentes de onda distribuídas por uma largura de mais de uma posição de amostragem, em vez das rotas de radiação individuais. A primeira frequência pode ser, por exemplo, igual ou inferior a 50 kHz.

Em uma concretização, usa-se uma série de modelos de predição, os valores de

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4/19 parâmetros ajustados de cada processo de ajuste sendo usados para introduzir os valores de parâmetros do processo de ajuste seguinte, se algum. Nesta concretização de processamento sucessivo para ajuste nas respectivas frequências de som mais altas, ou de frequências de som até a respectiva frequência de som, as respectivas frequências de som e as respectivas resoluções espaciais aumentam para outros modelos de predição sucessivos na série. Desse modo, um grande intervalo de frequência de som e um intervalo de resolução espacial correspondente, entre o primeiro processo de ajuste de modelo inicial e o último processo, podem ser fechados. A frequência de som do primeiro processo de ajuste de modelo inicial pode ser igual ou inferior a 50 kHz, e a frequência de som do processo de ajuste de modelo final pode ser igual ou superior a 500 kHz, por exemplo, em cujo caso os modelos em cinco ou mais diferentes frequências e resoluções espaciais podem ser usados.

Em uma concretização, o modelo ou modelos, em frequências acima de uma frequência predeterminada, podem ser baseados na integração de tempos de deslocamento ao longo das rotas, dependendo da velocidade ultrassônica dependente de posição, determinada por parâmetros de modelo, sem uso das somas de contribuições de posições em um anel precedente.

Em uma concretização, a tubulação tem uma seção curva entre os transmissores ultrassônicos e os transmissores ultrassônicos. Em uma outra concretização, os modelos, que usam somas de contribuições de posições nos anéis precedentes, podem ser usados para todas as frequências para essa seção curva. Neste caso, a integração dos tempos de deslocamento ao longo das rotas pode ser usada para seções de tubos retas, pelo menos para as frequências acima de uma frequência predeterminada.

Em uma concretização, os transmissores e receptores podem ser acoplados à tubulação, ao longo de um primeiro e segundo anéis circunferenciais em planos transversais a uma direção axial da tubulação, respectivamente, em ambos os primeiro e segundo anéis em posições circunferenciais mutuamente espaçadas. Isso possibilita formar uma imagem de toda a parede do tubo entre os anéis.

Em uma concretização, a tubulação é suportada por um suporte tendo um contato com a tubulação, os transmissores e os receptores sendo acoplados à tubulação em posições circunferenciais mutuamente espaçadas, ao longo de uma linha na direção axial da tubulação, os transmissores e os receptores sendo acoplados à tubulação em lados mutuamente opostos do contato, respectivamente. Isso possibilita determinar o dano especificamente no contato com o suporte.

Em uma concretização, os sinais ultrassônicos transmitidos são sinais de banda larga, compreendendo componentes em ambas as primeira e segunda sequências, os primeiro e segundo processos de ajuste sendo aplicados aos componentes de frequência

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5/19 selecionados dos sinais ultrassônicos de resposta. Desse modo, um único tipo de pulso pode ser suficiente para a formação de imagens.

Um sistema para execução do processo é também proporcionado, bem como um produto programa de computador, tal como um disco magnético ou óptico ou uma memória semicondutora, compreendendo um programa de instruções para um computador programável, que, quando executado pelo computador vai fazer com que o computador execute o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de processo anteriores.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Esses e outros objetos e aspectos vantajosos vão ficar evidentes de uma descrição de concretizações exemplificativas, usando as seguintes figuras:

a Figura 1 mostra um sistema de medida;

a Figura 2 mostra uma configuração de transdutor;

a Figura 3 ilustra uma resposta de amplitude teórica em função do tempo;

a Figura 3a ilustra as rotas de radiação;

a Figura 4 mostra um fluxograma do processo de adaptação de parâmetros; e a Figura 5 mostra um gráfico ilustrando uma relação entre a velocidade do som e a espessura da parede.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES DOS EXEMPLOS

A Figura 1 mostra um sistema de medida de espessura de parede de tubulações, compreendendo uma tubulação 10 com anéis de transdutores ultrassônicos 12a - d, acoplados à tubulação 10, e um circuito de excitação e detecção 14, acoplado aos transdutores ultrassônicos 12a - d. O circuito de excitação e detecção 14 compreende um circuito de processamento de sinais 140. Alternativamente, um circuito de processamento de sinais separado, tal como um computador programado pra executar processamento de sinais, pode ser acoplado ao circuito de excitação e detecção 14. Cada um dos anéis se estende circunferencialmente em torno da tubulação 10, a uma respectiva posição axial. Cada anel tem uma pluralidade de transdutores ultrassônicos 12a - d nas respectivas posições ao longo da circunferência nessa posição axial. Como mostrado, a tubulação 10 tem uma curva 16, com anéis de transdutores ultrassônicos 12a - d em seções da tubulação em ambos os lados da curva. Em outra concretização, um ou mais anéis de transdutores ultrassônicos 12a - d podem ser proporcionado na curva 16.

A Figura 2 mostra um sistema de medida de espessura de parede de tubulações alternativo em uma seção transversal. Divide-se em um tubo 10 e um suporte de tubo 20 conectado ao tubo 10. Uma primeira série de transdutores ultrassônicos 22 é proporcionada em posições axiais sucessivamente diferentes em um primeiro lado axial do suporte 20. Uma segunda série de transdutores ultrassônicos 24 é proporcionada em posições axiais sucessivamente diferentes em um segundo lado axial do suporte 20, oposto ao primeiro

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6/19 lado.

Os transdutores ultrassônicos 12a - d, 22, 24 são dispositivos capazes de transmitir vibrações ultrassônicas à parede da tubulação 10, e/ou detectar essas vibrações na parede, quando controlados para fazer isso. A detecção pode compreender gerar um sinal de resposta elétrico, que varia em proporção ao deslocamento na parede, devido às ondas ultrassônicas. O circuito de excitação e detecção 14 é configurado para controlar os transdutores ultrassônicos 12a - d, 22, para excitar as ondas ultrassônicas, em posições selecionadas na parede da tubulação 10, e receber sinais de resposta de volta, devido à chegada de ondas ultrassônicas resultantes nas outras posições na parede, usando outros transdutores 12a - d, 24.

No exemplo da Figura 1, o circuito de excitação e detecção 14 pode ser configurado para controlar os respectivos transdutores ultrassônicos 12a - d em um primeiro anel, sucessivamente, para excitar distintas ondas ultrassônicas na tubulação 10 de cada um desses transdutores ultrassônicos 12a - d, respectivamente, e receber os sinais ultrassônicos detectados resultantes dos transdutores 12a - d, em um segundo anel. Desse modo, a função de resposta de transmissão ultrassônica, entre os pares individuais dos transdutores 12a - d, pode ser detectada.

A Figura 3 ilustra uma resposta de amplitude teórica em função do tempo para transmissão ultrassônica, por uma seção reta da tubulação 10 de espessura uniforme. Neste exemplo, a resposta de amplitude representa a amplitude de vibração ultrassônica A em função do tempo t, a partir do tempo de transmissão de um pulso ultrassônico, com frequências em uma faixa de frequência estreita. Como pode-se notar, a resposta compreende uma pluralidade de picos distintos 30, em posições temporais separadas distintas. Em uma primeira aproximação, cada pico corresponde ao tempo de deslocamento de som, que tenha se deslocado ao longo de uma rota de radiação na parede do tubo 10, do local de um transdutor de transmissão 12a - d a um local de um transdutor de recepção 12 a - d, com um retardo correspondente ao comprimento da rota de radiação e à velocidade de som na rota de radiação.

A Figura 3a ilustra as rotas de radiação. A coordenada z de locais no tubo 10 é representada graficamente horizontalmente e a coordenada circunferencial phi desses locais é representada graficamente verticalmente. Os exemplos de rotas de radiação em uma seção reta do tubo 10 são indicados por linhas pontilhadas. Uma linha pontilhada horizontal corresponde a uma rota de radiação axial, e as linhas pontilhadas oblíquas correspondem às rotas de radiação que se espiralam em torno do eixo do tubo 10. Com a finalidade de exposição, a coordenada circunferencial na direção vertical é desdobrada: as coordenadas circunferenciais se repetem após cada revolução em torno do tubo 10, mas, na figura, as sucessivas coordenadas, após uma repetição, são mostradas na medida em que

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7/19 continuam. Desse modo, as mesmas posições na parede são mostradas repetidamente em tiras horizontais sucessivas verticalmente, separadas por linhas tracejadas. Uma rota de radiação em espiral pode ser, desse modo, mostrada como uma linha reta contínua, ainda que sua coordenada circunferencial se repita em ciclos de 360 graus.

Por meio de exemplo, pode-se considerar que a parte vertical esquerda da figura corresponde à coordenada axial de um anel de transdutores ultrassônicos de transmissão 12a - d, e a parte vertical esquerda da figura corresponde à coordenada axial de um anel de transdutores ultrassônicos de recepção 12a - d. Em virtude do desdobramento, a posição do mesmo transdutor ultrassônico 12a - d é mostrada repetidamente nas sucessivas tiras horizontais. Cada pico na Figura 3 corresponde ao tempo de chegada de uma onda ultrassônica ao longo de uma rota de radiação, que pode ser mostrada como uma linha reta entre as posições dos transdutores ultrassônicos de transmissão e recepção 12a, b. Em virtude da natureza repetitiva da coordenada vertical da Figura 3a, os mesmos transdutores ultrassônicos de transmissão e recepção 12a, b podem ser conectados por uma pluralidade de rotas de radiação, que diferem pelo número de vezes que a rota de radiação se espirala em torno da circunferência do tubo 10, antes de atingir o transdutor de detecção.

Os tempos de deslocamento mostrados na Figura 3 dependem do comprimento da rota de radiação e da velocidade de propagação ultrassônica pela parede da tubulação. A velocidade de propagação ultrassônica depende da espessura da parede, que define as propriedades dos modos de guia de ondas do guia de ondas, formado entre a superfície interna e a superfície externa da parede do tubo. Uma pluralidade de diferentes modos de guia de ondas do guia de ondas ultrassônico pode ocorrer, com diferentes velocidades de propagação. Por conseguinte, a mesma rota de radiação pode originar uma pluralidade de diferentes tempos de deslocamento.

Quando a espessura da parede varia localmente devido a dano no tubo 10, isso origina uma variação local da velocidade de propagação, que desloca as posições dos picos 30, obtidos com aqueles pares de transdutores 12a - d, que são conectados por rotas de radiação por uma região, com espessuras de parede localmente diferentes. Se a velocidade do som em uma região 38 da parede do tubo for diferente daquela do restante da parede do tubo, a propagação do sol pelas rotas de radiação, que passam pela região 38, vai ser detectavelmente afetada. A Figura 3A mostra rotas de radiação de um transdutor ultrassônico de transmissão para os / dos transdutores ultrassônicos de recepção, que são afetados por propagação pela região 38. Para os transdutores ultrassônicos de recepção na extremidade dessas rotas de radiação, o tempo de chegada de pulsos ultrassônicos do transdutor ultrassônico de transmissão vai ser alterado.

Em princípio, a modificação que isso faz possibilita determinar as posições circunferencial e axial da região 38 com diferente velocidade de som, a partir dos tempos de

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8/19 deslocamento medidos entre os transdutores ultrassônicos. A posição deve ser em seções transversais entre as rotas de radiação, entre os pares de transdutores ultrassônicos 12a d, que apresentam um pico deslocado. O tamanho da variação da espessura de parede pode ser determinado do grau de deslocamento dos picos.

O que foi apresentado acima se aplica às seções retas do tubo 10. O efeito em uma curva 16 é mais complicado. Em princípio, pode-se desenhar rotas de radiação para locais em uma curva 16, em um diagrama como aquele da Figura 3a. Essas rotas de radiação vão ser curvas em vez de retas, dependendo da geometria da curva 16. Pode-se tentar modificar o procedimento para determinar os locais das regiões com a velocidade de som deslocada em seções retas por aplicação dos tempos de deslocamento medida para essas rotas de radiação curvas, em vez das rotas de radiação retas.

A tomografia de tempo de deslocamento pode ser usada para formar uma imagem da velocidade do som, em função da posição no tubo. A imagem descreve a espessura da parede, ou uma ou mais propriedades de propagação do som, que dependem da espessura da parede em função da posição ao longo da superfície da parede. Proporcionando-se uma imagem, os tempos de deslocamento correspondentes, para os respectivos pares de transdutores, podem ser previstos. Em uma concretização da tomografia de tempo de deslocamento, um processador compara os tempos de deslocamento previsto com os tempos de deslocamento medidos. O resultado da comparação pode ser uma computação de uma medida diferente, por exemplo, uma soma de quadrados das diferenças entre os tempos de deslocamento medidos e previstos de diferentes pares de transdutores, mais os termos de regularização opcionais, que representam, a priori, a indicação de imagens tomográficas selecionáveis. A medida da diferença é usada para selecionar as atualizações na imagem, que reduzem a medida da diferença. Isso é repetido iterativamente até que as iterações convirjam a uma imagem, que produza uma medida de diferença mínima ou próxima do mínimo.

Para obter imagens com resolução suficiente, para detectar dano por corrosão no tubo, imagens de alta resolução são desejáveis. A corrosão acarreta, inicialmente, covinhas estreitas, que devem ser detectadas. Os pulsos com altas frequências ultrassônicas, por exemplo, 1 MHz, e a adaptação iterativa da imagem aos tempos de deslocamento dos pulsos, com esse valor de frequência, são necessários para atingir a resolução necessária. No entanto, verificou-se que quando essas altas frequências são usadas, pelo menos em alguns casos a aplicação do processo iterativo, para obter as imagens dos tempos de deslocamento medidos, não acarreta imagens suficientemente seguras. Verificou-se que isso foi porque as iterações convergem para mínimos localizados, que não representam imagens que são úteis para detectar dano ao tubo. As rotas de radiação curvas em uma curva podem também originar problemas. Verificou-se que uma curva também origina

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9/19 efeitos de lentes ultrassônicas, e que esses efeitos afetam a confiabilidade da detecção de dano.

Verificou-se que esse problema pode ser superado partindo-se de iterações de uma estimativa inicial, que é obtida por uso dessas baixas frequências ultrassônicas, nas quais a aproximação da rota de radiação não propicia imagens precisas, mesmo a uma baixa resolução. O valor de frequência ultrassônica de 50 kHz pode ser, por exemplo, usado.

A Figura 4 mostra um fluxograma do processo de adaptação de parâmetros. Em uma primeira etapa 41, o circuito de processamento de sinais 140 do circuito de excitação e detecção 14 (ou um circuito de processamento de sinais 140 acoplado ao circuito de excitação e detecção 14) obtém funções de resposta de transmissão ultrassônica entre os pares de transdutores ultrassônicos 12b, c nos primeiro e segundo anéis, respectivamente, por controle sucessivo de diferentes transdutores ultrassônicos 12b no primeiro anel, para excitar ondas ultrassônicas 10 e receber sinais ultrassônicos medidos, subsequentes às excitações dos transdutores ultrassônicos 12c, no segundo anel em períodos de tempo em uma posição temporal relativa de tempo predeterminada com relação às excitações. Os sinais ultrassônicos medidos representam o deslocamento ultrassônico na parede do tubo 10 em função do tempo, isto é, não apenas a sincronização, mas também o grau de deslocamento.

Em uma concretização, os pulsos ultrassônicos de banda larga são transmitidos com um valor de frequência cobrindo, por exemplo, uma faixa de 50 kHz a 1 MHz. De preferência, a faixa de frequência inclui frequências nas quais o comprimento de onda ultrassônico na parede do tubo 10 é maior do que a espessura da parede, até as frequências nas quais o comprimento de onda é menor do que a espessura. O resultado é um conjunto de funções de resposta da amplitude de vibração ultrassônica em função do tempo, todas elas para um respectivo par de transdutores ultrassônicos 12b, c nos primeiro e segundo anéis. As funções de resposta podem ser transformadas por transformada de Fourier, para obter componentes em diferentes frequências. Pode-se usar, por exemplo, uma FFT. Em outra concretização, uma série de pulsos ultrassônicos de faixa estreita pode ser transmitida com um valor de frequência nas respectivas frequências nessa faixa. Nesta concretização, a fase e a amplitude, e, opcionalmente, o tempo de deslocamento da resposta, para cada um desses pulsos nos transdutores de recepção 12c podem ser medidos.

Em uma segunda etapa 42, o circuito de processamento de sinais 140 ajusta um ajuste de largura de faixa W e os valores iniciais dos parâmetros de espessura de parede. Em uma concretização, a largura de faixa inicial seleciona uma única frequência (componente) de medida de, por exemplo, 50 kHz. Em uma concretização, os parâmetros de espessura de parede podem representar uma imagem da espessura, com pixels que

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10/19 correspondem a um conjunto bidimensional de posições amostradas ao longo do tubo 10, distribuídas por uma gama de posições, do primeiro anel para o segundo anel, em uma primeira dimensão, e em torno da circunferência do tubo 10, em uma segunda dimensão. Os valores definindo uma espessura uniforme podem ser usados, por exemplo, como os valores iniciais, ou uma espessura medida em um tempo mais cedo. Em uma concretização, o ajuste de largura de faixa W é usado para indicar uma taxa de subamostras, que define o subconjunto do conjunto de posições de amostra em posição subamostradas. Nesta concretização, os valores dos parâmetros, para os pontos de amostra remanescentes, podem ser interpolados entre os valores para as posições subamostradas.

As terceira à quinta etapas 43 - 45 correspondem a um estágio de computação, no qual um processo de ajuste no ajuste de largura de banda selecionado W é conduzido. O processo de ajuste no ajuste de largura de faixa selecionado W compreende iterações de etapas de atualização.

Em uma terceira etapa 43, o circuito de processamento de sinais 140 computa as funções de resposta previstas entre os pares de transdutores 12b, c nos primeiro e segundo anéis, com uma posição dependente da espessura da parede, de acordo com os parâmetros de espessura de parede. Para a computação, as espessuras de parede entre as posições amostradas podem ser definidas por interpolação entre as posições amostradas. Além do mais, na terceira etapa 43, o circuito de processamento de sinal 140 computa uma diferença entre as funções de resposta previstas e as funções de resposta medições. Em uma concretização, a computação das funções de resposta previstas é computada dependente do ajuste da largura de faixa W. Em uma concretização, a resposta prevista é computada para uma única frequência no ponto mais alto da largura de faixa W, e a diferença é computada com a resposta medida nessa frequência. Em outra concretização, a resposta prevista é computada para uma combinação de frequências até a largura de faixa, e a diferença é computada com uma combinação de respostas até a largura de faixa.

Em uma concretização, as respostas previstas entre os pares de transdutores, para as frequências acima de uma frequência mínima predeterminada, podem ser computadas por uso de uma aproximação de rota de radiação, que seleciona rotas entre os pares de transdutores e integra os efeitos da espessura ao longo das rotas, como definidas na imagem de espessura. Uma concretização da computação da predição para frequências mais baixas vai ser descrita em mais detalhes a seguir.

Nesta concretização, que é usada pelo menos na frequência mais baixa (por exemplo, 50 kHz), a computação da predição é conduzida usando um operador de propagação dependente de espessura em vez de por uso de tempos de deslocamento ao longo de rotas de radiação entre apenas os pares de transdutores.

Nesta concretização da computação, sucessivos anéis virtuais de posições

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11/19 amostradas ao longo do tubo 10 são definidos. Cada anel virtual compreende uma pluralidade de posições amostradas ao longo da circunferência do tubo 10. Os anéis virtuais sucessivos são localizados em coordenadas de amostras axiais sucessivas. Na curva 16, as direções dos anéis virtuais divergem, irradiando-se de um centro de curvatura nocional da curva 16. Desse modo, as posições das amostras em sucessivos anéis virtuais na parte externa da curva ficam mais distante do que na parte interna da curva.

Nesta concretização, os vetores da onda (amplitude e fase) na frequência de computação (por exemplo, 50 Hz) são computados para a posição de um determinado transdutor de transmissão 12b no primeiro anel, e um conjunto de vetores de onda é computado para as amostras amostradas em um primeiro anel virtual, entre os primeiro e segundo anéis dos transdutores ultrassônicos 12b, c. Subsequentemente, os vetores de onda sucessivos para a frequência de computação em outros anéis são determinados para as posições amostradas nos anéis virtuais de posições amostradas, que estão sucessivamente mais próximas do segundo anel dos transdutores ultrassônicos 12c. Para cada posição amostrada em um anel seguinte (por exemplo, virtual), o vetor de onda sucessivo é determinado de uma soma de contribuições de diferentes pontos amostrados de fonte no anel precedente (por exemplo, virtual), multiplicado por coeficientes, que são selecionados dependendo da velocidade do som c(r) no anel seguinte, no anel precedente, ou entre o anel seguinte e o anel precedente, na posição circunferencial da respectiva posição amostrada no anel seguinte, de acordo com os parâmetros do modelo (por exemplo, de acordo com a imagem da espessura). Isso se aplica quando apenas um modo de propagação nas paredes da tubulação é usado. Quando a propagação na parede suporta uma pluralidade de modos com diferentes velocidades de som, os respectivos vetores de onda para todos esses modos podem ser computados, todos do mesmo modo que para um único modo. Nesse caso, as amplitudes relativas de diferentes vetores de onda no anel inicial podem ser determinadas de fatores de acoplamento de entrada relativo para os diferentes modos. A saída total no receptor pode ser computada usando fatores de acoplamento de saída relativos predeterminados para os diferentes modos. Os fatores de acoplamento de entrada e saída, para os diferentes modos, podem ser determinados usando uma medida de calibração para uma seção de tubo padrão.

Coeficientes são usados, que dependem das posições circunferenciais da respectiva posição amostrada no anel seguinte, para o qual o vetor de onda é determinado, e dos diferentes pontos amostrados de fonte do anel precedente. Em toda a extensão de uma seção reta do tubo 10, os coeficientes dependem apenas da diferença entre as posições circunferenciais e o ponto amostrado, no qual o vetor de onda é determinado, e os pontos amostrados de fone. Mas, na curva 16 os coeficientes dependem também das posições circunferenciais individuais desses pontos (não apenas das suas posições

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12/19 relativas), por exemplo, porque a distância entre os pontos de amostragem nos anéis sucessivos é menor na parte de dentro da curva do que na parte de fora.

A dependência dos coeficientes F na posição circunferencial do anel precedente pode ser representada por uma transformação de Fourier dessa dependência. A transformação de Fourier da dependência na posição circunferencial define os coeficientes nas frequências espaciais circunferenciais Fc = 2*pi*R//L, em que R é o raio do tubo e L é comprimento de onda circunferencial. Em princípio, para uma determinada velocidade do som c, quando um modo ultrassônico único é usado, essa transformação de Fourier dos coeficientes F pode ser considerada como tendo o valor

F(L, c) = exp(-i*2*pi*k*h) com k = raiz quadrada de((f/c)²-1/L²)

Neste caso, I é uma raiz quadrada de -1: i²=-1, h é a distância entre os sucessivos anéis de pontos de amostragem (na posição circunferencial do ponto de amostragem no anel seguinte, no caso de uma curva), f é a frequência do som para o qual o vetor de onda é computado.

Os coeficientes F(Rs, c), como uma função da posição circunferencial Rs, ao longo do anel precedente, pode ser determinado por computação da transformação de Fourier inversa. No entanto, o uso de exatamente esse coeficiente, obtida da transformação de Fourier inversa, tem a desvantagem de que todos os pontos de amostragem no anel precedente precisam ser usados para cada ponto de amostragem, para o qual o vetor de onda é determinado. Em uma outra concretização, a quantidade de computações é reduzida fazendo-se com que os coeficientes F(Rs, c) sejam iguais a zero, para todos os pontos de amostragem de fonte nas posições circunferenciais Rs, que são inferiores a uma distância predeterminada da posição circunferencial do ponto de amostragem, para o qual o vetor de onda é determinado. Em outras palavras, a soma pelas posições de fonte, em diferentes posições circunferenciais no anel precedente, é estendida apenas por uma gama limitada predeterminada de posições circunferenciais, contendo a posição circunferencial do ponto para o qual o vetor de onda é computado no anel seguinte, e pelo menos uma outra posição circunferencial no anel precedente em qualquer lado. Os coeficientes diferentes de zero para os pontos de amostragem de fonte, em pelo menos três posições circunferenciais, são, por exemplo, usados, e de preferência, mais.

Neste caso, os coeficientes diferentes de zero remanescentes F(Rs, c) podem ser adaptados para aperfeiçoar a estabilidade numérica. As técnicas para fazer isso são conhecidas de per si. A estabilidade numérica pode ser julgada de uma transformação de Fourier renovada dos coeficientes, após fazer com que partes deles sejam zero, e uma determinação se os valores absolutos dos coeficientes da transformação de Fourier resultante são superiores a um. Um excesso em relação a um valor absoluto de um é, de preferência, eliminado, ou pelo menos minimizado. Um processo de otimização pode ser

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13/19 usado, em que os coeficientes diferentes de zero são selecionados de modo que minimizem uma função alvo, que aumenta com o aumento do desvio dos fatores F mencionados acima, proporcionando maior peso na função alvo para os desvios que aumentam o valor absoluto acima de um do que os desvios que não fazem isso. As tabelas dos fatores podem ser préarmazenadas e usadas na computação.

A predição das funções de resposta fica disponível, uma vez que a computação dos vetores de onda seja repetida para os sucessivos anéis virtuais, até que a posição do segundo anel dos transdutores ultrassônicos 12b tiver sido atingida.

Em resumo, na terceira etapa 43, o circuito de processamento de sinais 140 computa as funções de resposta previstas entre os pares de transdutores 12b, c, nos primeiro e segundo anéis para um tubo com uma posição dependente da espessura da parede, de acordo com os parâmetros de espessura de parede. Para pelo menos a frequência mais baixa (por exemplo, 50 Hz), a computação das funções de resposta previstas compreende a computação dos vetores de onda (amplitude e fase) para os conjuntos de pontos de amostragem nas sucessivas séries de posições circunferenciais ao longo dos sucessivos anéis virtuais ao longo do tubo. O primeiro anel compreende o local do transdutor de transmissão e o último anel compreende a posição do transdutor de recepção. Os valores do vetor de onda, no primeiro anel, são considerados como sendo zero em todas as posições circunferenciais, exceto que aqueles do transdutor de recepção.

Nos anéis virtuais sucessivos, os vetores de onda são computados para a posição de um determinado transdutor de transmissão 12b no primeiro anel, e um conjunto de vetores de onda é computado para as posições amostradas em um primeiro anel 12b, entre os primeiro e segundo anéis dos transdutores ultrassônicos 12b, c. Subsequentemente, os vetores de onda sucessivos são determinados para as posições amostradas em anéis virtuais de posições amostradas, que ficam sucessivamente mais próximas do segundo anel dos transdutores ultrassônicos 12c. Para cada respectiva posição amostrada em um anel seguinte, o vetor de onda sucessivo é determinado de uma soma de contribuições de diferentes pontos amostrados de fonte no anel precedente, multiplicado por coeficientes que são selecionados dependentes da velocidade do som c(r) no anel seguinte, no anel precedente, ou entre o anel seguinte e o anel precedente, na posição circunferencial da respectiva posição amostrada no anel seguinte, de acordo com os parâmetros do modelo (por exemplo, de acordo com a imagem da espessura). Isso é repetido até que o vetor de onda, nas posições dos transdutores de recepção no segundo anel 12c, tenha sido determinado. Isso é feito para todos os transdutores de transmissão e, se necessário, para todos os modos de contribuição de propagação. Para as frequências acima de uma frequência de limiar, as predições podem ser computadas por seleção das rotas de radiação, entre os transdutores de transmissão e recepção, e por adição dos tempos de

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14/19 deslocamento, determinados da imagem de espessura ao longo da rota de radiação. Além do mais, na terceira etapa 43, o circuito de processamento de sinais 140 computa uma diferença entre as funções de resposta previstas e as funções de resposta medições. Em vez de dirigir a determinação de uma diferença, outros tipos de comparação podem ser usados. Por exemplo, os logaritmos das funções de resposta podem ser subtraídos, ou uma razão das funções de resposta previstas e as funções de resposta medidas e comparadas com um valor de referência. Se os valores absolutos dos fatores de acoplamento de entrada e saída, que se referem aos sinais dos transdutores de transmissão e recepção para o deslocamento ultrassônico na parede do tubo, não são conhecidos, a diferença pode ser computada após aplicação de um fator de correção, que minimiza a diferença global. Geralmente, os resultados dessas comparações vão ser referidos como diferenças.

Em uma quarta etapa 44, o circuito de processamento de sinais 140 determina se a diferença satisfaz um critério de convergência. O critério de convergência pode depender do ajuste da largura de faixa W. Em uma primeira concretização, apenas a diferença entre os vetores de onda previsto e medido, para um componente de frequência maior, na ou abaixo da largura de faixa, é determinada. Em outra concretização, apenas a diferença entre os vetores de onda previsto e medido, de uma combinação de componentes de frequência (por exemplo, todos) na ou abaixo da largura de faixa, é determinada, por soma das medições de diferença para diferentes frequências. Os componentes de maior frequência das diferenças fora do ajuste da largura de faixa W são eliminados na computação do critério de convergência, pelo menos em relação aos componentes de frequência da diferença dentro do ajuste da largura de faixa W.

Se a diferença não satisfaz o critério de convergência, o circuito de processamento de sinais 140 executa uma quinta etapa 45, selecionando os valores adaptados dos parâmetros, com base na diferença, e os repete a partir da terceira etapa 43. A seleção dos valores adaptados pode ser controlada dependendo do ajuste da largura de faixa W. Na concretização com os pontos de amostra e a subamostragem, apenas os valores para um subconjunto amostrado de pontos de amostra são atualizados diretamente, e os valores dos parâmetros para o ponto de amostra remanescente podem ser interpolados.

Se a diferença satisfaz um critério de convergência, o circuito de processamento de sinais 140 executa uma sexta etapa 46, na qual se determina se o ajuste da largura de faixa W é inferior a um valor máximo Wmax. Caso seja, o circuito de processamento de sinais 140 executa uma sétima etapa 47, na qual aumenta o ajuste da largura de faixa W e executa um novo estágio de ajuste, no novo ajuste de largura de faixa W, repetindo a partir da terceira etapa 43. Neste caso, os valores dos parâmetros (por exemplo, imagem da espessura) computados com o ajuste de largura de faixa anterior W servem como os valores de parâmetros iniciais na terceira etapa 43. Em uma concretização, pelo menos no ajuste da

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15/19 largura de faixa, os valores dos parâmetros iniciais (por exemplo, a imagem da espessura) são computados por uso de propagadores, em vez de rotas de radiação.

Na concretização com os pontos de amostra e subamostragem, o aumento do ajuste da largura de faixa W aumenta o número de pontos de amostragem subamostrados, e os valores iniciais dos parâmetros para os novos pontos de amostragem subamostrados são determinados por interpolação.

Se o circuito de processamento de sinais 140 determinar na sexta etapa 46 que o ajuste da largura de faixa W tiver atingido ou excedido o valor máximo Wmax, o circuito de processamento de sinais 140 executa uma oitava etapa 48, transmitindo informações derivadas dos valores dos parâmetros. Uma imagem pode ser exibida, por exemplo, indicando a espessura de parede computada em função da posição ao longo do tubo 10, em função da posição na imagem.

Os sinais medidos representam o deslocamento (amplitude) medido na parede do tubo 10, devido às ondas ultrassônicas em uma pluralidade de frequências além dos tempos de deslocamento, pelo menos para seções curvas do tubo 10. Isto é, não apenas os tempos, mas também uma amplitude é usada. Os sinais de resposta, em função do tempo, vão ser senoidais no caso de excitação de ondas contínuas. No caso de excitação pulsante, é uma soma (integral) de senoides para diferentes comprimentos de onda na parede do tubo 10. Para a aplicação em uma seção reta, essas amplitudes de deslocamento ultrassônico também podem ser usadas, mas, nesse caso e em maiores frequências, pode ser em vez disso suficiente para usar apenas os tempos de deslocamento associados com os pulsos de resposta, que resultam de pulsos de excitação.

Na concretização da Figura 1, o circuito de processamento de sinais 140 processa a função de resposta de transmissão ultrassônica entre os pares individuais de transdutores, em sucessivos anéis dos transdutores ultrassônicos 12a - d, para formar uma imagem de espessura de parede de tubo em função da posição no tubo 10. A função de resposta de transmissão ultrassônica por uma banda larga de frequências ultrassônicas é usada, por exemplo, de 50 kHz a 1 MHz. De preferência, a faixa de frequência inclui as frequências nas quais o comprimento de onda ultrassônico na parede do tubo 10 é maior do que a espessura da parede até nas frequências nas quais o comprimento de onda é menor do que a espessura. O circuito de processamento de sinais 140 é configurado para usar um processo de ajuste de parâmetros, para valores de um conjunto de parâmetros, que descrevem a velocidade de propagação do som em função da posição no tubo 10, por exemplo, em termos de espessura de parede de tubulação.

Em um processo de ajuste iterativo, o conjunto de parâmetros é usado para computar predições das funções de resposta de transmissão ultrassônica, incluindo a amplitude de vibração ultrassônica. O circuito de processamento de sinais 140 compara

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16/19 essas predições com as funções de resposta de transmissão ultrassônica detectadas, incluindo a amplitude de vibração ultrassônica. Um resultado da comparação é usado para adaptar os valores dos parâmetros. As predição, comparação e adaptação são repetidas, até que um critério de convergência seja satisfeito. Os valores finais dos parâmetros são usados para serem transmitidos como descrição da espessura de parede de tubulação estimada.

Pelo menos em uma ou mais frequências mais baixas, são usados propagadores para computar as predições. Isso possibilita garantir convergência. Por uso de frequências muito baixas, pode-se gerar uma imagem de baixa resolução inicial. Em baixas frequências, a confiabilidade da imagem é aumentada por comparação com as predições computadas por uso de propagadores. Isso é especialmente assim quando seções curvas de tubos são incluídas. Em uma concretização, as predições para todas as frequências são computadas por uso de propagadores para seções curvas de tubos. Isto é, para os primeiro e segundo anéis de transdutores ultrassônicos 12b, c, que são separados pela parte curva 16, o processo de ajuste ajusta o deslocamento ultrassônico em função do tempo ou da frequência, e não apenas do deslocamento dos tempos de chegada de pulsos. Desse modo, a comparação, que é usada para adaptar os valores dos parâmetros, compreende uma comparação de amplitudes de transmissão, que é redundante para mera comparação de informações de tempo de deslocamento. Por conseguinte, é possível executar uma detecção mais precisa.

Para a computação da diferença entre as funções de resposta previstas e a função de resposta medida, uma transformação de Fourier temporal das funções de resposta medições, para cada par de transdutores ultrassônicos 12b, c, pode ser computada. Isso resulta em conjuntos de coeficientes de Fourier para diferentes frequências, que podem ser comparados com os novos vetores de onda computados, para as posições axial e circunferencial dos transdutores ultrassônicos 12b, c.

Uma medida de diferença pode ser computada, que é uma soma de quadrados de valores absolutos de diferenças entre os vetores de onda computados e os coeficientes de Fourier, somados pelas frequências até o ajuste da largura de faixa. Em uma concretização, as diferenças podem ser ponderadas dependendo da frequência. Equivalentemente, uma soma de quadrados de diferenças entre as amplitudes de vibrações ultrassônicas previstas e as amplitudes de vibrações ultrassônicas medidas podem ser usadas, combinadas com filtragem passa-baixos temporal das amplitudes dependentes de tempo, de acordo com o ajuste da largura de faixa W, antes e/ou depois de determinar a diferença. O critério de convergência pode ser satisfeito, se essa medida de diferença exceder um valor de limiar predeterminado.

A adaptação dos parâmetros da quinta etapa 45 envolve a aplicação de

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17/19 atualizações dependentes de posição nos valores de parâmetros de espessura. As combinações de graus de atualização para diferentes parâmetros, ou de atualizações de parâmetros individuais, são selecionadas, que afetam as diferenças entre as predições e as detecções dentro do ajuste da largura de faixa. Essas combinações de graus de atualização ou atualizações podem ser identificadas por uso dos derivados das diferenças com relação aos parâmetros de modelos disponíveis para o ajuste da largura de faixa, quando esses derivados podem ser obtidos do modelo. Os processos de ajuste da técnica anterior proporcionam essas seleções. Tipicamente, as atualizações de espessuras de parede são selecionadas nas ou próximas das rotas de radiação de espiralagem, entre os pares de transdutores ultrassônicos 12b, c, nas quais as diferenças entre as predições e detecções estão presentes. As atualizações podem ser selecionadas de acordo com qualquer técnica de otimização adequada, por exemplo, de acordo com o algoritmo de Levenberg Marquardt.

A adaptação dos parâmetros da quinta etapa 45 pode ficar concentrada na adaptação de parâmetros, ou combinações de parâmetros, que têm o maior efeito na predição no ajuste de largura de faixa. Os derivados da medida de diferença com relação àqueles respectivos dos parâmetros podem ser computados para selecionar esses parâmetros. Por exemplo, os valores de espessura podem ser atualizados apenas para um subconjunto subamostrado de posições amostradas e interpolação da espessura entre essas posições.

Quando o ajuste da largura de faixa W for aumentado, os valores de parâmetros, obtidos com menor ajuste da largura de faixa W, são usados como os valores iniciais para computar os valores de parâmetros para o maior ajuste de largura de faixa. Desse modo, resoluções espaciais crescentemente maiores de detalhes espaciais são disponibilizadas por uso de respectivas comparações em relação a uma faixa de frequência de resposta mais ampla. O uso de valores iniciais, obtidos com menos ajuste de largura de faixa, reduz o risco que o processo convirja a um conjunto de parâmetros, que é apenas localmente ótimo.

A interpolação dos valores de parâmetros para as diferentes posições no tubo 10 pode ser conduzida em qualquer modo conveniente. A interpolação com uma função linear entre posições, para as quais estão disponíveis valores, pode ser, por exemplo, usada. Outras funções de interpolação podem ser usadas, tais como funções de interpolação polinomiais, que usam coeficientes polinomiais derivados de valores de parâmetros em três ou mais posições na parede. Outras funções de interpolação incluem somas de funções de seno e cosseno do ângulo circunferencial vezes um número inteiro. Essas correspondem a uma série de Fourier. Em uma concretização, os coeficientes de uma série polinomial ou de Fourier, ou outra expansão de função, são usados como parâmetros em vez dos valores de espessura em locais distintos. Nesse caso, o número de coeficientes de Fourier, que é usado no processo de ajuste, pode ser variado na dependência do ajuste da largura de

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18/19 faixa.

Na concretização da Figura 2, uma série de transdutores é localizada em sucessivos anéis virtuais em torno do tubo, em locais circunferenciais que ficam ao longo de uma linha na direção axial do tubo, com grupos de transdutores em lados mutuamente opostos de um suporte, que é preso no tubo. As transmissão e recepção com transdutores em lados mutuamente opostos do suporte são usadas para determinar dano ao tubo no suporte.

Nesta concretização, um modelo pode ser usado, que proporciona uma função de espessura, definindo a espessura da parede de tubo em função da posição ao longo da linha de transdutores, na direção axial, e, opcionalmente, também funções de espessura, que definem a espessura ao longo de uma pluralidade de linhas paralelas adjacentes a essa linha. De outro modo, um processo de medida similar pode ser usado, compreendendo as iterações em larguras de faixa sucessivamente maiores, todas usando uma função de espessura (e outras funções de espessura opcionais) da iteração na largura de fase menor precedente, como uma função de espessura inicial (e outras funções de espessura opcionais). Por sua vez, cada iteração compreende a adaptação da função de espessura (e de outras funções de espessura opcionais) a essas predições, com base na função de espessura (e outras funções de espessura opcionais), que se aproxima dos vetores de onda medidos na frequência mais próxima, na ou abaixo da largura de faixa, ou uma combinação de frequências até a largura de faixa. Pelo menos na iteração para a frequência mais baixa, a predição é computada por uso de propagadores do tipo descrito acima.

Embora uma concretização tenha sido descrita, que usa um modelo expresso em termos de espessura de parede de tubo em função da posição, da qual a velocidade de som para diferentes frequências pode ser obtida, deve-se considerar que, alternativamente, o modelo pode definir a velocidade de som diretamente. Nesse caso, a inicialização de sucessivos processos de ajuste pode compreender a determinação da velocidade de som, em diferentes posições, para a frequência seguinte da velocidade de som prévia, por exemplo, por conversão dela temporariamente em uma espessura. As fórmulas e tabelas aproximadas relativas à espessura e à velocidade de som em função de frequência, tendo sido dada uma velocidade de som no meio ambiente, são conhecidas de per si. A Figura 5 mostra um exemplo de velocidade de som (velocidade fásica) de um modo parede, em função da espessura de parede (d é a espessura de parede dividida por dois, e kt = 2 * pi * frequência / velocidade de onda de cisalhamento no meio ambiente).

O circuito de processamento de sinais pode ser implementado como um circuito computadorizado programável, combinado com uma memória de programa, que contém instruções para fazer com que o computador programável execute as funções descritas acima. Alternativamente, parte ou todas das etapas podem ser conduzidas por circuitos

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19/19 dedicados, projetados para executar as etapas. Como usado no presente relatório descritivo, as afirmações de que o circuito de processamento de sinais é configurado para executar etapas cobrem ambas as implementações com um computador programável e circuitos dedicados. Um programa para esse computador pode ser proporcionado em um 5 produto de programa de computador, tal como uma memória semicondutora, um disco magnético ou óptico, um sinal modulado com informações representando instruções, uma fita, etc.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para executar medições ultrassônicas de propriedades de paredes de tubulações (10), o processo CARACTERIZADO por compreender:

proporcionar um conjunto de transmissores ultrassônicos (12a-d, 22) e um conjunto de receptores ultrassônicos (12a-d, 24) acoplados a uma tubulação (10) em posições mutuamente diferentes na tubulação (10);

transmitir sinais ultrassônicos dos transmissores ultrassônicos (12a-d, 22) a uma parede da tubulação (10);

detectar os sinais ultrassônicos de resposta nos receptores ultrassônicos (12a-d, 24), devido à propagação dos sinais ultrassônicos pela parede;

proporcionar um primeiro e um segundo modelos preditivos, definindo predições dos sinais ultrassônicos de resposta como uma função de um primeiro e segundo conjuntos de parâmetros, que são determinantes da velocidade ultrassônica dependente de posição na parede a uma primeira e uma segunda resoluções espaciais, a uma primeira e uma segunda frequências de som, ou frequências de som até as primeira e segunda frequências, respectivamente, a segunda frequência de som sendo maior do que a primeira frequência de som, a segunda resolução espacial sendo maior do que a primeira resolução espacial, pelo menos o primeiro modelo definindo predições de valores de vetores de onda representando amplitude e fase como uma função da posição circunferencial em anéis sucessivos em torno do tubo, como somas de valores de vetores de onda para uma pluralidade de posições circunferenciais em um precedente dentre os anéis multiplicadas por coeficientes de propagação, usando coeficientes de propagação que dependem do primeiro conjunto de parâmetros; e executar um primeiro e um segundo processo de ajuste iterativo, para ajustar uma combinação de valores dos primeiro e segundo conjuntos dos parâmetros aos sinais ultrassônicos de resposta detectados, de acordo com os primeiro e segundo modelos preditivos, respectivamente, a combinação ajustada de valores do primeiro conjunto sendo usada para iniciar o segundo conjunto para o segundo processo de ajuste iterativo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender uma série de modelos preditivos, incluindo o segundo modelo preditivo como um modelo preditivo inicial na série, cada modelo preditivo na série definindo predições dos sinais ultrassônicos de resposta como uma função de um respectivo conjunto de parâmetros, que são determinantes da velocidade ultrassônica dependente de posição na parede a uma respectiva resolução espacial a uma respectiva frequência de som, ou frequências de som até a respectiva frequência de som, as respectivas frequências de som e as respectivas resoluções espaciais aumentando para modelos preditivos adicionais sucessivos na série;

executar processos de ajuste iterativo sucessivos, cada um ajustando uma

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2/4 combinação de valores do respectivo conjunto de parâmetros de um sucessivo dentre os modelos preditivos adicionais para os sinais ultrassônicos de resposta detectados de acordo com o sucessivo dentre os modelos preditivos adicionais, respectivamente, os valores para cada processo de ajuste sucessivo seguinte sendo inicializados usando a combinação ajustada de valores de um precedente dentre os processos de ajuste sucessivos.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo modelo preditivo define predições dos sinais ultrassônicos de resposta definindo as rotas radiantes entre transmissores (12a-d, 22) e receptores (12a-d, 24), e integrando tempos de deslocamento ao longo das rotas dependentes da velocidade ultrassônica dependente de posição, determinada pelo segundo conjunto de parâmetros.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os ditos primeiro e segundo processos de ajuste compreendem a minimização de uma diferença entre as amplitudes ultrassônicas de uma resposta ultrassônica prevista e de uma resposta ultrassônica detectada.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a tubulação (10) tem uma seção curva (16) entre os transmissores ultrassônicos (12b) e os receptores ultrassônicos (12c).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os transmissores e os receptores (12a-d) são acoplados à tubulação (10), ao longo de um primeiro e um segundo anéis circunferenciais em planos transversais a uma direção axial da tubulação (10), respectivamente, em cada um dos primeiro e segundo anéis em posições circunferenciais espaçadas mutuamente.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que a tubulação (10) é suportada por um suporte (20), tendo um contato com a tubulação, os transmissores e receptores (22, 24) sendo acoplados à tubulação (10) em posições circunferenciais mutuamente espaçadas ao longo de uma linha na direção axial da tubulação (10), os transmissores e receptores (22, 24) sendo acoplados à tubulação em lados mutuamente opostos do contato, respectivamente.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os sinais ultrassônicos transmitidos são sinais de banda larga, compreendendo componentes em ambas as primeira e segunda frequências, os primeiro e segundo processos de ajuste sendo aplicados a componentes de frequência selecionados dos sinais ultrassônicos de resposta detectados.
9. Sistema para executar medições ultrassônicas de propriedades de paredes de tubulações, o sistema CARACTERIZADO por compreender:

um conjunto de transmissores ultrassônicos (12a-d, 22) e um conjunto de receptores ultrassônicos (12a-d, 24) para acoplamento a uma tubulação (10) em posições

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3/4 mutuamente diferentes na tubulação (10);

um circuito de excitação e detecção (14) acoplado aos transmissores (12a-d, 22) e receptores (12a-d, 24);

um circuito de processamento de sinais (140) acoplado ao circuito de excitação e detecção (14) para receber sinais de resposta devido à transmissão ultrassônica entre pares de transmissores e receptores (12a-d, 20, 22), o circuito de processamento de sinais (140) sendo configurado para executar um primeiro e um segundo processos de ajuste iterativo, ajustando uma combinação de valores de um primeiro e um segundo conjuntos de um primeiro e um segundo modelos preditivos para os sinais ultrassônicos de resposta detectados, respectivamente, a combinação de valores ajustada do primeiro conjunto sendo usada para inicializar o segundo conjunto para o segundo processo de ajuste iterativo, em que os primeiro e segundo modelos preditivos definem predições dos sinais ultrassônicos de resposta como uma função dos primeiro e segundo conjuntos de parâmetros que são determinantes de velocidade ultrassônica dependente de posição na parede em uma primeira e uma segunda resoluções espaciais a uma primeira e uma segunda frequências de som, ou frequências de som até as primeira e segunda frequências, respectivamente, a segunda frequência de som sendo maior do que a primeira frequência de som, a segunda resolução espacial sendo maior do que a primeira resolução espacial, pelo menos o primeiro modelo definindo predições de valores de vetores de onda representando amplitude e fase como uma função da posição circunferencial em anéis sucessivos em torno do tubo, como somas de valores de vetores de onda para uma pluralidade de posições circunferenciais em um precedente dentre os anéis multiplicados por coeficientes de propagação, usando coeficientes de propagação que dependem do primeiro conjunto de parâmetros.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o circuito de processamento de sinais (140) é configurado para usar uma série de modelos preditivos, incluindo o segundo modelo preditivo como um modelo preditivo inicial na série, cada modelo preditivo na série definindo predições dos sinais ultrassônicos de resposta como uma função de um respectivo conjunto de parâmetros que são determinantes de velocidade ultrassônica dependente de posição na parede em uma respectiva resolução espacial a uma respectiva frequência de som, ou frequências de som até a respectiva frequência de som, as respectivas frequências de som e as respectivas resoluções espaciais aumentando para sucessivos modelos preditivos adicionais na série, o circuito de processamento de sinais sendo configurado para executar sucessivos processos de ajuste iterativo, cada um ajustando uma combinação de valores do respectivo conjunto de parâmetros de um sucessivo dentre os modelos preditivos adicionais para os sinais ultrassônicos de resposta detectados de acordo com um sucessivo dentre os modelos preditivos adicionais, respectivamente, os valores para cada processo de ajuste sucessivo

Petição 870190122283, de 25/11/2019, pág. 34/41

4/4 seguinte sendo inicializado usando a combinação de valores ajustada de um precedente dentre os sucessivos processos de ajuste.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo modelo preditivo define predições dos sinais ultrassônicos de resposta definindo rotas radiantes entre transmissores e transdutores e integrando tempos de deslocamento ao longo das rotas dependentes da velocidade ultrassônica dependente de posição, determinada pelo segundo conjunto de parâmetros.
12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a tubulação (10), em que os transmissores e receptores (12a-d) são localizados na tubulação (10), a tubulação (10) tendo uma seção curva (16) entre os transmissores ultrassônicos (12b) e os transmissores ultrassônicos (12c).
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a tubulação (10), em que os transmissores e os receptores (12a-d) são acoplados à tubulação (10), ao longo de um primeiro e um segundo anéis circunferenciais em planos transversais a uma direção axial da tubulação (10), respectivamente, cada um dos primeiro e segundo anéis em posições circunferencial espaçadas mutuamente.
14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a tubulação (10), em que a tubulação (10) é suportada por um suporte (22), tendo um contato com a tubulação (10), os transmissores e receptores (22, 24) sendo acoplados à tubulação (10) em posições circunferenciais mutuamente espaçadas ao longo de uma linha na direção axial da tubulação, transmissores e receptores (22, 24) sendo acoplados à tubulação em lados mutuamente opostos do contato, respectivamente.
15. Produto de programa de computador, CARACTERIZADO por compreender um programa de instruções para um computador programável, que, quando executado pelo computador, faz com que o computador execute o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.