BRPI0010911B1 - processo para medir distribuição de espessura de material a ser medida sobre uma área contínua selecionada de um objeto, e, aparelho para realizar medição global de distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre uma área contínua escolhida - Google Patents

Abstract

"sistema de medição para medir e armazenar dados determinados de posição relativos à distribuição de espessura de material sobre áreas contínuas escolhidas, processo para medição global da distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre áreas contínuas escolhidas, aparelho para realizar medição global de distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre uma área contínua escolhida, sensor acústico para transmitir e receber sinais acústicos para medição da espessura de material, e, sistema para posicionamento automático tridimensional em um meio de propagação de sinal acústico uniforme". a invenção fornece um sistema para medir, caracterizar, verificar e determinar a posição de propriedades de material em um objeto selecionado a ser medido, em particular distribuição de espessura. uma unidade móvel de medição que é manobrada e operada manualmente ou com a ajuda de um dispositivo de transporte de controle remoto sensoria ressonância de meia onda em objetos a serem medidos e computa a distribuição de espessura. um novo sistema de posicionamento, preciso, parcialmente acústico, determina a posição da área medida.

Description

"PROCESSO PARA MEDIR DISTRIBUIÇÃO DE ESPESSURA DE MATERIAL A SER MEDIDA SOBRE UMA ÁREA CONTÍNUA SELECIONADA DE UM OBJETO, E, APARELHO PARA REALIZAR MEDIÇÃO GLOBAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ESPESSURA NO MATERIAL DE UM OBJETO A SER MEDIDO SOBRE UMA ÁREA CONTÍNUA ESCOLHIDA". A invenção é relativa a um sistema para medir espessura de material e, mais especificamente, é relativa primariamente a um processo e a um sensor para medir a distribuição de espessura em um material por meio de ressonância de meia onda no material que é submetido à medição. Além disto, a invenção é relativa a um sistema de posicionamento automático adequado para posicionar um ou mais sensores em um sistema para medir distribuição de espessura de material em um objeto que deve ser medido.

Um número de materiais utilizados em tubulações, cascos de navio, tanques e outras estruturas são de uma tal natureza que podem se desintegrar ou mudar com o tempo, como uma conseqüência de corrosão, desgaste mecânico e assim por diante. Esta desintegração ou mudança pode resultar no enfraquecimento dos materiais estruturais de suporte devido a alguns dos materiais serem descarregados para o ambiente circundante, ou porque materiais alteram suas propriedades características, de modo que eles não mais preenchem seus objetivos desejados. O efeito destes processos de desintegração e mudança é, muitas vezes, uma redução na quantidade do material efetivo. Em estruturas de material chapa, isto pode ter o efeito de r reduzir a espessura da chapa. E descoberto freqüentemente que a redução do material, que resulta das causas anteriormente mencionadas, não é distribuída igualmente, porem, que em algumas vezes existem grandes variações em espessura sobre áreas relativamente pequenas, tais como, por exemplo, podem ser observadas quando um revestimento protetor de tinta sobre a placa de aço foi danificado de tal maneira que existe contato direto de umidade com o aço, e onde corrosão de furos (“pitting”) foi deixada desenvolver. Ataque corrosivo similar também pode ser observado, por exemplo, em cascos de navio. Uma vez que o casco real é usualmente uma parte da estrutura suporte de um navio, e desde que sendo impenetrável a liquido ele assegura ao mesmo tempo a flutuação do navio e que a carga do navio não é descarregada para o ambiente circundante, é essencial manter acompanhamento do estado do material por todo o tempo e mapear qualquer desintegração do material estrutural que pode provocar um enfraquecimento da estrutura. Necessidades similares quanto a monitorar e mapear o estado de material existe em uma quantidade de outras áreas em adição àquela descrita acima para cascos de navio, tais como estruturas de pontes, de edifícios, tubos, caldeiras e tanques em instalações industriais, estradas e veículos de estrada e trilhos.

Durante anos uma quantidade de diferentes processos foram empregados para medir espessura de material e entre os processos não destrutivos processos de medição utilizando ondas de som, dominaram nas décadas recentes. Em uma forma comum, ultra-som é utilizado para medições de acordo com o princípio de eco, onde espessuras de material são determinadas com base nas medições do tempo de viagem de um sinal ultra-sônico curto, muitas vezes em uma única freqüência, o qual é refletido a partir de junções entre materiais de qualidade diferente. Uma medição de espessura é assim feita, registrando as diferenças no tempo de viagem entre os sinais ultra-sônicos devolvidos por reflexão e das diferenças registradas no tempo de viagem, espessuras são calculadas com base no conhecimento da velocidade do som em materiais através dos quais ambos, os sinais ultra-sônicos transmitidos e refletidos se propagam. Ao medir espessura utilizando o ultra-som de acordo com o princípio de eco, o sinal ultra-sônico é transmitido a partir de uma cabeça de medição na forma de um feixe que tem uma pequena seção transversal e uma abertura angular relativamente pequena. A vantagem de utilizar um feixe que tem uma pequena seção transversal e pequena abertura angular é que ele reduz a probabilidade da precisão de medição ser perturbada, uma vez que o feixe cobre uma área que inclui material de espessura variável. Contudo, isto significa que área que é caracterizada é correspondentemente pequena e que o número de medições necessário para cobrir uma área particular aumenta assim de maneira correspondente. Na prática, isto significa que tais medições em grandes estruturas são realizadas a intervalos relativamente longos, uma vez que o período de medição total podería, de outra forma, ser inaceitável. Consequentemente, ao fazer tais medições ponto a ponto existirão grandes áreas que realmente não são examinadas e onde é concebível que podería haver desvios inaceitáveis da espessura desejada de material, as quais ficariam, assim, não descobertas por um tal processo. A Publicação de Patente Norueguesa Número 179926 no nome de Red Band toma conhecido um processo para verificação do estado automática, inspeção, limpeza e ou tratamento superficial de estruturas, especialmente medições de espessura de estruturas de placa de aço e tubos, utilizando sinais ultra-sônicos a partir de uma unidade auto-propulsora de controle remoto. A unidade auto-propulsora é movida continuamente ao redor da área de teste e um transmissor transmite um sinal ultra-sônico em uma direção substancialmente perpendicular à superfície da estrutura. Um sinal refletido é recebido por um receptor, e espessura e qualidade de material no ponto de teste em questão são determinados com base neste sinal, juntamente com parâmetros tais como o tempo de viagem do sinal refletido e constantes de material. A unidade auto-propulsora efetua seu próprio posicionamento com a ajuda de pontos conhecido na estrutura. Todos os dados recebidos a respeito da forma de onda do sinal refletido são armazenados em um computador, e espessura e qualidade de material são verificados comparando dados para o sinais recebido em um ponto com dados para sinais recebidos em pontos vizinhos. A etapa é repetida para gravar dados para novos pontos de teste.

Um outro processo para medir espessura por meio de ondas de som está descrito, por exemplo, na Patente U.S. Número 3.844.166 no qual, com o auxílio de registro de ressonância de meia onda no objeto que é submetido à medição, é possível determinar espessura de material em uma área bastante limitada. A patente divulga um processo e um dispositivo para medir espessura, no qual o ultra-som é utilizado o qual é modulado em freqüência de acordo com uma lei senoidal. As ondas de som são emitidas a partir de um transdutor que focaliza onda no sentido de um ponto no qual a espessura de material deve ser medida. Ondas de som que são emitidas a partir do objeto são recebidas por um dispositivo receptor projetado para a finalidade. Em ffeqüências onde ocorre ressonância de meia onda, é feito um registro do tempo que leva para contar dois números predeterminados de períodos inteiros do sinal acústico, e o tempo registrado faz então parte de uma fórmula de cálculo especificada, pela qual a espessura de material no ponto de teste selecionado é determinada. Como para o processo de medição descrito anteriormente, este último processo mencionado também fornece um único valor para a espessura de material em um ponto, como um resultado de cada medição individual. O Pedido de Patente Número 153.029 em aberto a pelo Escritório de Patente Norueguês, toma conhecido um aparelho de inspeção para investigações ultra-sônicas da parede de um tubo enquanto o aparelho é movido ao longo da superfície interior do tubo. O aparelho compreende, no mínimo, um sensor na forma de uma sonda de roda na qual no mínimo um transdutor ultra-sônico está localizada em uma câmara cheia com acoplante acústico, no qual a câmara é na forma de uma roda giratória que tem um pneu elástico compacto posicionado junto a uma borda anelar e rígida. O transdutor é preso dentro da roda em relação ao corpo do aparelho de inspeção em uma posição onde o sinal emitido a todos os momentos é direcionado no sentido do ponto no qual a roda está em contato com o material que está sendo inspecionado, ao mesmo tempo que a roda gira quando o aparelho se move ao longo da superfície do material. O sinal acústico é acoplado por meio do acoplante através da borda anelar e então através do pneu elástico compacto que está em contato com a superfície do material do tubo que deve ser inspecionado. O sensor é também dotado de uma ou mais membranas elásticas as quais, para finalidade de equalização de pressão, servem apenas para retirar quaisquer variações em volume que possam ocorrer no acoplante ou no gás possível presente na câmara sensora em forma de roda, devido a variações de temperatura e parcialmente devido a variações de pressão quando, por exemplo, é levantada ou abaixada. Este aparelho de medição é assim limitado em cada seqüência de medição a investigar somente uma área muito limitada do material que está sobre os pontos tangenciais entre a superfície de material e a sonda de roda. t E portanto desejável ter um processo e um aparelho disponíveis que permitam que dados sejam obtidos em cada medição individual sobre uma grande área contínua que caracteriza completamente qualquer espessura variável de material sobre toda a área. Em casos onde o mapeamento de espessuras de material compreende áreas que tem uma extensão maior do que a área que pode ser coberta por um aparelho de medição de acordo com a invenção, é necessário fazer um número controlado de medições até que toda a área em questão tenha sido coberta, e ao mesmo tempo determinar a posição de cada área medida individualmente. Possibilidades para controlar as medições serão também de importância para medições de objetos conhecidos a serem medidos, quando repetição de medições durante, por exemplo, inspeções periódicas, possam ser tomadas consideravelmente mais eficientes concentrando a atividade de medição em áreas particulares onde medições anteriores revelaram a ocorrência substancial de mudanças no material. Controle de medições com base no conhecimento da estrutura do objeto a ser medido será também desejável para possibilitar fazer uma interpretação mais correta dos resultados de medição. A presente invenção fornece um novo aparelho e um novo processo pelo qual é possível fazer uma medição completa da distribuição de espessura no material de um objeto que deve ser medido sobre uma área contínua escolhida de dito objeto.

Além disto, a invenção fornece um novo sistema de posicionamento automático para determinação de posição rápido e preciso, que é adequado para determinar a posição de áreas de um objeto que são submetidas a medições de distribuição de espessura. Um novo sistema de medição também é fornecido, o qual, em adição a dito novo aparelho de medição e dito novo sistema de posicionamento, pode também incluir um ou mais aparelhos de transporte de e sistemas de processamento e transferência de dados, com cujo sistema de medição é possível fazer medições controladas de distribuição de espessura em um material de um objeto conhecido a ser medido e a coletar, armazenar e apresentar os resultados de medição. A invenção será explicada agora em mais detalhe com o auxílio de configurações tomadas como exemplo com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma possível configuração de um sistema para medir distribuição de espessura em um material, que inclui posicionamento de acordo com a invenção, A Figura 2 mostra uma configuração possível de um sistema operado manualmente para medir distribuição de espessura em um material de acordo com a invenção; A Figura 3 mostra exemplos de sequências de sinal durante uma medição de distribuição de espessura de acordo com a invenção; A Figura 4 mostra esquematicamente em seção um desenho de um possível sensor de medição de acordo com a invenção; A Figura 5 mostra esquematicamente em seção um desenho de um sensor de medição possível alternativo com controle de pressão de acordo com a invenção; A Figura 6 mostra esquematicamente em seção um desenho de um possível sensor de medição alternativo que tem um acoplante substancialmente sólido e membrana de acoplamento dobrável, de acordo com a invenção na qual também a propagação de sinal de um sinal de excitação acústico de banda larga em uma possível configuração de um sensor de medição é mostrada esquematicamente; A Figura 7 mostra em uma configuração possível um sensor manual de acordo com a invenção; A Figura 8 mostra esquematicamente os parâmetros geométricos para determinação de posição utilizando o sistema de posicionamento de acordo com a invenção; A Figura 9 mostra uma configuração possível de um sistema de medição com uma pluralidade de sensores, operado por meio de uma unidade de transporte com controle remoto, para medições de distribuição de espessura de acordo com a invenção. A presente invenção fornece um sistema de medição como mostrado na Figura 1 para medir e armazenar dados de posição determinados relativos à distribuição de espessura de material sobre áreas contínuas escolhidas compostas de uma ou mais áreas de teste menores, caracterizado pelo fato de incluir: 1) Aparelhos móveis para medições globais de distribuição de espessura no material do objeto a ser medido, cujos aparelhos, utilizando os sensores acústicos de banda larga adaptados para a finalidade e tendo cobertura de superfície relativamente grande, medem e computam a distribuição de espessura no material abaixo dos sensores analisando o conteúdo de energia de ressonância de meia-onda em sinais acústicos quer são emitidos a partir do objeto submetido à medição em resposta a sinais acústicos de banda larga que são transmitidos para dito objeto, os sinais anteriormente mencionados sendo recebidos e transmitidos, respectivamente, pelos sensores acústicos de banda larga anteriormente mencionados; 2) um sistema de posicionamento tridimensional automático, cujo sistema de posicionamento que mede diferenças no tempo de viagem entre sinais de posicionamento acústicos e eletromagnéticos relacionados temporalmente emitidos a partir de respectivas estações de referência localizadas em posições predeterminadas e unidades móveis associadas com o sensor acústico anteriormente mencionado, que utilizam estações base intermediárias que recebem os sinais de posicionamento eletromagnéticos e acústicos, computa as posições de unidades móveis sem requerer linha de visão entre estações de referência e unidades móveis; 3) uma unidade de coleta de dados para coletar e processar no mínimo os dados de distribuição de espessura fornecidos pelos aparelhos anteriormente mencionados para medir distribuição de espessura e os dados de posição e dimensionais dos pontos de teste fornecidos pelo sistema de posicionamento anteriormente mencionado; 4) uma unidade de transferência de dados para transferir para a anteriormente mencionada unidade de coleta de dados no mínimo os dados de distribuição de espessura a partir dos aparelhos anteriormente mencionados para medir distribuição de espessura e os dados de posição tridimensionais dos pontos de teste a partir do sistema de posicionamento anteriormente mencionado; 5) um banco de dados que contêm dados relativos ao objeto submetido à medição, para no mínimo aplicação ao realizar medições de distribuição de espessura e posicionamento, cujo banco de dados é capaz de ser atualizado com novos dados a partir da unidade coletora de dados anteriormente mencionada.

Na Figura 1 existe uma ilustração esquemática de uma configuração portátil da invenção, na qual um sensor manual para medições de distribuição de espessura é equipado com um transdutor de posicionamento e antena RF, no qual estes por sua vez são conectados a um suprimento de energia e a uma unidade eletrônica que o operador carrega em seu cinto. A Figura 2 ilustra um sistema similar e indica uma possível necessidade por linha de visão entre unidades individuais no sistema. Para controle das medições, o sistema de medição pode também incluir uma unidade de controle conectada ao banco de dados, na qual a unidade de controle produz dados de controle para controlar medições de distribuição de espessura. A informação de controle é transmitida ao operador, o qual então, com o auxílio do sistema de posicionamento, coloca o sensor de posição na posição correta para em seguida fazer uma medição específica da área. Para medições de grandes objetos tais como, por exemplo, o casco de um navio que está na água, seria vantajoso substituir a operação manual que podería ser realizada por, por exemplo, um mergulhador por um vaso submarino controlável como mostrado na Figura 4. O sistema de medição de acordo com a invenção irá então também incluir uma unidade de propulsão móvel controlável que recebe os dados de controle e que serve como uma unidade de propulsão para mover os sensores de medição através do objeto que deve ser medido, para realizar medições de distribuição de espessura de acordo com os dados de controle que ela recebe. A Figura 9 mostra um sistema que tem uma unidade de propulsão controlada, a qual move uma pluralidade de sensores para medições de distribuição de espessura, as quais, ao mesmo tempo de maneira eficiente e de maneira relativamente rápida, podem fornecer cobertura completa de uma grande área de teste. O sistema ilustrado indica uma configuração possível com duas fileiras de sensores na qual os sensores são deslocados aproximadamente meia largura de sensor um em relação ao outro para fornecer um certo grau de superposição. Um vaso ou unidade de propulsão que faz parte do sistema de medição de acordo com a invenção, pode também ser controlado utilizando uma câmara de televisão, a qual, por meio de transmissão de imagens para um console e o painel de operador, irá permitir a um operador remoto monitorar o progresso e tomar medidas corretivas se necessário. Por meio de um console de operador existe também a possibilidade de controlar as medições manualmente.

Sistema sensores em outros padrões e configurações também serão adequados para medições de objetos que tem um grau variável de curvatura de superfície, em particular com uma visada para medir objetos alongados, cilíndricos tais como, por exemplo, tubos cilíndricos circulares, onde sensores colocados na periferia de um circulo ou de uma hélice estendida irão permitir medições contínuas de tais objetos. Tais sistemas sensores podem concebivelmente ser movidos através de uma tubulação, ou similar, por meio de um cabo de tração, um dispositivo de transporte auto-propulsor, por meio da pressão/corrente de um fluido ou de uma outra maneira. A presente invenção também fornece um processo de medição global da distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre áreas contínuas escolhidas, caracterizado pelo fato de incluir: 1. Gerar sinais de excitação elétricos de banda larga que incluem componentes de freqüência dentro da área de teste em questão; 2. Converter os acima mencionados sinais de excitação elétricos de banda larga para sinais acústicos de banda larga; 3. Transmitir os acima mencionados sinais acústicos de banda larga para o objeto a ser medido; 4. Receber sinais de resposta acústicos emitidos a partir do objeto a ser medido em resposta aos acima mencionados sinais acústicos de banda larga transmitidos; 5. Converter os acima mencionados sinais de resposta acústicos emitidos por meio de dito objeto para sinais de receptor elétricos; 6. Condicionar os sinais acima de receptor anteriormente mencionados; 7. Analisar ditos sinais de receptor condicionados para derivar distribuição espectral da energia de sinal nos sinais de receptor condicionados anteriormente mencionados; 8. Computar distribuição de espessura com base no conteúdo de ressonância de meia-onda na acima mencionada distribuição espectral.

Para a armazenagem dos resultados de medição para processamento subsequente ou, por exemplo, para planejar e realizar mais tarde investigações similares, o processo poderia também incluir o registro dos resultados das computações de distribuição de espessura. Além disto, pode ser apropriado para um operador ou inspetor receber uma apresentação imediata dos resultados de medição para, por exemplo, ou monitorar a qualidade dos resultados ou decidir de uma vez quaisquer medidas requeridas em conseqüência dos resultados obtidos, e o processo poderia, portanto, também incluir uma etapa para a apresentação dos resultados com processamento associado para a apresentação em uma maneira adequada para isto. A geração de sinais de excitação de banda larga pode ser feita com o auxílio de um gerador de sinal eletrônico que pode ser ajustado para uma forma de sinal e força de sinal adequados, preferivelmente por meio de uma unidade de controle que monitora o sinal refletido. Um sinal de excitação adequado pode ser caracterizado como a seguir: • o sinal de excitação é dividido em um número de pulsos de excitação separados; • cada pulso de excitação individual pode ter qualquer forma que tem um conteúdo de freqüência que cobre toda a faixa de freqüência em questão; • exemplos de formas de pulso incluem seno(x)/X, chilreio, transiente e ruído branco; • a duração de cada pulso de excitação individual é ajustada de modo que ela não interfere com o sinal resposta refletido a partir do objeto submetido à medição; • o intervalo de tempo entre cada pulso de excitação foi adaptado de modo que pulso refletido da estrutura cai abaixo de um nível dado; • o conteúdo de energia em cada pulso individual é ajustado preferivelmente de maneira automática, dentro de dados limites até que a energia no sinal refletido tenha alcançado um nível desejado; • os parâmetros característicos para o pulso são controlados por software na unidade de controle.

Um sinal refletido típico que é recebido e processado pelo processo de acordo com a invenção, pode ser caracterizado como a seguir: • o sinal consiste de duas partes principais, uma reflexão e uma cauda; • a reflexão primária vem primeiro e contém principalmente ffeqüências que não refletem a ressonância de meia-onda no objeto que deve ser medido; • a cauda contém principalmente ffeqüências que refletem as ressonâncias de meia-onda no objeto que deve ser medido; • ambas, a reflexão primária e a cauda podem ser utilizadas na computação da espessura e distribuição de espessura; • o software que controla a análise e computação determina com base em critérios fornecidos, que partes do sinal refletido e cauda devem receber importância na computação de espessura média e distribuição de espessura do objeto que deve ser medido; • o conteúdo de energia da parte do sinal refletido que é desejada utilizar para a computação de espessura é adaptada para a faixa de medição dos conversores AD controlando energia emitida e/ou ajustando a amplificação do sinal refletido recebido; • o processo realiza ajustamento do conteúdo de energia do sinal refletido por meio de controle automático através do software (auto-ordenação). O processamento de sinal e a computação de distribuição de espessura feita por meio do processo de acordo com a invenção pode incluir o seguinte: • FTT (Transformada Rápida de Fourier) é tomada de parte do sinal refletido que é desejável utilizar na computação de espessura; • com base em FTT um espectro de energia é formado, o qual reflete o conteúdo de energia no sinal refletido como uma função de freqüência; • os espectros de energia a partir de um número de pulsos são feitos médios para fornecer uma melhor avaliação das propriedades dinâmicas do objeto a ser medido; • o espectro de energia é normalizado na característica de freqüência total do sensor; • com base em avaliações estáticas do espectro de energia normalizado, a freqüência média (fm), a freqüência mais baixa (fn) e a freqüência superior (f0) são encontradas; • com base nestas freqüências características e a velocidade do som no objeto que deve ser medido, as espessuras características do objeto são encontradas; • o processo encontra a espessura média e a distribuição de espessura do objeto que deve ser medido na área em questão por meio de considerações de energia • a fase no sinal de resposta é opcionalmente analisada em conjunto com considerações de energia, ou sozinha, para melhor aprimorar as medições. A invenção também fornece um aparelho para realizar toda a medição global de distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre uma área contínua escolhida, caracterizado pelo fato de compreender: 1) um gerador de sinal para gerar sinais de excitação elétricos de banda larga; 2) um sensor de banda larga que tem no mínimo um transdutor para converter sinais de excitação elétricos em sinais de excitação acústicos, transmitir sinais de excitação acústicos, receber sinais de resposta acústicos e converter sinais de resposta acústicos para sinais de receptor elétricos; 3) um dispositivo de processamento para condicionar condicionamento de análise espectral de sinais de receptor elétricos; 4) um dispositivo de cálculo para calcular distribuição de espessuras de material com base em resultados de análise espectral; 5) um dispositivo de controle conectado operacionalmente a, para o seu controle, dita fonte de sinal, sensor, dispositivo de processamento e dispositivo de cálculo.

Para armazenar os resultados a partir das medições, o aparelho irá também incluir um ou mais dispositivos de registro conectados a dito dispositivo de controle e dito dispositivo de cálculo. Um número de dispositivos diferentes pode concebivelmente ser utilizado para armazenagem dos resultados, tais como o gravadores de fita magnética, disquetes de computador, armazenagem em massa baseada em semicondutores, armazenagem em disco, impressões de papel legíveis por máquina, fitas perfuradas, e similares. Para permitir observação dos resultados por meio de, por exemplo, um operador ou um inspetor, o aparelho pode também incluir um ou mais dispositivos de saída de dados conectados ao dispositivo de controle e ao dispositivo de cálculo para processamento e apresentação da distribuição de espessura computada. Os dispositivos de saída que são adequados para esta finalidade podem, por exemplo, ser impressoras com base em papel, telas mostradoras que têm reprodução colorida ou monocromática nica do tipo raio cátodo, do tipo plasma, do tipo cristal líquido (LCD), ou similar.

Transdutores de excitação e configurações de tais que são adequadas para a finalidade podem também ser descritas pelo que segue: • os elementos transdutores podem transmitir ou receber ou, ao mesmo tempo transmitir e receber; • se desejável, a escolha pode ser feita para transmitir em elementos selecionados e receber em outros elementos; • o pulso de excitação pode ser transmitido para todos os elementos simultaneamente ou somente para elementos selecionados; • a configuração de transdutores de excitação pode ser controlada por meio do software no dispositivo de controle. A invenção também fornece um sensor acústico para transmitir e receber sinais acústicos para medir a espessura de material, caracterizado pelo fato de incluir um conjunto transdutor que tem um ou mais transdutores de banda larga colocados em um dispositivo de montagem, uma carcaça de sensor que essencialmente é enchida com um acoplante que é adequado para a propagação de onda acústica, cuja carcaça de sensor de um lado tem uma saída definida para sinais acústicos, em cuja carcaça de sensor o conjunto transdutor acima mencionado é colocado em uma área do lado oposto da saída acima mencionada, no qual os transdutores acima mencionados são arranjados e adaptados de modo que sinais acústicos emitidos a partir de cada transdutor individual são propagados através do acoplante diretamente para a saída da carcaça sensor de modo que as ondas acústicas iluminam essencialmente de maneira uniforme a área de saída. Para aplicações onde um objeto que deve ser medido está submerso em um líquido ou outro fluido que é adequado para a propagação de ondas acústicas, tais como, por exemplo, água doce ou água do mar, deve ser assegurado que a carcaça de sensor está cheia com ou liquido fluido antes do início do procedimento de medição. Para entre outras coisas simplificar manutenção do sensor, será desejável ter a carcaça do sensor enchida todo o tempo com um acoplante puro tal como, por exemplo, água doce, um gel, ureol, óleo, ou uma substância quase sólida, e a carcaça do sensor é então feita como uma carcaça estanque à pressão e equipada com uma membrana mais ou menos flexível ou dobrável sobre a área de saída da carcaça de sensor para separar o acoplante interno do sensor do meio circundante. Uma configuração de sensor estanque à pressão, equipado com uma membrana flexível ou dobrável como mostrado nas Figuras 4, 5, 6 ou 7, é adequado para realizar medições de objetos que não estão submersos em um meio que por si mesmo produz acoplamento de sinais acústicos. O acoplamento necessário a um objeto seco deste tipo é obtido comprimindo o lado de saída do sensor contra o objeto a ser medido e a uma pressão adequada, de modo que a superfície da área de saída seja adaptada à superfície do objeto e esteja assim bem acoplada ao objeto a ser medido, sem a utilização de um acoplante. Para assegurar boa adaptação da superfície da membrana ao objeto a ser medido, um sensor enchido com um acoplante liquido ou gelatinoso podería também ser equipado com uma bomba de pressão que controla a pressão do acoplante contra a membrana em relação à pressão exercida entre o sensor e o objeto a ser medido. Uma configuração que é adequada para esta finalidade está mostrada na Figura 5, onde a carcaça do sensor é dividida de modo que uma primeira parte que inclui área de saída é arranjada de modo a ser móvel e com vedação em uma maneira como pistão em relação à segunda parte da carcaça de sensor, de modo que pressão no interior da carcaça de sensor é ajustada pela força de reação a partir do objeto, preferivelmente estacionário, a ser medido quando a primeira parte da carcaça do sensor repousa contra o dito objeto e a segunda parte da carcaça de sensor é comprimida na direção do objeto. Controle da pressão do acoplante contra a membrana também pode ser obtido de outras maneiras, por exemplo, por meio de um dispositivo adicional que cria pressão no acoplante, tal como uma bomba controlável ou o recipiente pressurizado conectado à carcaça de sensor, que opcionalmente pode também interagir com um dispositivo sensor que sensoria a pressão exercida pelo sensor contra o objeto que deve ser medido e com isto ajusta a pressão no acoplante de maneira correspondente. Configurações vantajosas de um sensor de acordo com a invenção também podem ser caracterizadas pelo seguinte: • o sensor pode ser constituído de uma pluralidade de elementos transdutores que podem consistir de, por exemplo, cerâmica ou piezo filmes. Um exemplo de um transdutor é Reson BAS-S, S/N4597002; • os elementos transdutores podem ter a mesma focalização geométrica do objeto a ser medido; • os elementos transdutores podem ser divididos em diversos grupos que têm as mesmas propriedades (mesma área de teste para espessura), de modo que os grupos juntos cobrem toda a faixa de medição do sensor; • os elementos transdutores em cada grupo podem irradiar o objeto a ser medido a partir de diferentes posições no espaço; • os elementos transdutores podem ambos, transmitir pulsos de excitação e registrar energia refletida; • a energia pode ser transmitida entre os elementos transdutores e o objeto a ser medido por meio de uma guia de onda; • os elementos transdutores podem ter faixas de freqüência superpostas.

Em uma outra configuração vantajosa como mostrado nas Figuras 4, 5 ou 6, o conjunto transdutor é estanque à pressão e preso de uma maneira estanque à pressão na carcaça de sensor de modo que duas câmaras são formadas na carcaça de sensor onde a primeira câmara que é definida pela carcaça de sensor conjunto transdutor e saída, essencialmente será enchida com um meio adequado para propagação de onda acústica, enquanto a segunda câmara é uma câmara de ar que pode ser utilizada para outras finalidades, tais como, por exemplo, localização de eletrônica, fiação, mostrador de dados, dispositivo operacional e similares. Ao tomar medidas de um objeto que está submerso em um fluido, onde o fluido é adequado como um acoplamento ou acoplante, a membrana na área de saída de sinal pode ser omitida e o enchimento da primeira câmara com o fluido como acoplante pode por exemplo ter lugar quando o sensor está submerso no fluido. A invenção também fornece um sistema para posicionamento automático tridimensional em um meio de propagação de sinal acústico uniforme, no qual não há requisito para linha de visão entre o posicionamento do objeto e o posicionamento de pontos de referência, caracterizado pelo fato de incluir: 1) no mínimo uma unidade estação de referência que inclui um dispositivo de controle, no mínimo um receptor para sinais eletromagnéticos, no mínimo um transmissor para sinais eletromagnéticos e no mínimo um transmissor acústico, cujo transmissor acústico é localizado em uma primeira posição predeterminada; 2) no mínimo uma unidade móvel, cuja unidade móvel inclui um dispositivo de controle, no mínimo um receptor para sinais eletromagnéticos, no mínimo um transmissor para sinais eletromagnéticos e no mínimo um transmissor acústico, cujo transmissor acústico é localizado em uma segunda posição; 3) no mínimo uma unidade estação base localizada em uma terceira posição, cuja unidade estação base mede e computa sua própria posição e aquela das unidades móveis, respectivamente, cuja estação base inclui: no mínimo um dispositivo de controle para no mínimo controlar a transmissão de sinais de controle; no mínimo um transmissor de sinal eletromagnético; no mínimo um receptor de sinal eletromagnético localizado em um primeiro local de localização predeterminada em relação a acima mencionada terceira posição; no mínimo três receptores acústicos nos quais respectivamente cada um de tais receptores acústicos é também localizado em locais de localização predeterminada em relação a acima mencionada terceira posição; e um dispositivo de cálculo que é alimentado de dados de posição para indicar a respectiva primeira posição das estações de referência acima mencionadas, um sinal de controle a partir do dispositivo de controle, e sinais a partir de no mínimo um receptor eletromagnético e no mínimo três receptores acústicos da respectiva estação base; no qual a estação base transmite eletromagneticamente sinais de controle de cada estação de referência e unidade móvel,respectivamente, por sua vez e separadamente, em resposta a sinais de controle recebidos eletromagneticamente a partir da estação base e transmite em um e no mesmo momento do tempo um sinal eletromagnético e um sinal acústico, cujo sinal eletromagnético e sinal acústico são recebidos respectivamente pelo receptor eletromagnético da estação base e receptores acústicos, pelo que, medindo a diferença no tempo de viagem entre o sinal eletromagnético recebido e os sinais acústicos recebidos as estações base computam sua própria terceira posição acima mencionada e a primeira posição acima mencionada de cada unidade móvel. Em uma configuração vantajosa, que permite posicionamento em períodos de tempo relativamente mais curtos sem haver uma conexão de sinal de posicionamento entre as diversas unidades individuais do sistema, uma ou mais das unidades base dos sistemas e unidades móveis incluem dispositivo de navegação inercial. Exemplos de dispositivos de navegação inercial para esta finalidade são giroscópios mecânicos, giroscópios a laser do tipo de fibra ótica ou do tipo laser anel, acelerômetros multiaxiais e similares. O sistema também pode ser combinado com outros sistemas tais como, por exemplo, sistemas de navegação com base em satélite, para estender sua área de cobertura onde tais outros sistemas estão disponíveis. A Figura 8 mostra esquematicamente os parâmetros que estão incluídos na geometria de um sistema de acordo com a invenção para determinar posições. As posições relativas p', rO', e rl' são determinadas em relação ao sistema de coordenadas X', Y', da estação base e combinadas para fornecer a posição P em relação ao sistema de coordenadas X, Y.

Uma seqüência de posicionamento pode ser iniciada como requerido em, por exemplo, uma configuração de sistema como mostrado na Figura 2, por meio de um operador pressionar um botão em uma cabeça sensora de medição na qual está montada uma unidade de posicionamento móvel que deve ser determinada por posição. Quando pressão é aplicada ao botão, a unidade móvel P transmite por meio de seu modem RF um sinal de chamada para uma estação base que, por sua vez, por meio de seu próprio modem RF envia um sinal de recepção de volta para a unidade móvel Pp. Quando o operador faz uma medição utilizando a cabeça sensora de medição, a unidade móvel P transmite através do modem RF uma mensagem de início, ao mesmo tempo que também transmite um sinal acústico. Quando a estação base intercepta o sinal RF ela inicia uma coleta de sinais acústicos a partir de seus microfones. Tendo coletado sinais acústicos durante um período particular de tempo, a estação base computa a posição da unidade móvel em relação à sua própria. A estação base então transmite através de seu modem RF um sinal para a estação de referência, caracterizado RO que sua vez transmite o sinal acústico em resposta ao sinal RF recebido, pelo que, a estação base coleta estes sinais acústicos durante um período particular de tempo e computa a posição da estação de referência RO em relação à sua própria. Combinando estas três posições relativas, a posição da unidade móvel é então computada, e os dados de posição são subseqüentemente transmitidos juntos com uma estampa selo de tempo através do modem RF para a unidade móvel P que, por sua vez, transfere os dados de posição para a armazenagem e/ou apresentação, juntamente com os outros dados de medição.

Em uma configuração alternativa para a utilização do sistema de posicionamento de acordo com a invenção em ambientes que não são adequados para a utilização de modems RF, modems óticos que utilizam a parte do espectro eletromagnético que está em, ou junto à faixa visível serão utilizados. Tais modems óticos serão adequados ao utilizar o sistema de posicionamento em, por exemplo, água, ou em outros ambientes onde condições podem ser desfavoráveis para ondas de rádio devido a, por exemplo, reflexões poderosas, a atenuação ou ruído de rádio ffeqüência.

Além de transferir seus próprios dados de controle e dados de posição, o sistema de posicionamento de acordo com a invenção pode também incluir instalações de transmissão e instalações de armazenagem para dados relativos a medições de distribuição de espessura de acordo com a invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims (8)

1. Processo para medir distribuição de espessura de material a ser medida sobre uma área contínua selecionada de um objeto, a dita área selecionada sendo composta de uma pluralidade de pequenas áreas de teste individuais, o processo compreendendo: gerar um sinal de excitação de pulso elétrico de banda larga incluindo componentes de frequência dentro de urna faixa de medição corrente, converter o sinal de excitação de pulso elétrico de banda larga a um sinal de excitação de pulso acústico de banda larga, enviar o sinal de excitação de pulso acústico de banda larga na direção do objeto, receber um sinal de resposta acústico emitido pelo objeto como uma resposta ao sinal de excitação de pulso acústico de banda larga, converter o sinal de resposta acústico emitido do objeto para um sinal de recebimento elétrico, condicionar os sinais de recepção, processar o sinal de recepção condicionado para derivar a distribuição espectral da energia do sinal no sinal de recepção condicionado, caracterizado pelo fato de também compreender: computar a distribuição de espessura na área selecionada do objeto com base no conteúdo de ressonância de meia onda da distribuição espectral da energia de sinal do sinal de recepção condicionado; em que computar a distribuição de espessura na área selecionada inclui normalizar o espectro de energia na característica dc frequência total de um transdutor empregado para converter o sinal de excitação de pulso elétrico de banda larga no sinal de excitação de pulso acústico de banda larga, e integrar o espectro de energia normalizado sobre a área de seleção do objeto e uma faixa de frequência correspondente à faixa de medição de espessura corrente.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de processamento inclui identificar duas partes principais do sinal de recepção como sendo uma parte de reflexão e uma parte de cauda, respectivamente, e que partes da distribuição espectral da energia de sinal do sinal de recepção condicionado que podem ser referidas a uma respectiva parte principal, são ponderadas diferentemente de partes que podem ser referidas a uma respectiva parte principal distinta, quando se computa a distribuição de espessura.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o processamento para derivar a distribuição espectral da energia de sinal do sinal de recepção condicionado é realizado por meio de FFT (Transformada de Fourier Rápida).

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o sinal de excitação de pulso de banda larga é sinal sen (x)/x de ruído com chiado, transiente ou em branco.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a duração do sinal de excitação de pulso é adaptada de tal forma que o sinal de excitação de pulso não interfira nos sinais de resposta acústica emitidos pelo objeto.

6. Aparelho para realizar medição global de distribuição de espessura no material de um objeto a ser medido sobre uma área contínua selecionada, a dita área selecionada sendo composta de uma pluralidade de pequenas áreas de teste individuais, o aparelho compreendendo: um gerador de sinal para gerar sinais de excitação elétricos de banda larga incluindo componentes de frequência dentro de uma faixa de medição atual; um sensor de banda larga, que tem no mínimo um transdutor para converter os sinais de excitação elétricos em sinais de excitação de pulso acústicos de banda larga para (i) transmitir os sinais de excitação de pulso acústicos de banda larga em direção ao objeto, para (ii) receber sinais de resposta acústicos emitidos pelo objeto como uma resposta aos sinais de excitação de pulso acústicos de banda larga, e para (iii) converter sinais de resposta acústicos emitidos pelo objeto em sinais de receptor elétricos; um dispositivo de processamento para condicionamento e análise espectral de sinais de receptor elétricos, para derivar a distribuição espectral da energia de sinal no sinal de recepção condicionado; caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: um dispositivo de cálculo para calcular distribuição de espessura na área selecionada do objeto com base no conteúdo de ressonância de meia onda da distribuição espectral da energia de sinal do sinal de recepção condicionado; e um dispositivo de controle conectado operacionalmente à fonte de sinal, ao sensor, ao dispositivo de processamento e ao dispositivo de cálculo para o controle dos mesmos.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de também incluir um dispositivo de registro conectado funcionalmente a dito dispositivo de controle e dispositivo de cálculo para registrar o resultado da computação de distribuição de espessura.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de também incluir um dispositivo de saída de dados conectado funcionalmente a dito dispositivo de controle e dispositivo de cálculo para processamento e apresentação da distribuição de espessura computada.