BRPI0912711B1 - Métodos de produzir um modelo de temperatura e um modelo de altura de uma superfície de um objeto, meio de armazenamento legível por computador, e dispositivo para modelar uma superfície de um objeto - Google Patents

Abstract

métodos de produzir um modelo de temperatura e um modelo de altura de uma superfície de um objeto, produto de programa de computador, dispositivo para modelar a superfície de um objeto e sistema para monitorar uma tubulação ou tanque de armazenamento. um método de produzir um modelo de temperatura de uma superfície (3) de um objeto (2) usando transdutores ultra-sônicos (4, 5) compreende as etapas de ajustar iterativamente um modelo de temperatura usando tempos de percurso medidos de ondas ultra-sônicas e suas previsões com base em modelo. as ondas ultra-sônicas usadas para produzir o modelo de temperatura são preferivelmente ondas ultra-sônicas substancialmente não dispersivas. o método pode ainda envolver um modelo de altura da superfície (3), cujo modelo de altura é produzido usando ondas ultra-sônicas substancialmente dispersivas e é corrigido usando o modelo de temperatura.

Description

[001] A presente invenção se refere à modelação ultrassónica. Mais em particular, a presente invenção se refere a um método e dispositivo para modelar a superfície de um objeto, tal como um tubo, usando ondas ultrassónicas. Os modelos produzidos com a presente invenção podem compreender modelos de temperatura, modelos de altura, ou ambos.

[002] É bem conhecido usar ondas ultrassónicas para obter informação sobre as superfícies de um objeto, por exemplo, um polo ou tubo. Tipicamente, pulsos ultrassónicos são transmitidos para o objeto, os pulsos refletidos são recebidos e os tempos de percurso dos pulsos são registrados. Quaisquer diferenças em tempos de percurso (“tempos-de-voo”) dos pulsos são indicativas de diferenças na altura relativa da superfície e, assim, da espessura de parede do objeto. Um exemplo desta técnica conhecida é exposto na Patente dos Estados Unidos US 3 930 404.

[003] A Patente dos Estados Unidos US 5 965 818 expõe um método usando ondas de Lamb ultrassónicas para medir a redução de espessura de parede devida à corrosão localizada nos suportes de tubo. Dois transdutores são usados para fazer uma onda de Lamb percorrer ao longo da parede de tubo na direção circunferencial. Comparando os dados de tempo-de-voo medidos, a alteração em tempo-de-voo devida à corrosão pode ser quantificada.

[004] Todavia, tais métodos conhecidos ignoram os efeitos que a temperatura pode ter sobre as medições ultrassónicas. Variações de temperatura locais podem causar a refração das ondas ultrassónicas, quando a velocidade de percurso das ondas pode mostrar variações entre áreas tendo temperaturas diferentes. Refrações causam retardos, ou seja, tempos de percurso mais longos, que são também indicativos de diferenças de altura. Por conseguinte, as variações de temperatura locais podem ser equivocadas como diferenças de altura, causando assim erros em qualquer modelo de altura da superfície.

[005] A Patente dos Estados Unidos US 7 286 964 expõe um método de monitorar as condições de saúde estrutural de objetos usando ondas acústicas, por exemplo, ondas de Lamb, e produção de uma imagem tomográfica. Este método conhecido envolve também determinar um parâmetro de ajuste de temperatura ambiente. O ajuste é aplicado a toda a superfície sendo monitorada e é, por conseguinte, não local. Como uma consequência, a refração devida às variações de temperatura locais não é compensada e erros de medição são prováveis que ocorram.

[006] O Pedido de Patente Internacional WO 2004/099764 expõe um método para determinar características estruturais em um tubo, duto, recipiente ou outros objetos usando sinais acústicos. Os efeitos de temperatura sobre o método não são mencionados no dito documento.

[007] O Pedido de Patente Britânico GB 2 300 717 expõe um método de modelação de uma temperatura em segmentos de uma tubulação. A temperatura de líquido e a temperatura ambiente são medidas diretamente em várias estações. Então, a influência de energia cinética, de radiação e de condução é usada para calcular uma temperatura em seções de tubulação. A seção de temperatura calculada é usada para determinar a expansão líquida e contração tanto do líquido quanto da tubulação. A resolução espacial deste método conhecido é limitada pelo número de estações de medição e seções de tubulação. O método não será capaz de prover uma distribuição de temperatura circunferencial de uma seção de tubulação, nem uma distribuição de temperatura longitudinal tendo uma alta resolução.

[008] É um objetivo da presente invenção superar esses e outros problemas da técnica anterior e prover um método e dispositivo para produzir um modelo de temperatura de uma superfície, modelo este que é capaz de indicar as variações de temperatura locais da superfície com uma resolução espacial melhorada.

[009] É outro objetivo da presente invenção prover um método e dispositivo para produzir um modelo de altura compensado em temperatura de uma superfície.

[0010] Por conseguinte, a presente invenção provê um método de produzir um modelo de temperatura de uma superfície de um objeto, o método sendo caracterizado por compreender: • usar transdutores ultrassónicos para produzir e receber substancialmente ondas ultrassónicas não dispersivas, • ajustar iterativamente um modelo de temperatura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas substancialmente não dispersáveis sobre a superfície e previsões com base em modelo de ditos tempos de percurso, e • o modelo de temperatura representando temperaturas locais da superfície.

[0011] Usando ondas substancialmente não dispersivas para produzir o modelo de temperatura, a influência da altura de superfície (ou espessura de tubo) é virtualmente eliminada. Como um resultado, qualquer diferença em tempos de percurso será substancialmente inteiramente devida a diferenças de temperatura.

[0012] Usando um modelo de temperatura que representa temperaturas locais da superfície, informação de superfície detalhada pode ser provida, em contraste com os métodos da técnica anterior que produzem somente informação de temperatura global. A presente invenção permite que as temperaturas locais sejam determinadas em pontos na superfície que estão distanciados por menos que um metro (por exemplo, somente poucos centímetros ou decímetros), e também permite que sejam determinadas diferenças de temperatura na direção circunferencial de um tubo ou tambor.

[0013] As ondas substancialmente não dispersivas preferivelmente têm uma faixa de frequência limitada, ou pelo menos faixas de frequência limitadas, para reduzir ou eliminar a influência da frequência (comprimento de onda) sobre os tempos de percurso. É bem conhecido por aqueles especializados na técnica que as ondas dispersivas se decompõem em constituintes de frequências diferentes. Como a velocidade de ondas ultrassónicas percorrendo sobre as superfícies é tipicamente dependente de frequência, as ondas dispersivas têm a tendência de se espalhar e, assim, a ter tempos de chegada menos bem definidos, a menos que correção de dispersão seja usada. Ondas não dispersivas não tendem a se dividir em elementos constituintes. Todavia, é difícil gerar totalmente ondas não dispersivas e alguma dispersão pode ocorrer, a menos que a banda de frequência das ondas seja mantida estreita.

[0014] A presente invenção provê um método de produzir um modelo de temperatura de uma superfície de um objeto usar transdutores ultrassónicos, em que o modelo de temperatura preferivelmente compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da temperatura local da superfície, e em que os tempos de percurso são preferivelmente medidos, transmitindo ondas ultrassónicas a partir de um primeiro transdutor ultrassónico para um ou mais segundos transdutores ultrassónicos, o primeiro transdutor e cada segundo transdutor definindo um trajeto respectivo ao longo da superfície.

[0015] Provendo um modelo de temperatura compreendendo pontos de superfície indicativo da temperatura local da superfície, é possível efetivamente modelar temperaturas locais e diferenças de temperatura locais, cada ponto de superfície representando um ponto sobre a superfície. Por conseguinte, o modelo de temperatura da presente invenção pode ser considerado um modelo de distribuição de temperatura, indicativo de uma distribuição de temperatura da superfície.

[0016] É preferido que as etapas de produzir previsões com base em modelo e ajustar são repetidas até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, limiar este que é preferivelmente predeterminado. Ajustando iterativamente o modelo de temperatura, ele é sucessivamente colocado em conformidade com os tempos de percurso medidos. Usando um limiar, o procedimento iterativo é terminado quando precisão suficiente foi atingida.

[0017] O método da presente invenção preferivelmente compreende adicionalmente a etapa de inversão tomográfica. Esta técnica, que é bem conhecida por si, é muito apropriada para produzir um modelo da superfície do objeto enquanto usa tempos de percurso de ondas ultrassónicas.

[0018] É preferido que as ondas ultrassónicas sejam ondas guiadas, em particular ondas guiadas pulsadas. É ainda preferido que as ondas pulsadas sejam ondas de modo S0 pulsadas (modo simétrico, ordem zero), pois foi verificado que as ondas ultrassónicas de modo S0 são muito apropriadas para a modelação de temperatura.

[0019] O método da presente invenção pode compreender a etapa adicional de detectar um ponto de superfície cuja temperatura é inferior a uma temperatura média menos um valor limiar, o valor limiar preferivelmente sendo predeterminado. Desta maneira, extremos de temperatura locais (“pontos quentes” e “pontos frios”) podem ser detectados. Em particular, a detecção de pontos quentes e frios, que podem ser causados por fugas de líquidos permite que furos em um tubo ou em sua cobertura sejam detectados.

[0020] Preferivelmente, a temperatura média é a temperatura média de toda a superfície. Alternativamente, a temperatura média pode ser aquela de parte da superfície.

[0021] A presente invenção também provê um método de produzir um modelo de altura de uma superfície de um objeto usar transdutores ultrassónicos, o método compreendendo produzir um modelo de temperatura da superfície do objeto, como definido acima, o método compreendendo ainda as etapas de: • usar os transdutores ultrassónicos para produzir e receber ondas ultrassónicas substancialmente dispersivas, e • ajustar iterativamente um modelo de altura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas substancialmente dispersivas sobre a superfície e previsões com base em modelo de ditos tempos de percurso.

[0022] Usando os mesmos transdutores ultrassónicos, tanto um modelo de temperatura quanto um modelo de altura podem ser produzidos. Enquanto para produzir um modelo ondas de temperatura substancialmente não dispersivas sejam preferidas, as ondas substancialmente dispersivas são preferidas para produzir um modelo de altura.

[0023] No método de produzir um modelo de altura é ainda preferido que o modelo de altura compreenda um conjunto de pontos de superfície, cada um indicativo da altura local da superfície, o método compreendendo ainda as etapas de: • prever tempos de percurso com base no modelo de altura da superfície, e • corrigir os tempos de percurso previstos com base no modelo de temperatura.

[0024] Corrigindo o modelo de altura usando o modelo de temperatura, um modelo de altura mais preciso é obtido.

[0025] Mais em particular, corrigindo os tempos de percurso previstos do modelo de altura com base no modelo de temperatura, o modelo de altura é corrigido para as variações de temperatura locais. Em outras palavras, o ajuste e produção final do modelo de altura leva o modelo de temperatura em conta, compensando assim quaisquer efeitos de temperatura, tais como refração devida à diferença de temperatura. Portanto, a etapa de corrigir os tempos de percurso medidos com base no modelo de temperatura preferivelmente envolve corrigir qualquer refração devida a gradientes de temperatura.

[0026] É preferido que o modelo de temperatura e o modelo de altura (ou forma) sejam produzidos consecutivamente, mas em algumas modalidades os modelos de temperatura e de altura podem ser produzidos substancialmente simultaneamente.

[0027] É ainda preferido que as etapas de produzir previsões com base em modelo, corrigir e ajustar sejam repetidas até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, limiar este que é preferivelmente predeterminado.

[0028] O método de modelação de altura ajustado por temperatura da presente invenção pode vantajosamente compreender a etapa adicional de aplicar, além de uma correção de temperatura, uma correção de fase para os tempos de percurso medidos das ondas pulsadas substancialmente dispersáveis.

[0029] Em uma modalidade vantajosa, a etapa de prever tempos de percurso compreende a sub-etapa de interpolar o conjunto de pontos de superfície a fim de obter um conjunto expandido de pontos de superfície, os tempos de percurso sendo calculados usando o conjunto expandido.

[0030] A presente invenção adicionalmente provê um produto de programa de computador para realizar as etapas de processamento de dados (por exemplo, prever, corrigir e/ou ajustar) dos métodos definidos acima. Um produto de programa de computador pode compreender um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em suporte de dados, tal como um CD ou um DVD. O conjunto de instruções executáveis por computador, que permitem a um computador programável executar o método como definido acima, pode também ser disponível para descarregamento a partir de um servidor remoto, por exemplo, via a Internet.

[0031] A presente invenção provê ainda um dispositivo para modelar uma superfície de um objeto usar transdutores ultrassónicos, o dispositivo compreendendo: • uma unidade de memória para armazenar um modelo de temperatura da superfície, o modelo de temperatura representando temperaturas locais da superfície, • uma unidade de transmissão para transmitir ondas substancialmente não dispersivas a partir de um primeiro transdutor para um ou mais segundos transdutores, e • uma unidade de processamento arranjada para ajustar iterativamente um modelo de temperatura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas substancialmente não dispersáveis sobre a superfície e previsões com base em modelo de ditos tempos de percurso.

[0032] Em uma modalidade preferida, o dispositivo de acordo com apresente invenção pode ter as seguintes características vantajosas: • o modelo de temperatura armazenado na unidade de memória compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da temperatura local da superfície, e • a unidade de processamento é ainda arranjada para: o medir tempos de percurso das ondas pulsadas, o prever os tempos de percurso com base no modelo de temperatura da superfície, o ajustar o modelo de temperatura armazenado da superfície em resposta a quaisquer discrepâncias entre os tempos de percurso medidos e os tempos de percurso calculados, e/ou o repetir as etapas de prever e ajustar até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, limiar este que é preferivelmente predeterminado.

[0033] Como mencionado acima, a presente invenção também contempla o uso tanto de um modelo de temperatura quanto um modelo de altura da superfície. Outra modalidade preferida do dispositivo tem, portanto, as seguintes características: • a unidade de memória é ainda arranjada para armazenar um modelo de altura da superfície, • a unidade de transmissão é ainda arranjada para transmitir ondas pulsadas substancialmente dispersáveis a partir do primeiro transdutor para o um ou mais segundos transdutores, e • a unidade de processamento é ainda arranjada para ajustar iterativamente o modelo de altura usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas substancialmente dispersivas sobre a superfície e previsões com base em modelo de ditos tempos de percurso.

[0034] O dispositivo da presente invenção oferece as mesmas vantagens que o método discutido acima.

[0035] A presente invenção ainda provê um sistema para monitorar uma tubulação ou tanque de armazenamento, compreendendo pelo menos um primeiro transdutor, pelo menos um segundo transdutor e um dispositivo, como definido acima. Os transdutores e o dispositivo podem vantajosamente ser capazes de comunicação sem fio.

[0036] A presente invenção será mais detalhadamente explicada abaixo com referência às modalidades exemplificativas ilustradas nos desenhos anexos, nos quais: - A figura 1 mostra esquematicamente um objeto, uma superfície do qual é modelada de acordo com a presente invenção; - A figura 2 mostra esquematicamente um modelo de objeto de acordo com a presente invenção; - A figura 3 mostra esquematicamente um modelo de objeto bidimensional de acordo com a presente invenção; - As figuras 4A & 4B mostram esquematicamente pulsos ultrassónicos usados na presente invenção; - A figura 5 mostra esquematicamente uma superfície modelação de dispositivo de acordo com apresente invenção.

[0037] O tubo 2 mostrado meramente a título de exemplo não limitativo na figura 1 compreende uma superfície 3 que deve ser modelada. No exemplo mostrado, a superfície 3 tem uma seção rebaixada 6 que pode ser causada por corrosão, por exemplo. Por modelação apropriada da superfície 3, a extensão e a altura (relativa) da seção rebaixada 6 pode ser determinada.

[0038] Primeiras unidades de transdutor 4 e segundas unidades de transdutor 5 são montadas sobre o tubo 2, em cada lado da superfície 3. Embora as primeiras e segundas unidades de transdutor possam ser capazes de transmitir e receber ondas ultrassónicas, na presente invenção as primeiras unidades de transdutor 4 são usadas para transmitir ondas pulsadas ultrassónicas, enquanto as segundas unidades de transdutor 5 são usadas para receber estas ondas. As unidades de transdutor podem ser conhecidas por si e podem ser unidades piezelétricas.

[0039] As ondas pulsadas ou pulsos produzidos pelos primeiros transdutores 4 têm uma duração definida de, por exemplo, vários ps (microssegundos). A duração atual pode depender da aplicação particular, por exemplo, da dimensões e distâncias mútuas das unidades de transdutor. O número de transdutores pode variar. Pelo menos um primeiro transdutor 4 e pelo menos um segundo transdutor 5 devem ser providos, embora seja preferido usar múltiplos segundos transdutores 5, por exemplo, dois, três, quatro, oito ou mais segundos transdutores 5. Usando uma pluralidade de segundos transdutores 5 resulta em uma pluralidade de trajetos percorridos pelas ondas pulsadas e, portanto, uma modelação aperfeiçoada da superfície. Similarmente, é preferido usar mais que um primeiro transdutor 4. No exemplo das figuras 2 e 3, oitos primeiros transdutores 4 e oito segundos transdutores 5 são usados, embora a invenção não seja limitada a esses números particulares. Os transdutores da pluralidade de primeiros e/ou segundos transdutores são preferivelmente uniformemente espaçados, embora isto não seja essencial.

[0040] Um modelo tridimensional de exemplo é ilustrado na figura 2, enquanto os trajetos percorridos pelas ondas pulsadas e a redução de pontos de superfície de acordo com apresente invenção são ilustrados a título de um modelo bidimensional na figura 3. O modelo tridimensional da figura 2 é com base no modelo bidimensional 72 da figura 3. Qualquer modelo pode ser um modelo de temperatura ou um modelo de altura.

[0041] O modelo 70 da figura 2 representa a superfície (externa) de um tubo, por exemplo, o tubo 2 da figura 1. O eixo x e eixo y se estendem em um plano de seção transversal do modelo tubular, enquanto o eixo z se estende em sua direção longitudinal. As dimensões deste exemplo são providas em metros (m). O modelo tridimensional da figura 2 é, de fato, uma reconstrução do objeto 2 da figura 1. Reconstruções tridimensionais são conhecidas por si no campo de tomografia.

[0042] A superfície modelada na figura 2 se estende entre um conjunto de primeiros transdutores 4 e um conjunto de segundos transdutores 5. Trajetos 71 se estendem entre cada do primeiro transdutor 4 e cada lado dos segundos transdutores 5. Os tempos de percurso dos pulsos ao longo desses trajetos são proporcionais aos comprimentos dos trajetos. Um trajeto que se estende ao longo de uma superfície lisa retilínea será mais curto que um trajeto cruzando o rebaixo 6 da figura 1. Por conseguinte, os tempos de percurso ao longo desses trajetos irão diferir e os pulsos chegarão a diferentes tempos ou instantes.

[0043] O modelo irá calcular (ou seja, predizer) os tempos de chegada dos pulsos ao longo dos vários trajetos. Se o modelo inicialmente assumir que todos os trajetos têm comprimentos iguais, uma discrepância entre os tempos de percurso medidos e os tempos de percurso calculados ocorrerá para os trajetos cruzando o rebaixo 6. Esta discrepância pode ser compensada pelo ajuste do modelo. Valores iniciais do modelo podem ser com base em medições do objeto atual (tal como um tubo) e/ou em considerações teóricas.

[0044] No exemplo bidimensional da figura 3, o eixo horizontal se estende ao longo da circunferência R do modelo tubular, enquanto o eixo z se estende em sua direção longitudinal. As dimensões são providas em metros (m).

[0045] Como pode ser visto na figura 3, primeiros transdutores 4 e segundos transdutores 5 são uniformemente espaçados ao longo da circunferência do modelo. Pulsos produzidos pelos primeiros transdutores serão detectados pelos segundos transdutores. Os tempos de chegada, e, portanto, os tempos de percurso, irão corresponder a pelo menos aproximadamente ao conjunto de trajetos 71 se estendendo entre cada primeiro transdutor 4 e os segundos transdutores 5. Por clareza do desenho, somente um conjunto de trajetos 71 é mostrado na figura 3.

[0046] Como explicado acima, o modelo contém informação acerca da superfície (3 na figura 1) do objeto. No caso de um modelo de altura, esta informação pode compreender um conjunto de valores representando a altura (relativa ou absoluta) da superfície em um número de pontos. Similarmente, no caso de um modelo de temperatura, esta informação irá tipicamente compreender um conjunto de valores representando a temperatura (relativa ou absoluta) da superfície em um número de pontos (“pontos de amostragem”).

[0047] Como ilustrado na figura 1, a altura de superfície no rebaixo 6 é menor que no primeiro transdutor 4. A fim de modelar precisamente a superfície, um grande número de pontos de superfície é requerido, por exemplo, centenas ou até mesmo milhares de pontos de superfície. Todavia, a determinação dos pontos de superfície diretamente a partir dos tempos de percurso medidos requereria um número muito grande de computações. Por esta razão, uma modalidade da invenção provê um modelo mais eficiente que contém somente um número limitado de pontos de superfície, reduzindo assim significantemente o número de computações.

[0048] Em dita modalidade, o modelo contém somente um conjunto limitado de pontos de superfície 73. Estes pontos de “núcleo” de superfície são armazenados no modelo e são ajustados, se necessário, para corresponderem aos tempos de percurso observados. No exemplo mostrado, somente 24 pontos de superfície são usados no modelo, provendo assim uma significante economia em comparação com as centenas ou milhares de pontos mencionados acima. Será entendido que o número de pontos de “núcleo” de superfície pode variar dependendo das dimensões da superfície modelada e da precisão requerida, e que este número pode igualmente bem ser maior ou menor que 24, por exemplo, 16, 30 ou 50. O número de pontos de “núcleo” de superfície de parte do modelo pode ser aumentado para prover uma resolução mais alta em certas áreas. Um tal aumento local do número de pontos de “núcleo” de superfície pode ser dinamicamente ajustado.

[0049] A fim de modelar precisamente a superfície e prever os tempos de percurso, um maior número de pontos de superfície é tipicamente requerido. De acordo com outro aspecto da presente invenção, um conjunto expandido de pontos de superfície é obtido através de interpolação. Ou seja, o conjunto de pontos de superfície do modelo (pontos de “núcleo” de superfície) é interpolado para prover um conjunto expandido de pontos de superfície usado para calcular e prover tempos de percurso e prover informação de superfície mais detalhada, se exigido. Desta maneira, o número exemplificativo de 24 pontos de superfície pode ser expandido para, por exemplo, 1024 pontos de superfície.

[0050] O modelo usado em dita modalidade pode, portanto, ser considerado um modelo de dois níveis. Em um modelo básico, um conjunto limitado de (por exemplo, 24) pontos de superfície é determinado e armazenado. Esses pontos de “núcleo” de superfície são ajustados de acordo com os tempos de percurso medidos. Em um nível mais alto, um conjunto expandido de (por exemplo, 1024) pontos de superfície é determinado por interpolação e (temporariamente ou permanentemente) armazenado. Esses pontos de superfície de “expansão” são, portanto, derivados indiretamente a partir dos tempos de percurso medidos, diferentemente dos pontos de “núcleo” de superfície que são derivados diretamente.

[0051] Usando o conjunto expandido, os tempos de percurso de acordo com o modelo podem ser precisamente determinados usando técnicas numéricas que podem ser conhecidas por si. Tipicamente, cada trajeto 71 é dividido em um grande número de secções. Para cada trajeto, o tempo de percurso de todas as seções de trajeto é calculado, usando a informação de altura contida no conjunto de pontos de superfície expandidos, derivados a partir do modelo. Então o tempo de percurso de cada trajeto é determinado pela adição dos tempos de percurso das seções do trajeto particular, resultando nos tempos de percurso calculados.

[0052] Na maioria das modalidades, os tempos de percurso medidos são determinados pela subtração de tempos de transmissão de pulsos a partir de seus tempos de chegada. Os tempos de transmissão são tipicamente determinados pelo registro dos pontos no tempo em que um sinal de ativação é enviado para uma primeira unidade de transdutor, enquanto os tempos de chegada são tipicamente determinados pelo registro dos pontos no tempo em que sinais de detecção são recebidos a partir das segundas unidades de transdutor.

[0053] Então, os tempos de percurso calculados (ou seja, previstos) são comparados com os tempos de percurso medidos e quaisquer discrepâncias são registradas. Um procedimento de otimização, que pode ser conhecido por si, é então usado para otimizar o(s) modelo(s) de forma que as discrepâncias são removidas. Procedimentos de otimização conhecidos são os procedimentos de Levenberg-Marquardt e os procedimentos de Gauss- Newton.

[0054] No método da presente invenção, ondas de superfície podem ser usadas. Ondas de superfície têm a vantagem que cada pulso obtém informação de um trajeto, não somente de um ponto. Foi verificado que as ondas de Rayleigh são ondas de superfície muito apropriadas, pois elas seguem a superfície. Como um resultado, seus tempos de percurso provêm informação muito precisa sobre a estrutura de superfície.

[0055] Todavia, ondas guiadas são preferidas, em particular quando não somente informação concernente à superfície, mas também concernente à espessura de parede do objeto é requerida. Em particular, o vantajoso comportamento dispersivos de ondas guiadas é utilizado: dada a frequência, a velocidade de percurso das ondas depende da espessura de parede. Por conseguinte, quaisquer alterações de velocidade medidas são indicativas de variações de espessura de parede, desde que uma temperatura do objeto seja uniforme.

[0056] De acordo com a presente invenção, portanto, um modelo de temperatura é provido para modelar uma distribuição de temperatura do objeto. A modelação é preferivelmente executada iterativamente, ajustando um modelo inicial em iterações subsequentes até qualquer diferença entre tempos de percurso de pulso ultrassónico, previstos pelo modelo, e tempos de percurso ultrassónicos atuais medidos, ser menor que um valor limiar. Este modelo permite determinar qualquer correção de tempo de percurso (ou correção de retardo) causada por diferenças de temperatura, ou seja, por qualquer distribuição não uniforme de uma temperatura. Tais diferenças de temperatura podem causar refração, e, assim, retardos, e podem resultar em medições de altura imprecisas, se não forem levadas em conta.

[0057] O método de produção de modelo de temperatura da presente invenção não somente permite que um modelo preciso de temperatura seja produzido, mas também permite que um método de modelação de superfície (altura) seja melhorado pela correção de quaisquer tempos de percurso calculados e/ou medidos usando o modelo de temperatura. Ou seja, qualquer retração devida a diferenças locais de temperatura pode ser levada em conta com respeito aos tempos de percurso medidos e/ou previstos. Como um resultado, o modelo de altura resultante é muito mais preciso.

[0058] A presente invenção produz dois tipos de modelos de superfície: um modelo de temperatura representando uma distribuição de temperatura da superfície, e um modelo de altura representando a altura da superfície (ou, inversamente, a espessura do objeto). O modelo de temperatura pode ser usado sozinho, para prover informação de temperatura como tal, mas pode também ser usado para corrigir o modelo de altura por levar em conta quaisquer retardos de refração (por exemplo, pela determinação do retardo esperado, causado por refração, em certo trajeto das ondas ultrassónicas, e subtraindo este retardo esperado do retardo medido para determinar um retardo compensado por temperatura.

[0059] A presente invenção usa ondas substancialmente não dispersivas (pulsadas) para produzir o modelo de temperatura, e ondas substancialmente dispersivas (pulsadas) para produzir o modelo de altura (ou espessura). Isso é baseado na visão que ondas não dispersivas não são, ou dificilmente são dependentes da espessura do material (ou seja, da altura do material). Quaisquer diferenças de tempo de percurso serão, portanto, ocorrerão devido às variações de temperatura (assumindo que a frequência das ondas ultrassónicas é constante). Ondas dispersivas, por outro lado, são dependentes da espessura do material, mas também de uma temperatura (novamente assumindo que a frequência é constante). Por primeiramente determinar os efeitos de temperatura usando ondas não dispersivas e então determinando os efeitos de altura usando ondas dispersivas e compensando os efeitos de temperatura, medições de temperatura muito precisas e, portanto, modelo de altura muito preciso pode ser obtido.

[0060] Quando do uso do modo S0, ondas não dispersivas e dispersivas podem ser facilmente selecionadas com base em suas frequências lineares: as faixas de frequência mais baixas produzem ondas não dispersivas, enquanto faixas de frequência mais altas resultam em ondas dispersivas.

[0061] De acordo com outro aspecto da presente invenção, uma correção de fase pode ser usada para corrigir as ondas dispersivas. Isto está esquematicamente ilustrado nas figuras 4A e 4B, onde a figura 4A mostra um pulso original 81 (linha grossa) e sua contraparte distorcida 82 (linha fina), enquanto A figura 4B mostra um pulso reconstruído 83.

[0062] Na figura 4A, um pulso 82 é mostrado para ser distorcido devido à dispersão: a relação de fase original do pulso é perdida e o pulso é espalho no tempo, em comparação com o pulso original 81. Isto torna menos precisa a determinação do intervalo de tempo do pulso, e, portanto, de seu tempo de percurso.

[0063] Esta perda de precisão pode ser evitada pela aplicação de uma correção de fase (opcional) X. Em uma modalidade de exemplo, a correção de fase X pode ser expressa como:

onde ω é a frequência (angular), v(ω) é a velocidade de percurso dependente de frequência dos pulsos, e x é o comprimento de trajeto na ausência de quaisquer rebaixos ou projeções sobre a superfície.

[0064] Esta correção pode ser aplicada pela sujeição do pulso distorcido 82 a uma transformada de Fourier rápida (FFT), multiplicando o espectro resultante pela correção de fase X, e então aplicando uma transformada de Fourier rápida inversa (FFT) para obter o pulso corrigido 83. Depois da correção, a fase e, portanto, o formato do pulso é restaurado, como ilustrado na figura 4B. Esta onda pulsada restaurada 83 permite uma detecção precisa de seu tempo de percurso. Aqueles especializados na técnica reconhecerão que outras técnicas de correção de fase podem ser aplicadas, por exemplo, usando um filtro de erro preditivo.

[0065] Um dispositivo para modelar uma superfície de um objeto é ilustrado na figura 5. O dispositivo 1 compreende uma unidade de processamento (PU) 10, uma unidade de memória (11), uma unidade de transmissão (TU) 12 e uma unidade de exibição (DU) 13. A unidade de processamento 10 preferivelmente compreende um microprocessador capaz de executar instruções de um programa de software incorporando o método da presente invenção. A unidade de memória 11 pode armazenar este programa de software, bem como parâmetros dos modelos, incluindo o conjunto de valores de ponto de superfície. A unidade de exibição 13 preferivelmente compreende uma tela de exibição capaz de exibir os modelos, em particular a reconstrução do tipo ilustrado na figura 2. A unidade de transmissão 12 é capaz de produzir, sob o controle da unidade de processamento 10, sinais de transmissão de pulso que são alimentados ao(s) primeiro(s) transdutor(es) 4. Além disso, a unidade de transmissão 12 é capaz de receber sinais de detecção de pulso produzidos pelo(s) segundo(s) transdutor(es) 5 e alimentar informação de detecção de pulso à unidade de processamento 10.

[0066] A unidade de transmissão 12 pode ser arranjada para comunicação sem fio com os transdutores 4 e 5, por exemplo, usando comunicação por radiofrequência (RF) ou comunicação infravermelha. A unidade de processamento 10 pode adicionalmente ser arranjada para aplicar uma correção de fase, como discutido acima. Etapas de programa apropriadas para a correção de fase podem ser armazenadas na unidade de memória 11.

[0067] Será entendido que a invenção não é limitada a tubulações ou tubos, mas pode também ser aplicada a superfícies ou paredes de outros objetos, por exemplo, (partes de) cascos de navio, fuselagens de aeronave, chassis de carro, armação de tanque, ou outras superfícies ou estruturas de parede, por exemplo, tanques de armazenamento, barras, pontes de aço, e estruturas de metal em edifícios. E notado que a combinação de ondas de Rayleigh (pulsadas) e ondas guiadas (pulsadas) podem também ser usadas.

[0068] A presente invenção tem base na visão que as ondas ultrassónicas podem vantajosamente ser usadas para produzir um modelo de temperatura de uma superfície. A presente invenção beneficia-se de outras considerações que um modelo de temperatura pode ser usado para corrigir um modelo de altura de uma superfície, e que ondas não dispersivas são muito apropriadas para produzir um modelo de temperatura.

[0069] É notado que quaisquer termos usados neste documento não devem ser entendidos de modo a limitar o escopo da presente invenção. Em particular, as palavras “compreende(em)” e “compreendendo” não são entendidas para excluir quaisquer elementos não especificamente mencionados. Elementos (circuito) únicos podem ser substituídos por elementos múltiplos (circuito) ou por seus equivalentes.

[0070] Será entendido por aqueles especializados na técnica que a presente invenção não é limitada às modalidades ilustradas acima e que muitas modificações e adições podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção como definida nas reivindicações anexas.

Claims (17)

1. Método de produzir um modelo de temperatura de uma superfície (3) de um objeto (2), o modelo de temperatura compreendendo um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da temperatura local da superfície, o método caracterizado pelo fato de que inclui as etapas de: • usar transdutores de ultrassónicos (4, 5) para produzir e receber ondas ultrassónicas, as ondas ultrassónicas sendo ondas de modo SO pulsadas; • ajustar iterativamente as temperaturas locais dos pontos de superfície no modelo de temperatura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas de modo SO pulsadas sobre a superfície (3) entre transmissão e recepção por diferentes dos transdutores de ultrassónicos (4, 5) respectivamente, e previsões com base em modelo dos tempos de percurso; onde o modelo de temperatura representa temperaturas locais da superfície (3).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os tempos de percurso são medidos por transmissão de ondas ultrassónicas a partir de um primeiro transdutor ultrassónico (4) para um ou mais segundos transdutores ultrassónicos (5), o primeiro transdutor e cada segundo transdutor definindo um trajeto respectivo ao longo da superfície.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as etapas de produzir de previsões com base em modelos e ajustar são repetidas até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, cujo limiar é preferivelmente predeterminado.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de inversão tomográfica.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional de detectar um ponto da superfície cuja temperatura é inferior a uma temperatura média menos um valor limiar, o valor limiar preferivelmente sendo predeterminado.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura média é a temperatura média de toda a superfície (3).

7. Método de produzir um modelo de altura de uma superfície (3) de um objeto (2) usando transdutores ultrassónicos (4, 5), em que o modelo de altura compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da altura local da superfície e usando o modelo de temperatura da superfície (3) do objeto (2) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de: • usar os transdutores ultrassónicos (4, 5) para produzir e receber ondas ultrassónicas dispersivas; e • ajustar iterativamente as alturas locais da superfície no modelo de altura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas dispersivas sobre a superfície (3) e previsões com base em modelos dos tempos de percurso.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o modelo de altura compreende um conjunto de pontos de superfície, cada um indicativo da altura local da superfície, o método compreendendo ainda as etapas de: • prever tempos de percurso com base no modelo de altura da superfície; e • corrigir os tempos de percurso previstos com base no modelo de temperatura.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as etapas de produção de previsões com base em modelo, corrigir e ajustar, são repetidas até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, cujo limiar é preferivelmente predeterminado.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a etapa de corrigir tempos de percurso com base no modelo de temperatura envolve corrigir qualquer refração devida ao gradiente de temperatura.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa adicional de aplicar, além de uma correção de temperatura, uma correção de fase para os tempos de percurso medidos das ondas dispersivas.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 all, caracterizado pelo fato de que a etapa de produzir previsões com base em modelo de tempos de percurso compreende a sub-etapa de interpolar o conjunto de pontos de superfície a fim de obter um conjunto expandido de pontos de superfície, os tempos de percurso sendo calculados usando o conjunto expandido.

13. Meio de armazenamento legível por computador, caracterizado pelo fato de que contém em si instruções armazenadas, as quais, quando executadas por um computador, fazem com que o computador realize o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

14. Dispositivo (1) para modelar uma superfície (3) de um objeto (2) usando transdutores ultrassónicos (4, 5) que compreende: • uma unidade de memória (11) para armazenar um modelo de temperatura da superfície, o modelo de temperatura compreendendo um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da temperatura local da superfície (3); caracterizado pelo fato de que compreende ainda: • uma unidade de transmissão (12) para transmitir ondas de modo S0 pulsadas a partir de um primeiro transdutor (4) para um ou mais segundos transdutores (5); e • uma unidade de processamento (10) arranjada para ajustar iterativamente as temperaturas locais dos pontos de superfície no modelo de temperatura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas de modo S0 pulsadas sobre a superfície (3) e previsões com base em modelo dos tempos de percurso.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que: • o modelo de temperatura armazenado na unidade de memória (11) compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto da superfície sendo indicativo da temperatura local da superfície; e a unidade de processamento (10) é ainda arranjada para: • medir tempos de percurso de medição das ondas pulsadas; • prever os tempos de percurso com base no modelo de temperatura da superfície; • ajustar o modelo de temperatura armazenado da superfície, em resposta a quaisquer discrepâncias entre os tempos de percurso medido e os tempos de percurso calculados; e/ou • repetir as etapas de prever e ajustar até que as discrepâncias sejam menores que um limiar, cujo liminar preferivelmente predeterminado.

16. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que: • a unidade de memória (11) é ainda arranjada para armazenar um modelo de altura da superfície, em que o modelo de altura compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto de superfície sendo indicativo da altura local da superfície; • a unidade de transmissão (12) é ainda arranjada para transmitir ondas pulsadas dispersivas a partir do primeiro transdutor (4) para o um ou mais segundos transdutores (5); e • a unidade de processamento (10) é ainda arranjada para ajustar iterativamente as alturas locais da superfície no modelo de altura, usando quaisquer discrepâncias entre tempos de percurso medidos das ondas ultrassónicas dispersivas sobre a superfície (3) e previsões com base em modelo dos tempos de percurso.

17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o modelo de altura compreende um conjunto de pontos de superfície, cada ponto da superfície sendo indicativo da altura local da superfície.

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