BRPI0916304B1

BRPI0916304B1 - Método e dispositivo para modelar uma superfície de um objeto, meio de armazenamento legível por computador que executa um método para modelar uma superfície de um objeto, e, sistema para monitorar objetos

Info

Publication number: BRPI0916304B1
Application number: BRPI0916304-2A
Authority: BR
Inventors: Arno Willem Frederik Volker; Joost Gerardus Petrus Bloom; Pieter Jacobus Gijsbertus Van Beek; Arjan Mast
Original assignee: Nederlandse Organisatie Voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2020-09-29
Also published as: CN102105783B; RU2501007C2; EP2304422A2; EP2304422B1; CA2731796A1; WO2010011140A2; BRPI0916304A2; JP2011529182A; CN102105783A; RU2011106497A; WO2010011140A3; CA2731796C; US20110191035A1; US9026376B2

Abstract

método e dispositivo para modelar uma superfície de um objeto, e, sistema para monitorar objetos. é revelado um método de modelar uma superfície de um objeto usando ondas ultrassônicas ao longo da superfície que compreende as etapas de: transmitir as ondas ultrassônicas ao longo de caminhos; e determinar os tempos de deslocamento das ondas ultrassônicas ao longo dos caminhos. pelo menos parte das ondas ultrassônicas exibe um modo s0 e tem uma velocidade dependente da frequência. esta velocidade (c) é relativamente alta para frequências de até um primeiro ponto de dobramento (bp1), diminuindo de forma relativamente rápida para frequências entre o primeiro ponto de dobramento (bp 1) e um segundo ponto de dobramento (bp2), e relativamente baixo para frequências além do segundo ponto de dobramento (bp2). as ondas ultrassônicas têm uma faixa de frequência que fica no primeiro ponto de dobramento (bp1), ou abaixo dele.

Description

[001] A presente invenção diz respeito ao monitoramento de corrosão. Mais em particular, a presente invenção diz respeito ao monitoramento de corrosão usando medições ultrassónicas de caminho simples ou multicaminho para examinar a condição de um objeto, tal como um tubo de metal, e opcionalmente criar uma representação do objeto usando métodos tomo gráficos.

[002] Um método e dispositivo para monitoramento de corrosão usando tomografia são descritos no pedido de patente europeu 07102653 (TNO), publicado em 20 de agosto de 2008 como EP 1.959.229 Al e em 28 de agosto de 2008 como WO 2008/103036 AL

[003] No dito pedido de patente europeu, sinais ultrassónicos são enviados ao longo da superfície de um objeto de uma unidade de transmissão para uma unidade de recepção, e somente os sinais diretos são analisados. Sinais diretos são os sinais que chegam a uma unidade de recepção, sem deslocar em torno da circunferência do objeto (cilíndrico ou esférico), pelo menos por menos que 360°. Entretanto, é também possível usar sinais multicaminhos, ou indiretos, que são sinais que deslocam em torno da circunferência do objeto por mais de 360°. Isto leva ao fenômeno de que a unidade de recepção receberá múltiplos sinais, alguns dos quais percorreram em torno do objeto em um ângulo agudo até o comprimento do objeto (cilíndrico). Este ângulo permite que certas deteriorações sejam examinadas com mais detalhes, e não somente a largura (na direção circunferencial), mas também o comprimento (na direção longitudinal) da deterioração pode ser estimado.

[004] O pedido de patente japonês JP 2007-3537 (Hitachi) revela um método de monitorar tubos usando tanto ondas sônicas diretas quanto indiretas. A figura 7 do dito pedido de patente japonês mostra como ondas que deslocam em diferentes ângulos podem ser utilizadas. A figura 3 do mesmo pedido de patente mostra um diagrama da velocidade relativa (eixo vertical) versus o produto da espessura e frequência, para diferentes modos das ondas (ondas Lamb, no exemplo particular): AO e SO. Pode-se ver, como é bem conhecido, que a curva representando o modo SO apresenta dois pontos de dobramento (ou “pontos de inflexão”): um primeiro a uma frequência relativamente baixa (no exemplo referido, o produto de espessura e frequência é aproximadamente igual a 2) e uma segunda frequência relativamente alta (no exemplo referido, o produto da espessura e frequência é aproximadamente igual a 3). Como uma onda não dispersiva é usada, este tem que ser o modo SHO que tem uma velocidade uniforme (figura 10). Entretanto, a correção da dispersão é também usada, que significa que a velocidade do modo S0 é igual à velocidade do modo SHO.

[005] Portanto, pode-se concluir pelo pedido de patente japonês que a faixa de trabalho proposta está no segundo ponto de dobramento, ou em torno dele, e é dado pela interseção da curva do modo S0 (figura 3) e a linha (substancialmente horizontal) que representa o modo SHO (figura 10). Isto é confirmado pelo fato de que o pedido de patente japonês menciona uma frequência de 500 kHz (= 0,5 MHz) e uma espessura de 6 mm, que resulta em um valor de frequência multiplicado pela espessura de 3 MHz.mm, e que corresponde exatamente ao segundo ponto de dobramento.

[006] Entretanto, pode-se mostrar que, em algumas aplicações, as frequências no segundo ponto de dobramento passam por uma atenuação extremamente alta, tornando assim o método de monitoramento da tecnologia anterior praticamente sem utilidade nessas aplicações. Isto é, em particular, o caso quando tubos ou recipientes cheios com líquido são monitorados, já que líquido resiste a compressão e assim causa uma atenuação muito alta.

[007] É um objetivo da presente invenção superar esses e outros problemas da tecnologia anterior e prover um método e sistema para monitoramento ultrassónico e/ou modelamento que não tem uma alta atenuação na sua faixa de trabalho, mesmo quando usado para tubos ou recipientes cheios com líquido.

[008] Dessa maneira, a presente invenção provê um método de modelar uma superfície de um objeto usando ondas ultrassónicas transmitidas ao longo da superfície, o método compreendendo as etapas de: - transmitir as ondas ultrassónicas ao longo de caminhos ao longo da superfície; e - determinar tempos de deslocamento das ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos, em que pelo menos algumas das ondas ultrassónicas apresentam um modo S0 e têm uma velocidade dependente da frequência, cuja velocidade é relativamente alta para frequências de até um primeiro ponto de dobramento, diminuindo de forma relativamente rápida para frequências entre o primeiro ponto de dobramento e um segundo ponto de dobramento, e relativamente baixa para frequências além do segundo ponto de dobramento, cujo método é caracterizado em que as ondas ultrassónicas têm uma faixa de frequência que fica no primeiro ponto de dobramento, ou abaixo dele.

[009] Usando uma faixa de frequência igual ou abaixo do primeiro ponto de dobramento, uma atenuação significativamente menor é conseguida, de outra forma retendo ainda a vantagem do método da tecnologia anterior. Dessa maneira, atenuação extremamente alta da tecnologia anterior é evitada, e o método pode ser usado para objetos cheios com líquido, tais como tubos e recipientes. Além do mais, usando uma faixa operacional igual ou abaixo do primeiro ponto de dobramento, a parte acentuada da curva entre os pontos de dobramento é usada para atingir a sensibilidade mais alta às variações na espessura de parede do objeto (tipicamente, mas não exclusivamente, um tubo ou recipiente).

[0010] Nota-se que a faixa de frequência supramencionada pode ter uma largura de banda relativamente estreita e pode, portanto, ser referida como uma frequência, em vez de uma banda de frequência. Na prática, uma faixa de frequência compreendendo múltiplas frequências tipicamente será usada. Uma largura de banda preferida da faixa de frequência é menor que 150 kHz, mais preferivelmente menor que 120 kHz, embora faixas de frequência com uma largura de banda menor que 100 kHz, por exemplo, 50 kHz, possam também ser usadas.

[0011] Embora a (faixa) de frequência usada de acordo com a presente invenção dependerá da espessura de parede do tubo ou recipiente, o produto da frequência e da espessura é preferivelmente menor que aproximadamente 2 MHz.mm (ou kHz.m), que, a uma espessura de parede de 6 mm responde por uma faixa de frequência de menos que aproximadamente 0,33 MHz. Dessa maneira, a faixa de frequência é escolhida de maneira tal que o produto da espessura de parede e frequência na dita faixa de frequência seja menor ou igual a 2,0 MHz.mm.

[0012] As ondas ultrassónicas preferivelmente compreendem ondas pulsadas. É adicionalmente preferível que as ondas ultrassónicas compreendam ondas guiadas e/ou ondas de Rayleigh.

[0013] O método da presente invenção é particularmente vantajoso quando alguns caminhos de sinal se estendem pelo menos em torno da circunferência do objeto, resultando em múltiplas chegadas de ondas ultrassónicas em certas unidades de transdutor.

[0014] Os sinais ultrassónicos podem ser usados para monitorar e/ou modelar, por exemplo, modelar usando métodos tomográficos.

[0015] A presente invenção fornece adicionalmente um produto de programa de computador para realizar o método anteriormente definido. Um produto de programa de computador pode compreender um conjunto de instruções executáveis por computador armazenado em um portador de dados, tal como um CD, ou um DVD. O conjunto de instruções executáveis por computador, que permite a um computador programável realizar os métodos supra definidos, pode também ser disponível para transferir de um servidor remoto, por exemplo, via Internet.

[0016] A presente invenção também fornece um dispositivo que opera no primeiro ponto de dobramento da curva S0, ou abaixo dele. Mais em particular, a presente invenção fornece um dispositivo para modelar uma superfície de um objeto usando ondas ultrassónicas transmitidas ao longo da superfície, o dispositivo compreendendo: - um primeiro transdutor e pelo menos um segundo transdutor, o primeiro transdutor e cada segundo transdutor definindo caminhos ao longo da superfície; - unidade de transmissão para transmitir as ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos do primeiro transdutor até cada segundo transdutor; e - uma unidade de processamento arranjada para determinar tempos de deslocamento das ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos; em que pelo menos algumas das ondas ultrassónicas apresentam um modo S0 e têm uma velocidade dependente da frequência, cuja velocidade é relativamente alta para frequências de até um primeiro ponto de dobramento, diminuindo de forma relativamente rápida para frequências entre o primeiro ponto de dobramento e um segundo ponto de dobramento, e relativamente baixa para frequências além do segundo ponto de dobramento, tal dispositivo é caracterizado em que as ondas ultrassónicas têm uma faixa de frequência que fica no primeiro ponto de dobramento, ou abaixo dele.

[0017] A presente invenção fornece adicionalmente um sistema para monitorar objetos, o sistema compreendendo um dispositivo como anteriormente definido, em que o objeto preferivelmente é uma tubulação, mais preferivelmente uma tubulação para transporte de fluidos.

[0018] A presente invenção será adicionalmente explicada a seguir com referência a modalidades exemplares ilustradas nos desenhos anexos, em que: - A figura 1 mostra esquematicamente um objeto do qual uma superfície é modelada de acordo com a presente invenção; - A figura 2 mostra esquematicamente um modelo de objeto tridimensional que pode ser produzido de acordo com a presente invenção; - A figura 3 mostra esquematicamente um modelo de objeto bidimensional que pode ser produzido de acordo com a presente invenção; - A figura 4 mostra esquematicamente os relacionamentos entre a velocidade das ondas ultrassónicas e o produto da frequência e espessura de parede para diversos modos das ondas ultrassónicas, usado na presente invenção; - A figura 5 mostra esquematicamente o relacionamento do modo SO da figura 4 junto com a atenuação em função do produto da frequência e espessura de parede; - As figuras 6A e 6B mostram esquematicamente pulsos ultrassónicos usados na presente invenção; - A figura 7 mostra esquematicamente um dispositivo de modelamento de superfície de acordo com a presente invenção.

[0019] O tubo 2 mostrado meramente a título de exemplo não limitante na figura 1 compreende uma superfície 3 que deve ser modelada. No exemplo mostrado, a superfície 3 tem uma seção rebaixada 6 que pode sofrer corrosão, por exemplo. Modelando-se adequadamente a superfície 3, a extensão e altura (relativa) da seção rebaixada 6 podem ser determinadas.

[0020] As primeiras unidades de transdutor 4 e segundas unidades de transdutor 5 são montadas no tubo 2, em qualquer lado da superfície 3. Embora tanto a primeira quanto a segunda unidades de transdutor podem 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 essas ondas. As unidades de transdutor podem ser per se conhecidas e podem ser unidades piezoelétricas.

[0021] As ondas pulsadas ou pulsos produzidos pelos primeiros transdutores 4 têm uma duração definida, por exemplo, de diversos ps (microssegundos). A duração real pode depender da aplicação particular, por exemplo, das 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 preferível 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 caminhos percorridos pelas ondas pulsadas e, consequentemente, um melhor modelamento da superfície. Similarmente, é preferível usar mais de um primeiro transdutor 4. No exemplo das figuras 2 e 3, são usados oito primeiros transdutores 4 oito segundos transdutores 5, embora a invenção não esteja limitada a esses números particulares. Os transdutores de uma pluralidade de primeiros e/ou segundos transdutores são preferivelmente espaçados uniformemente, embora isto não seja essencial.

[0022] Um modelo tridimensional exemplar está ilustrado na figura 2, enquanto os caminhos percorridos pelas ondas pulsadas estão ilustrados por meio do modelo bidimensional na figura 3. O modelo tridimensional 70 da figura 2 é baseado no modelo bidimensional 72 da figura 3.

[0023] 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 o eixo y estendem-se em um plano seccional transversal do modelo tubular, enquanto o eixo z estende- se na 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 per se no campo de tomografia.

[0024] A superfície modelada da figura 2 estende-se entre um conjunto de primeiros transdutores 4 e um conjunto de segundos transdutores 5. Os caminhos 71 estendem-se entre cada um do primeiro transdutor 4 e cada um dos segundos transdutores 5. Os tempos de deslocamento dos pulsos ao longo desses caminhos são proporcionais aos comprimentos dos caminhos. Um caminho que se estende ao longo de uma superfície reta lisa será menor que um caminho que cruza um recesso 6 da figura 1. Dessa maneira, os tempos de deslocamento ao longo desses caminhos diferirão, e os pulsos chegarão em tempos diferentes.

[0025] O modelo calculará os tempos de chegada dos pulsos ao longo dos vários caminhos. Se o modelo assumir inicialmente que todos os caminhos têm comprimentos iguais, uma discrepância entre os tempos de deslocamento medidos e os tempos de deslocamento calculados ocorrerá para os caminhos que cruzam o recesso 6. Esta discrepância pode ser compensada ajustando-se o modelo. Valores iniciais do modelo podem ser baseados em medições do objeto real (tal como um tubo) e/ou em considerações teóricas.

[0026] No exemplo bidimensional da figura 3, o eixo horizontal estende-se ao longo da circunferência R do modelo tubular, enquanto o eixo z estende-se na sua direção longitudinal. As dimensões são dadas em metros (m).

[0027] Como pode-se ver na figura 3, primeiros transdutores 4 e segundos transdutores 5 são espaçados uniformemente ao longo da circunferência do modelo. Pulsos produzidos pelos primeiros transdutores serão detectados pelos segundos transdutores. Os tempos de chegada e, consequentemente, os tempos de deslocamento, corresponderão pelo menos aproximadamente ao conjunto de caminhos 71 que se estende entre cada primeiro transdutor 4 os segundos transdutores 5. Por questão de clareza do desenho, somente um tal conjunto de caminhos 71 está mostrado na figura 3.

[0028] Como anteriormente explicado, o modelo contém informação a respeito da superfície (3 na figura 1) do objeto. Esta informação pode compreender um conjunto de valores representando a altura (relativa ou absoluta) da superfície em inúmeros pontos. Como ilustrado na figura 1, a altura da superfície no recesso 6 é menor que no primeiro transdutor 4. A fim de modelar precisamente a superfície, um grande número de pontos superficiais é exigido, por exemplo, centenas ou mesmo milhares de pontos superficiais.

[0029] Os tempos de deslocamento medidos são determinados subtraindo os tempos de transmissão dos pulsos de seus tempos de chegada. Os tempos de transmissão são tipicamente determinados registrando-se os pontos no tempo nos quais o sinal de ativação é enviado a uma primeira unidade do transdutor, enquanto os tempos de chegada são tipicamente determinados registrando-se os pontos no tempo nos quais os sinais de detecção são recebidos das segundas unidades de transdutores.

[0030] Então, os tempos de deslocamento calculados são comparados com os tempos de deslocamento medidos e qualquer discrepância é registrada. Um procedimento de otimização, que pode ser per se conhecido, é então usado para otimizar o modelo, de maneira tal que as discrepâncias sejam removidas. Procedimentos de otimização conhecidos adequados são os procedimentos de Levenber-Marquardt e Gauss-Newton.

[0031] No método da presente invenção, ondas superficiais são preferivelmente usadas. Ondas superficiais têm a vantagem de que cada pulso obtém informação de um caminho, não apenas um ponto. Observou-se que ondas de Rayleigh são ondas superficiais muito adequadas, já que elas seguem a superfície. Em decorrência disto, seus tempos de deslocamento fornecem informação muito precisa a respeito da estrutura superficial.

[0032] Entretanto, ondas guiadas são também muito adequadas, em particular quando não somente informação relativa à superfície, mas também relativa à espessura de parede do objeto são exigidas. Em particular, o comportamento dispersivo vantajoso de ondas guiadas é utilizado: dada a frequência, a velocidade de propagação das ondas depende da espessura de parede. Dessa maneira, qualquer mudança de velocidade medida é indicativa de variações de espessura de parede. Uma combinação de ondas de Rayleigh (pulsadas) e ondas superficiais (pulsadas) pode também ser usada.

[0033] Está mostrado adicionalmente na figura 3 que alguns caminhos de onda ultrassónica 71 estendem-se de uma unidade de transdutor 4 diretamente até uma unidade de transdutor 5, fazendo assim a menor rota entre as unidades de transdutor. Outros caminhos deslocam em torno da circunferência do objeto, algumas vezes por mais de 360°, antes de atingir uma unidade de transdutor 5. Na figura 3, isto está ilustrado pelo caminho 71’ que continua como o caminho 71” e estende-se por mais de 360° em torno da circunferência do objeto (nota-se que o modelo de superfície bidimensional 72 da figura 3 é uma representação do modelo da superfície tridimensional 70 da figura 2, que representa uma superfície substancialmente cilíndrica). Pode- se ver que o caminho (indireto) 71” atinge a mesma unidade de transdutor 5 que o caminho (direto) 71; o transdutor 5 recebe ondas ultrassónicas de múltiplos caminhos.

[0034] A velocidade das ondas ultrassónicas que deslocam sobre a superfície do objeto depende de vários fatores, incluindo a frequência das ondas, a espessura do objeto (quando a superfície é a superfície de uma parede do objeto, a velocidade depende da espessura de parede), e o modo particular das ondas, tais como os modos simétrico (S) e modos assimétrico (A). Na figura 4, a velocidade c é representada (em m/s) em função do produto (em MHz.mm) de frequência f e espessura (de parede) d para vários modos: modos simétricos S0 e Sl, modos assimétricos A0 e Al, e modo de cisalhamento SHO. Outros modos existem, mas são menos relevantes para a presente invenção e são, portanto, omitidos na figura 4.

[0035] Pode-se perceber que o gráfico do modo S0 compreende três seções: uma primeira seção aproximadamente entre f x d = 0 e f x d = 2 (no presente exemplo) onde a velocidade c é relativamente alta, uma segunda seção aproximadamente entre f x d = 2 ef x d = 3 (no presente exemplo) onde a velocidade diminui de forma relativamente rápida, e uma terceira seção aproximadamente acima de f x d = 3 (no presente exemplos). Os pontos que separam essas seções estão indicados na figura 4 como pontos de dobramento BP1 e BP2: abaixo do primeiro ponto de dobramento BP1, a velocidade é relativamente alta (aproximadamente 5.800 m/s no exemplo mostrado); entre os pontos de dobramento BP1 e BP2 a velocidade diminui de forma relativamente rápida, e acima do segundo ponto de dobramento BP2 a velocidade é relativamente baixa (aproximadamente 3.000 m/s no exemplo mostrado. Como anteriormente mencionado, o método da tecnologia anterior de JP 2007-3537 usa uma frequência no segundo ponto de dobramento ou ponto de inflexão BP2. Os presentes inventores observaram que esta escolha de frequência não é adequada para objetos contendo líquidos; tais como tubos ou recipientes contendo óleo ou água, já que a atenuação nesta frequência é muito alta para o método ser usado. Isto será ilustrado com referência à figura 5.

[0036] A figura 5 mostra esquematicamente o gráfico do modo S0, junto com um gráfico da atenuação α (em dB/m). Como pode-se ver, a atenuação α é, no segundo ponto de dobramento BP2, aproximadamente igual a 75 dB/M. Na prática, isto significa que a potência das ondas ultrassónicas que chegam nas unidades de transdutores 5 será desprezível, tornando esta detecção extremamente difícil, se não impossível.

[0037] Ao contrário, a presente invenção sugere o uso de uma frequência (ou faixa de frequência) menor ou igual ao primeiro ponto de dobramento BP1. Fica claro pela figura 5 que a atenuação α a uma frequência como esta é menor que 18 dB/m, provendo assim uma melhoria de 57 dB/m. Dessa maneira, o método e dispositivo de acordo com a presente invenção podem também ser usados para objetos cheios com líquido.

[0038] Nota-se que os termos “ponto de dobramento” e “ponto de inflexão” são usados indiferentemente neste documento. Em um sentido matemático estrito, os pontos de dobramento BP1 e BP2 da curva S0 na figura 5 não são pontos de inflexão: a curva S0 mostrada tem um único ponto de inflexão localizado na metade entre os pontos de dobramento BP1 e BP2. Este ponto de inflexão (matemático) é o ponto onde a inclinação da curva muda, deixando de aumentar e começando a diminuir. Entretanto, os pontos de dobramento BP1 e BP2 podem também ser referidos como “pontos de inflexão”, já que nesses pontos de dobramento a curva dobra ou inflete. De fato, a curva S0 apresenta uma curvatura máxima nesses pontos de dobramento.

[0039] Como pode-se ver pela figura 5, o primeiro ponto de dobramento BP1 fica localizado a f x d = 2 (MHz.mm). Como o gráfico da figura 5 é baseado em uma espessura de parede d de 6 mm, a frequência correspondente é 0,33 MHz = 330 KHz. Pode-se dizer assim que (dada uma espessura de parede de 6 mm), a presente invenção usa frequência de no máximo aproximadamente 330 kHz, por exemplo, 330 kHz, 300 kHz, 300 kHz ou 250 kHz, embora frequências mais baixas possam também ser usadas. Usando tais frequências, a atenuação causada por um objeto cheio com fluido é significativamente reduzida.

[0040] Para melhorar ainda mais o modelamento de um objeto, uma correção de forma de onda pode ser usada para corrigir ondas dispersivas. Isto está ilustrado esquematicamente nas figuras 6A e 6B, onde a figura 6A mostra um pulso original 81 (linha espessa) e sua contraparte distorcida 82 (linha fina), enquanto a figura 6B mostra um pulso reconstruído 83.

[0041] Na figura 6A, está mostrado um pulso 82 a ser distorcido por causa da dispersão; o relacionamento de fase original do pulso se perde e o pulso espalha-se com o tempo, comparado com o pulso original 81. Isto torna a determinação do tempo de chegada do pulso e, consequentemente, seu tempo de deslocamento, menos preciso. Isto é particularmente relevante quando se usam múltiplos pulsos, como ilustrado na figura 3.

[0042] A perda de precisão por causa da dispersão pode ser evitada aplicando-se opcionalmente uma correção de forma de onda. No pedido de patente internacional WO 2008/103036 (TNO) esta correção de forma de onda (correção da fase) é conseguida multiplicando-se o espectro da frequência do pulso distorcido por um fator de correção do domínio de frequência. Depois da correção, a fase e, consequentemente, a forma do pulso é restaurada, como ilustrado na figura 6B. A onda com pulso restaurado 83 permite uma detecção precisa de seu tempo de deslocamento.

[0043] Um dispositivo para modelar uma superfície de um objeto está ilustrado na figura 7. O dispositivo 1 compreende uma unidade de processamento (PU) 10, 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 que incorpora o método da presente invenção. A unidade de memória 11 pode armazenar este programa de software, bem como parâmetros do modelo, incluindo o conjunto de valores de ponto da superfície. A unidade de exibição 13 preferivelmente compreende uma tela de exibição capaz de exibir o modelo, em particular uma reconstrução do tipo ilustrado na figura 2. A unidade de transmissão 12 é capaz de produzir, pelo controle da unidade de processamento 10, sinais de transmissão de pulso que são alimentados no(s) primeiro (s) transdutor(s) 4. Além do mais, a unidade de transmissão 12 é capaz de receber sinais de detecção de pulso produzidos pelo(s) segundo transdutor(s) 5 e alimentar informação de detecção de pulso adequada à unidade de processamento 10.

[0044] A unidade de transmissão 12 pode ficar arranjada para comunicação sem fio com os transdutores 4 e 5, por exemplo, usando comunicação de rádio frequência (RF) ou comunicação infravermelha. A unidade de processamento 10 pode adicionalmente ficar arranjada para aplicar uma correção da forma de onda (desengorduramento). Etapas de programa adequadas para correção da forma de onda podem ser armazenadas na unidade de memória 11.

[0045] De acordo com a presente invenção, a unidade de transmissão 12 e as unidades de transdutor 4 e 5 ficam arranjadas para operar a uma frequência menor ou igual ao primeiro ponto do dobramento (BP1 nas figuras 4 e 5) do gráfico S0.

[0046] Deve-se entender que a invenção não está limitada a tubos ou canos, mas pode também ser aplicada nas superfícies ou paredes de outros objetos, por exemplo, (partes de) cascos de navio, fuselagens de aeroplanos, corpos de carro, tanque blindado, ou outras superfícies ou estruturas de parede, por exemplo, tanques de armazenamento, hastes, pontes de aço e estruturas metálicas em edifícios.

[0047] A presente invenção é baseada na percepção de que as frequências menores ou iguais ao primeiro ponto de dobramento (“primeiro ponto de inflexão”) da curva do modo S0 envolve atenuação significativamente menor do que aquelas no segundo ponto de dobramento (“segundo ponto de inflexão”), e são, portanto, muito mais adequadas para medições. A presente invenção é particularmente adequada, mas certamente sem limitações, para aplicações multicaminhos. Em outras palavras, a presente invenção pode também ser usada em aplicações de um único caminho.

[0048] Nota-se que qualquer termo usado neste documento não deve ser interpretado de maneira a limitar o escopo da presente invenção. Em particular, as palavras “compreende(m)” e “compreendendo” não visam excluir qualquer elemento não especificamente declarado. Elementos simples podem ser substituídos com múltiplos elementos ou com seus equivalentes.

[0049]Versados na técnica percebem que a presente invenção não está limitada às modalidades anteriormente ilustradas e que muitas modificações e adições podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção, definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. Método para modelar uma superfície (3) de um objeto (2) usando ondas ultrassónicas transmitidas ao longo da superfície, o método compreendendo as etapas de: - transmitir as ondas ultrassónicas ao longo de caminhos ao longo da superfície (3) por meio de um primeiro transdutor (4); - receber as ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos ao longo da superfície (3) por meio de pelo menos um segundo transdutor (5); e - determinar tempos de percurso das ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos por meio de uma unidade de processamento (10), em que pelo menos algumas das ondas ultrassónicas apresentam um modo simétrico de ordem-zero (S0) e têm uma velocidade dependente da frequência tendo um primeiro ponto de dobramento (BP1) e um segundo ponto de dobramento (BP2), cuja velocidade (c) é mais alta para frequências de até o primeiro ponto de dobramento (BP1) do que para frequências além do segundo ponto de dobramento (BP2), em que a velocidade (c) diminui mais rapidamente para frequências entre o primeiro ponto de dobramento (BP1) e o segundo ponto de dobramento (BP2) do que para frequências de até o primeiro ponto de dobramento (BP1) e além do segundo ponto de dobramento (BP2); em que o objeto (2) tem uma circunferência, caracterizado pelo fato de que as ondas ultrassónicas têm uma faixa de frequência que fica no primeiro ponto de dobramento (BP1) ou abaixo dele, e em que alguns caminhos das ondas ultrassónicas entre o primeiro transdutor (4) e o pelo menos um segundo transdutor (5) se estendem pelo menos uma vez em torno da circunferência.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa de frequência é escolhida de maneira tal que o produto da espessura de parede e a frequência na faixa de frequência é menor ou igual a 2,0 MHz.mm.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a faixa de frequência tem uma largura de banda de menos de 150 kHz, preferivelmente menos de 120 kHz.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as ondas ultrassónicas são ondas pulsadas.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as ondas ultrassónicas são ondas guiadas ou ondas de Rayleigh.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o objeto (2) é um tubo para transportar líquidos, preferivelmente óleo ou água.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o objeto (2) é um recipiente para armazenar líquidos, preferivelmente óleo ou água.

8. Meio de armazenamento legível por computador que executa um método para modelar uma superfície de um objeto, 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 7.

9. Dispositivo (1) para realizar o método como definido na reivindicação 1, o dispositivo compreendendo: - um primeiro transdutor (4) e pelo menos um segundo transdutor (5), o primeiro transdutor e cada segundo transdutor definindo caminhos ao longo da superfície (3); - uma unidade de transmissão (12) para transmitir as ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos do primeiro transdutor (4) para cada segundo transdutor (5); e - uma unidade de processamento (10) arranjada para determinar tempos de percurso das ondas ultrassónicas ao longo dos caminhos, em que pelo menos algumas das ondas ultrassónicas apresentam um modo simétrico de ordem-zero (SO) e têm uma velocidade dependente da frequência tendo um primeiro ponto de dobramento (BP1) e um segundo ponto de dobramento (BP2), cuja velocidade (c) é mais alta para frequências de até o primeiro ponto do dobramento (BP1) do que para frequências além do segundo ponto de dobramento (BP2), em que a velocidade (c) diminui mais rapidamente para frequências entre o primeiro ponto de dobramento (BP1) e o segundo ponto de dobramento (BP2) do que para frequências de até o primeiro ponto de dobramento (BP1) e além do segundo ponto de dobramento (BP2), em que o objeto (2) tem uma circunferência, caracterizado pelo fato de que as ondas ultrassónicas têm uma faixa de frequência que fica no primeiro ponto de dobramento (BP1) ou abaixo dele, e em que alguns caminhos das ondas ultrassónicas entre o primeiro transdutor (4) e o pelo menos um segundo transdutor (5) se estendem pelo menos uma vez em torno da circunferência.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a faixa de frequência é escolhida de maneira tal que o produto da espessura de parede e a frequência na faixa de frequência é menor ou igual a 2,0 MHz.mm.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que tem uma largura de banda menor que 150 kHz, mais preferivelmente menor que 120 kHz.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que as ondas ultrassónicas são ondas pulsadas, preferivelmente ondas guiadas ou ondas de Rayleigh.

13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma unidade de exibição (13) para exibir um modelo da superfície.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma unidade de memória (11) para armazenar um modelo da superfície (3).

15. Sistema para monitorar objetos, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 14, em que o objeto é uma tubulação, mais preferivelmente uma tubulação para transporte de líquidos.