CN100501394C

CN100501394C - 对物体进行超声波检测的方法

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Publication number: CN100501394C
Application number: CNB2004800312703A
Authority: CN
Inventors: 彼得·贝斯特布罗伊特耶
Original assignee: Sonimex BV
Current assignee: Sonimex BV
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: EP1680667A1; US20070169554A1; AU2004281432B2; DK1680667T3; CA2543261C; RU2006117323A; ZA200604066B; CA2543261A1; PL1680667T3; RU2362993C2; US7726191B2; AU2004281432A1; KR101137984B1; WO2005038448A1; BRPI0415829B1; DE602004027399D1; ES2346440T3; CN1871511A; EP1680667B1; NL1024593C2

Abstract

一种对物体进行超声波检测的方法，其中在至少一个检测时刻，超声波检测信号(S1、S2)传入物体(2)；从所述检测时刻起经过特定的校验周期(Δt1、Δt2)之后，超声波校验信号(S1’、S2’)传入该物体(2)；由所述物体(2)返回的所述检测信号(S1、S2)的可能回波在特定的第一测量时刻被接收，该可能回波仅在校验信号的回波(E1’、E2’)在特定的第二检测时刻被接收时才被当作所述检测信号(S1、S2)的回波(E1、E2)来接受。此外本发明还提供了一种被明显期望和被设计用于执行该方法的装置以及该装置的一种用途。

Description

对物体进行超声波检测的方法

技术领域

本发明涉及一种对物体进行超声波检测的方法和装置，其中在至少一个检测时刻，超声检测信号传入该物体。

背景技术

超声波检测方法实质上已经用于探测物体内部缺陷以及测量物体厚度等类似实践中，比如，参见美国专利US6055862。比如，该方法可以用于探测铁轨的缺陷和/或铁轨的磨损。测量车以特定的测量速度在铁轨上驶过，该测量车带有多个换能器，它们用于将超声波检测脉冲垂直地和以若干特定角度地传入铁轨。此外，该测量车还带有检测器，用于接收来自检测信号的回波。根据这些回波的波型可以确定铁轨内是否存在缺陷、所检测得缺陷的位置以及轨道的高度。通常，人们使用适当的信号处理电路确定上述内容，特别是用一个或多个适当的编程计算机来确定。这种现有方法的优点是能够快速并无损地检查物体的缺陷。

现有方法的缺点是，比较难于检测传入物体的每个声音信号的相关回声。比如，与检测信号声源不同的各种干扰信号也能够穿过物体传播。当在铁轨上进行检测时，这些干扰信号可以包括，比如，由测量车自身产生的噪音，例如由车轮沿曲线运行时的扭转所产生的噪声。这些干扰信号能够导致对检测信号回波的检测无法进行。此外，该干扰信号可能被意外地当作检测信号的回波而检测到，由此导致检测结果有误。

当使用一个以上的检测信号时，检测的另一干扰源就是检测信号自身。此时，难于将不同的检测信号彼此辨别开来，特别是当检测信号沿着待检测物体的一部分在相对较短的时间内连续传输时。

发明内容

本发明的目的是改进对物体进行超声波检测的方法。本发明的目的特别是提供一种能够相对准确地进行检测的方法。

根据本发明的第一方面，在至少一个检测时刻，超声波检测信号传入物体。从检测时刻起经过一段特定的校验周期后，超声波校验信号传入物体。在第一测量时刻，接收该检测信号的可能回波。仅在第二测量时刻接收到校验信号时，该回波才可以作为所述检测信号的回波而接受。以这种方式，能够以超声波对物体进行特别精确的检测。根据校验信号，随后确定从物体接收来的超声波信号是否真的是检测信号的回波。如果所接收的信号不是来自于检测信号，那么通常也不会接收到校验信号的回波。在这种情况下，可以将所接收到的信号拒绝掉。检测信号的可能回波仅在接收到校验信号的相关回波之后才会被接受。使用该方法，能够很好地将干扰信号分离掉。

接受检测信号也可以认为是接受校验信号。在这种情况下，检测信号的回波用来核对稍后发出的校验信号的回波。随后，校验信号和检测信号的部分被反射。

根据本发明的第二方面，可以用等价的方式来执行该方法：首先将校验信号传入物体，随后是检测信号。随后，本发明的特征在于，在至少一个检测时刻，超声波校验信号传入物体，经过从上述检测时刻起的特定校验周期之后，超声波检测信号传入物体，同时在特定的第二测量时刻接收从物体返回的该检测信号的可能回波；仅当在特定的第一测量时刻接收到校验信号时，该可能回波才会作为检测信号的回波而被接受。

该方法与根据本发明第一方面的方法采用相同的发明构思，因此也能提供上述的优点。

根据优选的实施例，仅当第一和第二测量时刻之间的时间差大致等于所述的校验周期时，假定的所述检测信号的回波才被当作该检测信号的回波来接受。

每个检测信号及相关校验信号已被以一特定的间隔校验周期传输到该物体内。因此，具有大致相同间隔校验周期的回波也被接收，这些回波可以作为检测信号以及校验信号的回波来采用。借助于该校验周期，校验信号的回波随后成为属于特定检测信号的特定回波。

附图说明

下面将参照典型实施例以及附图对本发明作进一步的说明。所附图中：

图1A示意地表示现有方法的时间线，其中多个检测信号周期地传入物体；

图1B表示与图1A相似的时间线，周期减半的检测信号传入该物体；

图2示意地表示属于图1A和图1B所示方法的回波波形；

图3示意地表示本发明方法的时间线；

图4示意地表示属于图3的方法的回波波形。

图5表示用于实施对物体进行超声波检测的方法的装置。

具体实施方式

图1和图2示意性地表示现有的方法，其中多个超声波脉冲周期性地传入物体。比如，该方法可以由图5所示意表示的测量装置1来实施。该测量装置1(比如可以是测量车的一部分)能够在物体2(比如铁轨)上方运动。该装置1带有测量和检测系统3，该系统用于向物体2内发射超声波脉冲并且接收这些脉冲的回波。该系统3能够与物体2适当地接触，比如直接或间接地，通过液体、空气或以其它方式。该测量和检测系统3包括：一个或多个换能器(未示出)，所述换能器用于产生超声波脉冲并且将这些脉冲导入物体内；以及一个或多个检测器(未示出)，用于接受这些超声波脉冲的回波。该测量和检测系统3与控制器4相连，该控制器4被设计用于处理由检测器接收到的信号。优选地，该控制器被设计成利用接收到的回波波形来判断在物体内是否存在以及哪里存在可能的误差、断裂、缺陷以及其他不正常之处。此外，该控制器还用于根据所述回波来测定物体的厚度。这样的测量装置1可从现有技术中获知，比如美国专利US6055862。

在使用时，该测量装置1向物体2发射多个检测信号，比如具有图1A和图1B所示检测波形的信号。在图1表示的时间线上，具有以附图标记S1、S2、S3所表示的多个超声波脉冲。脉冲S1、S2、S3具有相同的频谱以及相同的脉冲持续时间。在该典型实施例中，从t＝0的时刻起，脉冲S1、S2、S3以固定的检测周期T顺序发送进入物体2。因此，第一脉冲S1在第一检测时刻t＝0时发送，第二脉冲S2在第二检测时刻t＝T时发送，第三脉冲S3在第三检测时刻t＝2T时发送。当该测量装置1以特定的测量速度V沿物体2移动时，脉冲S1、S2、S3将在大致固定的相互距离处传入物体2。随着测量速度V的增加，比如加倍，那么为了使脉冲S1、S2、S3以相同的距离传入物体，则检测周期就会缩短，比如减半，如图1B所示。为了将脉冲以期望的距离处传入物体2，该检测周期T可以包括，比如，特定的检测时间和特定的等待时间。实际上，在应用中，该检测周期T可以以不同的方式变化。比如，该检测周期可以随着测量装置1的特定检测速度V而变化。此外，该检测周期也可以随着测量装置1的加速和/或减速而进行调整。该测量及检测装置也可以与装置1的测速计(未示出)相连。

测量装置1接收检测脉冲S1、S2、S3的回波信号。图2表示出了回波E1、E2、E3的相关回波波形。从第一检测时刻t＝0起，经过测量周期M之后，第一检测脉冲S1的第一回波E1在特定的第一测量时刻被接收。该测量周期M主要取决于声波在待测物体2的速度、该物体2的尺寸、以及物体2和测量装置1的检测器之间的物质和材料内的声速。从图1B和图2中可以看出，第一脉冲S1的回波E1可能会在第二脉冲S2已经发送之后才到达检测器。此时，第二脉冲S2会干扰对第一脉冲回波E1的接收。此外，该现有方法对于其它穿过物体2传播的干扰信号也很敏感。

图3和图4示意性地表示根据本发明方法的典型实施例的时间线，相比而言，该方法对于干扰信号并不敏感。如图3所示，若干超声波检测信号S1、S2、S3、S4以间隔检测周期T在特定检测时刻传入物体2。比如，相邻检测信号S1、S2、S3、S4之间的检测周期T小于大约1ms，并且更具体地是在0.5-0.01ms的范围内。事实上，该检测周期也可大约为1ms或更长，这取决于该装置的使用和/或检测速度。可以如此设置检测信号S1、S2、S3、S4的检测周期T，使得当该装置以特定的速度V沿这物体2移动时，检测信号大约每隔一或几毫米的距离传入物体2。优选地，在使用过程中，装置1沿着物体以大于大约10m/s的速度移动，更具体地是以大于大约20m/s的速度移动。由此可以比较迅速地对物体的大部分进行检测。如果检测速度V至少为大约30m/s，而检测信号每隔2到3mm传入物体则是非常有利的。

而且，从所述检测时刻起经过特定的校验周期Δt1、Δt2之后，跟随检测信号S1、S2、S3、S4，超声波校验信号S1’、S2’、S3’、S4’传入物体2。在该典型实施例中，在从第一检验时刻t＝0计起并经过第一校验周期Δt1之后，发射一个校验信号S1’。从第二检测时刻t＝T开始经过第二校验周期Δt2之后，发射校验信号S2’。在该典型实施例中，第二校验周期Δt2比第一校验周期Δt1要长，用于将相关的回波彼此区分开。从第三检测时刻t＝2T起经过合适的校验周期之后，发射校验信号S4’和S4”。在该典型实施例中，没有发射用于校验第三检测信号S3的校验信号。事实上，可以向物体发射更多的检测信号，无论其是否带有相关的校验信号。此外，可以先于相关的检测信号发射校验信号，这在图中并未表示出。此外，检测信号之间的周期T也可以大于所述的校验周期Δt1、Δt2。

优选地，每个检测信号S1、S2以及一个或多个相关的校验信号S1’、S2’相互接近地传入物体2，由此使得这些信号的回波基本来自于物体2的同一部位，这能够更准确地校验检测信号。比如，每个检测信号能够在第一位置传入物体2，而相关的校验信号S1’、S2’则在邻近所述第一位置的第二位置传入物体2。优选地，第一和第二位置之间的距离小于大约1mm，并且具体地为大约0.5mm或更小，更具体地为大约0.1mm或更小。

优选地，每个校验周期相对小于检测信号的检测周期T。比如，校验周期Δt1、Δt2优选小于大约100μs，具体地小于大约50μs，更具体地小于大约20μs。比如，该校验周期可以在大约1-20μs的范围内。如果所使用的校验周期Δt1、Δt2不同，比如在该典型实施例中就是如此，则这些校验周期彼此之间可以相差1μs或若干μs。如果一个校验周期长于大约10μs，则与之相反地，其他周期会缩短。

图4表示图3所示检测波形的部分回波波形，表示很好地接收到检测信号S1、S2以及交验信号S1’、S2’的回波E1、E2、E1’、E2’。在此，每个检测信号的每个回波在第一相关测量时刻被接收。在该典型实施例中，对接收到的每个测量信号S1、S2的回波E1、E2进行校验，特别是在接收到相关校验信号S1’、S2’回波E1’、E2’的时刻。仅在于特定的第二测量时刻接收到相关校验信号S1’、S2’的回波E1’、E2’并且第一和第二测量时刻之间的周期大致等于所述的校验周期时，才回接受检测信号S1、S2的回波。

事实上，并且至少本典型实施例是这样的，即基于适当的接收，从相关检测信号的回波起，大约经过相关校验周期之后，才接收到校验回波。如果校验信号先于相关的检测信号发出并且接收准确，那么在正确接受的情况下，会比相关检测信号回波提前一个相关校验周期接收到校验回波。如果没有接收到校验信号或者在不同于预期时刻的其他时刻接收到校验信号，那么对所接收到的、相关的、所谓的检测信号的回波则不予接受。

优选地，检测信号和校验信号的使用彼此基本上是相等的，这能够使测量及其信号处理相对准确。特别是每个检测信号和每个相关的校验信号具有大致相同的信号持续时间、大致相同的振幅以及大致相同的频谱，从而能够进行准确的校验。另一方面，每个检测信号和校验信号也可以彼此不同，比如信号持续时间、振幅和/或频谱有所不同。此外，检测信号在脉冲持续时间、振幅和/或频率上也可以彼此相同或不同。

为了实现本发明，本发明还提供了一种装置，该装置优选带有控制器，特别是计算机装置，该控制器仅在于特定的不同测量时刻接收到校验信号S1’、S2’的回波E1’、E2’时，才将在特定时刻所接收到的回波当作检测信号S1、S2的回波E1、E2来接受。优选地，该控制器还被设计用于仅在某一测量时刻和其他测量时刻之间的周期大致等于所述校验周期Δt1、Δt2的时候，才接受所接收到的回波；这使得该装置特别精确并且对干扰信号并不敏感。

不言而喻，本发明并不局限于该典型实施例。可以在不脱离本发明技术方案的情况下作出各种改动；所附的权利要求对本发明的技术方案有所表述。

比如，可以将换能器、检测器等设计并布置成各种形式。也可以根据待检测对象将该测量装置1设计成不同的形式。

此外，如果校验周期的长度随着连续发射的检测信号的数量而变化，那么可以将不同的检测信号彼此区别开。并且，有些检测信号可以带有校验信号，而其它的检测信号则没有。而且，为了校验检测信号，可以产生几个相关的校验信号，带有容易识别的间隔校验周期。

该检测信号可以包括不同的信号，比如脉冲持续时间相对较短的信号，该脉冲持续时间只有几毫秒或更短。此外，该信号可以垂直于和/或以不同的角度传入待测物体。

此外，可以先于和/或晚于至少一个检测信号将一个或多个校验信号传入物体，以校验检测信号的可能回波。

Claims

1.一种对物体进行超声波检测的方法，其中在至少一个检测时刻，超声波检测信号(S1，S2)传入物体(2)；从该检测时刻起经过一段特定的校验周期(Δt1、Δt2)，超声波校验信号(S1’、S2’)传入物体(2)；在特定的第一测量时刻，从所述物体(2)接收到该检测信号(S1、S2)的可能回波；仅在于第二测量时刻接收到校验信号(S1’、S2’)的回波(E1’、E2’)时，该可能回波才被当作所述检测信号(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

仅当第一和第二测量时刻之间的周期等于所述校验周期(Δt1、Δt2)时，所述检测信号的可能回波才能够被当作检测信号(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述检测信号(S1、S2)和每个相关的校验信号(S1’、S2’)彼此相等，并且具有相同的信号持续时间、相同的振幅以及相同的频谱。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测信号(S1、S2)在第一位置传入物体(2)，而所述校验信号(S1’、S2’)在邻近第一位置的第二位置处传入物体(2)。

5.如权利要求4所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离小于1mm。

6.如权利要求5所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离为0.5mm或更小。

7.如权利要求6所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离为0.1mm或更小。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于100μs。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于50μs。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于20μs。

11.如权利要求1所述的方法，其中多个检测信号(S1、S2、S3、S4)以大于所述校验周期(Δt1、Δt2)的间隔检测周期(T)顺序传入物体(2)，而至少一个相关的校验信号(S1’、S2’、S3’、S4’)早于或晚于至少一个所述检测信号传入物体(2)。

12.一种对物体进行超声波检测的方法，其中在至少一个检测时刻，超声波校验信号(S1’、S2’)传入物体(2)；从所述检测时刻起经过一段特定的校验周期(Δt1、Δt2)，超声波检测信号(S1，S2)传入物体(2)；在特定的第二测量时刻，从物体(2)接收到该检测信号(S1、S2)返回的可能回波；仅在于第一测量时刻接收到校验信号(S1’、S2’)的回波(E1’、E2’)时，该可能回波才被当作所述检测信号(S1、S2)的回波(E1、E2)而被接受。

13.根据权利要求12所述的方法，其中

14.如权利要求12所述的方法，其中所述检测信号(S1、S2)和每个相关的校验信号(S1’、S2’)彼此相等，并且具有相同的信号持续时间、相同的振幅以及相同的频谱。

15.如权利要求12所述的方法，其中，所述检测信号(S1、S2)在第一位置传入物体(2)，而所述校验信号(S1’、S2’)在邻近第一位置的第二位置处传入物体(2)。

16.如权利要求15所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离小于1mm。

17.如权利要求16所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离为0.5mm或更小。

18.如权利要求17所述的方法，其中第一和第二位置之间的距离为0.1mm或更小。

19.如权利要求12所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于100μs。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于50μs。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述校验周期(Δt1、Δt2)小于20μs。

22.如权利要求12所述的方法，其中多个检测信号(S1、S2、S3、S4)以大于所述校验周期(Δt1、Δt2)的间隔检测周期(T)顺序传入物体(2)，而至少一个相关的校验信号(S1’、S2’、S3’、S4’)早于或晚于至少一个所述检测信号传入物体(2)。