CN102630302A - 高精度超声波腐蚀速率监测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非常精确地测量管道壁的厚度的改变，以在任何显著腐蚀损耗之前确定腐蚀速率。通过超声波测试确定厚度，其中通过固定的传感器在相同点处进行对壁厚的多次测量，并且基本消除与噪声和温度变化相关的误差。高灵敏的接收器将每个反射的脉冲转换为与其它脉冲测量平均的波。分析获得的平均波，从而分析每个波形以识别每个反射脉冲的极值和拐点。获得的分析提供对反射脉冲之间的时间的准确得多的确定。从而，可以以高可靠性在数周内确定管道壁的位置处的准确得多的腐蚀图形。

Description

高精度超声波腐蚀速率监测

技术领域

本发明涉及对金属的腐蚀速率的监测，尤其涉及对管线的腐蚀速率的监测。

背景技术

在在管线中传送流体的工艺中，常见的是提供化学处理或其它方法以限制腐蚀速率并监测管线，以确保腐蚀抑制程序是有效的。以前通过介入性管或导管壁穿透仪器和/或在安装前仔细称重并在收回后再次称重的金属取样管（coupon）来监测腐蚀速率。所述仪器和取样管改变了在测量设备周围或通过测量设备的流体的内部流动，相比于测量设备不存在时，这可能增加或减少环境的严酷性。该情况可能产生误导的腐蚀数据。另外，尽管一些取样管以与在管线或导管的结构中使用的材料相同的材料制成，但材料的精确冶金复制令人怀疑。另外，局部区域电化影响和锈迹（scale）影响可能不能适当地在小表面区域电子探针上再现。通常，收回取样管以测量诸如重量损耗，并且，从工作导管或管取回这些仪器需要特殊的工具和仔细的过程。如果腐蚀速率高于预期，取样管被遗失在导管或管线内，这导致附加的问题。另外，介入性探针具有有效寿命，从而如果另一个装置将代替它并继续提供监测，也必须将所述介入探针取出。

另外，工作管线经常被安装在可能由于气候而难于接触的位置，诸如北极，并且规则的接触和监测变得非常复杂。一旦管中的金属被腐蚀或出现凹陷，损耗的金属不能收回。由于与购买特厚和特重的管、将特厚和特重的管运送到管线位置以及焊接和安装特厚和特重的管相关的显而易见的成本问题，通常不以过多的厚度构造管线。从而，对于管线的长期使用，对没有效果的腐蚀抑制器程序的早期检测是重要的。

在2006年的Alaska，Prudhoe Bay中的管线泄露的新闻报导中向公众广泛揭示了该问题，在所述管线中发现意外高的腐蚀，并且该管线在数月中不能使用，且多个英里的管道必须替换。未通过管线检查计（pipelineinspection gauge,“pig”）检查管线内部的时间段过长，并且在管道中未使用其它测试技术。工作人员信任用于管线的腐蚀控制协议，而没有通过足够的测量双重检查腐蚀速率。运行pig不是简单或低成本的应用，从而高度期望用于监测腐蚀技术的其它技术。

用于测量腐蚀的一项非介入技术为超声波测量设备，其将超声波能量引入管线。当传感器接收来自管道的后壁或内壁的反射和从发送到接收的经过时间、或者两个或多个顺序的后壁回波时，提供了对该位置的壁厚的测量。目前，场使用超声波传感器主要是手持设备，允许在不同位置的多次测量，但仅是周期性的测量。这样的传感器提供达到约正或负1密耳（0.001英寸）的精度，腐蚀工程师通常以正或负10密耳的精度提及该传感器。尽管这似乎是精确的，然而具有1/4英寸厚度的管道仅为250密耳厚。具有1/8英寸壁的管道仅为125密耳厚。Prudhoe Bay管道的厚度为3/8英寸并且被发现被腐蚀约70％－80％。用于管线的管道并未以高精度制成，从而，在紧接着制造之后，管道的厚度在所有方向（沿长度和围绕周缘）变化若干密耳。从而，由于在略微不同的位置进行测量、通过不同的人员进行测量、以及可能在不同温度进行测量，通过手持设备的两次连续测量通常检测不出可测量的腐蚀，除非损耗至少10密耳的管道厚度、并且实际损耗20密耳或以上之多的壁厚度。显然，更期望的是，在受到大的损坏之前在更早的时间识别不能接受的损耗或不能接受的损耗速率。

发明内容

本发明具体包括用于精确测量声传导材料的厚度的方法，其中该方法包括：将超声波传感器安装到声传导材料的位置，其中超声波传感器包括：超声波源，其被设置以向材料中提供超声波脉冲；以及超声波接收器，其被设置以接收来自材料的相对侧的超声波脉冲的反射。设置温度传感器和分析电路，以从温度传感器接收和采集温度数据并从接收器接收和采集波形数据。当从超声波源向材料中发射一组脉冲时，测量材料的温度。通过接收器接收每个脉冲的第一和第二反射以及可能的更多的反射，其中，反射穿过材料的厚度以产生波形并且多个波形被采集到样本集（SampleCollection）中。将样本集中的波形对齐，并对对齐的样本集求平均，以形成用于该样本集的代表波形。在代表波形中分别识别至少第一和第二回波组，以代表来自材料的第一反射和来自材料的第二反射，并且还识别每个后壁回波的界标特征点。以一些方式对每个后壁回波的界标特征点取均值以计算该后壁回波的代表位置，并且基于在连续回波的这些代表位置之间的经过时间的一半来确定材料的厚度。

本发明还包括使得声传导材料为在内部或外部至少之一中暴露于变化温度的导管或管道的金属壁，并且其中，计算金属壁的热速度膨胀的系数的步骤通过在不同温度采集多个样本集、并对在各个样本集的温度处的各个厚度测量进行回归分析而确定，以获得金属壁的热速度膨胀的系数，并且然后提供对金属壁的温度校正的厚度测量。

在另一方面，本发明还包括，识别相比于样本集中的大部分波形基本不同的任何离群（outlier）波形，并在为样本集产生代表波形之前从样本集消除该离群波形。

在用于精确确定导管或管道的金属壁的腐蚀速率的本发明的更具体的方面，将超声波传感器安装到壁的位置，其中超声波传感器包括被设置以向壁中提供超声波脉冲的超声波源，并且超声波接收器被设置以接收来自壁材料的相对表面的超声波脉冲的反射，以及温度传感器和分析电路，以从温度传感器接收和采集温度数据并从接收器接收和采集波形数据。测量壁的温度，并且将来自超声波源的一组脉冲发射入壁。通过接收器接收已经穿过壁的厚度的来自壁的每个脉冲的至少第一和第二反射，以产生波形并将该波形采集入样本集。在采集样本集的数据的时段的开始和结束时测量壁的温度。如果发现在采集样本集期间温度未保持为基本恒定，可以消除该样本集。然后对样本集的波形进行对齐和求平均以产生样本集的代表波形。识别代表波形中的至少第一和第二回波组，分别代表来自材料的第一反射和来自材料的第二反射。确定每个回波的极值和拐点，并使用特征点确定每个回波的“中心”。然后通过其“中心”的差异计算连续回波之间的经过时间。通过随时间在不同温度采集多个样本集并在各个样本集的温度处进行对各个厚度测量的回归分析，计算用于金属壁的热速度膨胀的系数和用于该特定安装的特定超声波变换器。然后，基于计算的超声波穿过壁的平均时间以及适当的温度补偿模型下的热速度膨胀系数确定材料的温度校正的壁厚度。随时间采集其它样本集以在随后的时间测量壁厚度，并比较随后的温度校正的壁厚度测量值，以确定壁的腐蚀速率。

附图说明

通过参考下面的结合附图的描述可以最佳地理解本发明及其其它优点，在所述附图中：

图1为根据本发明的优选配置的其中安装有超声波传感器的管线的部分透视图；

图2为示意示出的超声波传感器的内部的部分截面图；

图3为示出从管道接收的代表波形的视图；

图4为示出分析波形以精确确定管道的厚度的一些方面的视图；以及

图5为与管线相关联地示出的本发明的几个元件的框图。

具体实施方式

现在描述本发明的优选配置，其中参考附图以更清楚地理解本发明。然而，可以理解，本发明的特征和构思可以以其它配置实现，并且本发明范围不限于所述或所示的实施例。本发明范围旨在仅由所附的权利要求的范围限定。

根据本发明，即使管线在长的时间段（诸如在北极的冬天）中不可接触，也可以进行对管线的延续的监测。通过安装到管线的用于扩展的测量的一个或多个（优选非常多的）传感器来完成延续监测。优选，这样的传感器被牢固地（ruggedly）构造以抵御严酷的气候、震动、碰撞以及甚至动物的危害。优选将传感器置于最可能发生腐蚀的位置，但是通常腐蚀沿着管线的长度并不一致，并且随着变薄和形成凹陷而发生。能够在管线上提供多个传感器将使得可以将传感器主要放置为沿着管线的顶部、沿着管线的底部、处于沿着管线的下部、以及处于管线中的弯角和转角处。这样，可以沿着管线间隔多个单独的传感器，以提供数据阵列，该数据阵列将最佳地提供对整个管线的腐蚀损耗的精确指示并提供对管线的更好的腐蚀抑制器管理。

在图1中，示出附接到管道10的外部的总体由箭头20指示的超声波传感装置。在安装超声波传感装置20之前，对管道10清理碎屑和可能干扰精确超声波测量的任何物体。在将超声波传感装置20放置到管道10上之前，将传导膏剂21施加到其外部。传导膏剂21提供声脉冲进入管道10和从管道10出去的传导，而空气间隙将阻碍声传导。钢带22示出为包裹在管道10周围，以将超声波传感装置20牢固地保持在位。还可以使用粘合剂或其它合适的硬件以将超声波传感装置接合或固定到管道10。

在图2中，示出管道10包括壁15，壁15具有外表面16和内表面17。超声波传感装置20被安装为通过传导膏剂21与外表面16接触。超声波传感装置20包括源25和接收器27以及脉冲发生器/接收器31、放大器35以及数字转换器28，该数字转换器28将接收器27产生的信号从模拟的转换为数字的信号。通过27提供的信号很可能非常微弱并且优选在通过数字转换器28数字化之前由放大器35放大。设置分析电路30以分析数字化的通过接收器27接收的信号。分析电路30可以采用多种形式，诸如计算机或更专用的处理系统，如现场可编程门阵列（FPGA）。高灵敏性的热电偶29测量壁15的温度，并还对分析电路30提供该数据。可以使用其它精确温度测量装置（包括电阻温度检测器（RTD）或热敏电阻器）代替热电偶29。可以设置电池32以对超声波传感器20供电，并且可以设置通信模块33与天线34，从而可以将腐蚀速率信息远程提供给工作人员，或者远离超声波传感器20地完成对部分数据的分析。在工作中，源25提供声脉冲，该声脉冲穿过传导膏剂21并通过管道10的外表面16进入壁15。当脉冲冲击每个表面16和17，脉冲的一些能量从壁15辐射，一些能量穿过壁15被反射回来。在壁15中以实线绘出弧线，以提供对通过壁15的脉冲的示意表示，一些弧线以虚线示出以示出从内表面17朝向外表面16反射的脉冲。从而，当源25发射脉冲时，来自内表面17的反射返回到外表面16以由接收器27接收，同时，一部分被反射回内表面17。脉冲来回反射，同时接收器27持续接收脉冲的信号。最后，反射消散并变弱为由接收器27持续接收的“噪声”。在接收器27处接收的信号被提供到分析电路30并被记录为如图3所示的数字化波。

在图3中，由括弧50示出初始脉冲，由括弧51示出第一接收的反射脉冲，由括弧52示出第二接收的反射脉冲，由括弧53示出第三接收的反射脉冲，以及由括弧54示出第四接收的反射脉冲。对从第一反射脉冲51到第二反射脉冲52的时间的精确测量提供了对管道10的壁15的当前厚度的精确指示。这里要说明两点。首先，每个脉冲实际包括非常复杂的波形，所述波形具有多个极值或局部最大值和最小值，并且每个脉冲并不与第二反射精确映照。目前的壁厚在正负1到10密耳之间的精度取决于对反射脉冲和时间差的通常解释。在本发明中，对非常复杂的波形进行了深度分析，从而可以确定壁厚的大得多的精度。

本发明人已经证实，通过再次利用本发明的波形分析测量第一、第二和第三反射之间的时间可获得高精度。还可以测量在超声波传感器的初始脉冲到第一后壁回波之间的时间以确定用于厚度计算的经过时间。该方法包括这样的电路，该电路考虑在数字转换器检测初始脉冲的时间与初始化脉冲激励超声波元件的时间之间的延迟。该延迟可能导致计算的壁厚的偏差。本发明人更倾向于测量两个连续后壁回波之间的时间。该过程较简单，因为其不需要用于消除延迟的额外的电路或算法步骤。

适用于本发明的超声波传感器包括单元件和双元件传感器。单元件传感器受到“衰荡（ring down）”，即在小于100ns的时间上施加的处于100至300伏特DC的级别的激励电压的结果。单元件传感器同时用作超声波的引发器和接收器。对超声波传感器的初始高电压振动极大激励了元件，使其需要大量的时间恢复并返回到其通常的零信号级别。该时间段可能不够短以在第一后壁回波返回到超声波传感器之前完全恢复，导致反射的能量在传感器恢复之前被检测。从而，单元件超声波传感器的波形可包括具有重叠的后壁回波脉冲的初始脉冲的指数延迟，其中对初始脉冲的延迟掩蔽了后壁回波的至少一部分。双元件超声波传感器是优选的，因为由于将传送初始脉冲和检测后壁回波的动作分开，其不受到“衰荡”的影响。一个元件从分析电路30接收初始高压脉冲并生成超声波。被声学隔离的第二元件将检测和接收反射的波。该配置优化了用于处理的反射波形的清晰度。两个元件通常位于相同的壳体中。

还应注意，相比于准确，测量腐蚀的目标是精确。换句话说，腐蚀速率是关键的，并且可以精确地指示金属厚度中的小的变化的装置是最重要的。尽管重要的是知道壁对于安全目的来说足够厚，知道其在正负0.000001英寸的尺寸并不重要。但是知道管道的壁的厚度在两周中已经改变了0.000001英寸以上或以下对于正确且有效地管理腐蚀抑制程序将非常有益，其提供了对腐蚀速率的变化的早期检测，并最终确保管线的长期工作。因此，精确度是关键，而变化削弱了精确度。

返回到图3，如上所述，为了获得希望的且可用的精确度，必须精确地测量两个脉冲之间的时间，所述两个脉冲的每个具有与其相关的一定程度的“模糊度”。在用于希望精确度所需的时间刻度上，每个脉冲具有长时间段。从而，本发明包括精确确定在每个回波的何处可以精确识别回波“到达”的时间。为了比较，一密耳的厚度将表示0.004μs的时间差。正负0.1密耳的准确度需要达到正负0.0004μs的时间测量。为了本发明的目的，正负0.001密耳或0.000001英寸的准确度需要低至0.000004μs内的精确时间测量。这些时间都基于具有230密耳/μs（通常用于钢的值）的超声波速率的材料。

对于本发明人，高精确度的关键是分析通过接收器接收的基础波形（underlying waveform）。该波形被分析为分段平滑波以数字地确定波形内的每个回波的极值和拐点。然而，在本发明的目标精确度处，温度对于超声波速率具有较大影响，并且基于金属的热膨胀对金属的厚度也有影响。从而，必须获知壁15中的金属的温度。

可以在确定热速度膨胀的精确系数时考虑温度影响，并且分析电路包括该功能。从而本发明包括将超声波传感器20安装到管线10或导管或希望测量随时间的金属损耗的任何金属物体上。在安装后，传感器20与热电偶29一起开始产生数据，该数据将提供壁15的精确相对厚度改变和壁15的热速度膨胀的系数。数据优选产生为组或样本集，其中多个脉冲被传送到壁15，并且将每个回波接收为波形并记录在分析电路30的存储器中。如上所述，分析电路30使用数字化波形用于存储和分析。认为对数字化波形的详细解释是不必要的因为其为已知技术。在采集样本集的时段上记录温度，并且如果温度在采集样本集的时间上显著变化，可以弃用整个样本集。对于在稳定温度时间框架（frame）期间采集的样本集，将全部波形一起平均以产生单个代表波形，该代表波形随后将用于数字地识别每个后壁回波的每个拐点和每个极值。该分析可包括基于各种标准过滤出差的波形、对齐波形以最小化记录起始偏移、以及对可接受的波形进行平滑化和求平均。图4提供了对波形的可视显示，其中识别出极值和拐点。在样本集中具有离群波形是常见的，当识别出该离群波形与大部分其它波形基本不同时，可以将其从样本集中滤出或消除。优选，在紧凑的时段上采集样本集，并且样本集优选包括达到成千上万的被单独初始化且捕获的波形。通常在几秒内获得样本集。

优选地，一旦获取样本集，验证在采集时间上的温度具有持续一致性。可以通过更加复杂的分析电路30容许变化，然而，优选简单性，并且优选消除具有显著温度变化的任何样本集。

分析具有样本集的每个后壁回波波形以将所有这些波形彼此对齐。换句话说，如果大部分回波波形被对齐以不向“左”或“右”偏移，该大部分回波波形对人眼来说将表现为几乎相同。由于在电学元件中记录起始偏移和/或变化等，一些波形可能与其它波形在时间上略微偏移。对齐波形提供了分析的额外精确性。通过分析每个波形以发现一个或多个关键界标或特征点并将每个波形重叠以使得所述界标或特征点精确对齐，而进行所述对齐。

对齐波形的一个方法是分析每个波形以识别第一回波的第二负峰值64。例如，在图4中，第一标准可以是在将发现第一回波的时段的波形中识别最负的峰值64。第二步是识别在整体最负峰值64相邻前方的最负峰值62，并且从该点识别下一个在前负峰值60。最后的峰值被识别为在最负峰值64之后发生的负峰值66。将所有这些峰值与预定比例关系和/或统计阈值振幅比较，由于峰值62具有比峰值60大很多的振幅并且非常靠近峰值64，并且峰值66具有接近峰值64的振幅，从而将峰值62识别为回波的第一负峰值，并且峰值64为回波的第二负峰值。将第二负峰值64用作用于样本集中的所有波形的对齐点。

应注意，尽管波形是模拟信号，其必须以足够的精确度数字化，以分辨出基础模拟信号的相当准确的表现。数字转换器越快地采样模拟信号，则越准确且平滑；只要在测量中使用相当多的位，则将显示出数字波形。通过将全部波形对齐，可以基于在每个特定波形与全部其余波形的均值之间的点态平方差的大小对波形排序。无论基于什么排序，排序可以使得最小幅值位于顺序的一端，且最大幅值位于另一端。任何可能被认为是离群的波形可以被排序在顺序样本集的一端或另一端。然后可以通过除去顺序端部的预选部分而过滤样本集以除去离群。显然，也可以消除非离群部分，但是优选消除10％以下并且保留数千的波形，这将提供对壁15的厚度的有效且精确的测量。应注意，过滤不是必需的，但是可以是有用的，并且建议的方法示出计算速度优势。

应注意，尽管波形是模拟信号，其必须以足够的精确度数字化，以分辨出基础模拟信号的相当准确的表现。数字转换器越快地采样模拟信号，则越准确且平滑；只要在测量中使用相当多的位，则将显示出数字波形。通过将全部波形对齐，可以基于在每个特定波形与全部其余波形的均值之间的点态平方差的大小对波形排序。无论基于什么排序，排序可以使得最小幅值位于顺序的一端，且最大幅值位于另一端。任何可能被认为是离群的波形可以被排序在顺序样本集的一端或另一端。然后可以通过除去顺序端部的预选部分而过滤样本集以除去离群。显然，也可以消除非离群部分，但是优选消除10％以下并且保留数千的波形，这将提供对壁15的厚度的有效且精确的测量。应注意，过滤不是必需的，但是可以是有用的，并且建议的方法示出计算速度优势。

现在在对齐和过滤样本集的情况下，通过对样本集中的全波波形的每个数字分量求平均产生代表波形。代表波形基本是全部波形的均值，并提供了用于分析壁15的当前厚度的单个波形。该代表波形然后变为分析的主体以识别其中的关键界标或特征点。参考图4，全部极值被识别出，并且拐点被精确识别出。极值被识别为波形的回波部分上的局部最大值和最小值点。对于拐点，精确地位于这样的位置处的点是拐点，在所述位置处，曲线在局部最大值和最小值之间从一个方向的曲率变化到另一个方向的曲率。

在识别第一回波的情况下，将第一回波与代表波形中跟着第一回波且与第一回波具有相同时间长度的部分相比较，以找出第二回波。现在，必须记住，机器使用数值进行该分析而不是实际返回并观察图4所示的具体波形。尽管人可以容易地返回并观察图3中的第一回波51和第二回波52，分析电路通过截取第一回波曲线后方的波形的片段并通过计算两个数据组的交叉相关性而将其与第一回波比较，从而精确“找出”第二回波。大的交叉相关性结果表示显著的匹配，而小的结果表示在比较的数据组之间的差相关性。第一后壁回波将具有包括整个回波响应的时段，并且由来自波形的有限数目的顺序的分离数据点表示。利用交叉相关技术比较该组分离数据点与从同一波形的后继时间采样的相同大小的分离数据点的组获得正和负的值。将比较组加一，或更多，通过足够的剩余波形（以覆盖下一个后壁回波）进行的每个交叉相关迭代的数据点将产生可用于搜索最大值的一组值。该最大正交叉相关值将表示下一个后壁回波的可能性最大的位置。使用相同的序列定位随后的后壁回波，不同的是，将交叉相关比较中使用的第一后壁回波改变为最后一个检测的回波。

一旦已经定位全部后壁回波，将通过利用快速傅立叶变换算法的离散傅立叶变换来变换整个波形。通过这样而计算变换系数，所述系数将用于对逆离散傅立叶变换施加一阶求导和二阶求导以获得位于每个后壁回波的离散数据点处的一阶和二阶导数。可通过使用求导实现对极值和拐点的确定。这些极值和拐点是用于识别接收回波的时间所需的界标。极值位于这样的指示峰顶或谷底的位置，在该位置一阶导数等于零。拐点位于这样的标识凹度的变化的位置，在该位置二阶导数的符号变化。可以将各个其它函数拟和到波形的后壁回波部分的全部或部分，并且然后获得其导数以定位极值和/或拐点。然而，该拟和方法具有其精确度限制，如逆离散傅立叶变换的一阶导数和二阶导数的精确度限制，这表示，相比于现在使用的极值和拐点，没有其它方法将提供任何更好的极值和拐点的值，并且其很可能增加结果的变化。

通过对回波内的全部或部分极值和拐点的中心加权平均，为各个后壁回波定位代表点。顺序的后壁回波之间的时间跨度的计算简单地为每个回波的极值和拐点的中心加权平均之间的时间差。从而，每个回波被简化（reduce）为代表点，并且第一和第二回波的两个代表点之间的时间是声音两次通过壁15的厚度的精确时间。所述厚度为回波之间的时间与声音在测量的温度下传播通过特定金属（包括壁15）的速度的乘积的一半。

优选在接下来的几天或几星期重复该过程，其中在多个不同的温度采集多个样本集。然后可以通过在回归分析中检查计算的厚度测量而计算热速度膨胀的系数。优选回归算法是Nelder-Mead Simplex算法，然而可以使用任何合适的回归方案。然后将通过回归分析确定的热速度膨胀的系数用于从任何合适的模型确定温度补偿的厚度测量。

之后，无论是数周后还是数月后，采集另外的样本集以确定温度补偿的厚度测量，其被提供给工作人员并被记录以用于以后的参考。利用随着时间采样的一系列温度补偿的厚度测量，随着时间变化的厚度差异（对于其采集样本集）提供损耗速率。如果该损耗速率较低，则验证腐蚀抑制程序是有效的，否则，则认为应考虑进行调节。

工作人员最好通过获得来自沿管线的多个位置的腐蚀速率数据而获知腐蚀抑制程序的效率，因为一个或几个位置可能不能代表在整个管线中发生的情况，而通过来自沿管线的更多位置的数据获得更高的可信度。从而，优选，沿管道10安装并远程监测多个超声波传感器20。

在本发明另一方面，已经认识到，测量精确度受到放大器32和数字转换器28的温度的影响。从而，在图5中，示出本发明的另一实施例，其中在具有温度控制装置136的隔热壳体138中装纳脉冲发生器/接收器131、放大器135和数字转换器128，以将壳体138中的温度保持在优选温度范围。实际上，具体温度并不重要，优选在测量之间的温度非常恒定。在如图5所示的优选配置中，还在壳体中容纳电源132、计算机130以及通信设备133。只要壳体内的空间较小，相信可以使用常规温度控制技术来在数月或数年的时段中在测量之间将温度保持在一华氏度内、优选半华氏度内、更优选0.2华氏度内，所述温度无关于日晒、季节、无论白天还是夜晚都是恒定的。

脉冲发生器/接收器131还可以是多路复用的，以从多个位置进行测量。如图所示，沿管道110的顶部设置传感器161和162，而沿管道110的底部设置传感器163和164。传感器165和166可以提供在管道110的侧面的测量和管道110的温度。管道110被示出为具有覆盖传感器161－166的隔热部件171，以最小化当采集样本集时的温度变化。

最后，本发明的保护范围不限于上述内容，而只由所附的权利要求限定。本发明的范围旨在包括权利要求的主题的全部等同物。每个以及全部权利要求被引入到说明书中作为本发明的实施例。从而，权利要求是说明书的部分，并且是进一步的说明，并且是对本发明的优选实施例的补充。对任何参考文献的讨论并不是承认其为本发明的现有技术，尤其是任何可能具有晚于本申请的优先权日期的公开日期的参考文献。

Claims (9)

1.一种用于精确测量声传导材料的厚度的方法，其中该方法包括：

a）将超声波传感器安装到声传导材料的位置，其中所述超声波传感器包括：超声波源，其被设置以向材料中提供超声波脉冲；超声波接收器，其被设置以接收来自材料的相对侧的超声波脉冲的反射；温度传感器和分析电路，以从所述温度传感器接收和采集温度数据并从接收器接收和采集波形数据；

b）测量材料的温度；

c）从所述超声波源向材料中发射一系列脉冲；

d）通过接收器接收来自材料的已经穿过材料的厚度的每个脉冲的至少第一和第二反射，以产生波形并且将波形采集到样本集中；

e）将样本集中的波形对齐；

f）对样本集中的对齐的波形的组求平均，以形成用于该样本集的代表波形；

g）在代表波形中分别识别至少第一和第二回波组，以代表来自材料的第一反射和来自材料的第二反射；

h）确定每个后壁回波的特征点；

i）对每个后壁回波的特征点取均值以计算该后壁回波的代表位置；以及

j）基于超声波传播通过材料的精确时间来确定材料的厚度。

2.一种用于精确测量导管或管道的金属壁的腐蚀速率的方法，其中该方法包括：

a）将超声波传感器安装到壁的位置，其中所述超声波传感器包括：超声波源，其被设置以向壁中提供超声波脉冲；超声波接收器，其被设置以接收来自壁材料的相对表面的超声波脉冲的反射；温度传感器和分析电路，以从所述温度传感器接收和采集温度数据并从接收器接收和采集波形数据；

b）测量壁的温度；

c）从所述超声波源向壁中发射一系列脉冲；

d）通过接收器接收来自壁的已经穿过壁的厚度的每个脉冲的至少第一和第二反射，以产生波形并且将波形采集到样本集中；

e）在开始和结束采集数据时测量壁的温度；

f）确定在采集样本集期间温度保持基本恒定，并且如果在采集样本集期间温度未保持基本恒定则弃用该样本集；

g）对齐所述样本集的波形；

h）对样本集中的对齐的波形的组求平均，以产生用于该样本集的代表波形；

i）在平均波形中识别至少第一和第二回波组，分别代表来自材料的第一反射和来自材料的第二反射；

j）确定每个回波的极值和拐点；

k）使用特征点确定每个回波的“中心”；

l）通过顺序的回波的“中心”的差计算顺序的回波之间的经过时间；

m）通过在不同温度采集多个样本集、并对在各个样本集的温度处的各个厚度测量进行回归分析而计算金属壁的热速度膨胀的系数，以获得金属壁的热速度膨胀的系数；

n）基于精确计算的超声波传播通过壁的时间以及热速度膨胀的系数确定材料的温度校正的壁厚度；以及

o）随时间采集其它样本集以在随后的时间测量壁厚度，并比较随后的温度校正的壁厚度测量值，以确定壁的腐蚀速率。

3.根据权利要求1或2的用于精确测量声传导材料的厚度的方法，其中所述声传导材料为在内部或外部至少之一中暴露于变化温度的导管或管道的金属壁，并且其中，所述方法还包括，通过在不同温度采集多个样本集、并对在各个样本集的温度处的各个厚度测量进行回归分析而计算金属壁的热速度膨胀的系数的步骤，以获得金属壁的热速度膨胀的系数，并且然后提供对金属壁的温度校正的厚度测量。

4.根据权利要求1、2或3的用于精确测量所述厚度的方法，还包括在延长的时间段上采集样本集以确定金属壁的腐蚀速率。

5.根据权利要求4的用于精确测量所述厚度的方法，其中将所述腐蚀速率传输到远离所述超声波传感器的位置。

6.根据权利要求3、4或5的用于精确测量所述厚度的方法，其中所述回归分析是Nelder-Mead Simplex算法回归分析。

7.根据权利要求3、4、5或6的用于精确测量所述厚度的方法，还包括对于全部测量将所述分析电路的温度保持在一华氏度的范围内的步骤。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7的用于精确测量所述厚度的方法，其中分析每个样本集，以识别相比于样本集中的大部分波形显著不同的任何离群波形，从而在为样本集产生代表波形之前从样本集消除任何离群波形。

9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8的用于精确测量所述厚度的方法，其中被设置以从材料的相对侧接收超声波脉冲的反射的超声波接收器对分析电路提供信号，所述信号包括从材料接收的每个脉冲的第一和第二反射的数据，并且其中，所述分析电路还包括用于放大信号的放大器和用于将信号数字化的数字转换器，所述方法还包括，对于全部测量将所述放大器和数字转换器的温度保持在一华氏度的一半的范围内。

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