CN104781662A - 二维tr探头阵列 - Google Patents

Abstract

一种用于测试对象的超声传感器组合件包括具有多个传感器元件的传感器阵列。传感器元件检测测试对象的特性。传感器元件按照矩阵形成来设置。传感器元件的每个包括用于传送信号的发射器以及用于接收所传送信号的接收器。传感器阵列具有与测试对象的曲率基本上匹配的曲率。还提供一种检测测试对象的特性的方法。

Description

二维TR探头阵列

技术领域

一般来说，本发明涉及超声传感器组合件，以及更具体来说，涉及包括传感器元件的传感器阵列的超声传感器组合件。

背景技术

超声传感器组合件是已知的，并且用于许多不同应用中。超声传感器组合件用来例如检查测试对象，并且检测/识别测试对象的特性，例如腐蚀、空隙、内含物、长度、厚度等。在管道腐蚀监测应用中，测试对象通常包括金属管道。在这种示例中，提供发射器-接收器(“TR”)探头，以用于检测/识别管道的特性。但是，单个TR探头占用较小面积，并且因而具有较小测试范围。另外，管道可具有弓形轮廓表面。采用TR探头来检测整个管道的特性能够是不准确并且费时的。相应地，提供能够解决这类问题的超声传感器组合件会是有益的。此外，为这个传感器阵列提供与测试对象的形状匹配的波状外形形状会是有益的。

发明内容

下面提供本发明的简化概述，以便提供对本发明的一些示例方面的基本了解。这个概述并不是本发明的详尽概览。此外，这个概述不是要识别本发明的关键元件，也不是要详细记述本发明的范围。本概述的唯一目的是以简化形式来提供本发明的一些概念，作为下文中提供的更详细描述的序言。

按照一个方面，本发明提供一种用于测试对象的超声传感器组合件。超声传感器组合件包括传感器阵列，其中包括多个传感器元件，以用于检测测试对象的特性。传感器元件按照矩阵形成来设置。传感器元件的每个包括用于传送信号的发射器以及用于接收所传送信号的接收器。

按照另一方面，本发明提供一种用于测试对象的超声传感器组合件。超声传感器组合件包括传感器阵列，其中包括多个传感器元件，以用于检测测试对象的特性。传感器阵列具有与测试对象的曲率基本上匹配的曲率。传感器元件按照矩阵形成来设置，其中传感器元件的每个包括用于将信号传送到测试对象中的发射器以及用于接收所传送信号的接收器。

按照另一方面，本发明提供一种用于检测测试对象的特性的方法。该方法包括下列步骤 提供一种超声传感器组合件，其中包括按照矩阵形成设置的传感器阵列中的多个传感器元件。传感器元件的每个包括发射器和接收器。该方法还包括从发射器将一个或多个信号传送到测试对象中的步骤。该方法还包括采用接收器来接收从测试对象中反射的一个或多个信号的步骤。该方法包括基于接收器接收的信号来检测测试对象的特性的步骤。

附图说明

通过阅读以下参照附图的描述，本发明的以上和其他方面将是本发明所涉及的领域的技术人员清楚知道的，附图包括：

图1是按照本发明的一个方面、用于测试对象的示例超声传感器组合件的透视图；

图2是超声传感器组合件的示例传感器阵列的示意图；

图3是供图2的传感器阵列中使用的一个示例传感器元件的示意图；以及

图4是相对测试对象移动的示例传感器阵列的示意透视图。

具体实施方式

附图中描述和示出结合本发明的一个或多个方面的示例实施例。这些所示示例不是意在对本发明的限制。例如，本发明的一个或多个方面能够用于其他实施例中以及甚至其他类型的装置中。此外，某个术语在本文中仅为了方便起见而使用，而不是作为对本发明的限制。更进一步，附图中，相同参考标号用于表示相同元件。

图1示出按照本发明的一个方面的示例超声传感器组合件10的透视图。简言之，超声传感器组合件10包括控制器20和传感器阵列30，其能够定位成接近测试对象12。传感器阵列30将超声波传送到测试对象12中，以检测测试对象12的特性。这些特性包括腐蚀(例如腐蚀的厚度和位置)、壁厚度、空隙、内含物等。传感器阵列30通过线22(或者可以是无线的)在操作上附连到控制器20。为了提供测试对象12的改进感测，传感器阵列30包括多个按照二维阵列设置的多个传感器元件。

测试对象示为包括管状管，其具有在第一端14与相对第二端16之间延伸的一般圆筒形状。测试对象12能够包括非实心体(例如空心体)，或者可以是实心的。要理解，为了便于说明，在图1中有些一般性/示意性示出测试对象12。实际上，测试对象12并不局限于沿直线轴延伸的管道，并且可包括弯曲、波动、曲线等。测试对象12具有形成一般圆筒形状的外表面18。在其他示例中，测试对象12可包括其他非圆筒形状和尺寸。例如，例如通过具有正方形或矩形截面，测试对象12可具有非圆形截面形状。在其他示例中，测试对象12还包括管状形状、锥形形状等。测试对象更进一步并不局限于管道，而是可包括壁、平面或者非平面表面等。因此，图1所示的测试对象12仅包括测试对象的一个可能示例。

来看控制器20，有些一般性/示意性地示出该控制器。一般来说，控制器20能够包括任何数量的不同配置。在一个示例中，控制器20通过线22在操作上附连到传感器阵列30。如下面将更详细描述，控制器20配置成通过线22从传感器阵列30发送和接收信息(例如数据、控制指令等)。这个信息能够与测试对象12的特性相关。例如，在管道腐蚀监测应用中，测试对象12可易遭受缺陷，例如腐蚀、裂缝、空隙、内含物等。因此，这个信息包括但不限于测试对象12的尺寸(例如厚度、长度等)、腐蚀映射的腐蚀是否存在、裂缝等。控制器20能够包括电路、处理器、运行程序、存储器、计算机、电力供应、超声内容等。在其他示例中，控制器20包括用户接口、显示器和/或允许用户控制超声传感器组合件10的其他装置。

集中于传感器阵列30的操作，传感器阵列30放置成接近测试对象12的外表面18和/或与外表面18相接触。超声传感器组合件10能够包括单个传感器阵列(如所示)或者多个传感器阵列。传感器阵列30并不局限于图1所示的位置，因为传感器阵列30沿测试对象12的外表面18移动。实际上，传感器阵列30可定位在沿测试对象12的任何数量的位置，例如更靠近中心、更靠近第一端14或第二端16等。在一个示例中，传感器阵列30具有与测试对象12的外表面18的形状基本上匹配的形状。例如，如图1所示，传感器阵列30包括与测试对象12的曲率基本上匹配的曲率。曲率在其他示例中可能更大或更小，这取决于测试对象12的尺寸和形状。但是，在其他示例中，传感器阵列30无需具有这种曲率，而是可具有基本上平面形状。

现在来看图2，将更详细描述传感器阵列30。为了便于说明以及更清楚地示出传感器阵列30的元件，传感器阵列30在图2中没有示为接近测试对象12。但是，在操作中，传感器阵列30如针对图1所述放置成接近测试对象12。

传感器阵列30能够包括支承材料32，其提供对传感器阵列30的支承。在一个示例中，支承材料32是具有预定形状的弹性构件。支承材料32能够是非柔性的，或者在其他示例中，可能提供有某种程度的灵活性或移动。如上所述，支承材料32能够包括与测试对象12的外表面18的形状匹配的弯曲形状。但是，支承材料32还可包括基本上平面形状。支承材料32能够包括任何数量的材料，例如工程塑料、聚酰亚胺材料等。在其他实施例中，支承材料32可包括柔性或者半柔性构件，从而允许支承材料32被弯曲或模塑成预期形状。

传感器阵列30还包括一个或多个传感器元件34，以用于检测测试对象12的特性。传感器元件34在图2中有些一般性地示出，因为传感器元件34包括多个不同尺寸、形状和配置。如图2所示，传感器元件34按照矩形形成来设置。在矩阵形成中，传感器元件34可包括沿第一方向(例如第一轴)延伸的一行或多行36。在图2的所示示例中，第一轴38沿传感器阵列30一般直线地延伸。当然，如果阵列30具有曲率，则第一方向能够跟随这种曲率。

行36各包括多个传感器元件34。在所示示例中，行36各包括按序列的八个传感器元件34(如所示)，但是行36可包括少至一个或多个传感器元件或者多于八个传感器元件。行36的每个中的传感器元件34相互之间一般是等距的，使得传感器元件34与沿传感器阵列30的长度的相邻传感器元件基本上等距间隔开。在其他示例中，传感器元件34可比所示的要更接近或者更远离间隔开。在所示示例中，存在沿非交错取向(即，一行在另一行上方)设置的八行，但是在其他示例中，行36可相对相邻行交错。

传感器阵列30的矩阵形成还包括沿第二方向(例如第二轴)延伸的一列或多列。在所示示例中，第二轴42在第一轴38的基本上横切的方向沿传感器阵列30一般直线地延伸。例如，第二轴42能够与第一轴38垂直。但是，在其他示例中，第二轴42并不局限于这个横向取向，而是可按照相对第一轴38的其他角度延伸。当然，如果阵列30具有曲率，则第二方向能够跟随该曲率。

列40的每个包括多个传感器元件34。在所示示例中，列40能够各包括按序列的八个传感器元件，但是列40可包括少至一个或多个传感器元件或者多于八个传感器元件。列40的每个中的传感器元件34相互之间一般是等距的，使得传感器元件34与沿传感器阵列30的长度的相邻传感器元件基本上等距间隔开。在其他示例中，传感器元件34可比所示的要更接近或者更远离间隔开。通过将传感器元件34间隔开，限制/降低传感器元件34之间的信号串扰。在所示示例中，存在沿非交错取向(即，一列挨着另一列)设置的八列，但是在其他示例中，列40可相对相邻列交错。

传感器阵列30的矩阵形成包括如图2所示的行36和列40。在所示示例中，存在总共八行和八列。因此，矩阵形成中的传感器元件34包括8×8矩阵形成。要理解，矩阵形成并不局限于8×8矩阵形成。在其他示例中，例如通过包括9×9矩阵形成(或更大)或者通过包括7×7矩阵形成(或更小)，矩阵形成可比所示的要大或者要小。

在其他示例中，矩阵形成并不局限于在每列40和每行36中包含相等数量的传感器元件34。矩阵形成而是可包括具有不同数量的传感器元件34的列40和行36。在一些示例中，矩阵形成包括8×6矩阵形成、6×8矩形形成等。在其他示例中，每行和/或每列可具有分别与相邻行或列中不同数量的传感器元件34。例如，行之一可具有八个传感器元件，而另一行具有较多或较少数量的传感器元件。同样，列之一可具有八个传感器元件，而其他列具有较多或较少数量的传感器元件。相应地，矩阵形成并不局限于如图2所示的示例，而是可包括按照行36和列40设置的传感器元件的几乎任何组合。矩阵形成并不局限于包括传感器元件34的矩形形状配置。在又一示例中，矩阵形成能够包括按照“X”型形状、“T”型形状设置的传感器元件34。

现在来看图3，将更详细描述传感器元件34。要理解，虽然图3仅示出一个传感器元件34，但是其余未示出传感器元件34的形状、结构和功能可与图3所示传感器元件34相似或相同。此外，为了便于说明以及更清楚地示出传感器元件34的部分，传感器元件34示为没有与支承材料32附连。但是，在操作中，传感器元件34将通过支承材料32来支承(例如与其附连)。

各传感器元件34还包括发射器52。发射器52支承(例如固定)到支承材料32，并且与测试对象12的外表面18间隔开某个距离。发射器52能够将诸如能量、脉冲和/或其他脉冲之类的一个或多个信号53传送到测试对象12中。如一般已知，发射器52能够控制成使得信号53具有各种定时、时长、形状等。类似地，信号53包括任何数量的频率，这取决于测试对象12的材料。要理解，信号53在图3中有些一般性地示为直线。在操作中，信号53无需沿直线路径传播，而是因传送到测试对象12中而可包括弯曲等。

各传感器元件34还包括接收器54，其附连到支承材料32。接收器54支承(例如固定)到支承材料32，并且与测试对象12的外表面18间隔开某个距离。接收器54能够接收来自发射器52的反射信号53。具体来说，传感器元件34的每个的接收器54在信号53从测试对象12中反射之后接收信号53。接收器54与发射器52间隔开某个距离。在一个示例中，为了进一步改进信号53的传输和接收，接收器54与发射器52由声屏障56分隔开。声屏障56有些一般性地示出，因为要理解，声屏障56能够包括多个不同结构。在一个示例中，声屏障56包括软木材料等，但是设想任何数量的结构和材料。

信号53用来检测测试对象12的特性60。在图3的所示示例中，特性60包括测试对象12中的腐蚀。但是，特性60并不局限于包括腐蚀，而是还可包括缺陷(瑕疵、裂缝、空隙、内含物等)、尺寸(壁厚度、长度等)等。实际上，特性60在图3中有些一般性地示出，因为要理解，特性60表示待检测的任何数量的项。此外，虽然特性60示为定位在测试对象12的壁(例如内壁)处，但是特性60可完全定位在测试对象12的壁之内。

在操作中，传感器元件34检测特性60(例如腐蚀等)的存在/不存在，并且能够映射测试对象12中的特性60的位置。例如，发射器52将信号53传送到测试对象12中。信号53从发射器52传递并且至少部分进入测试对象12中(信号53以测试对象12中的虚线形式所表示)。信号53可从测试对象12中至少部分反射。在所示示例中，信号53能够从测试对象12的特性60反射。信号53可从特性60完全反射，或者在其他示例中，可以仅从特性60部分反射。信号53中从特性60反射的部分采用接收器54来接收。基于接收器54对信号53的接收，超声传感器组合件10能够检测弯曲壁上的特性60的存在/不存在和位置。具体来说，将与接收器54接收的信号53有关的信息发送给控制器20。如一般已知，控制器20能够分析信号53，以确定特性60的存在/不存在和位置。

现在来看图4，超声传感器组合件10示为处于映射测试对象12的特性60(例如腐蚀)的过程中。具体来说，传感器阵列30定位成接近测试对象12的外表面18。传感器阵列30然后相对测试对象12移动。传感器阵列30能够沿多种方向移动。例如，传感器阵列30能够以沿测试对象12的长度延伸的第一方向80移动。类似地，传感器阵列30可按照与测试对象12的长度基本上横向的第二方向82移动。在其他示例中，传感器阵列30并不局限于沿第一方向80或第二方向82移动，而是可按照相对第一方向80和第二方向82的某个角度(例如45°角等)移动。

当传感器阵列30沿测试对象12移动时，触发传感器阵列30中的传感器元件34的每个发射器52以传送信号53。在一个示例中，同时触发所有传感器元件34的发射器52以传送信号53。在另一个示例中，传感器元件34的发射器52没有同时被触发，而是例如通过仅触发发射器52的一部分、之后接着发射器52的另一个部分以传送信号53来触发。实际上，要理解，能够按照任何数量的组合(例如同时或者非同时)来触发传感器元件34的发射器52以传送信号53。传感器元件34的每个的接收器54将接收从同一传感器元件34的那个发射器52所发送的相应信号。

传感器元件34能够用来检测和映射测试对象12中的特性60的位置。例如，控制器20可包括测试对象12的电子表示，例如测试对象12的二维或三维表示。如一般已知，与传感器阵列30协作关联的控制器20能够将传感器阵列30相对于测试对象12的位置与测试对象12的电子表示相互关连。当传感器阵列30沿测试对象12的外表面18、例如在第一方向80和/或第二方向(或者其他方向)移动时，控制器20跟踪传感器阵列30。当传感器阵列30沿测试对象12移动时，传感器阵列30能够检测测试对象12的特性60，并且将这个信息传送给控制器20。这些特性60然后由控制器20相对测试对象12的电子表示来映射和存储。相应地，当传感器阵列30沿测试对象12移动时，控制器20能够在电子表示上映射和绘制测试对象12的特性60(由传感器阵列30所检测)。

通过为超声传感器组合件10提供传感器阵列30，能够更迅速准确地分析测试对象12。具体来说，传感器阵列30将检测测试对象12的特性60，并且在测试对象12的电子表示上映射这些特性。传感器阵列30具有较大面积，因而在一个位置允许测试对象12的较大检测范围。此外，提供传感器阵列30中的多个传感器元件34给予特性60的准确检测和映射。

参照上述示例实施例描述了本发明。通过阅读和理解本说明书，修改和变更将是技术人员会想到的。结合本发明的一个或多个方面的示例实施例意在包括所有这类修改和变更，只要它们落入所附权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于测试对象的超声传感器组合件，所述超声传感器组合件包括：

传感器阵列，包括用于检测所述测试对象的特性的多个传感器元件，所述传感器元件按照矩阵形成来设置，其中所述传感器元件的每个包括用于传送信号的发射器以及用于接收所传送信号的接收器。

2.如权利要求1所述的超声传感器组合件，其中，按照所述矩阵形成设置的所述传感器元件包括沿第一方向顺序延伸的所述传感器元件的至少一部分。

3.如权利要求2所述的超声传感器组合件，其中，按照所述矩阵形成设置的所述传感器元件包括沿第二方向顺序延伸的所述传感器元件的至少一部分。

4.如权利要求3所述的超声传感器组合件，其中，所述第二方向与所述第一方向基本上横切地延伸。

5.如权利要求4所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器元件包括沿所述第一轴延伸的至少八个传感器元件以及沿所述第二方向延伸的至少八个传感器元件。

6.如权利要求4所述的超声传感器组合件，其中，所述矩阵形成的所述传感器元件包括8×8矩阵形成。

7.如权利要求1所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器元件的每个的所述发射器配置成将所述信号传送到所述测试对象中。

8.如权利要求7所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器元件的每个的所述接收器配置成在所述信号从所述测试对象中反射之后接收所述信号。

9.如权利要求1所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器阵列具有与所述测试对象的弯曲形状基本上匹配的弯曲形状。

10.如权利要求1所述的超声传感器组合件，其中，所述测试对象的所述特性包括所述测试对象的腐蚀。

11. 一种用于测试对象的超声传感器组合件，所述超声传感器组合件包括：

传感器阵列，包括用于检测所述测试对象的特性的多个传感器元件，所述传感器阵列具有与所述测试对象的曲率基本上匹配的曲率，其中所述传感器元件按照矩阵形成来设置，其中所述传感器元件的每个包括用于将信号传送到所述测试对象中的发射器以及用于接收所传送信号的接收器。

12. 如权利要求11所述的超声传感器组合件，其中，按照所述矩阵形成设置的所述传感器元件包括沿第一方向顺序延伸的所述传感器元件的至少一部分。

13. 如权利要求12所述的超声传感器组合件，其中，按照所述矩阵形成设置的所述传感器元件包括沿第二方向顺序延伸的所述传感器元件的至少一部分，所述第二轴方向与所述第一方向基本上横切。

14. 如权利要求13所述的超声传感器组合件，其中，所述矩阵形成的所述传感器元件包括8×8矩阵形成。

15. 如权利要求11所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器元件的每个的所述发射器配置成将所述信号传送到所述测试对象中。

16. 如权利要求15所述的超声传感器组合件，其中，所述传感器元件的每个的所述接收器配置成在所述信号从所述测试对象中反射之后接收所述信号。

17. 一种检测测试对象的特性的方法，所述方法包括下列步骤：

提供包括按照矩阵形成设置的传感器阵列中的多个传感器元件的超声传感器组合件，所述传感器元件的每个包括发射器和接收器；

从所述发射器将一个或多个信号传送到所述测试对象中；

采用所述接收器接收从所述测试对象中反射的所述一个或多个信号；以及

基于所述接收器接收的所述信号来检测所述测试对象的特性。

18. 如权利要求17所述的方法，其中，所述传感器阵列具有与所述测试对象的曲率基本上匹配的曲率。

19. 如权利要求17所述的方法，其中，所述测试对象的特性包括所述测试对象的腐蚀。

20. 如权利要求17所述的方法，其中，所述矩阵形成的所述传感器元件包括8×8矩阵形成。