CN109073605B - 用于检查管道的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于检查管道的系统和方法。在一个实施例中，用于检查管道的电磁超声换能器收发器(TRX)包括具有多个并列发射器线圈的多通道电磁超声换能器发射器(TX)。电磁超声换能器发射器可以产生向前传播超声波和向后传播超声波。向前传播超声波具有比向后传播超声波更高的幅值。电磁超声换能器收发器还包括具有多个接收器线圈的多通道电磁超声换能器接收器(RX)，其能够通过管道来接收由电磁超声换能器发射器发射的超声波。

Description

用于检查管道的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年2月3日提交的美国临时申请No.62/290742的权益，其全部内容以引用方式并入本文。
背景技术
金属管道容易出现裂缝。通常，裂缝发展为由例如材料疲劳引起的相对浅的缺陷。随着时间的推移，裂缝变得越来越长，经过足够长的时间，将损害管道的结构完整性。因此，需要不时地检查管道以检测裂缝的存在及其严重程度。
图1是现有技术中裂缝检测的示意图。一些传统技术通过压电换能器或电磁超声换能器(EMAT)产生超声波至固体材料6(例如，金属板)中。压电换能器包括振动晶体2和耦合剂4(例如，凝胶或流体)，其将振动传递到固体材料6(例如，钢板)上。在另一种传统技术中，电磁超声换能器15在固体材料6中产生振动。电磁超声换能器15包括与线圈12耦合的永磁体10。当交流电(AC)在线圈12中流动时，永磁体10的磁场与由线圈12中的交流电产生的磁场相互作用以在固体材料6中产生多个涡电流。这些涡电流的能量被传递到固体材料的晶格，产生超声波。当超声波到达裂缝5时，产生反射的超声波。这些反射波可以由接收器(其也是电磁超声换能器)来检测。在接收电磁超声换能器(未示出)处，反射的超声波与接收电磁超声换能器的磁场之间的相互作用在接收电磁超声换能器线圈电路中感应出电流。这些感应电流可以被测量并进一步分析以表征裂缝5。图1示意性地示出了所谓的洛伦兹力型电磁超声换能器。然而，该说明书通常也适用于磁致伸缩型电磁超声换能器。
图2是现有技术中的管道中裂缝检测的局部示意性等距视图。图示的裂缝检测系统50包括几个电磁超声换能器发射器15-T，其交织有若干个电磁超声换能器接收器15-R。这些电磁超声换能器发射器/接收器分布在管道1的内表面上。各个电磁超声换能器发射器15-T在管道1的材料中产生超声波40-F和40-B，参考图1所示。当超声波遇到裂缝5时，会产生反射的超声波，并由一个或多个电磁超声换能器接收器15-R来检测。可以基于电磁超声换能器发射器15-T发射超声波的时间与电磁超声换能器接收器15-R接收反射的超声波的时间之间的已知时间差来计算电磁超声换能器接收器15-R到裂缝的距离。然而，传统系统50仅仅适用于直径相对较大的管道，因为发射器和接收器之间所需的距离使得其不适用于较小直径的管道。此外，多个电磁超声换能器发射器14-T将会导致多个反射的超声波，其中多个反射的超声波由于电磁超声换能器接收器处的“信号拥塞”而难以被多个电磁超声换能器接收器14-R所解译。到达多个电磁超声换能器接收器的这些多个信号可能需要绕着圆形管道行进多圈以实现充分衰减，同时对电磁超声换能器接收器的有限带宽造成负担。因此，仍然需要对管道裂缝进行有效检测，尤其是对相对较小直径的管道的裂缝进行有效检测。
附图说明
通过参考以下详细描述并结合附图，本发明的前述方面和许多附带优点将变得更加容易理解，其中：
图1是现有技术中的裂缝检测的示意图。
图2是现有技术中的管道中的裂缝检测的局部示意性等距视图。
图3A和3B是根据本公开技术的实施例的用于检测管道中的裂缝的系统的等距视图。
图4是根据本公开技术的实施例的用于检测管道中的裂缝的系统的侧视图。
图5是根据本公开技术的实施例的印刷电路板的示意性剖视图。
图6是根据本公开技术的实施例的迹线宽度的示意图。
图7是根据本公开技术的实施例的部分掩蔽线圈的示意性俯视图。
图8是根据本技术的实施例的发射器(TX)信号的幅值曲线图。
图9A-9C是根据本技术的实施例的接收器(RX)信号的曲线图。
图10A是根据本技术的实施例的接收器线圈的示意图。
图10B是根据本技术的实施例的接收器信号的曲线图。
图11A是根据本技术的实施例的接收器线圈的示意图。
图11B是根据本技术的实施例的接收器信号的曲线图。
图12-14是根据本技术的实施例的信号处理方法的流程图。
具体实施方式
下面对用于检测绝缘下的腐蚀的代表性系统和方法的若干实施例进行详细描述。该系统和方法可用于检测和表征例如管道、罐或容器中的裂缝(也称为“瑕疵”)。相关领域的技术人员应当理解，该技术可以包括其他的实施例，并且可以在没有下面参考图3A-14描述的实施例的若干细节的情况下实施该技术。
在一些实施例中，各个电磁超声换能器被聚集在一起成为多通道电磁超声换能器发射器TX，以增加超声波的强度并赋予超声波指向性。例如，各个电磁超声换能器的线圈中的交流电的可以是相位偏移，从而可以在优选方向上产生更强的超声波(也称为“信号”)，在相反方向上产生更弱的超声波。此外，各个电磁超声换能器可以聚集在一起形成多通道电磁超声换能器接收器RX。电磁超声换能器接收器的多个电磁超声换能器可以提高接收到的信号的采集和解译，以更好地确定管道中裂缝的位置和尺寸。
在一些实施例中，由于发射和接收的超声波的方向性，“盲点”(即难以或不可能检测到裂缝的区域)得以减少。例如，可以通过确定由多通道电磁超声换能器接收器接收并由控制器或计算机分解的向前和向后传播超声波的比率来减少盲点。特别地，在一些实施例中，可以通过将接收到的超声波分解为向前和向后波来确定裂缝的位置及严重性。此外，通过多通道电磁超声换能器接收器可以减少经常存在于接收器信号中的模态噪声。
在一些实施例中，该系统相对较小并且对于小直径的管道是有利的。在一些实施例中，本发明的方法和系统适用于石油和天然气工业中使用的管道。本发明技术适用于洛伦兹力型电磁超声换能器和磁致伸缩型电磁超声换能器。
图3A和3B是根据本公开技术的实施例的用于检测管道中的裂缝的系统的等距视图。图3A示出了系统100A，系统100A包括具有两个单独的电磁超声换能器15-T的多通道电磁超声换能器发射器120。在其他实施例中，多通道电磁超声换能器发射器120可以包括不同数量的单独电磁超声换能器。
在一些实施例中，各个电磁超声换能器15-T的致动线圈产生沿相反方向行进的超声波。例如，通过使用在多通道电磁超声换能器发射器120的线圈中适当延时的交流电，电磁超声换能器在管道1中产生相对较强的周向超声波140-F(也称为“向前波”或“向前传播波”)以及相对较弱的周向波140-B(也称为“向后波”或“向后传播波”)。由电磁超声换能器15-T产生的超声波也被称为单向波，因为波主要在一个方向(例如，在向前方向或向后方向)上进行传播，而不是例如超声波在朝着远离波源的方向上圆周地传播。在一些实施例中，向前传播波140-F的幅值可以是向后传播波140-B的幅值的若干倍。
如果电磁超声换能器接收器130不直接与电磁超声换能器发射器120相对(即，接收器和发射器在极方向上并没有精确地形成180°)，则超声波140-F/140-B在不同时间到达电磁超声换能器接收器130。类似地，裂缝5对波的反射也可以在不同时间到达电磁超声换能器接收器。通常，当电磁超声换能器接收器感测到的信号在时间上不重叠时，电磁超声换能器接收器经历较小的信号拥塞。此外，在至少一些实施例中，当电磁超声换能器接收器130包括多个单独的电磁超声换能器15-R时，电磁超声换能器接收器可以检测所接收的超声信号的方向性，进一步提高对裂缝5的位置的确定。
在所示实施例中，多个电磁超声换能器发射器/接收器位于管道内。然而，在一些实施例中，多个电磁超声换能器发射器/接收器也可绕着管道周向布置。电磁超声换能器发射器120和电磁超声换能器接收器130可以统称为电磁超声换能器收发器(EMAT TRX)。
图3B示出了系统100B，系统100B包括具有四个单独的电磁超声换能器15-T的多通道电磁超声换能器发射器120。在其他实施例中，多通道电磁超声换能器发射器120可以包括不同数量的单独电磁超声换能器。通常，当超声波140-A/140-B沿周向传播时，它们可在其能量消散之前在管道中形成许多周向圆。在一些实施例中，这些超声波140-A/140-B的周向圆增加了电磁超声换能器接收器处的信号拥塞。在所示实施例中，电磁超声换能器发射器120相对于管道的轴线倾斜(即，电磁超声换能器发射器120相对于管道的轴线不垂直)，因此产生超声波沿螺旋方向(也称为“螺旋方向”)远离电磁超声换能器发射器120传播。结果，向前传播波140-F和向后传播波140-B在一定次数的旋转之后逃离电磁超声换能器发射器120的区域，其取决于角度α的大小和电磁超声换能器发射器120的轴向宽度。在一些实施例中，因为超声波140-F/140-B在轴向上螺旋传播，所以可以在沿轴向重新定位系统100B之前先检查管道的较长轴向段。在一些实施例中，电磁超声换能器接收器130可以与电磁超声换能器发射器120相对轴向偏移(上行或下行)。
图4是根据本公开技术的实施例的用于检测管道中的裂缝的系统的侧视图。所示系统包括相对周向偏移的电磁超声换能器发射器120和电磁超声换能器接收器130。电磁超声换能器发射器120包括永磁体100-T，并且电磁超声换能器接收器130包括永磁体100-R。电磁超声换能器发射器120和电磁超声换能器接收器130可以统称为电磁超声换能器收发器。
此外，电磁超声换能器发射器120和电磁超声换能器接收器130中的每一个分别包括四个线圈210-T/210-R。在其他实施例中，也可以是不同数量的线圈。工作时，线圈210-T中的交流电可以是相位偏移的，从而可以在一个方向上产生更强的超声波140-F，在相反方向上产生更弱的超声波140-B。类似地，在至少一些实施例中，电磁超声换能器接收器130的线圈210-R将在稍微偏移的时间感测进入的超声波。结果，可以使用模拟或数字信号处理来确定检测到的超声波的方向。因此，电磁超声换能器接收器130可以基于发射的超声波140-F/140-B和反射的超声波140-F-R/140-B-R的不同方向来对其进行区分，所以，相比于仅能检测所接收的超声波的大小的系统，其能够更精确地确定裂缝5的位置和/或严重性。在一些实施例中，还可以基于使用多通道电磁超声换能器发射器和/或接收器来提高信噪比(SNR)。下面参考图10A-14描述用于分析所感测的超声波的一些合适的数字处理方法。
图5是根据本公开技术的实施例的印刷电路板200的示意性剖视图。印刷电路板200包括三个并列的线圈210，其可以布置在印刷电路板的布线层中。所示的并列线圈200相互偏移以距离d，但是它们的匝数(turns)在所示的侧视图中重叠(印刷电路板的绝缘材料防止布置在它们各自的布线层中的线圈200之间的电接触)。在一些实施例中，可以选择线圈200中的交流电之间的相位偏移，以在一个方向上增加超声波的幅值，并在相反方向上减小其幅值。例如，相邻线圈200之间的相位偏移可以对应于超声波的波长的四分之一(λ/4)。在一些实施例中，可以用控制器C(例如，数字微控制器、模拟控制器、计算机等)来控制相位偏移。类似地，控制器C可以被配置为用于检测电磁超声换能器接收器的线圈200中的相位偏移。在一些实施例中，印刷电路板200包括保护材料250，例如，一种用于防止管道1和线圈200之间电接触的电绝缘材料。
图6是根据本公开技术的实施例的迹线宽度的示意图。所示的迹线是线圈210的一部分。脱离于理论束缚，相信较宽的迹线会减少由电磁超声换能器接收器所接收的信号中的模态噪声。在一些实施例中，迹线的宽度t对应于相邻迹线之间的可用空间L(距离)的超过40％或高达50％。
图7是根据本公开技术的实施例的部分掩蔽(masking)线圈210的示意性俯视图。在所示实施例中，线圈210通过具有开口310的阻挡箔(blocking foil)300而与管道的表面相隔开，开口310可以是椭圆形、圆形、矩形、菱形等。在一些实施例中，阻挡箔300是金属箔，例如阻挡EM辐射的钢箔。开口310为EM辐射提供至管道表面的路径，而阻挡箔300的材料至少部分地阻挡EM辐射至管道表面。结果，阻挡箔300部分地限制了管道中的涡流。脱离开理论束缚，相信阻挡箔300可以使得超声波140-F/140-B更窄(即，更好地限定了超声波的方向性)。另外，在至少一些实施例中，电磁超声换能器接收器130受到了较小模态噪声并且提高了边带抑制(sideband suppression)。结果，增加了信号的静音区域。
图8是根据本技术的实施例的发射器信号的幅值曲线图。横轴表示时间，纵轴表示超声波(“信号”)的幅值。示出了两个信号：向前传播信号140-F和向后传播信号140-B。在所示实施例中，向前传播信号140-F比向后传播信号140-B的幅值更大。例如，向前传播波140-F的幅值，对于双通道电磁超声换能器而言比向后传播波140-B的幅值大4倍、5倍或10倍以上，而对于4通道电磁超声换能器而言比向后传播波140-B的幅值大接近20倍。
幅值的宽度为Δt，信号的周期为T。对于大直径管道和单通道电磁超声换能器，可以确定最佳的Δt以使得盲点最小化。然而，在一些实施例中，由于超声波的多模态和分散性，减小宽度Δt只能部分地最小化/消除盲点。例如，薄壁结构(例如板和管道)中的超声波(即使是单向的)的特征在于具有频率相关速度的多个波包(也称为“波散射”)。此外，在给定频率下，这些多个波包(或模式)可以以不同的速度进行传播(也称为“多模态”)。此外，波散射和多模态在较小直径的管道中会更加明显。在本发明技术的一些实施例中，通过以下方式来减少盲点：(a)限制超声波的频率带宽；(b)减少给定频率下产生的波中的模式数量。
限制频率带宽涉及到使用具有多个周期或相对较大Δt的正弦信号。另外，具有大量匝数的线圈210也可以减少模式的数量。
减少模式的数量涉及到使用多通道电磁超声换能器接收器，而不增加换能器模块的整体尺寸。在一些实施例中，由于多个电磁超声换能器线圈210可以覆盖在印刷电路板(PCB)上，因此获得了这种经济性的尺寸。
图9A-9C是根据本技术的实施例的电磁超声换能器接收器信号的曲线图。两个图中的横轴都表示以μs为单位的时间。对于具有已知频率的超声波，横轴上的时间长度2πR/vg对应于单个通过管道完成整圆所需的时间，其中R是管道的半径，vg是超声波导波模式的群速度。在导波的情况下，vg通常随频率f而变化。然而，当导波模式的特征在于相对于频率的恒定速度时，则vg的值也由fλ给出，其中λ表示超声波模式的波长。两个图中的纵轴都表示由电磁超声换能器接收器130检测到的以V为单位的信号强度。
图9A中的曲线图还示出了从管道中的电磁超声换能器接收器130获得的信号的复杂性。在所示实施例中，不存在来自管道裂缝的反射的超声波(例如，因为在管道的给定区段中不存在裂缝)。区域F和B对应于由电磁超声换能器接收器检测到的向前传播超声信号和向后传播超声信号。在一些实施例中，向前传播信号(区域F)的幅值大于向后传播信号(区域B)的幅值，因为电磁超声换能器发射器在优选的向前方向上发射出更强的信号。区域CT对应于发射器和接收器之间的电串扰。例如，用交流电驱动电磁超声换能器发射器的线圈210可以与电磁超声换能器接收器的线圈210电磁耦合，以使得在电磁超声换能器接收器的位置处即使没有超声波的情况下也能产生区域CT中所示的信号。此外，在一些实施例中，电磁超声换能器发射器和电磁超声换能器接收器可以共用相同的电源，当电磁超声换能器发射器通电(excited)时，其能引起电磁超声换能器接收器处的电磁噪声。由于在区域CT、F和B中存在相对较大的信号，在这些区域(也称为“盲点”区域)中检测从裂缝反射的超声波可能是比较困难的。此外，即使在区域CT、F和B之外，电磁超声换能器接收器也可以检测模态噪声MN，如果没有移除的话，其可以错误地被解译为管道中裂缝的指示。
图9B中的曲线图示出了包括来自管道裂缝的反射的超声波的电磁超声换能器接收器信号。区域F、B和CT通常表示与参考图9A描述的信号相同类型的信号。另外，电磁超声换能器接收器检测对应于从裂缝5反射的超声波的信号REFL。区域DEF对应于可检测到这种信号的区域。在一些实施例中，区域DEF至少部分地被区域F、B和/或CT掩蔽(反之亦然)，因此通常降低了方法的灵敏度，并且相反地，增加了盲点。因此，盲点的减少增加了系统对管道裂缝的灵敏度。在一些实施例中，单独的单向电磁超声换能器发射器120不能完全消除盲点。
图9C中的曲线图示出了不包括从管道裂缝反射的超声波的电磁超声换能器接收器信号。向前传播波以实线示出，向后传播波以虚线示出。在没有管道裂缝的情况下，较强的向前传播波和较强的向后传播波之间的区域应该具有相对较小的信号幅值。然而，模态噪声增加了该区域中的信号幅值，否则其是安静的区域。参考下面的图10A-11B来对模式数量的减少进行解释。
图10A是根据本技术的实施例的电磁超声换能器接收器的线圈的示意图。两个线圈210-R以不同的线型来表示：其中一个线圈210-R以实线来表示，另一个线圈210-R以虚线来表示。工作中，可以对所示出的线圈210-R进行通电，使得从用交流电对一个线圈210-R进行通电的时间到用交流电对另一个线圈进行通电的时间存在相位偏移。如上所述，相位偏移通电可以产生在一个方向上具有较强幅值而在另一个方向上具有较弱幅值的超声波。另外，如下面参考图10B所解释的，多个线圈210-R还有助于减小模态噪声MN。
图10B是根据本技术的实施例的接收器信号的曲线图。横轴表示以rad/m为单位的电磁超声换能器接收器信号的波数。纵轴表示归一化谱。归一化谱中的峰值表示检测到的接收器信号中的模式。当电磁超声换能器接收器仅包括一个线圈210-R时，电磁超声换能器接收器检测所有模态峰值1-8。在至少一些实施例中，优选地，电磁超声换能器接收器仅检测一个模态峰值，而另一个不需要的模态峰值表示模态噪声MN。当电磁超声换能器接收器包括两个线圈210-R时，消除了作为模态噪声MN的一部分的一些模态峰值。例如，消除了以虚线绘制的模态峰值(模态峰值2、4、6和7)。
图11A是根据本技术的实施例的电磁超声换能器接收器的线圈的示意图。所示的电磁超声换能器接收器包括以不同线型表示的四个线圈210-R。工作中，所示的多个线圈210-R可以按照相位偏移来通电，以使得超声波在一个方向上具有更强的幅值，而在另一个方向上具有较弱的幅值。另外，如下面参考图11B所解释的，线圈210-R数量的增加可以有助于进一步减小模态噪声MN。
图11B是根据本技术的实施例的接收器信号的曲线图。横轴表示以rad/m为单位的电磁超声换能器接收器信号的波数。纵轴表示归一化谱。归一化谱中的峰值表示检测到的接收器信号中的模式。当电磁超声换能器接收器仅包括一个线圈210-R时，电磁超声换能器接收器检测模态峰值1-8，其他模态峰值表示不需要的模态噪声MN。当电磁超声换能器接收器包括四个线圈210-R时，消除了作为模态噪声MN的一部分的一些模态峰值。例如，消除了以虚线绘制的模态峰值(模态峰值2、3、4、5、6和7)。类似地，可以通过增加线圈210-R的数量来消除其他的模态峰值。
图12是根据本技术的实施例的信号处理方法120的流程图。在步骤121中，将单向超声波(信号)121发射到多通道接收器，例如具有可以被单独测量的两个线圈210的电磁超声换能器接收器120。在步骤122中，扫描多通道接收器的各个通道以从第一通道(例如，第一线圈)产生信号S1，并从第二通道(例如，第二线圈)产生信号S2。在其他实施例中，根据电磁超声换能器接收器的通道(线圈)的数量，电磁超声换能器接收器可以产生不同数量的信号S。在步骤123中，信号S1和S2被分解为相对于电磁超声换能器收发器的向前传播信号Sf和向后传播信号Sb。下面参考图14对信号S1和S2分解成向前传播信号和向后传播信号进行解释。
在步骤124中，计算向前传播信号Sf和向后传播信号Sb的RMS-es，并且计算RMS-es的比率以作为边带抑制的量度。例如，在一些实施例中，可以使用双线圈(即，双通道)电磁超声换能器发射器130来抑制负波数轴上的模态峰值(也称为“边带”)。通常，术语“边带抑制的改善”是指边带的减小。术语“边带抑制的劣化”指的是边带的增大。在一些实施例中，如果管道中没有瑕疵(例如，裂缝)，则边带抑制保持不变。然而，如果存在瑕疵，则反射的超声波可能导致边带抑制的明显劣化。在步骤125中，可以将明显边带抑制效率的变化与预校准的查找表进行比较，以获得瑕疵尺寸。如果瑕疵尺寸可以被直接测量，那么其也可以被定位。在步骤126中，为了定位瑕疵，找到向后传播信号Sb的峰值及其到达时间Tb。将Tb与超声波的群速度相乘可以得到瑕疵的位置。
在至少一些实施例中，当使用较大长度的数据(高于波横贯的720°)时，即使在管道内部存在缝隙和均匀腐蚀的情况下，方法120也可以很好地工作。通常，如果使用更大的数据长度，边带抑制会在存在瑕疵的情况下收敛到均一值。
图13是根据本技术的实施例的信号处理方法130的流程图。方法130可以找到两个信号之间的时间延迟，例如由多通道电磁超声换能器接收器的各个线圈接收到的信号。在步骤131中，将单向超声波(信号)121发射到多通道接收器，例如具有两个线圈210的电磁超声换能器接收器120。在步骤122中，扫描多通道接收器的各个通道，从第一通道(例如，第一线圈)产生信号S1，并且从第二通道(例如，第二线圈)产生信号S2。在步骤133中，对来自电磁超声换能器接收器的两个通道的数据S1和S2进行归一化，使得它们具有相等的幅值。在一些实施例中，在步骤134中，解决了以下最小化问题：
Figure BDA0001753131040000111
以使得|a|≤1 (公式1)
公式1的解可以解释为：找到数量S1+a×S2的最小可能范数(均方根)的a值(在例如步骤133中归一化信号S1和S2之后)。一旦找到a的值，就可以在步骤135中使用以下公式计算由多通道电磁超声换能器接收器的各个线圈接收到的信号之间的时间延迟：
Figure BDA0001753131040000112
其中f是输入信号的中心频率。在一些实施例中，公式2的实现会造成2-4dB的边带抑制。
在一些实施例中，代替公式1，
Figure BDA0001753131040000113
和
Figure BDA0001753131040000114
的平均值可以提供改善的边带抑制。通过例如每次将公式1和2中的算法应用到来自两个通道的数据，同时为每对保持公共电磁超声换能器接收器通道以确保时间延迟将会与这样的公共信道相关，方法130可以推广到具有多于两个通道的多通道电磁超声换能器。方法130也可以在发射侧实现(例如，通过具有多个信道的电磁超声换能器发射器)。
图14是根据本技术的实施例的信号处理方法140的流程图。在一些实施例中，方法140可以消除或至少减少对具有高采样频率的接收器电子器件(例如，模数转换器)的需求，同时实现较高的边带抑制。可以使用例如参考图12和13描述的方法来获得信号S1和S2。利用方法140，将时间延迟应用于信号S2。
在步骤141中，将补零应用于信号S2。在一些实施例中，零数据的数量可以取决于板载存储器的容量。在步骤142中，确定补零信号的快速傅立叶变换(FFT)。在步骤143中，将来自步骤142的快速傅立叶变换结果乘以矢量e-i2πfΔt以获得矢量
Figure BDA0001753131040000115
其中f是频率矢量，其值和范围取决于S2的原始采样频率以及S2的补零版本的大小。在步骤144中，在
Figure BDA0001753131040000116
上执行逆向快速傅立叶变换(IFFT)。在步骤145中，截去步骤144的结果，使得数据的长度(例如，时间序列的长度)回到S2的原始长度。得到的S2是所获得的S2的准确时间延迟版本。在一些实施例中，时间延迟的准确度与补零的长度成比例。在步骤146中，可以将步骤145中获得的S2添加到S1以确定向前传播波Sf。类似地，在步骤147中，可以从S1中减去步骤145中获得的结果S2以确定向后传播波Sb。在一些实施例中，如果原始采样频率远大于所要频率，则不需要遵循该算法。相反，可以通过截去信号的结尾并在信号的开头补零来获得延迟。
上述技术的许多实施例可以采用计算机或控制器可执行指令的形式，包括由可编程计算机或控制器执行的程序。相关领域的技术人员应当理解，该技术可以在除了上面示出和描述的计算机/控制器系统之外的计算机/控制器系统上来实施。该技术可以体现在专用计算机、控制器或数据处理器中，其被专门编程、配置或构造为执行上述计算机可执行指令中的一个或多个指令。因此，这里通常使用的术语“计算机”和“控制器”指的是任何数据处理器，并且可以包括互联网设备和手持设备(包括掌上电脑、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、多处理器系统、基于处理器或可编程的消费电子产品、网络计算机、小型计算机等。由这些计算机处理的信息可以在任何合适的显示介质上呈现，包括CRT显示器或LCD。
从前述内容可以理解，本文已经出于说明的目的描述了本技术的特定实施例，但是在不脱离本公开的情况下可以进行各种修改。此外，虽然上面已经在那些实施例的上下文中描述了与实施例相关联的各种优点和特征，但是其他实施例也可以表现出这样的优点和/或特征，并且并非所有实施例都必须表现出这样的优点和/或特征以落入本技术的范围。因此，本公开可以包含未在此明确示出或描述的其他实施例。

Claims (22)

1.一种用于检查管道的电磁超声换能器收发器，所述电磁超声换能器包括：
具有多个发射器线圈的多通道电磁超声换能器发射器，所述多个发射器线圈相对于所述管道的壁而竖直地堆叠并且沿着所述管道的所述壁相互偏移，使得各个发射器线圈匝在竖直方向上部分重叠，其中所述电磁超声换能器发射器被配置为：通过使用具有相互相位偏移的信号对所述多个发射器线圈的各个线圈通电来产生向前传播超声波和向后传播超声波，并且其中所述向前传播超声波的幅值大于向后传播超声波的幅值并且沿着所述管道的所述壁相互偏移，使得各个发射器线圈匝在竖直方向上部分重叠；以及
具有多个接收器线圈的多通道电磁超声换能器接收器，所述多个接收器线圈相对于所述管道的壁而竖直地堆叠并且沿着所述管道的所述壁相互偏移，使得各个接收器线圈匝在竖直方向上部分重叠，其中所述电磁超声换能器接收器被配置为：接收由所述电磁超声换能器发射器发射通过所述管道的超声波作为通电信号，所述通电信号在所述多个接收器线圈的各个线圈上相位偏移。
2.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述电磁超声换能器接收器和所述电磁超声换能器发射器配置在所述管道内的相同轴向位置处。
3.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述电磁超声换能器接收器和所述电磁超声换能器发射器在所述管道内轴向偏移。
4.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述电磁超声换能器接收器和所述电磁超声换能器发射器配置在所述管道外。
5.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述向前传播波的幅值比所述向后传播波的幅值大至少10倍。
6.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述电磁超声换能器接收器的所述多个线圈并行接收信号。
7.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述电磁超声换能器接收器被配置为对所述向前传播超声波和所述向后传播超声波进行区分。
8.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，由所述电磁超声换能器接收器接收的所述向前传播超声波和所述向后传播超声波在所述管道中的裂缝处反射。
9.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，其中，所述发射器线圈包括多条迹线，所述迹线的宽度大于所述迹线之间的距离的40％。
10.根据权利要求1所述的电磁超声换能器收发器，还包括：具有开口的阻挡箔，其中所述阻挡箔配置在所述电磁超声换能器发射器的线圈与所述管道之间。
11.一种检测管道的周向的瑕疵的方法，所述方法包括以下步骤：
通过多通道电磁超声换能器发射器在所述管道中发射单向超声波，所述电磁超声换能器发射器包括多个发射器线圈，所述多个发射器线圈相对于所述管道的壁而竖直地堆叠并且沿着所述管道的所述壁相互偏移，使得各个发射器线圈匝在竖直方向上部分重叠；
其中所述单向超声波通过使用具有相互相位偏移的信号对所述多个发射器线圈的各个线圈通电而形成；
通过多通道电磁超声换能器接收器接收由所述电磁超声换能器发射器发射的反射的单向波，所述电磁超声换能器接收器包括多个接收器线圈，所述多个接收器线圈相对于所述管道的壁而竖直地堆叠并且沿着所述管道的所述壁相互偏移，使得各个接收器线圈匝在竖直方向上部分重叠；
其中所述反射的单向超声波被接收作为通电信号，所述通电信号在所述多个接收器线圈的各个线圈上相位偏移；
将所述电磁超声换能器接收器接收到的所述反射的单向超声波分解为向前传播分量和向后传播分量；以及
基于对所述电磁超声换能器接收器接收到的超声波的上述分解来检测管道的周向的所述瑕疵。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：确定所述瑕疵的尺寸。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，检测所述管道的周向的瑕疵包括：对所述向前传播分量的强度与所述向后传播分量的强度的比率进行评估。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，检测管道周向的瑕疵并确定该瑕疵的尺寸包括：基于所述向前传播分量的强度与所述向后传播分量的强度的所述比率，检测管道周向上的所述瑕疵并同时确定该瑕疵的尺寸。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过找到满足以下条件的值“a”，确定由所述电磁超声换能器接收器的各个线圈接收的信号S1和S2之间的时间延迟Δt：
Figure FDA0002776816710000031
以使得|a|≤1；并且
确定Δt为：
Figure FDA0002776816710000032
其中f是所述单向波的频率。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括步骤：使用快速傅里叶变换来至少部分地确定时间延迟信号S2。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：对S1和S2进行求和以确定所述向前传播分量。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：从S1减去S2以确定所述向后传播分量。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过延迟然后加上或减去由所述电磁超声换能器接收器接收的信号来减小模态噪声，以产生表示向前传播和向后传播波的一对信号，其中，相比于由所述电磁超声换能器接收器的所述多个线圈接收的信号，所述一对信号具有更低的模态噪声。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：确定所述向前传播波和所述向后传播波的RMS-es的比率，所述RMS-es的比率表示边带抑制的量度。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：将所述边带抑制与预先校准的查找表进行比较，以获得所述瑕疵的尺寸和位置。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电磁超声换能器接收器和所述电磁超声换能器发射器均包括至少两个线圈。
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