CN109564195B - 磁耦合型集成超声测试和阴极保护测量探头 - Google Patents

磁耦合型集成超声测试和阴极保护测量探头 Download PDF

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Abstract

本申请公开了磁耦合型集成探头和探头系统，所述磁耦合型集成探头和探头系统可附接到遥控运载工具的机械臂以在水下表面处执行阴极保护(CP)电压测量和超声测试(UT)厚度测量两者。所述集成探头系统可包括弹簧，用于联接到ROV末端执行器。超声探头设置在套筒壳体内并且从所述套筒壳体延伸。磁性载体、通量集中器和平衡环围绕所述超声探头的一部分，并且一个或多个导电支腿从所述平衡环的前表面延伸以用作CP探头。所述支腿围绕所述超声探头布置，所述超声探头具有在所述平衡环的所述前表面处暴露的柔性膜，使得在检查期间，至少一个支腿接触所述表面并且所述超声探头是足够接近的以提供基本上同时的CP和UT测量。

Description

磁耦合型集成超声测试和阴极保护测量探头
技术领域
本专利申请大体上涉及测试和测量机构，并且更特别地涉及用于在水下环境中对厚度进行超声测量并执行阴极保护电压读取的探头系统。
背景技术
为了非破坏性地测量结构的厚度，一种常见的做法是使测量装置在结构的表面处发射超声波并且测量超声波返回到测量装置所花费的时间。超声测试(“UT”)适用于测量金属结构、诸如水下结构(例如船体、桩柱、管道和立管)的厚度。为了限制对这类水下表面的腐蚀作用，应用阴极保护(“CP”)技术。在CP中，使水下结构的金属表面成为电化学电池(例如，伽凡尼电池)的阴极，并且所述表面涂布有用作阳极的具有更大的负电极电位的另一种金属(例如，锌、镁、铝)。然后，阳极金属发生腐蚀，但是结构表面不会腐蚀。为了确保CP按预期工作，通常测量在结构的表面处的电压。通常，对于水下结构，使用遥控运载工具(“ROV”)或人类潜水员来执行CP和UT测量。在任一种情况下，由于传统ROV所固有的负载和后勤方面的限制，CP和UT测量是由两个探头在单独的ROV机械臂处执行，或者通过在单个臂处将一个探头更换为另一个探头来执行。在任一种情况下，切换或重新调整探头以执行重复的CP和/或UT测量是耗时的且成本高。另外，由于传统CP和UT探头系统的重量以及对双臂ROV系统的需求，只有更大的作业级ROV能够附接两个臂以在单次行程中交替地执行两种测量。然而，作业级ROV不适合于浅的且可接近性有限的(例如，小空腔内的表面)检查场地。因此，需要一种集成CP和UT探头系统，其可以联接到仅具有单个机械臂的更小且更轻的ROV。
另外，在CP和UT测量期间，当传统的CP和UT探头系统接触水下检查表面时，会产生推动探头系统远离所述表面的反冲力。当ROV漂浮在水下时，ROV特别容易受到反冲力的影响，这会使探头系统迷失方向或使探头系统脱离检查表面。对系统进行重新定向需要ROV推进器操作，这给每次测量增加了延迟，所述延迟会明显累积，特别是在要进行多次测量的情况下。
关于这些问题，提供了本申请。
发明内容
根据本发明的广泛方面，提供了磁耦合型集成探头系统，所述磁耦合型集成探头系统可以基本上同时执行阴极保护(CP)电压读取和超声测试(UT)厚度测量两者。
根据本发明的一个方面，磁耦合型集成探头系统的实施方案包括探头载体，其中导电部分设置在所述探头载体的前表面处，所述前表面在其中居中限定空腔。在各种实施方案中，所述导电部分可以包括导电尖端或锯齿状边缘。一个或多个磁体和通量集中器被嵌入所述探头载体内，其中所述通量集中器由所述一个或多个磁体支撑并且与所述探头载体的所述导电部分相邻。在一些实施方案中，所述通量集中器是环形导磁材料层。在其他实施方案中，所述通量集中器包括嵌入所述探头载体内的一根或多根导磁棒。
继续本发明的这个方面，所述集成探头系统另外包括安设在所述探头载体的所述空腔中的柔性膜。在一个或多个实施方案中，两个或更多个导电尖端从所述探头载体的所述前表面纵向延伸出去并且围绕所述柔性膜彼此等距地布置。另外，根据一个或多个实施方案的集成探头系统包括套筒壳体和具有换能器晶体的超声探头，所述超声探头部分地设置在所述套筒壳体内并且延伸穿过所述探头载体以便与所述柔性膜相邻，所述柔性膜围绕所述换能器晶体布置。耦合剂可以设置在所述柔性膜与所述换能器晶体之间的间隙内。在一个或多个实施方案中，所述集成探头系统包括弹簧，所述弹簧联接到所述套筒壳体的自由端并且被配置成响应于所述探头载体接触水下表面时所施加的力而为所述探头载体提供两个自由度。
在本发明的另一方面中，磁耦合型集成探头系统的实施方案包括外平衡环，所述外平衡环成形为中空环并且具有设置在所述外平衡环的内表面处的一个或多个联接点。内平衡环在所述一个或多个联接点处联接到所述外平衡环，所述内平衡环具有设置在所述内平衡环的前表面处的导电部分，并且所述前表面在其中居中限定空腔。在一个或多个实施方案中，所述外平衡环和所述内平衡环被联接以便为所述内平衡环提供一个或多个运动自由度。一个或多个磁体和通量集中器被嵌入所述内平衡环内，其中所述通量集中器由所述一个或多个磁体支撑，并且与所述导电部分相邻。
继续本发明的这个方面，所述集成探头系统另外包括安设在所述内平衡环的所述空腔中的柔性膜。在一个或多个实施方案中，两个或更多个导电尖端从所述外平衡环或所述内平衡环的前表面纵向延伸出去，并且围绕所述柔性膜彼此等距地布置。在一个或多个实施方案中，所述内平衡环的尺寸和形状被设定以限定一个或多个入口，并且所述导电尖端中的至少一个设置在所述外平衡环上并纵向延伸穿过所述一个或多个入口。另外，本文的集成探头系统包括联接到所述外平衡环的外表面的模块化框架。另外，根据一个或多个实施方案的集成探头系统包括套筒壳体和具有换能器晶体的超声探头，所述超声探头部分地设置在所述套筒壳体内并且延伸穿过所述内平衡环以便与所述柔性膜相邻，所述柔性膜围绕所述换能器晶体布置。耦合剂可以设置在所述柔性膜与所述换能器晶体之间的间隙内。
附图说明
附图示出了示例性实施方案，并且不意图限制本发明。在附图中，类似的参考标记意图指代类似或对应的零件。
图1A示出了根据本申请的至少一个实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统的透视图；
图1B示出了图1A的磁耦合型集成CP和UT探头系统的等距侧视图；
图1C示出了图1A的磁耦合型集成CP和UT探头系统的顶部剖视图；
图2A示出了根据本申请的替代实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统的透视图；
图2B示出了图2A的替代探头系统的等距侧视图；
图2C示出了图2A的替代探头系统的顶部剖视图；并且
图3示出了根据本申请的另一个替代实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统的透视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，所述附图形成本发明的一部分，并且通过图示的方式示出了本发明的示例性实现方式和/或实施方案。应理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以实现其他实施方案并且可以进行结构改变。除了别的以外，例如，所公开的主题可以体现为方法、装置、部件或系统。
另外，应认识到，术语可能具有超出明确陈述的含义的在上下文中建议或暗示的有细微差别的含义。同样地，如本文所使用的短语“在一个实施方案中”不一定是指相同的实施方案，并且如本文所使用的短语“在另一个实施方案中”不一定是指不同的实施方案。例如，意图是要求保护的主题可以基于各个示例性实施方案的组合，或各个示例性实施方案的部分的组合。
根据本申请，提供了涉及磁耦合型集成探头和集成探头系统的实施方案，所述磁耦合型集成探头和集成探头系统用于测量阴极保护(CP)电压并使用超声测试(UT)来测量表面厚度，其中进行每次测量之间的延迟被最小化。以这种方式，可以基本上同时执行CP和UT测量。例如，CP和UT测量都可以在特定水下表面(或“检查表面”)、诸如水下管道或桩柱或者系泊船体的下侧处的单次着陆期间执行。
在着陆期间，为了抵消集成探头与检查表面之间的接触所产生的反冲力，集成探头系统包括磁性粘附部件，所述磁性粘附部件用于将集成探头磁耦合到检查表面。典型的检查表面，诸如管道，包括铁磁材料(例如，铁、钴、钢或镍)或包括阴极保护涂层(例如，锌、镁、铝)，通过将所述表面连接到足够的电流而使其进行电磁接收。
在一个方面中，如本文的一个或多个实施方案中所提供的集成探头可以在例如臂末端执行器的自由端处联接到遥控运载工具(ROV)的单个机械臂。典型ROV的结构限制将其机械臂限制为每个机械臂仅有一个可更换的或永久安装的探头，并且这类臂缺乏执行同时CP和UT测量所需的灵活性。因此，传统上，为了使ROV在单次行程中执行CP和UT测量两者，ROV必须具有至少两个机械臂。每个机械臂都很重，并且只有大型的作业级ROV可以包括两个或更多个机械臂。在一些情况下，传统的测量方法需要在臂处进行整个探头更换(例如，从CP更换为UT，或反之亦然)以执行第二测量。这种有限的致动能力会导致固有的延迟(并且因此，由于必然增加的ROV时间而增加成本)，因为两个探头的测量系统必须在两个完全独立的CP探头与UT探头之间进行切换并且必须将第二探头重新定向到进行了第一探头测量的相同检查表面。本申请不需要通过ROV的单独机械臂或通过要求更换探头附件来实现两个单独的CP和UT探头或探头系统。
另外，本文的集成探头系统提供了可由仅具有单个机械臂的小型轻量级ROV、诸如电动ROV、通用级ROV、检查级ROV和观测级ROV来实现的优点，。较小级别的ROV对于具有可及性问题的检查表面(例如，浅水场地)，或在存在电源限制的情况下，可有利地进行部署。
当ROV漂浮在水中时，需要连续推进器操作来补偿由表面接触引起的反冲力，以便在检查期间维持探头朝向水下表面的定向。在本申请的一个方面中，磁耦合将集成探头粘附到检查表面，从而避免反冲力效应。这提供了ROV到检查表面的零功率连续附接的优点(即，不需要连续推进器操作)。
在一个或多个实施方案中，集成探头系统包括中心UT探头(例如，压电陶瓷换能器晶体)和围绕所述UT探头的导电支腿的阵列，所述导电支腿具有被铰接并且可被动地调整的尖端或固定装置。导电支腿不是刚性的，而是关于其接触水下表面的方式具有一定的柔性。以这种方式，当导电支腿接触水下表面时，所述导电支腿被动地调整以使UT传感器横向于检查表面定向。同时，支腿诸如通过导电钢质尖端来传导与受阴极保护的表面相关联的电压，以充当CP探头。对于CP和UT测量两者，集成探头系统中的磁性部件通过引导这类支腿与检查表面形成接触来帮助对CP和UT探头进行定向。以这种方式，可以基本上同时进行CP和UT测量，从而减少测量检查时间，减小添加到机械臂的尺寸和重量，并且提高ROV灵活性。
重要的是要注意，如本文所公开，在一个或多个实施方案中，集成探头系统是直接测量系统，这意味着集成探头系统接触有待测量的表面。水下CP和UT测量提出了在地面上进行或埋入地下的CP或UT测量中不存在的特殊挑战，诸如在液体环境中准确地执行电测量。本文公开的集成探头系统被配置用于水下结构测量，并且通过直接测量来克服这些挑战。以这种方式，本文公开的集成探头系统不需要实现牺牲性试样等来推断CP或UT测量值。另外，本公开的集成探头系统未被配置成发生腐蚀以作为确定CP或UT的手段。相反，CP探头直接接触结构的阴极保护系统，并且被配置来解决在测量表面处生成的电干扰。另外，有利地，如本文的目前的集成探头系统所进行的直接测量适合于传统设计的ROV附接臂，所述ROV附接臂被设计用于直接而不是隔开一定距离接触海底结构的附接装置。
现在参考图1A至图1C，提供了根据本申请的至少一个实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统100。集成探头系统100被设计成联接到具有至少一个机械测量臂105的遥控运载工具(ROV)(未示出)。机械臂105包括位于所述机械臂的自由端处的末端执行器110。在一个或多个实施方案中，末端执行器110可自由旋转(例如，360度)并且包括用于联接各种探头附件的一个或多个探头附接点。电机(未示出)容纳在机械臂105或末端执行器110内或安装到机械臂105或末端执行器110，以便将附接点且进而将集成探头系统100旋转到所需位置。例如，如本领域中已知的，电机可以容纳在机械臂105的尖端内并且与末端执行器110进行机械连接。通过致动所述电机并由此旋转末端执行器110，可以对面向检查表面的传感器进行定向。附接点可以包括模块化框架，或者包括用于通过螺钉和螺纹套筒直接固定到末端执行器的点，探头附件拧入或卡入所述模块化框架中。如本领域中已知的，可以使用其他类似的附接机构。
图1A至图1C中的示例性实施方案的末端执行器110包括位于末端执行器的外圆周处的单个附接点112，用于联接集成探头系统100。在这个实施方案中，弹簧115在一端联接到附接点112，并在另一端联接到套筒壳体120的后端。选择弹簧来将集成探头系统100联接到末端执行器，因为弹簧的柔性为集成探头系统提供了一个或多个自由度，这部分是由于弹簧提供的恢复力矩。另外，弹簧115的柔性提供了一定的运动范围，用于在系统和检查表面未对准的情况下对集成探头系统100进行定向，这种运动范围由弹簧刚度确定。更硬的弹簧提供更小的运动范围，而具有更大柔性的不太硬的弹簧提供相对更大的运动范围。在示例性实施方案中，弹簧115被配置来为集成探头100提供两个自由度，即围绕垂直于弹簧115在静止时的纵向轴线的轴线(“俯仰平面”)上下俯仰，并且围绕由垂直于弹簧115的纵向轴线的平面限定的垂直轴线(“偏转平面”)左右偏转。
套筒壳体120是从弹簧115的第二端纵向延伸的中空的圆柱形管。在一个或多个实施方案中，套筒壳体120的内表面包括用于弹簧115的末端簧圈联接的凹槽或狭槽。在其他实施方案中，弹簧115通过环氧树脂、胶水、紧固件、螺母和螺栓粘附到套筒壳体的内表面，或拧入所述内表面中。在特定实施方案中，套筒壳体120包括一个或多个直立耳状物122，所述一个或多个直立耳状物122适于接纳结合螺钉以将套筒壳体固定在弹簧115和/或其他部件周围。套筒壳体120可以如图1A至图1C所示在某些点处对元件开放，或可以是完全封闭的圆筒。
当接近检查表面时，集成探头系统100的超声测试厚度测量能力由超声探头125和柔性膜130提供。在一个或多个实施方案中，超声探头125包括壳体，所述壳体围绕以特定频率发射和接收超声波的有源超声元件。例如，超声元件可以是在2.0MHz、2.25MHz、3.5MHz、5.0MHz或7.5MHz的频率下操作的压电(或“换能器”)晶体。当超声探头125发射和接收超声波时，对应于测量值的信号被传送到(在ROV处或在表面上方的)信号处理器，所述信号处理器被配置成将信号转换为表面厚度测量值。信号可由容纳在超声探头125内的电缆或通过无线传输来传送，所述电缆与ROV机械连接。
如图1C所示，超声探头125部分地容纳在套筒壳体120内并且朝向探头的检查端延伸。超声探头125的检查端在前表面处限定空腔，柔性膜130在所述空腔处与超声元件相邻并与超声元件隔开，从而在柔性膜130与超声元件之间限定间隙，所述间隙填充有耦合剂以促进超声传输。例如，膜耦合剂可以是丙二醇、甘油、硅油或各种可商购的凝胶、粘性液体或糊剂。在一个实施方案中，柔性膜130由乳胶橡胶制成。在一个或多个实施方案中，另外的传感器壳体围绕柔性膜130并且在超声探头125的检查端处联接到柔性膜130。例如，柔性膜130可以装配到由不锈钢制成的滚花环中，以保护超声元件，同时仍准许超声元件通过柔性膜进行测量。
膜130可以各种方式连接到超声探头125。例如，响应于手动推动，膜130可以弯曲成具有减小的轮廓的偏置状态(例如，压缩)，以便进入由超声探头125限定的嘴或空腔，并且在释放了在膜处施加的力后，膜恢复到未偏置状态，在未偏置状态中，在膜的边缘处形成的唇缘与壳体的内部接合并且还与超声探头的外表面接合。在一个或多个实施方案中，膜130的唇缘的尺寸和形状被设定以与在超声探头125的内部上形成的凹座或凹槽互锁。取决于柔性膜130对压缩的抵抗力，在不稳定的压缩状态下，自由端将向未偏置状态推动更多或更少的量。当附接到超声探头125的前表面空腔的内部时，这种推动会在壳体的内壁与超声探头之间产生摩擦，这防止柔性膜130在联接之后沿着超声探头壳体内部纵向滑动。这种摩擦一直存在，因为柔性膜130在定位在超声探头125的壳体之间的凹槽或凹座内时无法完全返回到其未偏置状态，而弹性回复力连续地在凹槽的侧壁上施加压力。
为了便于将集成探头系统100定向到检查表面，本申请包括设置在集成探头系统100的前表面处或前表面下方的磁性布置。在一个或多个实施方案中，磁性布置在超声元件和柔性膜130附近被植入CP探头载体结构中，所述CP探头载体结构围绕超声探头125。围绕磁性布置的探头载体可以由可枢转的平衡环、整体形成的钢环、磁体、磁导体或适合于磁性材料和通量集中材料嵌入其内的类似结构形成。
在图1A至图1C的示例性实施方案中，探头载体包括磁性载体135、一个或多个磁通量集中器140、以及被设计成定向到检查表面的表面平衡环145，它们依次联接在一起或整体形成为单个结构。磁性载体135包括永久地具有磁性的材料(例如，由铁、钴、镍、稀土金属、金属合金等构成的嵌入式磁体)并且支撑一个或多个磁通量集中器140，所述一个或多个磁通量集中器140被设计成将磁性载体所生成的磁通量传导到更接近平衡环145之处，所述平衡环145如图1C所示安设在通量集中器和磁性载体上方。在一个或多个实施方案中，通量集中器140包括设置在磁性载体135与平衡环145之间的环形导磁材料层。在其他实施方案中，通量集中器140包括在导电CP探头接触点(例如，下文描述的尖端152)下方嵌入平衡环145内的一根或多根导磁棒。在示例性实施方案中，磁性载体135、磁通量集中器140和平衡环145是环形的。取决于所需布置，探头载体部件也可以其他方式成形，诸如是方形、矩形或三角形的，并且限定穿过其中的孔隙以用于超声探头125穿过。在一个或多个实施方案中，磁性载体135和通量集中器140是单个磁性结构。如本领域中已知的，包括磁性载体135和通量集中器140的磁性材料可以包括铁、镍、钴及其合金(诸如铝镍钴合金)、铁氧体或用于产生磁通量的类似材料。在一个或多个实施方案中，磁性载体135是传统的永磁体，并且通量集中器140是机器式的并且由铁构成，使得通量集中器140将磁性载体135所产生的磁通量引导到平衡环145的表面。以这种方式，当集成探头系统100接近检查表面时，由磁性载体135和/或通量集中器140生成的磁通量用于在测量采集期间通过平衡环145提供对检查表面的稳定粘附。
集成探头系统100包括设置在平衡环145处的导电材料，所述导电材料用于传导在检查表面处的电压，并且由此执行阴极保护(CP)电压测量。例如，导电材料可以由不锈钢制成。在一个或多个实施方案中，一个或多个导电支腿150从平衡环145的前表面纵向延伸，以用作集成探头系统100的CP探头。支腿150可以与平衡环145整体地形成，或者可以是装配到凹槽中的可更换的阴极探头，所述凹槽的尺寸和形状被设定以接纳这类支腿。在任一种情况下，支腿都是铰接的—即，被连接以允许运动的灵活性。在一个或多个实施方案中，支腿150包括海底壳体151，其包含在所述壳体内的一个或多个参考电池(或“参考电极”)，以及在所述壳体的末端处的导电尖端152(或“电压电极”)。在一个或多个实施方案中，导电尖端152是可更换的，并且海底壳体151与平衡环145整体地形成。在其他实施方案中，海底壳体151和导电尖端152都是可更换的。容纳在海底壳体151中的参考电池必须暴露于水，并且可以是传统的阴极保护电位探头结构中所使用的类型，诸如银/氯化银半电池或纯锌电极。导电尖端152由可以传导在有待测量的水下表面处的电压的导电金属诸如钢或其他合金制成。
导电支腿150与电压处理装置、诸如电压表(未示出)电连接，所述电压处理装置可以位于集成探头系统100、ROV或表面侧处，以便记录和/或显示在测量部位处取得的电压读数。在实现ROV的实施方案中，ROV可以具有通向表面上方位置的脐带电缆，以通过电力电缆将电压表联接到支腿150的非尖端末端，使得当导电尖端152接触水下表面(例如，管道)时，由电压表测量电位。支腿150的尖端152中的一个处的至少一个电压电极必须与检查表面接触以获得准确的阴极电位读数，但是在进行读取时，不需要每个支腿150都与检查表面接触。由于每个支腿150在电压读取期间呈现的各种电阻路径，本申请不会受到不准确的读数的影响。
在一个或多个实施方案中，支腿150的尖端152被成形为具有圆形或椭圆形基部的锥体。在其他实施方案中，支腿150的尖端152是金字塔形的、矩形棱柱、半圆形、尖的、平坦的或具有圆形末端。以这种方式，尖端152可重新配置或可更换以实现各种接触配置。例如，尖端152可以是移动金属滚轮、轮式尖端或球形脚轮，而不是静态不锈钢尖端。这种配置将减少在着陆在检查表面(例如，管道的钢表面)处时对ROV臂末端执行器的冲击，并且在执行扫描而不是点检查时允许跨越检查表面的平移运动。
在一个或多个实施方案中，通量集中器140嵌入平衡环145的表面部分的正下方，导电支腿150从所述表面部分延伸。在其他实施方案中，通量集中器140嵌入支腿150内。以这种方式，由磁性载体135和/或通量集中器140生成的磁通量被定位以在尖端152进行接触时将集成探头系统100粘附到检查表面。在图1A至图1C所示的特定示例性实施方案中，三个导电支腿150彼此等距并且与柔性膜130等距地布置。在这种特定布置中，在测量期间，支腿150中的一个接触检查表面，并且由嵌入所述支腿下方的通量集中器140生成的磁通量使所述支腿粘附到表面。集成探头系统100具有由弹簧115提供的运动自由度，并且由位于尖端中的每一个下方的磁通量引导，以使其余支腿150横向于检查表面定向。因为三个支腿150围绕柔性膜130彼此等距地定向，所以超声探头125随后被引导到支腿已接触的大致相同的检查点处。由于超声探头125和支腿150(用作CP探头)随后都定向在基本上相同的检查表面处，因此可以执行对CP电压和UT厚度两者的同时测量。
在集成探头系统100的操作期间，为了基本上同时执行CP和UT测量两者，集成探头系统的CP和UT方面都需要接近检查表面，如上所述。足够的接近度取决于对超声探头125的校准，这意味着超声探头具有一定的测量有效范围，这是由位于集成探头与表面之间的水的性质、表面的材料和其他考虑因素造成的。例如，超声探头125通常需要邻接检查表面或在检查表面的几毫米内以执行成功的测量。超声探头125离检查表面越远，UT测量的准确度就越低。然而，导电支腿150也必须接触检查表面以便进行CP电压测量。为此，在一个或多个实施方案中，与超声探头相邻的支腿150和柔性膜130是大致齐平的。以这种方式，当集成探头系统100接近检查表面时，支腿150中的一个或多个将接触表面，并且超声探头125将足够靠近表面以执行准确的UT测量。在超声探头125的范围更大的其他实施方案中，支腿150可以延伸超出集成探头系统100的前表面0-5mm、0-10mm、0-15mm或0-20mm。
对支腿150是否延伸超出柔性膜130和超出的程度以及将支腿布置在集成探头系统100的前表面上哪些位置处的决策可以取决于所需的特定布置。例如，支腿150可以有利地围绕居中位于超声探头125的前表面处的柔性膜130布置，使得每个支腿150彼此等距并且与超声探头内的有源超声元件等距。以这种方式居中定位柔性膜130使在支腿150中的一个或多个接触检查表面时执行UT厚度测量的可能性最大化。支腿150距柔性膜130的距离可以根据检查特定表面所需的布置而变化。例如，支腿150靠近柔性膜130的布置减小了在进行CP电压测量和UT厚度测量之间的测量滞后的任何差异并且增加了点检查的精度，而使支腿150与传感器壳体隔开更远提供了更宽的检查区域并且可以提供对准辅助(即，至少一个支腿将接触检查表面并且使其他支腿横向于检查表面定向的可能性更大)。
现参考图2A至图2C，提供了根据本申请的至少一个实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统200。与关于图1A至图1C所描述的实施方案类似，集成探头系统200可以相同或类似的方式在设置在机械臂105处的末端执行器110处联接到ROV，并且包括其他类似的联接部件。例如，集成探头系统200包括联接到弹簧115的套筒壳体120，所述套筒壳体围绕超声探头125的一部分。在特定实施方案中，套筒壳体120包括一个或多个直立耳状物122，所述一个或多个直立耳状物122适于接纳结合螺钉以将套筒壳体固定在弹簧115和/或其他部件周围。然而，集成探头系统200的前表面(即，朝向有待测量的检查表面定向的表面)用导电环250替换导电支腿，所述导电环250在环的中心处具有孔隙以安设超声探头125的柔性膜130。环250包括导电材料，其可以与导电尖端152类似地用作CP电压探头。以这种方式，环250执行如集成探头系统100的平衡环145和支腿150所执行的CP功能。集成探头系统200具有附加的CP探头表面区域，从而增加了与检查表面接触以执行CP电压测量的可能性。在一个或多个实施方案中，环250具有光滑、平坦的外表面。在其他实施方案中，环250包括具有导电点的锯齿状接触区域。例如，环250可以具有与柔性膜130的中心等距的交错的锯齿状接触部分，其中锯齿状环的每个点用作CP电压测量的接触点。
在一个或多个实施方案中，整个环250由导电材料制成，诸如像由不锈钢或其他合金制成的滚花环。这确保集成探头200无论什么地方接触检查表面都可以进行电压测量。在一个或多个替代实施方案中，只有环250的外表面(或“边缘”)包括导电材料。在一个或多个实施方案中，所述边缘定位成与柔性膜130相邻，使得当所述膜接触检查表面时，所述边缘同时接触检查表面。例如，图2A示出了沿着围绕柔性膜130的整个表面包括导电材料的边缘260。从前面的论述中应理解，在柔性膜130延伸超出边缘260的实施方案中，柔性膜可以压缩边缘260并且由此使得边缘260能够与物体直接接触以便执行CP测量。在其他实施方案中，边缘260与柔性膜130隔开一定距离并且逐渐细到延伸超出柔性膜130一小段距离的点。
现参考图3，提供了根据本申请的至少一个实施方案的磁耦合型集成CP和UT探头系统300。在示例性实施方案中，铰接的CP电压探头(例如，支腿150)的阵列结合布置在集成探头系统300的前表面处的一个或多个磁体一起围绕UT探头(例如，超声探头125)布置，从而用于通过将探头系统横向于检查表面粘附而在一定裕度内将UT探头对准。
如本文其他地方所提供，集成探头系统300可以在设置在机械臂105处的末端执行器110处联接到ROV。在所示出的示例性实施方案中，集成探头系统300通过模块化框架315联接到末端执行器110。具体地，模块化框架315通过螺钉、紧固件或其他传统的联接装置在外平衡环320处联接到系统300。在示例性实施方案中，模块化框架315在外平衡环320的外圆周的沿直径方向相对的点处联接到集成探头系统300，从而为外平衡环提供在第一平面中的运动自由度。
外平衡环320形成为在外平衡环的内表面处具有一个或多个联接点的中空环。内平衡环325通过螺钉、紧固件或其他传统的联接装置在这些联接点中的一个或多个处联接到外平衡环320。在一个或多个实施方案中，内平衡环325是探头载体结构(例如，平衡环145)的一部分。内平衡环和外平衡环可以由不锈钢或适合于水下检查的其他合金制成。在一个或多个实施方案中，外平衡环320和内平衡环325在一对沿直径方向相对的联接点处联接，所述联接点与将模块化框架315联接到外平衡环320的点正交。这为内平衡环325提供了在第二平面中的运动自由度，这个运动自由度与外平衡环320的运动自由度正交。例如，如果外平衡环320前后俯仰，则内平衡环325可以左右偏转。更特别地，外平衡环320在一个平面中机械地前后旋转(即，俯仰运动)经过一定角度范围(例如，0-10度、0-20度)，而内平衡环325机械地左右旋转(即，偏转运动)经过一定角度范围(例如，0-10度、0-20度)。
为了促进内平衡环325的偏转运动，内平衡环可以被模制以限定一个或多个入口330a、330b、330c、330d(并且更一般地，入口330)，用于一个或多个导电支腿350穿过或围绕内平衡环的圆周。这类导电支腿350与支腿150类似或相同。在一个或多个实施方案中，入口330a、330b被限定为沿着内平衡环325的圆周形成的凹口，呈凹形、矩形、三角形或被设计以便于被动调整支腿350的其他形状。凹口型入口为内平衡环325旋转通过提供了通道，同时仍然将内平衡环联接到外平衡环320。在一个或多个实施方案中，入口330c、330d被限定为穿过内平衡环325的窄的横向宽度形成的孔隙。集成探头系统300还可包括凹口型入口和孔隙型入口330的组合。以这种方式，可以设想更适合于被动调整到特定检查表面的由内平衡环325限定的入口330和支腿350的不同布置。
一个或多个磁体335可以被布置并嵌入到外平衡环320或内平衡环325的前表面中，使得当集成探头系统300接近铁质检查表面时，所述磁体可以将所述系统粘附到所示表面，从而对CP和UT探头进行定向，使得能够基本上同时进行两种测量。在一个实施方案中，四个磁体被安装在集成探头系统300处并且被布置成提供磁拉力。在一些实施方案中，磁拉力为2kgf或更大。具体地，第一对磁体沿直径方向布置并且在垂直于外平衡环的外圆周表面的方向上(即，在面向检查表面的平面中)从外平衡环320纵向延伸。第二对磁体沿直径方向布置并且也在面向检查表面的检查平面中从内平衡环325纵向地延伸。导电支腿与每个磁体相邻，使得当集成探头系统300的前表面接近检查表面时，磁体335吸到所述表面，这将导电支腿350拉向所述表面，直到尖端进行接触为止。
值得注意的是，以上的附图和实例并不意味着将本申请的范围限制为单个实现方式，因为通过更换一些或所有所描述或所示出的元件，其他实现方式是可能的。此外，在可以使用已知部件来部分或完全地实现本申请的某些元件的情况下，为了不致于使本申请模糊，仅描述了这类已知部件的对于理解本申请所必需的那些部分，并且省略了对这类已知部件的其他部分的详细描述。在本说明书中，除非本文另外明确说明，否则示出单个部件的实现方式应当不一定限于包括多个相同部件的其他实现方式，反之亦然。此外，诸位申请人并不意图为说明书或权利要求中的任何术语赋予不寻常或特殊的含义，除非明确地这样提出。另外，本申请包括本文中通过图示所提到的已知部件的目前和未来的已知等效物。
前文对具体实现方式的描述因此将充分揭示本申请的一般性质，以致于其他人员无需进行过多的实验,通过应用相关技术领域内的知识(包括本文所引用并以引用方式并入的文献的内容)就可以容易地修改这类具体实现方式和/或针对各种应用对其进行调整，而不会脱离本申请的一般概念。因此，基于本文给出的教导和指导，这类调整和修改意图处于所公开的实现方式的等效物的含义和范围内。应理解，本文的措辞或术语是用于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员结合相关领域的技术人员的知识根据本文给出的教导和指导来解释。
虽然上文已描述了本申请的各种实现方式，但是应理解，所述实现方式已通过举例而非限制的方式呈现。对于相关领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。因此，本申请不应受任何上述示例性实现方式的限制。

Claims (18)

1.一种适合于在水下表面处同时执行阴极保护电压读取和超声测试厚度测量的集成探头系统，其包括：
探头载体，所述探头载体具有设置在所述探头载体的前表面处的导电部分，用于在所述水下表面处执行阴极保护电压读数时传导电压，其中所述探头载体的所述前表面在其中居中限定空腔；
一个或多个磁体，所述一个或多个磁体嵌入所述探头载体内；
通量集中器，所述通量集中器嵌入所述探头载体内，由所述一个或多个磁体支撑，并且与所述导电部分相邻；
柔性膜，所述柔性膜安设在所述探头载体的所述空腔中；
套筒壳体；
超声探头，所述超声探头具有换能器晶体，所述超声探头部分地设置在所述套筒壳体内并且延伸穿过所述探头载体以便与所述柔性膜相邻，所述柔性膜围绕所述换能器晶体布置；以及
弹簧，所述弹簧联接到所述套筒壳体的自由端并且被配置成响应于所述探头载体接触所述水下表面时在探头载体上所施加的力而为所述探头载体提供两个自由度。
2.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述导电部分包括一个或多个支腿，每个所述支腿具有从所述探头载体的所述前表面延伸出去并且围绕所述空腔彼此等距地布置的一个或多个导电尖端。
3.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述导电部分包括锯齿状边缘。
4.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述通量集中器是环形导磁材料层。
5.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述通量集中器包括嵌入所述探头载体内的一根或多根导磁棒。
6.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述通量集中器由铁制成。
7.根据权利要求1所述的集成探头系统，其中所述套筒壳体是中空的圆柱形管。
8.根据权利要求1所述的集成探头系统，所述集成探头系统还包括耦合剂，所述耦合剂设置在所述柔性膜与所述换能器晶体之间的间隙内。
9.一种适合于在水下表面处同时执行阴极保护电压读取和超声测试厚度测量的集成探头系统，其包括：
外平衡环，所述外平衡环成形为中空环并且具有设置在所述外平衡环的内表面处的一个或多个联接点；
内平衡环，所述内平衡环在所述一个或多个联接点处联接到所述外平衡环，所述内平衡环具有设置在所述内平衡环的前表面处的导电部分，用于在所述水下表面处执行阴极保护电压读数时传导电压，其中所述内平衡环的所述前表面在其中居中限定空腔；
一个或多个磁体，所述一个或多个磁体嵌入所述内平衡环内；
通量集中器，所述通量集中器嵌入所述内平衡环内，由所述一个或多个磁体支撑，并且与所述导电部分相邻；
柔性膜，所述柔性膜安设在所述内平衡环的所述空腔中；
超声探头，所述超声探头具有换能器晶体，所述超声探头部分地设置在所述内平衡环内并且延伸穿过所述内平衡环以便与所述柔性膜相邻，所述柔性膜围绕所述换能器晶体布置；并且
其中所述外平衡环和所述内平衡环被联接，使得所述内平衡环具有一个或多个运动自由度。
10.根据权利要求9所述的集成探头系统，其中所述导电部分包括一个或多个支腿，每个所述支腿具有从所述内平衡环的所述前表面延伸出去并且围绕所述空腔彼此等距地布置的一个或多个导电尖端。
11.根据权利要求9所述的集成探头系统，其中所述导电部分包括锯齿状边缘。
12.根据权利要求9所述的集成探头系统，其中所述通量集中器是环形导磁材料层。
13.根据权利要求9所述的集成探头系统，其中所述通量集中器包括嵌入所述内平衡环内的一根或多根导磁棒。
14.根据权利要求9所述的集成探头系统，其中所述通量集中器由铁制成。
15.根据权利要求9所述的集成探头系统，所述集成探头系统还包括耦合剂，所述耦合剂设置在所述柔性膜与所述换能器晶体之间的间隙内。
16.根据权利要求9所述的集成探头系统，所述集成探头系统还包括模块化框架，所述模块化框架可联接到所述外平衡环的外表面。
17.根据权利要求10所述的集成探头系统，其中所述内平衡环的尺寸和形状被设定以限定一个或多个入口。
18.根据权利要求17所述的集成探头系统，其中所述一个或多个支腿中的至少一个穿过所述一个或多个入口以联接到所述外平衡环。
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