CN113874721A - 一种用于板材的无损测试的方法和设备 - Google Patents

一种用于板材的无损测试的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113874721A
CN113874721A CN202080011818.7A CN202080011818A CN113874721A CN 113874721 A CN113874721 A CN 113874721A CN 202080011818 A CN202080011818 A CN 202080011818A CN 113874721 A CN113874721 A CN 113874721A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
transducer
angle
transmitting transducer
sheet material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080011818.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113874721B (zh
Inventor
P·诺尔利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ndt Global Ltd
Original Assignee
Ndt Global Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ndt Global Ltd filed Critical Ndt Global Ltd
Publication of CN113874721A publication Critical patent/CN113874721A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113874721B publication Critical patent/CN113874721B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/041—Analysing solids on the surface of the material, e.g. using Lamb, Rayleigh or shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2437—Piezoelectric probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/38—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by time filtering, e.g. using time gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4454—Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0231—Composite or layered materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0427—Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/056—Angular incidence, angular propagation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2636—Surfaces cylindrical from inside

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

公开了一种用于针对凹坑和孔（3）的存在测试板材（1）的方法和设备，所述方法包括以下步骤：从发射换能器（2）发射声学信号，所述发射换能器（2）面向板材（1）并且被定位在离板材一定距离中，发射信号的频率和朝向板材的信号的入射角适于促进板材中Lamb信号的形成，在接收换能器（4）中接收从板材返回的声学信号，所述接收换能器（4）也面向板材：在离材料一定距离处，接收换能器（4）被定位在沿着板材的方向离所述发射换能器（2）一定距离中，对接收信号进行时间门控，从而标识尾部部分（8），所述尾部部分（8）携带来自在材料中行进的Lamb信号的信息，以及确定信号的所述Lamb模式部分中的能量含量。

Description

一种用于板材的无损测试的方法和设备
技术领域
本发明涉及无损（non-destructive）测试的领域，并且更具体地涉及一种用于使用声学换能器测试诸如石油和天然气管道的壁的板材的完整性的方法和设备。
背景技术
在石油和天然气行业中，存在对管道进行高效测试的需要。管道的结构完整性可以使用在管道内行进的检查清管器（pig）来测试，从而测量管壁的状况。已经设计若干种方法来测量管道壁的状况。这里我们将提到使用磁通量泄漏和超声测试的方法。使用磁通量泄漏的方法主要仅对检测由腐蚀引起的金属损耗（管道壁的变薄）有效。超声测试方法被用于检测管道壁中的腐蚀和裂缝，尽管所述技术之间存在一些重叠。然而，例如使用基于脉冲回波的管壁的扫描的常规的超声测试方法具有与对液体耦合剂的需要有关的局限性。
从US 2009/0078049 A1已知一种用于测试空心管的方法，包括将声学信号从发射换能器发射到管中，该信号在管中激发Lamb波，在接收换能器中接收从管返回的声学信号，并处理接收信号以检测管中的裂缝。换能器分开地并且以相对于管的表面的选择的角度来布置，以优化Lamb模式波的形成和耦合。
US 2018/0017533 A1公开了一种用于使用Lamb波来测试结构的类似方法。
Chimenti、D. E. & Martin、R. W.: Nondestructive evaluation of composite laminates by leaky Lamb waves, Ultrasonics，第29卷，1991年1月，描述了一种用于使用Lamb波来评估纤维增强复合层压板的方法。声学超声信号由发射换能器通过周围流体（水）发射到板中，并由接收换能器接收。通过选择适当的角度和频率，实现将Lamb模式信号有效耦合到板中。
EP 3 407 060 A1描述了一种用于估计诸如板的测试对象的状态的方法，包括将超声信号从安装到板上的第一换能器并且以朝向板的选择的角度注入到板中。在第二换能器中检测到该信号，该第二换能器被安装在离第一换能器一定距离处，其以朝向板的角度以对应的方式安装。该文档提到在板中行进的信号包括对称和非对称Lamb模式信号及其谐波。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管道的声学测试的设备和方法，其能够检测缺陷的存在，所述缺陷诸如壁中的小孔或凹坑、具有1.5至8.0 mm的直径的凹坑和孔。
本发明的范围在所附权利要求中限定。
根据第一方面，本发明涉及一种用于针对凹坑和孔的存在来测试分层（layered）结构的方法，所述方法包括以下步骤：从发射换能器发射声学信号，所述发射换能器垂直于所述结构来安装并且被定位在离所述结构一定距离中，在接收换能器中接收从结构返回的声学信号，所述接收换能器也垂直于所述结构被安装在离所述结构一定距离处，接收换能器被定位在离所述发射换能器一定距离中，对接收信号进行时间门控（gating），从而标识尾部部分，所述尾部部分携带来自在结构中行进的Lamb信号的信息，以及确定信号的所述Lamb模式部分中的能量含量。发射信号的频率在0-f的范围内，其中f是结构的基本厚度共振（fundamental thickness resonance），并且其中从发射换能器发射的声学信号跨越限制为入射角
Figure 687161DEST_PATH_IMAGE001
的四倍的角度，其中
Figure 604301DEST_PATH_IMAGE001
从下式确定：
Figure 384038DEST_PATH_IMAGE002
其中C0是发射器和板之间的介质的纵向速度，并且Cp是结构中的相速度。
该方法旨在从在板材中作为折射波行进的Lamb波提取信息。本发明基于以下发现：某些Lamb模式在揭示板材中小缺陷（诸如凹坑或孔）的存在方面是特别有效的。这包括A0、A1和S0模式，最后一种是最优选的模式。通过将激发声学信号保持在频率和入射角的特定区域内，可以激发这些优选模式，并抑制更高阶模式。选择的频率范围比无损测试中常用的频率范围低得多。
通过降低声学信号的频率，减少了激发的波模式的数量。与常见的脉冲回波方法相比，这是一种与通常将预期相反的方法。
限定“甜（sweet）”区域的另一个参数是入射角。通常，入射角是通过以选择的角度朝向被测试结构的表面安装换能器来确定的。然而，在这种情况下，换能器垂直于表面安装（即其中换能器的正面与所述表面平行）。由换能器发射的信号将成形为锥形瓣。然后，该瓣的外缘将决定最大入射角。当传感器以这种方式来安装时，获得更高的测试区域的分辨率。
根据本发明的优选实施例，发射信号的频率在0-1/2f的范围内。
为了实现与结构的适当耦合，从而克服例如气体和钢之间的大的声阻抗差异，人们通常将优选使用发射频率撞击（hit）并激发结构的厚度共振。通过仍然降低频率，人们将无法获得这种有益效果。然而，通过降低频率，更少的Lamb模式将被激活，从而将可用能量集中到其余模式中。
根据本发明的实施例，从发射换能器发射的声学信号跨越入射角
Figure 716931DEST_PATH_IMAGE003
的两倍的角度。
这增强了上面提到的效果。通过调整（tailor）来自换能器的信号瓣的宽度，可以减少激发的波模式的数量并且将可用的信号能量集中到最期望的波模式中。信号瓣的宽度限定撞击结构的波的最大入射角。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于执行上面提到的方法的设备，所述设备包括：
信号发生器（10），其适于向发射换能器（2）提供信号，所述发射换能器（2）垂直于板材（1）安装并且被定位在离结构一定距离中，其中发射换能器（2）适于朝向所述结构发射声学信号，
接收换能器（4），其也垂直于所述结构被安装在离所述结构一定距离处，所述接收换能器（4）被定位在离所述发射换能器（2）一定距离中，所述接收换能器（4）适于接收从所述结构接收的声学信号，
所述设备进一步包括处理装置（13），所述处理装置（13）适于对接收信号进行时间门控，从而标识尾部部分（8），所述尾部部分（8）携带来自在结构中行进的Lamb信号的信息，并且适于确定信号的所述Lamb模式部分中的能量含量，
其特征在于，发射信号的频率在0-f的范围内，其中f是结构的基本厚度共振，并且其中发射换能器（2）适于发射跨越高达入射角
Figure 531303DEST_PATH_IMAGE001
的四倍的角度的信号，其中
Figure 353765DEST_PATH_IMAGE001
从下式确定：
Figure 267405DEST_PATH_IMAGE004
。
根据该设备的优选实施例，信号发生器适于产生在0-1/2f的范围内的信号。
根据实施例，发射换能器适于发射跨越入射角
Figure 403988DEST_PATH_IMAGE003
的两倍的角度的信号。
根据第一实施例，发射换能器具有确定发射信号的角度范围的孔径。
该换能器设计被用于提供发射声学信号的精确（closely）定义的宽度。
根据另一个实施例，发射换能器具有确定发射信号的角度范围的弯曲前表面。
与先前的实施例相比，换能器的该设计允许由换能器发射更多的声能。
根据另一个实施例，发射换能器包括环形压电元件。
该设计旨在减少在信号瓣的中心部分发射的声能，其中可以使得更多的能量在激发Lamb波的外部部分中可用。
附图说明
当结合附图阅读时，本发明的另外的方面将从以下详细描述显现，其中：
图1是本发明设备和该设备的电子电路的示意图示，
图2是示出作为频率和入射角的函数的透射系数的图，
图3a-c是可以在本发明中使用的声学换能器的示意性截面图，
图4是如在所述发明设备中接收的典型信号的幅度-与-时间图，
图5a是示出接收信号的前面（leading）部分中的能量含量的二维图，以及
图5b示出了信号的后面部分中的能量含量。
具体实施方式
图1示出了用于检测板材1中的以小孔和凹坑3的形式的缺陷的装置（setup）。术语“板材”意指包括金属、木材或聚合物的任何平面或弯曲板，诸如船的钢壳或管道的壁。该装置包括发射换能器2和接收换能器4，发射换能器2朝向结构1发射声学信号脉冲串（burst），接收换能器4被安装在纵向方向上离发射换能器2短的距离处。传感器直接面向板材安装。这将浪费一些声能，但提供了在任何方向上寻找凹坑和孔的能力，即无法由使用朝向结构以一定角度安装的换能器的装置提供的特征。
仪器装置包括用于激发换能器、从换能器接收响应信号并存储接收到的信号的电子电路。该装置包括向发射换能器2提供驱动信号的信号发生器10、接收换能器4、放大器11、前置放大器12和用于处理接收信号的装置。该装置将通常包括处理器13、存储介质16、通信接口15和位置检测器14。处理器13还可以控制装置中的其他功能，诸如信号发生器10。发射换能器将在换能器的前面的圆锥瓣17中发射信号。
该装置还包括用于将换能器移位的装置（未示出），从而允许换能器扫描板材。正常的操作装置将包括安装在清管器圆柱形外表面上的网格中的多个换能器，该清管器适于在管道内行进，同时从内部检查壁。然而，本发明还可以找到其他应用，诸如从外部检查平板或者甚至检查管状体（当这是可进入的时候）。
来自发射换能器2的信号将作为压缩波在管内的流体中行进并撞击管壁。传入的压缩波将在壁中建立相应的声学信号，该信号由压缩波部分和传入信号的一部分组成，传入信号的该部分在流体-钢界面处被转换成各种波模式，诸如横波（shear wave）和Lamb波，两者都在它们的基频和谐波下。
当离开壁时，各种波信号将被转换回到在流体中行进到接收换能器4的压缩波。
即使接收信号仅包括压缩模式能量，也可以使用若干种技术来解析接收信号的哪些部分是由不同的波模式产生的（即当在管壁中行进时）。
已经发现，某些波模式在显示结构中存在的缺陷时是更有效的。用于检测壁中的凹坑和孔的有效信号是Lamb波，并且特别是基本或第一对称Lamb模式，这里称为S0，但还有其谐波。
当将信号注入到板材中时，在其中板材的厚度是半波长的整数倍的频率处发现共振峰。厚度共振的频率f被定义为f=nc/2D，其中c是板材的声压缩速度，D是其厚度，并且n表示谐波。以厚度共振频率注入信号将增强与板材的耦合。
在所述基本厚度共振以下，Lamb模式A0、S0和A1可能出现，这取决于入射角。
在甚至更低的频率下，低于基本厚度共振的一半，将仅出现基本Lamb模式A0和S0。将发射信号限制到该频率范围，将注入的能量仅集中在这两种模式中当然是有利的。
然而，发射波的入射角也将决定哪些模式被激活。这在图2中被图示为示出作为频率和入射角的函数的透射系数的图。在图2中所示的情况下，声学信号在水中朝向钢板发射。在波在0–1/2f（f是第一或基本厚度共振）的范围内发射并且发射波以在从17°至约40°的范围内的入射角撞击板的情况下，将只出现S0模式。最终（in the large end），这取决于频率，如图2中图示的那样。在较大的入射角下，也可能出现A0模式。优选将入射角限制到17°左右的小区域，以最大化作为S0模式波注入的声能，因为更宽的波瓣将散布（spread）能量。该入射角取决于边界介质中声速之间的关系。钢中的声速是相当恒定的。然而，气体中的声速与液体中的声速非常不同。上面提到的17°的最佳入射角仅与水有关。在氮气中（在大气压下），它将接近4°，并且在油中约为18°。在目前的情况下，优选在仅涉及气体、水或油的均匀环境中对管道进行调查。因此，必须调整仪器装置，以为管道中存在的流体提供合适的入射角。该角度可能必须通过在相关流体中的测量，或者通过求解以下Rayleigh-Lamb方程，并标识S0模式来找到：
Figure 72867DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 66231DEST_PATH_IMAGE006
其中
Figure 758243DEST_PATH_IMAGE007
并且
Figure 495255DEST_PATH_IMAGE008
并且其中ω是角频率，k是波数，Cl和Ct分别是纵波速度和横波速度，并且d是板的厚度。
第一个方程与对称Lamb波在板中的传播有关，而第二个逆方程与不对称Lamb波在板中的传播有关。
如果发射器和板之间的介质的纵向速度为C0，则发现激发期望的模式所需的入射角
Figure 18640DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 448485DEST_PATH_IMAGE009
其中Cp是结构中的相速度（Cp=ω/k）。
因此，为了激发基本对称Lamb模式的目的，最佳条件将是以基本厚度共振的一半的频率并且以在
Figure 126329DEST_PATH_IMAGE010
到2
Figure 401452DEST_PATH_IMAGE010
的范围内的入射角注入声学信号。
讨论中的入射角由图1中所示的发射器瓣17的外缘限定，瓣宽跨越入射角的两倍。可以通过使用具有小孔径的换能器，提供具有弯曲（凸起）的前表面的换能器，或者通过在换能器的前面放置声学透镜来实现限定的瓣宽。
图3a示出了常规的压电换能器，其由端接在转换元件32中的压电元件31的堆叠组成，从而改善与外部介质的声学耦合。定义为主信号瓣的-6dB点之间的角度的换能器的孔径由
Figure DEST_PATH_IMAGE011
给出，其中k=w/c 0 ，w是角频率，c 0 是周围介质中的声速，并且a是换能器的半径。
图3b示出了用于在本发明装置中使用的可选换能器。这里，压电元件31的堆叠比图3a中所示的版本中稍微宽，并且通过提供具有弯曲外表面的转换元件32来实现瓣宽与期望入射角的适配（adaption）。较大尺寸的压电元件允许换能器发射更强的信号。
图3a和3b中所示的换能器设计限制了信号瓣的宽度，以避免激发不必要的声学模式。这意味着信号能量被集中到期望的Lamb模式中，并且最优选地仅被集中到S0模式中。然而，在瓣的中心部分中发射的能量将以较小的入射角（即垂直或接近垂直于结构）撞击壁，并且将不会有助于Lamb信号的形成，并且实际上是能量的浪费。在图3c中，示出了圆环形（环形、环状）发射换能器，其被设计成在瓣的中心部分中发射较少的能量。该换能器包括压电元件31的堆叠和转换元件32，如在先前的实施例中那样，但是这里已经钻了穿过堆叠的中心部分的孔33。然而，上面给出的针对瓣宽的公式在这里并不适用。在这种情况下，必须利用来自换能器的旁瓣。中心瓣将是较不占优势的，而旁瓣将显得更强。这些旁瓣的位置可以通过仔细设计换能器来确定。
图4中所示的接收信号由信号开始部分7组成，该信号起始部分7包括已经从分层结构（回波）的表面反射的压缩波的部分。该信号还包括尾部8，该尾部8包括已经在结构中行进的信号的部分。
然后，如果将时间门控（窗）应用于接收信号，从而提取在尾部8中出现的信号的部分，考虑到关于撞击（impinging）信号的频率和入射角的上述条件，信号将主要受S0 Lamb波影响。
图5a、b图示了从被浸入水中的26 mm厚的矩形平板返回的信号的幅度。换能器被放置在板上方90 mm处，并用20μS持续时间的啁啾（chirp）信号激发板。如从板的顶端到底部看，板中有四个直径分别为8.0、2.0、1.5和4.0 mm的孔。
图5a示出了来自前面（回声）部分的信号中的能量。使用次优的换能器瓣，仅可以分辨（discern）最大的孔。
图5b示出了尾部部分中的能量。8.0和4.0 mm的孔“吸取（suck）”能量，从而提供了与周围的板的大的对比度。直径为2.0和1.5 mm的较小孔提供了低得多的对比度，但仍然是清晰可见的。

Claims (9)

1.一种用于针对凹坑和孔（3）的存在来测试板材（1）的方法，所述方法包括以下步骤：
从发射换能器（2）发射声学信号，所述发射换能器（2）垂直于板材（1）安装并且被定位在离板材一定距离中，
在接收换能器（4）中接收从板材返回的声学信号，所述接收换能器（4）也垂直于板材安装在离板材一定距离处，接收换能器（4）被定位在离所述发射换能器（2）一定距离中，
对接收信号进行时间门控，从而标识尾部部分（8），所述尾部部分（8）携带来自在板材中行进的Lamb信号的信息，以及
确定信号的所述Lamb模式部分中的能量含量，
其特征在于，发射信号的频率在0-f的范围内，其中f是板材的基本厚度共振，并且其中从发射换能器（2）发射的声学信号跨越高达入射角
Figure 354733DEST_PATH_IMAGE001
的四倍的角度，其中
Figure 271873DEST_PATH_IMAGE001
从下式确定：
Figure 51610DEST_PATH_IMAGE002
其中C0是发射器和板材之间的介质的纵向速度，并且Cp是板材中的相速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，发射信号的频率在0-1/2f的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，从发射换能器（2）发射的声学信号跨越高达入射角
Figure 384503DEST_PATH_IMAGE003
的两倍的角度。
4.一种用于针对凹坑和孔（3）的存在来测试板材（1）的设备，所述设备包括：
信号发生器（10），其适于向发射换能器（2）提供信号，所述发射换能器（2）垂直于板材（1）安装并且被定位在离结构一定距离中，其中发射换能器（2）适于朝向所述结构发射声学信号，
接收换能器（4），其也垂直于所述结构被安装在离所述结构一定距离处，所述接收换能器（4）被定位在离所述发射换能器（2）一定距离中，所述接收换能器（4）适于接收从所述结构接收的声学信号，
所述设备进一步包括处理装置（13），所述处理装置（13）适于对接收信号进行时间门控，从而标识尾部部分（8），所述尾部部分（8）携带来自在结构中行进的Lamb信号的信息，并且适于确定信号的所述Lamb模式部分中的能量含量，
其特征在于，发射信号的频率在0-f的范围内，其中f是结构的基本厚度共振，并且其中发射换能器（2）适于发射跨越高达入射角
Figure 198875DEST_PATH_IMAGE001
的四倍的角度的信号，其中
Figure 21337DEST_PATH_IMAGE001
从下式确定：
Figure 288371DEST_PATH_IMAGE004
。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，信号发生器（10）适于产生在0-1/2f的范围内的信号，其中f是所述结构的基本厚度共振。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其中，从发射换能器（2）发射的声学信号跨越高达入射角
Figure 923489DEST_PATH_IMAGE003
的两倍的角度。
7.根据前述权利要求4至6中的任一项所述的设备，其中，发射换能器具有确定发射信号的角度范围的孔径。
8.根据前述权利要求4至6中的任一项所述的设备，其中，发射换能器具有确定发射信号的角度范围的弯曲前表面。
9.根据前述权利要求4至6中的任一项所述的设备，其中，发射换能器包括环形压电元件。
CN202080011818.7A 2019-01-31 2020-01-31 一种用于板材的无损测试的方法和设备 Active CN113874721B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20190133 2019-01-31
NO20190133A NO20190133A1 (en) 2019-01-31 2019-01-31 Fremgangsmåte for inspeksjon av rør
PCT/NO2020/050024 WO2020159385A1 (en) 2019-01-31 2020-01-31 A method and device for non-destructive testing of a plate material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113874721A true CN113874721A (zh) 2021-12-31
CN113874721B CN113874721B (zh) 2024-05-24

Family

ID=66092385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080011818.7A Active CN113874721B (zh) 2019-01-31 2020-01-31 一种用于板材的无损测试的方法和设备

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20220099629A1 (zh)
CN (1) CN113874721B (zh)
AU (1) AU2020216052A1 (zh)
BR (1) BR112021015095A2 (zh)
CA (1) CA3128495A1 (zh)
CO (1) CO2021011266A2 (zh)
GB (1) GB2595127A (zh)
MX (1) MX2021008950A (zh)
NO (1) NO20190133A1 (zh)
WO (1) WO2020159385A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4086620A1 (en) * 2021-05-05 2022-11-09 NDT Global Corporate Ltd. Ireland Method and device for checking the wall of a pipeline for flaws
AT525910B1 (de) * 2022-06-20 2023-09-15 Res Center For Non Destructive Testing Gmbh Verfahren zum berührungs- und zerstörungsfreien simultanen Bestimmen der Dicke, der longitudinalen und der transversalen Schallgeschwindigkeit einer Platte

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4976150A (en) * 1986-12-30 1990-12-11 Bethlehem Steel Corporation Ultrasonic transducers
US20090049916A1 (en) * 2005-12-16 2009-02-26 Bae Systems Pic Detection of defects in welded structures
US20090078049A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 The Regents Of The University Of California Non-contact feature detection using ultrasonic lamb waves
US20160109604A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation Model Based Inversion of Acoustic Impedance of Annulus Behind Casing
US20180017533A1 (en) * 2015-02-24 2018-01-18 Halfwave As An apparatus and method for inspecting a pipeline
US20180031525A1 (en) * 2014-10-15 2018-02-01 Fbs, Inc. Shear wave sensors for acoustic emission and hybrid guided wave testing
EP3407060A1 (en) * 2016-03-01 2018-11-28 Mitsubishi Electric Corporation Ultrasonic measurement device and ultrasonic measurement method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3165922A (en) * 1962-04-16 1965-01-19 Daniel C Worlton Method of applying lamb waves in ultrasonic testing
US3512400A (en) * 1967-04-13 1970-05-19 Panametrics Ultrasonic testing method
US3572099A (en) * 1968-08-23 1971-03-23 Gen Am Transport Ultrasonic non-destructive testing apparatus and method
US4674334A (en) * 1986-05-13 1987-06-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Properties of composite laminates using leaky lamb waves
US6092421A (en) * 1998-08-28 2000-07-25 California Institute Of Technology Ultrasonic system for automatic determination of material stiffness constants
JP2002529691A (ja) * 1998-11-04 2002-09-10 ナショナル リサーチ カウンシル オブ カナダ 薄いシートの弾性特性およびそれに印加される張力のレーザー超音波測定

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4976150A (en) * 1986-12-30 1990-12-11 Bethlehem Steel Corporation Ultrasonic transducers
US20090049916A1 (en) * 2005-12-16 2009-02-26 Bae Systems Pic Detection of defects in welded structures
US20090078049A1 (en) * 2007-09-25 2009-03-26 The Regents Of The University Of California Non-contact feature detection using ultrasonic lamb waves
US20180031525A1 (en) * 2014-10-15 2018-02-01 Fbs, Inc. Shear wave sensors for acoustic emission and hybrid guided wave testing
US20160109604A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-21 Schlumberger Technology Corporation Model Based Inversion of Acoustic Impedance of Annulus Behind Casing
US20180017533A1 (en) * 2015-02-24 2018-01-18 Halfwave As An apparatus and method for inspecting a pipeline
EP3407060A1 (en) * 2016-03-01 2018-11-28 Mitsubishi Electric Corporation Ultrasonic measurement device and ultrasonic measurement method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BORIGO, CODY ET AL: "A spacing compensation factor for the optimization of guided wave annular array transducers", J. OF ACOUST. SOC. AM., vol. 133, no. 1, pages 127 - 135, XP012170665, DOI: 10.1121/1.4770238 *
CLARKE T ET AL: "Evaluation of the damage detection capability of a sparse-array guided-wave SHM system applied to a complex structure under varying thermal conditions", IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL, vol. 56, no. 12, pages 2666 - 2678, XP011284179, DOI: 10.1109/TUFFC.2009.1357 *
D.E. CHIMENTI ET AL: "Nondestructive evaluation of composite laminates by leaky Lamb waves", ULTRASONICS, vol. 29, pages 13 - 21, XP000174635, DOI: 10.1016/0041-624X(91)90168-8 *

Also Published As

Publication number Publication date
NO20190133A1 (en) 2020-08-03
AU2020216052A1 (en) 2021-09-02
CA3128495A1 (en) 2020-08-06
MX2021008950A (es) 2022-01-18
US20220099629A1 (en) 2022-03-31
WO2020159385A1 (en) 2020-08-06
CO2021011266A2 (es) 2021-12-10
BR112021015095A2 (pt) 2021-10-05
CN113874721B (zh) 2024-05-24
GB2595127A (en) 2021-11-17
WO2020159385A9 (en) 2020-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7874212B2 (en) Ultrasonic probe, ultrasonic flaw detection method, and ultrasonic flaw detection apparatus
JP4910770B2 (ja) 管体の超音波探傷装置および超音波探傷方法
US9915632B2 (en) Long-range magnetostrictive ultrasonic guided wave scanner system and method
CN103969341B (zh) 奥氏体不锈钢管对接环焊缝超声波检测特种探头
WO2007058391A1 (ja) 管体の超音波探傷装置および超音波探傷方法
JP2005502046A (ja) パイプライン点検装置
CN113874721B (zh) 一种用于板材的无损测试的方法和设备
CN107430096A (zh) 用于检查管道的装置和方法
US20090249879A1 (en) Inspection systems and methods for detection of material property anomalies
WO2012176613A1 (ja) 超音波探傷方法、及び超音波アレイ探触子
CN102507747A (zh) 纤维缠绕复合材料液浸超声检测探头位置的优化方法
US10488367B2 (en) Ultrasonic-pulse-echo flaw inspection at a high testing speed on thin-walled pipes in particular
CN115266947B (zh) 一种聚乙烯燃气管道超声纵向导波激励装置及检测方法
US20230049260A1 (en) Acoustic Detection of Defects in a Pipeline
JP5810873B2 (ja) 超音波探傷方法
JP2006023215A (ja) 超音波検査方法及び超音波検査装置並びにその装置のガイド波トランスデューサ
Lee et al. Single-mode guided wave technique using ring-arrayed laser beam for thin-tube inspection
Gauthier et al. EMAT generation of horizontally polarized guided shear waves for ultrasonic pipe inspection
CN109613120B (zh) 一种主动扫描接收式高分辨率脉冲超声-声发射检测方法
JP3729686B2 (ja) 配管の欠陥検出方法
JP3810661B2 (ja) 配管の欠陥検出方法
US8375795B2 (en) Non-destructive inspection of high-pressure lines
US20240125742A1 (en) Defect sizing combining fixed wavelength and variable wavelength guided waves
RU2359262C1 (ru) Способ теневого прозвучивания свода изделия импульсами ультразвуковых колебаний
Kwak et al. Detection of small-flaw in carbon brake disc (CC) using air-coupled ultrasonic C-scan technique

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant