CN116171382A

CN116171382A - 用于检测不连续性的方法和用于实施所述方法的系统

Info

Publication number: CN116171382A
Application number: CN202180059202.1A
Authority: CN
Inventors: 菲利普·科佩雷特; 利埃文·卡米尤斯; 金-马克·卡佩扎
Original assignee: Sokomatai International
Current assignee: Sokomatai International
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2023-05-26
Also published as: EP4189380A1; US20230273161A1; CA3188943A1; FR3113135A1; FR3113135B1; WO2022023632A1; EP4189380B1

Abstract

用于检测介质中的不连续性的方法和用于实施所述方法的系统，所述方法包括限定传输序列的步骤，其中在探针的换能器当中选择的多个传输换能器均匀地且随机地位于所述探针的有源表面上，且针对每一传输换能器限定的时间偏移均匀地且随机地位于预定传输持续时间内。随后，由所述多个传输换能器在所述介质中传输所述传输序列，接收和记录所述接收信号，且利用适于所述传输换能器的聚焦法则来处理所述接收信号，且使用所述时间偏移从而因此导出检测水平。

Description

用于检测不连续性的方法和用于实施所述方法的系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测产品中的不连续性的方法，特别是使用超声波探测。

背景技术

存在用于检测例如金属产品等产品中的不连续性或缺陷的许多技术。这些技术落在非破坏性测试的领域内。使用超声波的传播的技术高效地检测在产品的制造之后或产品的寿命期间所述产品的材料中的不连续性或缺陷以确保其适当地工作。

因此，专利文件FR 2 830 328展示一种用于在若干方向中同时使用若干射束检测不连续性的方法，但此方法在接收时产生干扰，且相比于单射束方法，信噪比降级。

文件“用于非破坏性评估的超声传输-接收阵列数据的完整矩阵的后处理(Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data fornon-destructive evaluation)”(国际无损检测与评估(NDT&E)38(2005)701-711)评估一种用于捕获所有传输和接收换能器对之间的时域信号的完整矩阵的技术。接着在后处理中例如通过介质的每一点处的聚焦算法来处理这些时域信号。

然而，在此技术中，每一换能器一个接一个地传输，来自所有换能器的接收信号理想地在每次发射之间存储。因此，此方法对于关于执行速度的问题不能令人满意。

发明内容

本发明的目标是改进用于检测此类型的不连续性的方法，以便尤其改进高速度下的检测质量。

为此，使用包括多个换能器的探针来实施根据本公开的用于检测不连续性的方法，所述多个换能器形成有源表面且能够在介质中传输和接收超声波，所述方法包括以下步骤：

-限定传输序列，其中：

在探针的换能器当中挑选多个传输换能器，所述多个传输换能器的每一传输换能器具有确定的空间位置，使得所述多个传输换能器的空间位置在探针的有源表面上方均匀地且随机地分布，且

针对所述多个传输换能器的每一传输换能器限定时间偏移，使得所述多个传输换能器的时间偏移在预定传输持续时间内均匀地且随机地分布，

-由所述多个传输换能器在介质中传输所述传输序列，

-由所述多个换能器响应于在所述介质中传输的传输序列而接收和记录接收信号，

-根据以下过程处理接收信号，其中：

对于每一传输换能器，针对在介质中探测的所要目标点且考虑所考虑的传输换能器的时间偏移，计算对应于所述传输换能器的确定的聚焦法则的聚焦延迟，

针对每一传输换能器计算聚焦信号，其是通过聚焦延迟重新对准的探针的多个换能器的接收信号的总和，

计算合成信号，其是来自所有传输换能器的聚焦信号的总和，且

分析合成信号以便因此导出目标点处所述介质中的检测水平，且因此导出不连续性的检测。

借助于这些布置，探测方法导致极少干扰，且尤其在高速度下改进了检测质量。

确切地说，此方法仅需要单个传输序列。检测和/或成像完全在后处理中完成，且特定序列及可能其处理使得有可能尽可能地避免所记录的接收信号之间的干扰和/或减少此干扰的影响，从而提供快速且准确的不连续性检测(检测水平的振幅)。

在根据本公开的方法的各种实施例中，可进一步使用以下布置中的一个或多个。

根据一个方面，所述方法进一步包括在计算聚焦信号之前通过由以下组成的过程减少若干不连续性之间的干扰的步骤：

-确定作为换能器的函数的接收信号中的峰值的曲线，所述曲线是通过识别目标点的接收信号中的峰值且根据聚焦法则而确定，

-计算近似峰值的曲线的模型曲线，以及

-从所记录的接收信号和模型曲线计算经校正接收信号，接着使用所述经校正接收信号代替所记录的接收信号来处理这些信号以导出检测水平。

根据一个方面，所述模型曲线为多项式曲线。

根据一个方面，确定作为介质相对于探针(反之亦然)的移动速度的函数的聚焦延迟。

根据一个方面，针对多个目标点迭代接收信号的处理，以便建立表示所述目标点中的不同检测水平的介质的图像。

本公开还涉及一种实施上述方法的用于检测不连续性的系统。此系统包括：探针，其包括多个换能器，所述多个换能器能够在介质中传输和接收超声波；以及处理单元，其连接到所述探针，此处理单元包括用于记录接收信号的至少一个存储器，以及用以实施所述方法的控制器。

附图说明

参考附图并根据作为非限制性实例给出的至少一个实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将显而易见。

在附图中：

-图1是实施根据本发明的方法的系统的实例的大体框图；

-图2是在所述方法的传输序列的实例中来自选定传输换能器的信号的时序图；

-图3是根据所述方法来自探针的换能器的接收信号的时序图；

-图4是通过施加到图3的接收信号的聚焦延迟获得的定相信号的时序图；

-图5是图1的求和块的框图；

-图6是通过定相信号的求和获得的聚焦信号的实例；

-图7是与选定传输换能器相关的所计算的聚焦信号的时序图；

-图8是通过图7的聚焦信号的求和计算的合成信号时间曲线图的实例；

-图9是在介质中的若干不连续性以及单个传输换能器的单次激发的情况下的接收信号的时序图；

-图10是针对第一不连续性中的目标点作为换能器的函数标绘的峰值的曲线的实例。

在各图中，相同的附图标记指代相同或类似的元件。

具体实施方式

下文以说明性且非限制性方式描述一种用于检测产品的介质中的不连续性或缺陷的系统的实例实施例，以及一种由此系统实施的方法的实例。

依据根据本公开且在图1中示出的系统的此实例，系统100是用于检测介质M中的不连续性的系统。介质M例如是某一产品，例如金属零件，其可能包括其材料内的一个或多个不连续性或缺陷，例如一个或多个气穴或裂缝。因此，所述系统和方法的目标是检测这些不连续性或缺陷。检测应理解成意味着例如获得关于不连续性的存在的信息，和/或获得相对于系统的距离信息和/或获得相对于系统的位置信息，和/或获得关于不连续性的形状的信息。有可能，对应于介质M的产品相对于系统100以相对速度移动，这需要非常快速地检测不连续性。为了实现产品控制的可靠性，不错漏此检测很重要。

根据本公开的系统和方法例如适用于例如铁路的管道和轨道等金属产品或零件的非破坏性测试。确切地说，所述系统和方法任选地在所述产品的移动期间或在沿着轨道滚动时使用。

图1是具有各种处理块的系统100的功能框图的实例。系统100可任选地分解为不同功能块，但这些功能块将包含下文描述的系统100的实例的基本功能。

在图1的实例中，系统100包括探针10，其通过例如电或光学有线链路或者例如无线电波等无线链路与连接到探针的处理单元20交换信号。因此，探针10可位于距处理单元20某一距离处。任选地，探针10和处理单元20集成到单个装置中，或处理单元的一些元件(功能)位于探针10中。

探针10包括例如具有索引n＝1...N的多个换能器Tn，所述换能器形成探针的有源表面。N个换能器Tn例如沿着如图1中的纵向方向X对准。在实践中，换能器的数目N例如在几十到几百之间。

在一维线性探针的情况下，探针的换能器Tn具有沿着探针的纵向方向X由此换能器的横坐标xn指示的空间位置。垂直于纵向方向X的深度方向Z对应于在探针10与介质M之间接触的情况下，从置于介质M的外表面上的原点O算起的介质中的深度位置。原点O、纵向方向X和深度方向Z形成参考系，在所述参考系中，要素可通过空间坐标(x,z)在位置上识别。

任选地，探针10可以是呈圆弧的形式的弯曲探针、NxP个换能器的平面阵列探针，或呈圆柱的截面的形式的阵列探针，或任何其它探针形状。本文中所描述的系统和方法将容易地适于此探针。

因此，所述产品例如为静态的，或相对于系统的探针10(或相反，即探针相对于产品移动)平移或旋转移动。

使探针10的有源表面直接或间接接触介质M的外表面。探针10的每一换能器Tn是能够在介质M中传输传输波和/或响应于介质的性质在介质中接收回波的元件。所述波通常为超声波。举例来说，如图1中所表示，具有索引e和坐标(xe,0)的传输换能器Te朝向介质内部的目标点C传输传输波Em，且介质从此目标点C例如朝向具有索引r和坐标(xr,0)的接收换能器Tr传回回波Re。限定用于探测介质中的不连续性或缺陷的感兴趣区ROI。此感兴趣区例如为矩形，具有平行于参考系的方向的侧边。

探针10的换能器Tn接收传输传输波的信号，且在接收到回波后生成信号。探针10的换能器因此连接到传输-接收模块110(还由“E/R”标注)。传输-接收模块110向换能器传递由传输器控制单元113(还在图中由“Em”标注)中的系统准备的传输信号，或来自换能器的去往一个或多个模/数转换器120(还在图中由“A/D”标注)的接收信号，所述模/数转换器数字化这些模拟接收信号且将其转换为数字数据，这些数字数据接着存储在系统的一个或多个存储器130(还在图中由“Mem”标注)中。

传输-接收模块110是已知的，且使得能够在波传输或波接收期间循序地使用探针10的换能器。其还包括例如(但不限于)：

-在传输链中的传输脉冲发生器，其生成传输信号，通常是具有可编程振幅和时间宽度的脉冲，以及

-在接收链中的可编程增益放大器和抗混叠滤波器。

传输信号和波通常是具有较短持续时间的脉冲。这些脉冲是例如可能具有可变振幅的单个或多个矩形信号，或根据一个或多个频率调制的信号，或这些信号的组合。返回的波和信号是对应于这些传输脉冲的因其在介质中的传输而变形的回声。为了阐释的简单起见，将更一般地使用“脉冲”来指代这两者。

如图1中所示出，系统100进一步包括连接到模/数转换器120和存储器130的同步模块114(还在图中标注为“Synch”)，其允许触发接收信号到数字数据的数字化(模/数转换)以及将这些数字数据保存在存储器130中。

此外，系统100可任选地包括连接到存储器130的干扰减小块150(还在图中标注为“IRB”)，其功能是通过校正数字数据修改接收信号的数字数据以便消除或减小归因于介质中存在若干不连续性或缺陷而导致的接收信号中的干扰。此干扰减小块将在下文更详细地描述。

系统100接着包括连接到上述存储器块130和/或干扰减小块150的求和块200(还在图中由“Accu”标注)，且其直接依据存储器130的数据，或依据来自干扰减小块150的经校正数据，或依据二者的组合，实行一个或多个目标点C处的介质的响应的计算。求和块200接着将响应提供到监视器、屏幕或任何显示装置117(还在图中由“Mon”标注)以通知系统用户关于介质中的不连续性或缺陷的信息的一个或多个项目(存在、位置、形状、图像等)。此求和块200将在下文更详细地描述。

系统100包括延迟计算器115(还在图中标注为“R”)，其确定可用于后续块(即，干扰减小块150和/或求和块200)的数字数据(即，接收信号)的部分的时间延迟或在存储器130中的位置的索引。

系统100还任选地包括动态速度校正器116(还在图中标注为“Corr”)，其使用由一个或多个传感器(未图示)测得的产品速度测量值且连接到延迟计算器115以便补偿在传输波Em从探针10朝向目标点C传播期间以及在回波Re从目标点C朝向探针10传播期间产品(即，介质的)的移动。

最后，控制器300(还在图中标注为“Contr”)联接到各个上述块以便管理大体操作。更确切地说，控制器300连接到传输器控制单元113以便根据由用户预先确定的传输程序传输传输波Em，到同步模块114以便确保回波Re的正确获取，到延迟计算器115以便确保适于所要聚焦的接收信号的组合，到动态速度校正器116，到干扰减小块150以便为其提供用户操作参数，到波束成形块以便控制其计算和校正参数，以及到屏幕117以便给出系统100的各种显示器和控制元件的形状。

现描述系统100的操作。

确切地说，根据本公开的系统100的控制器300和控制单元113针对特定传输波Em构建传输序列。

根据第一现有技术，若干传输换能器Te各自生成具有预定时间偏移的脉冲，使得所生成的传输波物理上为朝向介质中的目标点聚焦的波。因此，连续地实行若干次传输波发射，每一次之后等待回波并存储接收信号以便扫描介质中的多个点且可能构建图像。因此，此技术涉及传输波的许多次发射。此方法对于大感兴趣区的探测或空间上精确的分辨率下的探测尤其缓慢。此外，其使得几乎不可能探测正在探针前方以相当大的速度移动的产品。

根据第二现有技术，使用例如平面波等未聚焦波的一次或多次发射来扫描介质中的感兴趣区。处理回波的信号使得有可能获得感兴趣区的信息且生成感兴趣区的快速图像。然而，所生成图像的质量不佳，这是因为：由于传输波的能量在空间上广泛地分布，所以信噪比降级。

根据第三现有技术，针对探针的每一换能器进行一次发射，且记录回波的信号。如“用于非破坏性评估的超声传输-接收阵列数据的完整矩阵的后处理(Post-processing ofthe full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructiveevaluation)”(国际无损检测与评估38(2005)701-711)中所使用的此记录信号的完整矩阵的技术归因于需要多次发射而导致缓慢的检测方法。

因此，本公开提出特定传输序列，其中在探针10中准随机地选择特定数目的传输换能器Te，和/或使这些传输换能器的传输信号的脉冲移位准随机时间偏移te。因此，接收信号将具有极小时间相干性和极小对称性，且接收信号的时间干扰减少，尤其在产品介质中存在多个不连续性的情况下。这因此使得有可能改进所述不连续性的检测的质量(信息或图像)。此外，此传输序列使得有可能使用单次传输发射和来自此发射的回波探测介质的大体上整个感兴趣区ROI。因此，此技术较快速且适于探测例如正在速度V下相对于系统的探针10移动的产品。假定速度V在探测过程期间为大体上恒定的。

此传输序列例如根据以下过程产生：

-在探针10的N个换能器Tn当中选择多个(Ne个)传输换能器Te，所述多个传输换能器的每一传输换能器具有空间位置xed，所述空间位置确定为使得所述多个传输换能器的空间位置在探针10的有源表面上均匀地且随机地分布，以及

-针对所述多个(Ne个)传输换能器当中的每一传输换能器Te限定时间偏移te，使得所述多个(Ne个)传输换能器的时间偏移te在对应于介质M中的发射的最大持续时间的预定传输持续时间DTe内均匀地且随机地分布。

此传输序列因此限定传输换能器Te和时间偏移te，所述时间偏移中的每一个分别与所述多个传输换能器当中的一个传输换能器相关联。传输序列因此限定在相对于传输序列的初始参考时间t0的时刻te处Ne个传输换能器的波传输(超声)。来自传输换能器Te的序列的每一次传输为具有非常短的持续时间的脉冲。超声脉冲的这些传输因此在空间上根据传输换能器且在时间上在传输序列的传输持续时间DTe内分布。

传输换能器Te的选定数目Ne为两个或两个以上。优选地，传输换能器Te的选定数目Ne大于或等于五个或十个，且此数目取决于探针的换能器的数目N。传输换能器的此数目Ne小于探针的换能器的数目N。

举例来说，传输换能器Te的选定数目Ne在0.05xN和0.25xN之间，即，在探针10的换能器的5％和25％之间。因此，在换能器使用的此范围内，有可能获得不连续性的较好检测质量。

实际上，技术人员将以用于改进检测质量的折衷方式且根据应用调整传输换能器的密度和传输序列的信号的密度。

这些空间和时间分布被称为“均匀地且随机地”进行，这意味着在空间维度和时间维度内，传输大体上彼此很好地间隔开，但具有随机差异或偏差。换句话说，这些传输分布在这两个维度中并不规则地隔开，也不具有周期性。这些传输分布也不是完全随机的，因为其优选地彼此间隔开。

图2示出具有64个换能器的探针10的此传输序列的实例，选择所述64个换能器中的四(4)个传输换能器Te。图2展示来自所挑选的四个传输换能器的四个传输信号的曲线图，所述四个传输换能器在此处为具有索引5、26、40和61的换能器。其它换能器(并非传输换能器的换能器)的传输信号因此为零，且因此它们未在图2中表示。因此我们具有传输信号se₅、se₂₆、se₄₀和se₆₁。这些传输信号是在相应时间te₅、te₂₆、te₄₀和te₆₁处开始的脉冲，这些时间是准随机的，或实际上在传输持续时间DTe内以均匀且随机的方式分布。类似地，传输换能器Te的索引以准随机方式分布在探针10的换能器的可能索引1...64中，或实际上以均匀且随机方式分布在换能器的可能索引中。

用于获得空间或时间维度中的均匀且随机分布的第一技术仅仅是限定空间或时间维度的大小间隔内的随机值；换句话说：

-对于换能器的空间维度，1和N之间的换能器索引的随机值，N为探针10的换能器的数目；以及

-对于时间维度，传输序列的初始时刻t0和传输序列的最大最终时刻(t0+Dte)之间的时刻的随机值，DTe为传输持续时间。

用于获得均匀且随机分布的第二技术是将空间或时间维度划分为具有恒定且相等大小的数目NI个邻接间隔，且限定所述间隔中的每一个内的随机值。

这使得有可能获得更均匀地分布在此维度上的空间或时间维度的值。实际上，空间或时间维度的NI个间隔中的每一个仅含有一个要素。

用于获得均匀且随机分布的第三技术是将空间或时间维度划分为具有恒定且相等大小的数目NI个邻接间隔，且限定所述间隔中的每一个中的相对于每一间隔的中值MI的值。因此，所述值等于中值加上对应于相对于所述中值的偏差的随机值。随机值可采取正值或负值，且其振幅可例如限于间隔的大小的一半。

这使得有可能获得更均匀地分布在此维度上的空间或时间维度的值。实际上，不仅空间或时间维度的NI个间隔中的每一个仅容纳一个要素，而且所述要素置于中心值(其为间隔的中值)周围，具有可由所限定的振幅控制的偏差。

所有这些技术将由拥有数学知识的领域内的专业技术人员实施。但他或她还可使用用于值在空间和时间空间内的均匀且随机分布的其它技术。

因此，通过这些技术中的至少一个，技术人员将能够确定探针的数目N个换能器当中的预定数目的传输换能器Te，且通过这些技术中的至少一个将能够确定与这些传输换能器相关联的时间偏移te，这些时间偏移中的每一个分布于零和Dte(传输持续时间)之间。确切地说，上文列举的间隔数目NI等于传输换能器Te的预定(选定)数目Ne。

根据本公开的限定的传输序列使得有可能减小接收信号中的脉冲之间的干扰量，且使得有可能改进不连续性的检测，如将依据以下阐释变得更显而易见。

系统100的存储器130含有呈数字数据的形式的N个接收信号，其构成在传输序列期间来自传输换能器Te的Ne个传输的介质M的完整捕获矩阵，这些传输各自在此传输序列的发射中移位时间偏移te。

图3展示例如在产品的介质M中存在单个不连续性或缺陷的情况下，在来自如图2中表示的四个传输换能器Te的传输之后经获得且存储在存储器130中的N个接收信号sr。图3展示64个接收信号sr₁到sr₆₄的部分的简化表示，以免此图中的曲线图的密度太大。此外，为了辅助读者理解图式，该图及后续图式呈现简化信号的分布的线性探针的情况。

在N个换能器的当前情况中，这些N个接收信号的脉冲中的峰值形成不与来自Ne个传输脉冲的回波相交且对应于所述回波的曲线。这些曲线为平行曲折线条，意味着它们在时间方向中彼此隔开某一常量，所述常量取决于传输时的时间偏差和介质中不连续性的位置。

这些N个接收信号中的每一个包括Ne个脉冲，对应于来自相应接收换能器中的单个不连续性的Ne个回波。这些脉冲的时间间隔取决于Ne个传输的时间分布，而且还取决于介质M中单个不连续性的空间位置。然而，两个接收换能器Tr的两个接收信号之间的时间偏移仅取决于介质M中单个不连续性的空间位置。

控制器300针对目标点C、传输换能器Te和接收换能器Tr，通过用表示为Delay的聚焦延迟计算编程延迟计算器115而从存储器130提取N个接收信号的部分。此聚焦延迟计算例如为以下计算：

Delay＝te+tem+tre+tadj

其中：

te为来自传输换能器的传输的时间偏移，

tem为从传输换能器Te到感兴趣区ROI中的目标点C的传输波的外向行进时间，

tre为从目标点C到探针10的任何换能器的回波的返回行进时间，且

tadj为待根据接收信号的最大值调整的移位时间。

确切地说，线性换能器的简化的波束成形调配方式经由几何计算给出以下公式：

tem＝1/Va.sqrt((xe–xc)²+zc²)

tre＝1/Vr.sqrt((xr–xc)²+zc²)

(xe,ze)、(xr,zr)和(xc,zc)为传输换能器Te、接收换能器和目标点C在坐标系中的坐标，且ze、zr对于线性探针来说为零，

Va为针对传输换能器Te和目标点C之间的外向路径的介质中的传输波的速度，

Vr为针对目标点C和接收换能器Tr之间的返回路径的介质中的回波的速度，且

sqrt为平方根数学函数。

本公开的聚焦延迟是接收波束成形的计算，但其不同于常见的接收波束成形延迟，因为添加了在每一传输换能器Te的传输序列中使用的时间偏移te。

上述延迟计算可表达为存储器130中的存储器索引，方式是将外向行进时间tem、返回行进时间tre和时间偏移te乘以此恒定取样频率下取样的系统的情况下的取样频率Fs。

延迟计算的其它调配方式是可能的，且可由领域内的专业技术人员获得。确切地说，这些调配方式取决于探针的几何结构，所述几何结构改变传输波的外向路径及回波的返回路径的距离。类似地，这些调配方式取决于考虑探针和产品的介质之间的中间介质，这还修改了路径中的距离计算。

有可能针对预定方向中的聚焦执行延迟计算。在此情况下，用于计算延迟的公式是不同的。本说明书详述且明确了在朝向目标点聚焦的情况下的操作，但所属领域的技术人员有可能建立用于定向聚焦的其它公式，且构建用于检测不连续性的方法和适于其它类型的聚焦的系统。

控制器300因此致使延迟计算器115针对目标点C和传输换能器Te及接收换能器Tr计算存储器130中的N个接收信号的聚焦延迟，且其从存储器130提取对应于感兴趣区ROI的目标点C处的聚焦的信号摘录。我们将经聚焦延迟时移的这些信号摘录称为接收定相信号，通常表示为sp。

如果目标点C定位于不连续性的位置处，则接收定相信号(经聚焦延迟时移)的上述提取将具有返回到如图4中表示的时间相干性的N个接收换能器Tr的脉冲峰值，这将允许通过求和获得具有大振幅的聚焦信号(对应于现有技术的波束成形A-扫描信号)，这意味着检测到目标点C的空间位置处的不连续性。

如果目标点C不定位于不连续性的位置处，则定相信号将不与如图4中的脉冲峰值竖直对准，且这些定相信号的求和将不形成具有大振幅的聚焦信号，这指示未检测到目标点C的空间位置处的不连续性。

可针对每一传输换能器Te计算图4的接收定相信号，具有时间偏移te。

图4因此以简化的方式表示64个接收定相信号sp₁到sp₆₄的部分，再次以免此图中的曲线图过度密集。

这些接收定相信号sp接着直接供应到求和块200，或被供应到干扰减小块150(任选)，所述干扰减小块在将这些信号供应到求和块200之前校正这些信号。

因此我们将首先描述求和块200，其实行接收定相信号的处理以便检测不连续性。

一般原理是双重求和：根据N个接收换能器Tr的索引对定相接收信号sp进行第一次求和，以便获得用于传输换能器Te的每一次激发(即，针对每一时间偏移te)的聚焦信号sf，接着根据Ne个传输换能器Te的索引对所述聚焦信号sf进行第二次求和。

图5是包括我们将进一步阐释的各种处理块的求和块200的功能框图的实例。

在所表示的实例中，求和块200包括：

-第一加法器210，其将特定传输换能器Te的N个接收定相信号sp求和以便提供用于传输换能器Te的聚焦信号sf，

-第二加法器220，其将每一传输换能器Te的Ne个聚焦信号sf求和以便提供合成信号，以及

-滤波器和包络检测块240，其用以确定表示为ss的合成信号的电平。

任选地，求和块200进一步包括伪影减少块230(还在图5中表示为“ARB”)，其为功能是减少来自系统100的处理的背景噪声的块。

根据第一实施例，第一加法器210和第二加法器220仅对其作为输入接收的信号求和。第一加法器210对图4的N个接收定相信号sp求和以便提供聚焦信号sf(针对所有传输换能器Te)。第二加法器220对所有Ne个传输换能器的聚焦接收信号sf求和以便提供合成信号ss。

图6展示用于所有传输换能器Te的聚焦信号sf的实例。

类似于接收信号，聚焦接收信号sf包括在单个不连续性的情况下Ne次传输的Ne个返回脉冲。这些脉冲的时间间隔取决于Ne个传输脉冲的时间分布和目标点C的空间位置。

然而，如果延迟计算不对应于聚焦在对应于不连续性的目标点上，则聚焦信号sf将具有拥有随时间散开的低振幅的混合多个脉冲的不同外观。

因此我们在图6中假设定相信号sp正确地聚焦在介质M中的不连续性上，且我们将针对后续图示维持此假设以便于理解并使表示更简单。

图7展示针对传输序列选择的传输换能器Te以及例如如先前选定的具有索引5、26、40和61的传输换能器中的每一个的四个聚焦信号sf的实例，即，聚焦信号sf₅、sf₂₆、sf₄₀和sf₆₁。这些聚焦信号取决于所挑选的硬件实施方案(例如此硬件中可用的内存量)并行或串行地从存储器传输到求和块200，大体操作由控制器300控制。

第二加法器220因此取来自传输换能器的每一次传输的所有Ne个聚焦信号sf，且将其相加以获得图8的合成信号ss。

在聚焦于对应于不连续性的目标点C处的情况下，针对各个传输换能器Te获得的聚焦信号的总和将与组合时刻ts处的良好相干性结合在一起，以产生例如图8中的合成信号ss。

此合成信号包括在此组合时刻ts处的峰值，所述峰值的值表示所涉及的目标点C的回波Re的水平。然而，即使在此情况下，合成信号ss仍是包括形成信号中的背景噪声b的脉冲的总和的信号。

根据如图5中呈现的第二更理想的实施例，信号也如第一实施例中所阐释求和，但还执行相位计算。

因此，第一加法器210将接收定相信号求和以提供聚焦信号，并且还将这些信号的相位求和以提供旨在用于估计接收定相信号彼此“同相”(相关)或不“同相”(解相关)的程度的聚焦相位信号。因此，第一加法器210供应作为聚焦信号(A-扫描信号)的第一信号，和作为聚焦相位信号的第二信号。

一种计算此相位总和的方式是将接收定相信号的符号进行求和。如果信号同相，则其具有相同符号且符号的总和具有较大绝对值。如果信号不正确地同相，则符号的总和具有较低绝对值。其它计算相位总和的方式可由本领域技术人员开发。

第二加法器220首先对所有Ne个传输换能器的聚焦接收信号求和以便提供合成信号。

图5的第二加法器220还对所有Ne个传输换能器的聚焦相位信号求和以便提供合成相位信号。

如上文针对相位信号所阐释，合成相位信号具有在信号同相且因此对应于不连续性时更大的绝对值。

因此，置于第二加法器220的输出端处的伪影减少块230使用合成相位信号来校正合成信号，并改进其信噪比。

一个基本方式是将合成信号乘以在零和一之间正规化的合成相位信号的绝对值。因此，如果定相信号“同相”，则不修改合成信号的振幅，且如果定相信号不“同相”，则其振幅减小。借助于此布置，在极精确的振幅和背景噪声减少的情况下获得合成信号。

领域内的专业技术人员可使用合成信号和合成相位信号的其它调配方式、正规化和组合以获得经校正合成信号css。

最后，滤波器和包络检测块240收集直接来自第二加法器220的合成信号ss(第一实施例的情况)，或来自伪影减少块230的经校正合成信号css(第二实施例的情况)。滤波器和包络检测块240从输入信号提取此信号的峰值以便确定所涉及的目标点C的回波Re的水平。此水平允许估计目标点C的位置处不连续性的存在。

因此且概括地说，根据本公开的系统100实施一种方法，所述方法包括以下步骤：

-限定传输序列，其中：

在探针的换能器当中挑选多个传输换能器Te，所述多个传输换能器的每一传输换能器具有确定的空间位置，使得所述多个传输换能器的空间位置均匀地且随机地分布在探针的有源表面上方，且

针对所述多个传输换能器的每一传输换能器Te限定时间偏移te，使得所述多个传输换能器的时间偏移在预定传输持续时间内均匀地且随机地分布，

-由所述多个传输换能器在介质中传输所述传输序列，

-由所述多个换能器响应于在所述介质中传输的传输序列而接收和存储接收信号sr，

-根据以下过程处理接收信号，其中：

对于每一传输换能器，针对在介质中探测的所感兴趣的所要区中的目标点且考虑所考虑的传输换能器的时间偏移，计算对应于所述传输换能器的确定的聚焦法则的聚焦延迟，

针对每一传输换能器计算聚焦信号sf，其是通过聚焦延迟重新对准的探针的多个换能器的接收信号的总和，

计算合成信号ss，其是来自所有传输换能器的聚焦信号的总和，且

上述方法的传输序列对于处理接收信号以探测产品介质以便检测任何目标点处或任何方向上的感兴趣区ROI中的不连续性已经足够。因此，此传输序列非常有效地快速探测介质，且避免或减少接收信号sr中的干扰。

处理单元20的用于处理接收信号sp的整个过程在此处通过划分为功能块来描述，所述功能块至少由延迟计算器115、求和块200和控制器300组成，被其它功能块环绕，所述其它功能块中的一些是任选的，但此处理过程可取决于由专业技术人员限定的架构而实施于一个或若干计算单元中。确切地说，此处理过程可实施于例如FPGA处理器等专用硬件中、例如DSP处理器等计算硬件中，或标准处理器中。如今的FPGA、DSP和微处理器的能力允许极快速的计算。

通过基于在如上文所描述的单个传输序列之后记录的同一接收信号sr针对多个目标点C重复处理过程，有可能构建介质的图像。

因此，在用于检测不连续性的方法中，针对多个目标点迭代针对接收信号的处理步骤，以便建立表示不同检测水平的介质的图像。

因为针对接收信号的此处理过程为纯计算的，此过程可能极快。扫描产品介质M以检测不连续性可能非常快，这使得有可能快速地探测产品。举例来说，现在有可能探测正相对于探针(反之亦然)移动的产品。

我们现将阐释图1的系统100的干扰减小块150(称为“IRB”)的操作。干扰减小块150的具体目标是，减小在若干不连续性位于介质M的感兴趣区ROI内时可能发生的干扰。我们考虑介质中不连续性的数目为Nd。

为了简化阐释，我们在此部分中假设激发序列仅包含单个传输换能器Te的一次脉冲传输(Ne＝1)，但介质内部存在三个不连续性(Nd＝3)。

因此，在此情况下，图9(类似于图3)表示在产品的介质M中存在三个不连续性的情况下在来自单个传输换能器Te的传输之后经获得且存储在存储器130中的N个接收信号sr。图9展示64个接收信号sr₁到sr₆₄中的一些接收信号的简化表示，以免此图中曲线图的密度过高。

此图展示针对每一接收换能器Tr，含有对应于来自三个不连续性的三个回波的三个脉冲的接收信号sr。每一不连续性具有介质中的不同空间位置，其在图9中由N个换能器(每一不连续性对应一个)的方向上的脉冲峰值的三个曲线表达：曲线C1、C2和C3。不同于图3中的多个脉冲传输的曲线，这些曲线可相交，这产生图9中的相交点Pa和Pb处的干扰。

当然，应理解，当存在若干传输脉冲(Ne)时，这使相交点的数目和各个曲线之间的干扰加倍。

因此，如果通过上文阐释的延迟计算方法提取曲线C1周围的信号的部分，则对于聚焦在对应于曲线C1的不连续性上的目标点C来说，有可能绘制一条峰值M1的曲线，其平均来说通过曲线C1的所有峰值，或实际上使用在对应于第一不连续性上的目标点C的接收延迟法则(延迟计算)的时间处获取的接收信号sr的值。

特别来说，此峰值M1的曲线展示对应于相交点Pa和Pb的换能器的索引周围的干扰。

此峰值M1的曲线与不连续性的形状和大小相关。

接着有可能计算通过例如多项式方程等数学方程近似峰值M1的曲线的模型曲线CM。用于通过多项式回归近似实验曲线的技术是众所周知的。

因此，确定最接近峰值M1的曲线的模型曲线CM，所述模型曲线是通过多项式方程计算的曲线，且依据模型曲线CM计算经校正接收信号csr，这允许明显地减小干扰。

所述多项式方程为例如一阶(直线)、二阶(抛物线)或三阶多项式方程。

可通过使模型曲线CM与峰值M1的曲线之间的距离最小化来实行最接近曲线的确定。

因此，概括地说，在计算聚焦信号之前完成用于检测不连续性的方法，计算聚焦信号是例如由干扰减小块实施的步骤，且在此期间通过包括以下操作的过程减小若干不连续性之间的干扰：

-计算近似峰值的曲线的模型曲线，以及

我们现将阐释动态速度校正器116(图1中标注为“Corr”)的操作。具体来说，动态速度校正器116的目的是在探针10相对于产品(介质M)(反之亦然)移动的情况下校正延迟计算。这涉及在纵向方向X上在恒定速度下移动的情况。这是用于金属截面或例如铁路轨道的连续检查的非常常见的情况。因此速度可能极高(几十千米/小时)。在不校正延迟计算的情况下，检测水平的估计是完全错误的，且在图像计算的情况下，所得图像完全模糊。

举例来说，在上文详述的延迟计算的情况下，经校正聚焦延迟计算因而仍为：

Delay＝te+tem+tre+tadj

然而，出站行进时间tem和返回行进时间tre现为：

tem＝1/Va.sqrt(((xe+dxm)-xc)²+zc²)

tre＝1/Vr.sqrt(((xr+drm+drA+drR)–xc)²+zc²)

其中

dxm为传输换能器Te的时间偏移te期间此传输换能器的移动，

drm为传输换能器Te的时间偏移te期间接收换能器Tr的移动，

drA为传输换能器Te和目标点C之间波的外向行进期间接收换能器Tr的移动，

drR为目标点C和接收换能器Tr之间波的返回行进期间接收换能器Tr的移动。

上述聚焦延迟因此现为移动dxm、drm、drA、drR的函数，其可容易地依据产品相对于探针10的移动速度来计算。

因此，系统100从另一系统检索介质相对于探针的速度的速度测量值，或包括用于测量此速度的传感器。此速度被供应到动态速度校正器116，所述动态速度校正器例如利用上文阐释的公式校正延迟计算器115。

因而通过确定作为介质相对于探针(反之亦然)的移动速度的函数的聚焦延迟这一事实改进了用于检测不连续性的方法。

Claims

1.用于检测介质中的不连续性的方法，所述方法使用包括多个换能器的探针来实施，所述多个换能器形成有源表面且能够在所述介质中传输和接收超声波，且所述方法包括以下步骤：

-限定传输序列，其中：

在所述探针的换能器当中挑选多个传输换能器，所述多个传输换能器的每一传输换能器具有确定的空间位置，使得所述多个传输换能器的空间位置均匀地且随机地分布在所述探针的有源表面上方，且

-由所述多个传输换能器在所述介质中传输所述传输序列，

-根据以下过程处理所述接收信号，其中：

对于每一传输换能器，针对在所述介质中探测的所要目标点且考虑所考虑的传输换能器的时间偏移，计算对应于所述传输换能器的确定的聚焦法则的聚焦延迟，

针对每一传输换能器计算聚焦信号，其是通过所述聚焦延迟重新对准的探针的多个换能器的接收信号的总和，

分析所述合成信号从而因此导出目标点处所述介质中的检测水平，且因此导出不连续性的检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在计算所述聚焦信号之前通过由以下组成的过程减少若干不连续性之间的干扰的步骤：

-确定作为所述换能器的函数的接收信号中的峰值的曲线，所述曲线是通过识别目标点的接收信号中的峰值且根据所述聚焦法则而确定，

-计算近似峰值的曲线的模型曲线，以及

-从所记录的接收信号和所述模型曲线计算经校正接收信号，接着使用所述经校正接收信号代替所记录的接收信号来处理这些信号以导出所述检测水平。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模型曲线为多项式曲线。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，确定作为所述介质相对于所述探针或反之亦然的移动速度的函数的聚焦延迟。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对多个目标点迭代所述接收信号的处理，以建立表示所述目标点中的不同检测水平的介质的图像。

6.用于检测介质中的不连续性的系统，其包括探针(10)、连接到所述探针的处理单元(20)以及用于实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法的控制器(300)，所述探针包括能够在所述介质中传输和接收超声波的多个换能器，所述处理单元(20)包括用于存储接收信号的至少一个存储器(130)。