ES2337269T3 - Procedimiento y aparato para examinar el material interior de un objeto, tal como una tuberia o un cuerpo humano, a partir de una superficie del objeto usando ultrasonidos. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para examinar el material interior de un objeto (2, 4, 6) desde una superficie (8) de un objeto, tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto (2, 4, 6), caracterizado porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) que están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones en el material interior del objeto.

Description

Procedimiento y aparato para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, a partir de una superficie del objeto usando ultrasonidos.

La presente invención versa acerca de un procedimiento para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, desde una superficie del objeto usando un ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto.

La presente invención versa además acerca de un sistema para examinar el material interior de un objeto, tal como una tubería o un cuerpo humano, desde una superficie del objeto usando un ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el sistema está dotado de al menos un transmisor para suministrar el ultrasonido al material interior del objeto, una pluralidad de receptores ultrasónicos para recibir reflexiones y/o difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto y medios de procesamiento de señales para procesar las señales de recepción procedentes de los respectivos receptores ultrasónicos.

Tal procedimiento y aparato son conocidos, entre otros, por el documento EP 0 829 714. Por ejemplo, los procedimientos y el aparato conocidos son usados, entre otros, en la verificación no destructiva de una soldadura circunferencial que conecta tuberías. Tales técnicas se vienen usando desde aproximadamente 1970. Aquí, el transductor (o un sistema de transductores) es desplazado sobre el material, usándose una amplitud y a veces también un tiempo de demora para generar presentaciones gráficas simples. En aquellos primeros tiempos se usaba para esto lo que se denomi-
naba grabador de facsímiles, el predecesor del fax, usado en aquellos días para transmitir fotografías de periódicos.

La técnica usada actualmente para el examen ultrasónico mecanizado de soldaduras sigue siendo la misma de aquellos días, aunque las posibilidades de hacer una representación gráfica han aumentado muchísimo, gracias a la introducción del ordenador, tal como se da a conocer en el documento EP 0 829 714. En los exámenes ultrasónicos pulsados, las imágenes generadas siguen estando compuestas por una serie de mediciones unidimensionales, en las que ya sea la amplitud o el tiempo de demora son traducidos a intensidades o colores. De esta manera, un ordenador puede generar vistas diversas de, por ejemplo, una soldadura. Sin embargo, una desventaja de esto es que las indicaciones mostradas de cualquier desviación presente, por ejemplo, en una soldadura tienen una relación limitada con la magnitud, la forma y la orientación reales de estas desviaciones.

En tal examen de las soldaduras, se imponen requerimientos cada vez más exigentes sobre la fiabilidad y la precisión de la verificación no destructiva empleada (procedimiento NDT). Esto se debe especialmente al deseo de poder rastrear defectos cada vez menores, específicamente en conducciones marinas como los tubos ascendentes, que forman la conexión entre las plataformas marinas y las instalaciones en el lecho marino. Estas conducciones están sometidas a fatigas, de modo que una pequeña imperfección en la soldadura puede ya dar inicio a una grieta que lleve a accidentes graves (por ejemplo, la pérdida de una plataforma y de vidas humanas) y a daños ecológicos. En parte por esa razón, en las normativas, los criterios de aceptabilidad para las imperfecciones en la soldadura están cada vez más ligados a los cálculos mecánicos de fractura, de modo que los requerimientos impuestos sobre el procedimiento NDT en cuanto a su capacidad de medición de la magnitud de defectos una vez que han sido detectados se están haciendo también crecientemente estrictos.

El presente examen ultrasónico mecanizado constituye una limitación demasiado grande para satisfacer las normativas futuras. Esto es particularmente consecuencia del hecho de que, hasta ahora, el examen se lleva a cabo usando una serie de mediciones unidimensionales (registro de la amplitud y el tiempo de demora de las reflexiones ultrasónicas procedentes de la soldadura con respecto a reflectores de referencia). Usando estos parámetros, solo resulta posible una detección y una determinación de magnitud razonablemente fiables para ciertos tipos de defecto. En consecuencia, se requiere un conocimiento a priori de los tipos, la posición y la orientación de estos defectos de soldadura. Los otros defectos de soldadura son detectados y medidos de forma menos fiable.

El procedimiento y el aparato conocidos se usan también para examinar un cuerpo humano. Una posibilidad es hacer una imagen ultrasónica de un feto (ecografía). Con este fin, el aparato conocido está dotado de una matriz unidimensional de elementos ultrasónicos transmisores y receptores. Cada elemento puede actuar a la vez como transmisor y como receptor. Usando el elemento ultrasónico, se genera un haz de sonido que escanea en un plano (proyector de exploración). Así, con solo desplazar el aparato a lo largo del cuerpo, pueden verse desde diversos ángulos el feto o partes del mismo. Así, el aparato proporciona una imagen bidimensional, concretamente una sección transversal del feto. La sección transversal se corresponde con el plano en el que se genera el haz sonoro. Las reflexiones del haz son detectadas y presentadas como imagen en una pantalla. Aquí, varias secciones transversales son presentadas como imagen una junto a otra para obtener una representación (semi) tridimensional. En este aparato y este procedimiento conocidos, se obtiene una resolución razonable en la dirección de la matriz, mientras que la resolución en una dirección perpendicular a la matriz es relativamente deficiente.

Esta es también, en principio, una técnica de formación de imágenes unidimensionales, aunque una imagen razonablemente realista se obtiene por medio de filtros y de procedimientos de correlación.

La presente invención contempla proporcionar un procedimiento y un aparato con una resolución mejorada con respecto al procedimiento y el aparato conocidos.

Con este fin, el procedimiento conforme a la invención se caracteriza porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido procedente del material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos que están acústicamente acoplados con la superficie del objeto en posiciones que están distribuidas, en puntos diferentes en el tiempo o no, en dos dimensiones de la superficie del objeto, mientras se genera una señal de recepción con cada uno de los receptores ultrasónicos, mientras que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación de onda inversa, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

Conforme a la invención, las señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos que son distribuidas en dos dimensiones sobre la superficie del objeto son procesadas en combinación. Sobre la base de las señales de recepción, usando extrapolación inversa del campo ondulatorio, puede hacerse un seguimiento del campo ondulatorio detectado hasta la posición de la que provino, particularmente las posiciones de las fuentes virtuales que surgen por las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido suministrado al material. En el caso de un examen de una soldadura de una tubería, una fuente virtual puede ser la posición de un defecto de soldadura. En el caso de un cuerpo humano, una fuente virtual puede ser determinada por la estructura del cuerpo. Las señales de recepción son el punto de inicio de la extrapolación inversa del campo ondulatorio. Sobre la base de las señales de recepción, el tiempo puede ser matemáticamente invertido. Con la teoría ondulatoria inversa, se hace un seguimiento hasta su origen del campo ondulatorio detectado hasta la posición de la que provino, es decir, la posición de las fuentes virtuales. La teoría ondulatoria tiene en consideración tanto la amplitud como el tiempo de demora de la señal. El procedimiento de seguir hasta su origen el campo ondulatorio medido es denominado extrapolación inversa del campo ondulatorio. El resultado da las posiciones tridimensionales, la forma y la magnitud de las fuentes virtuales, estando determinadas en efecto cada forma, la magnitud y la posición de una fuente virtual por la posición de una colección de fuentes puntuales de las que se compone una fuente virtual.

Dado que, conforme a la invención, son procesadas señales de recepción que provienen de receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie del objeto, es obtenible una resolución que es más o menos igual en todas las direcciones. Por ello, puede obtenerse, además, una imagen tridimensional real del material interior del objeto.

En el caso de que, de esta manera, se examine una soldadura de una tubería, puede obtenerse información en cuanto a la posición, la forma y la magnitud de un posible defecto. Esto es así porque un defecto forma una fuente virtual y, en consecuencia, una colección de fuentes puntuales virtuales cuyas posiciones han sido determinadas por la posición, la forma y la magnitud del defecto. También puede obtenerse información en cuanto a la naturaleza del defecto. Por ejemplo, con una soldadura de una conducción que comprende una cavidad y, conforme a lo dicho, un defecto, puede determinarse si la cavidad está llena de aire, líquido o cobre. Así, en efecto, esta información forma una imagen tridimensional del material examinado.

En particular, sigue siendo cierto que los receptores ultrasónicos están dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional, matriz unidimensional que es desplazada por la superficie de una manera conocida para obtener señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie. Al mover la matriz unidimensional por la superficie, pueden seguir obteniéndose señales de recepción que provienen de receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie del objeto.

Sin embargo, también es posible que los receptores ultrasónicos estén dispuestos entre sí conforme a una matriz bidimensional. En ese caso, no es necesario que los receptores ultrasónicos precisen ser movidos para obtener una imagen tridimensional.

En particular, sigue siendo cierto que el ultrasonido es suministrado a un objeto de modo que un espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado se llene por completo con el ultrasonido.

El sistema conforme a la invención se caracteriza porque el sistema está diseñado de tal modo que, durante el uso, los receptores ultrasónicos están acoplados acústicamente con la superficie del objeto en posiciones que están distribuidas, en puntos diferentes en el tiempo o no, en dos dimensiones de la superficie del objeto mientras se genera, durante el uso, una señal de recepción con cada uno de los receptores ultrasónicos, mientras que los medios de procesamiento de señales están diseñados para procesar las señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación de onda inversa, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

La invención será explicada adicionalmente ahora con referencia a los dibujos, en los que:

la Fig. 1a muestra una sección transversal en dirección axial de dos partes de una tubería conectadas entre sí por medio de una soldadura y un aparato conforme a la invención para llevar a cabo un procedimiento conforme a la invención;

la Fig. 1b muestra una sección transversal en dirección radial de la tubería conforme a la Fig. 1a junto con el aparato conforme a la invención mostrado en la Fig. 1a;

\newpage

la Fig. 2a muestra una sección transversal en dirección axial de dos partes de una tubería conectadas entre sí por medio de una soldadura y una segunda realización de un aparato conforme a la invención para llevar a cabo un procedimiento conforme a la invención;

la Fig. 2b muestra una sección transversal en dirección radial de la tubería conforme a la Fig. 2a junto con el aparato conforme a la Fig. 2a;

la Fig. 3a muestra una vista en alzado de una parte de un cuerpo humano junto con una tercera realización del aparato conforme a la invención para llevar a cabo un procedimiento conforme a la invención; y

la Fig. 3b muestra una vista superior en planta de una parte del aparato de la Fig. 3a en una dirección de la flecha P de la Fig. 3a.

En la Fig. 1a el número de referencia 1 designa un objeto que comprende una primera tubería 2 y una segunda tubería 4 y una soldadura circunferencial 6 con la que están unidas entre sí la primera tubería 2 y la segunda tubería 4. Cada tubería está dotada de una superficie exterior 8 y una superficie interior 10 entre las cuales está presente el material interior 12. La soldadura circunferencial 6 está dotada asimismo de material interior 12.

Las Figuras 1a y 1b muestran además un sistema 14 para examinar, desde una superficie del objeto (en este ejemplo desde la superficie exterior 8 de las tuberías 2, 4 y una superficie exterior 8 de la soldadura 6), el material interior 12 del objeto 1, particularmente la parte del objeto que comprende la soldadura 6. El sistema 14 está dotado de varios receptores ultrasónicos 16.i (i=1,2,3,...,n) dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional. Esta matriz se extiende en la dirección axial de las tuberías 2, 4. Aquí, el número n es un número natural mayor o igual a 2. Un valor práctico es, por ejemplo, n = 36. El sistema está dotado además de al menos un transmisor para suministrar ultrasonido al material interior 12 que ha de ser examinado. En este ejemplo, cada receptor ultrasónico 16.i está diseñado también como transmisor ultrasónico 16.i. Los elementos del transmisor y el receptor ultrasónicos 16.i, también denominados en el presente documento como antenas ultrasónicas 16.i, están conectados con medios 22 de procesamiento de señales mediante sendas líneas 20.i. El sistema 14 está dotado además de medios 24 de transporte conocidos per se, que están indicados de forma diagramática en la Fig. 1b, para mover la matriz unidimensional de los elementos transmisores y receptores 16.i en dirección radial alrededor del objeto 1.

La operación del sistema es como sigue. Usando, por ejemplo, todos los elementos transmisores y receptores 16.i, se suministra ultrasonido al material interior 12 del objeto 1 de una manera pulsada. Con este fin, los elementos transmisores y receptores ultrasónicos están acoplados acústicamente con el material interior. En la práctica, esto puede lograrse aplicando una película líquida a la superficie externa del objeto, mientras se colocan los elementos transmisores y receptores ultrasónicos de forma que entren en contacto con la superficie del objeto 1. El ultrasonido suministrado tiene una frecuencia superior a 100 kHz. La transmisión del ultrasonido está controlada por los medios 22 de procesamiento de señales, de tal modo que, en este ejemplo, los elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i transmitan simultáneamente con una frecuencia de repetición de pulso que sea, por ejemplo, superior a 25 Hz. El ultrasonido se propagará por el material del objeto 1 y ocurrirá una reflexión y/o una difracción cuando el sonido pase o choque con una transición en el material (tal como tabiques y/o imperfecciones en una soldadura). Tal reflexión y/o difracción puede ser tomada como una nueva fuente virtual cuya energía sonora se propague a su vez por el material. Con la matriz unidimensional de elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i, el ultrasonido procedente de las "nuevas fuentes virtuales" es recibido a su vez. Cada fuente virtual consiste en una colección de fuentes puntuales cuyas posiciones pueden ser determinadas. Con ello pueden determinarse también la posición, la magnitud y la forma de la respectiva fuente virtual. Así, cada receptor ultrasónico 16.i genera una señal de recepción que es suministrada a los medios 22 de procesamiento de señales. Las señales ultrasónicas recibidas son registradas durante un cierto periodo. Este periodo se escoge, por ejemplo, de modo que una fuente virtual localizada en el material interior 12 a una distancia máxima de los elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i siga siendo recibida antes de que un pulso ultrasónico siguiente sea suministrado al material interior del objeto. Esto puede ser, por ejemplo, un defecto en la soldadura 6 ubicado cerca de la superficie interior 10 de las tuberías 2, 4. También puede ser un defecto ubicado entre la soldadura y una de las tuberías cerca de la superficie interior 10. Esto es así porque el ultrasonido precisa en primer lugar propagarse desde los elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i a la respectiva imperfección y luego volver a propagarse desde la imperfección hasta los elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i debido a la difracción y/o la reflexión del sonido como consecuencia de la imperfección.

Además, los receptores ultrasónicos 16.i son movidos en la dirección de la flecha 26 usando los medios 24. La velocidad del movimiento puede, por ejemplo, ser tal que, entre las transmisiones de dos pulsos ultrasónicos, la matriz lineal se desplace una distancia igual a la distancia entre dos receptores ultrasónicos adyacente de la matriz lineal. Sin embargo, también son posibles otras distancias, por ejemplo menores. Una posibilidad es una distancia de unos milímetros cuando la distancia entre receptores adyacentes de la matriz sea de algunos centímetros. Todo esto significa que, en este ejemplo, cuando la matriz lineal ha sido movida una distancia d, se suministra nuevamente un pulso de ultrasonido al interior del cuerpo del objeto 1. De forma completamente análoga, usando cada uno de los receptores ultrasónicos 16.i, se genera una señal de recepción que es suministrada a los medios 22 de procesamiento de señales. Así, las antenas ultrasónicas están acústicamente acopladas con la superficie exterior del objeto en posiciones que están distribuidas, en este ejemplo en momentos diferentes, en dos dimensiones de la superficie del objeto para generar señales de recepción. Que, en este ejemplo, las posiciones respectivas estén distribuías en dos dimensiones de la superficie del objeto en momentos diferentes y no en un punto en el tiempo es, por un lado, consecuencia de que los receptores 16.i estén dispuestos entre sí según una matriz unidimensional y, por otro lado, consecuencia de que los receptores sean movidos como se ha expuesto más arriba en el presente documento. Si los receptores 16.i no se movieran, las respectivas posiciones estarían distribuidas en una dimensión de la superficie no solo en un punto sino en momentos diferentes.

Las señales de recepción procedentes de los receptores que están distribuidos en dos dimensiones de la superficie son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior 12 del objeto 1. El resultado da las posiciones de las fuentes virtuales mencionadas anteriormente. En el caso de que se examine de esta manera la soldadura de una tubería, puede obtenerse información en cuanto a la posición, la forma y la magnitud de un posible defecto. Esto es así porque un defecto forma una fuente virtual y, en consecuencia, una colección de fuentes puntuales virtuales cuyas posiciones son determinadas por la posición, la forma y la magnitud del defecto. Por eso, esta información forma, en efecto, una imagen tridimensional del material examinado. Además, puede obtenerse información en cuanto a la naturaleza del defecto. Por ejemplo, de una soldadura de una conducción que comprende una cavidad y, conforme a lo dicho, un defecto, puede determinarse si la cavidad está llena de aire, líquido o cobre.

Sobre la base de las señales de recepción, el tiempo puede ser matemáticamente invertido. Con la teoría ondulatoria, se hace un seguimiento hasta su origen del campo ondulatorio detectado hasta la posición de la que provino, es decir, la posición de las fuentes virtuales. En este ejemplo, estas fuentes virtuales pueden ser, por ejemplo, defectos de soldadura. La teoría ondulatoria tiene en consideración tanto la amplitud como el tiempo de demora de la señal. El procedimiento de seguir hasta su origen el campo ondulatorio medido es denominado extrapolación inversa del campo ondulatorio y es conocido per se.

Si las señales de la matriz unidimensional de receptores fuesen procesadas únicamente cuando los receptores están en una sola posición, se obtendría una resolución razonable en la dirección axial. En la dirección axial, la matriz unidimensional actúa en efecto como una lente que forma una imagen "nítida" en la dirección axial. Sin embargo, en la dirección radial la resolución es relativamente deficiente. De momento, también en el procesamiento de las señales de recepción procedentes de receptores ultrasónicos desplazados entre sí en dirección radial la resolución en dirección radial puede ser mejorada. Entonces, el "efecto de lente" también está presente en esa dirección. El resultado es que, con los medios 22 de procesamiento de señales, pueden detectarse la magnitud, la posición y hasta la forma de una fuente virtual y, en consecuencia, la magnitud, la posición, la forma y la naturaleza, por ejemplo, de los defectos en la soldadura del objeto 1. Más en general, pueden determinarse la posición, la forma, la magnitud y la naturaleza de "irregularidades" en el material interior.

Si se pretender analizar, por ejemplo, un espacio 28 que comprende una parte del material interior 12 y que, en efecto, forma un subespacio del objeto 1, el ultrasonido es suministrado al objeto de tal manera que este espacio esté preferentemente lleno del ultrasonido. Además, la matriz lineal es movida, por ejemplo, un ángulo axial \alpha (véase la Fig. 1b) siguiendo la superficie exterior de las tuberías durante la transmisión del ultrasonido pulsado. Cuando son procesadas en combinación las señales de recepción de la matriz unidimensional, que han sido generadas durante el movimiento de la matriz unidimensional siguiendo el ángulo \alpha, el material interior del espacio 28 puede así ser examinado también. Aquí no es necesario que la matriz unidimensional sea movida un ángulo de 360 grados alrededor de las tuberías 2, 4. Dado que, en este ejemplo, las señales de recepción correspondientes a señales ultrasónicas transmitidas en momentos diferentes son procesadas en combinación, esto conlleva procesar en combinación experimentos físicos diferentes.

En este ejemplo, las señales de recepción son procesadas en tiempo real. El procesamiento de las señales de recepción se lleva a cabo de tal modo que el resultado del procesamiento puede ser representado gráficamente en una pantalla. Con este fin, en este ejemplo, el aparato está dotado de una pantalla 29. Ahora que son conocidas la posición, la magnitud, la forma y la naturaleza de cada fuente virtual, la información obtenida en cuanto a las fuentes virtuales puede ser representada gráficamente en la pantalla de maneras diversas. Por ejemplo, puede crearse una imagen tridimensional en perspectiva del material interior. Aquí, se mira el objeto desde el exterior, por así decirlo. Sin embargo, también es posible tener el punto de vista en el que el material se represente gráficamente visto desde el interior del material. El punto de vista y la dirección de la vista pueden entonces ser elegidos por un operador, por ejemplo usando una palanca multimando. Uno viaja, por así decirlo, por el material, mirando alrededor. Se entiende que tales variantes están dentro del ámbito de la invención. Sin embargo, las señales de recepción también pueden ser guardadas para ser procesadas más tarde.

Conforme a una realización alternativa de la invención, sigue siendo cierto que las antenas ultrasónicas están dispuestas entre sí según una matriz bidimensional. Todo esto se muestra en las Figuras 2a y 2b. El aparato conforme a las Figuras 2a y 2b está dotado de una matriz bidimensional de receptores ultrasónicos 16.i.j (i=1,2,3,...,n; j=1,2,3...,m). Aquí, sigue siendo cierto que n y m son mayores o iguales a dos. Dado que ahora está presente una matriz bidimensional de receptores ultrasónicos que, en este caso, están distribuidos en dos dimensiones de la superficie exterior del objeto en un único momento, no es preciso que los receptores ultrasónicos sean movidos ahora por la superficie para obtener señales de recepción que puedan ser procesadas en combinación conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, tal como se ha presentado con anterioridad en el presente documento. En este ejemplo, cada uno de los receptores ultrasónicos 16.i.j está diseñado también como transmisor ultrasónico 16.i.j. De forma completamente análoga a lo que se ha presentado para la Fig. 1, todos los transmisores generan, por ejemplo, una señal ultrasónica pulsada simultáneamente (en fase). Esto conlleva un único experimento físico. De cada pulso, se miden difracciones y/o reflexiones de la señal ultrasónica en las transiciones del material usando el receptor ultrasónico 16.i.j, mientras que cada receptor 16.i.j genera una señal de recepción que es suministrada a los medios de procesamiento de señales para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior. Como se ha dicho, estas reflexiones y/o difracciones pueden ser causadas por transiciones en la estructura o la densidad del material interior 12. En el caso de tuberías metálicas, puede tratarse de transiciones entre diferentes estructuras reticulares del material, de una transición entre diferentes tipos de material y, con la soldadura 6, defectos de la soldadura. Por ejemplo, un defecto puede comprender un espacio entre la soldadura y la tubería que no esté relleno con el material de la soldadura y que, por lo tanto, forme una transición en el interior del material que causará la difracción y/o la reflexión del ultrasonido. Este "espacio hueco" en el material se comportará entonces como una fuente virtual, tal como se ha explicado más arriba en el presente documento.

En el aparato conforme a la Fig. 2a para examinar, por ejemplo, una espacio 28, no es necesario que la matriz bidimensional de los receptores 16.i.j se mueva por la superficie. Si se desea examinar, por ejemplo, el área 30 además del área 28, entonces la matriz bidimensional puede moverse al área 30 si se desea. Así, en el caso de que se use una matriz bidimensional para una tubería, no es necesario rodear toda la tubería usando receptores ultrasónicos 16.i.j. Es suficiente, por ejemplo, proporcionar receptores ultrasónicos distribuidos en un ángulo radial menor de 360 grados, preferiblemente de aproximadamente 180 grados. Naturalmente, esto no excluye la posibilidad de que se proporcionen receptores ultrasónicos en un ángulo radial de 360 grados en torno a la tubería y la soldadura. En ese caso, toda la soldadura circunferencial puede ser examinada de una sola vez.

En la Fig. 3 se muestra una realización alternativa de un sistema conforme a la invención para llegar a cabo un procedimiento conforme a la invención. Aquí, las partes correspondientes a las Figuras 1 y 2 están designadas con los mismos números de referencia. El objeto examinado en la Fig. 3a es un cuerpo humano 1. Sigue siendo cierto que el aparato conforme a la Fig. 3a y los receptores ultrasónicos 16.i.j pueden también funcionar como transmisores ultrasónicos 16.i.j. En este ejemplo, los elementos transmisores y receptores ultrasónicos 16.i.j están en filas y columnas, y están dispuestos entre sí en un plano 30 al menos virtualmente plano. De forma completamente análoga a lo que se ha presentado anteriormente en el presente documento, usando cada uno de los receptores ultrasónicos 16.i.j, se transmite simultáneamente (en fase) una señal ultrasónica pulsada, que se propaga por el material interior 1 del cuerpo. Una vez que el sonido ha sido transmitido, se reciben reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior usando receptores ultrasónicos 16.i.j. Cada una de las señales de recepción generadas usando los receptores ultrasónicos 16.i.j es suministrada a los medios 22 de procesamiento de señales, en los que la posición de las fuentes (puntuales) virtuales en el material puede ser calculada usando la extrapolación inversa del campo ondulatorio para que, en base a estos datos, pueda formarse una imagen tridimensional del material interior del cuerpo 1. Si se desea, como se muestra en la Fig. 3a, examinar específicamente un espacio 32 del material interior, se garantiza que precisamente se proporcione a este espacio el ultrasonido pulsado. Aquí, en el ejemplo de la Fig. 3a, la fase con la que son controlados los transmisores ultrasónicos 16.i.j puede escogerse para que sea igual. El sonido se propagará entonces dentro de la superficie 34, sustancialmente cónica, mostrada en la Fig. 3a y así llenará suficientemente el espacio 32 para examinar el material 12 dentro del espacio 32. De esta manera, dicho sea de paso, puede ser examinada un área mucho mayor que el área 32. Sin embargo, cuando solo se pretende examinar el área 32, puede decidirse elegir las fases relativas de los transmisores ultrasónicos 16.i.j de tal modo que el ultrasonido se propague precisamente a esa área 32. Esto es indicado por la superficie cónica designada por el número de referencia 36. El resultado es que el espacio 32 se llena de ultrasonido que tiene una densidad energética mayor que cuando los transmisores ultrasónicos están controlados todos con una fase igual. Usando los transmisores ultrasónicos, se genera un haz ultrasónico, por así decirlo, que está dirigido específicamente del espacio 32 (y que converge en la dirección del mismo), que se desea examinar. Entonces, de forma completamente análoga a lo que se ha presentado anteriormente en el presente documento, las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido transmitido pueden ser recibidas usando los receptores ultrasónicos 16.i.j, mientras que puede determinarse, usando la extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde se sitúan las fuentes virtuales que han causado las reflexiones y/o las difracciones respectivas. Así, mediante la variación de las fases relativas de los transmisores ultrasónicos, el haz ultrasónico 36 puede ser dirigido sucesivamente en direcciones diferentes para examinar espacios 32 mutuamente diferentes del material interior del cuerpo 1. Así, el espacio mayor 36 puede ser escaneado usando el haz 36. Las señales de recepción correspondientes a una dirección particular de un haz pueden entonces ser procesadas sobre la base de la extrapolación inversa del campo ondulatorio, tal como se ha descrito anteriormente en el presente documento. Además, el haz puede así converger o divergir o, al contrario, no converger ni divergir, según se desee. Aquí, es posible además procesar las señales de recepción de haces diferentes conforme a la extrapolación inversa del campo ondulatorio. Para cada haz, puede entonces llevarse a cabo una extrapolación inversa del campo ondulatorio, tras lo cual los resultados así obtenidos para cada haz son procesados en combinación con los demás para mejorar la precisión. Esto se debe a que si los haces sucesivos se solapan parcialmente, se hallarán las mismas fuentes virtuales en dos haces o más. También es posible procesar las señales de recepción desde dos haces orientados de manera diferente procedentes de transmisores en la misma posición en combinación conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio. Se combinan entonces experimentos físicos diferentes. Además, si los haces tienen direcciones mutuamente diferentes, puede examinarse un área mayor de lo que podría hacerse con un solo haz si los haces usados para el examen tienen direcciones mutuamente diferentes. Precisamente en esas posiciones en las que los haces no se solapan, se abarca un área entonces un área que no puede ser abarcada por uno de los haces en un momento.

Así, aquí sigue siendo cierto que el ultrasonido es suministrado al objeto de tal modo que un espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado es escaneado con un haz ultrasónico, mientras que las señales de recepción de las reflexiones del ultrasonido procedentes del espacio completamente escaneado son procesadas para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones del ultrasonido en el material interior del objeto. Aquí, en este ejemplo, se usa la respuesta correspondiente a una dirección de un haz particular para hacer un seguimiento hasta su origen del campo ondulatorio medido hasta la posición mencionada anteriormente de las fuentes virtuales sobre la base de la extrapolación inversa del campo ondulatorio. Así, para la dirección de cada haz, de una parte del espacio, se determinan las posiciones de las fuentes virtuales. Entonces, los resultados de las posiciones de las fuentes virtuales determinadas para otras partes del espacio sobre la base de una dirección diferente del haz pueden ser determinados también para correlacionar la posición de las fuentes virtuales de todo el espacio.

No es necesario de modo alguno que los receptores ultrasónicos 16.i.j estén cada uno diseñados también como un transmisor ultrasónico. Por ejemplo, en el ejemplo de la Fig. 3a los receptores ultrasónicos 16.i.j pueden estar diseñados únicamente como transmisores ultrasónicos. El aparato puede entonces estar dotado además con al menos un transmisor ultrasónico 40. En este ejemplo, el cuerpo 1 está incluido entre los receptores ultrasónicos 16.i.j por un lado y el transmisor 40 por otro lado. De forma completamente análoga a lo que se ha presentado anteriormente en el presente documento, se suministra un ultrasonido pulsado al cuerpo 1 usando el transmisor 40. El ultrasonido se propagará por el material interior y ocurrirá una difracción y/o una reflexión cuando el ultrasonido pase o choque con una transición en el material. Una vez más, esta difracción y/o esta reflexión pueden ser consideradas como una nueva fuente virtual cuya energía sonora se propague a su vez por el material. Usando los receptores ultrasónicos 16.i.j se recibe la energía sonora de estas nuevas fuentes virtuales. La energía recibida es registrada durante cierto periodo usando los receptores ultrasónicos 16.i.j. Cada uno de estos receptores recibe una respuesta si es posible. De forma completamente análoga a lo que se ha presentado anteriormente en el presente documento, sobre la base de la extrapolación inversa del campo ondulatorio, el campo ondulatorio detectado puede ser objeto de seguimiento hasta su origen a la posición de la que provino, es decir, la posición de las fuentes virtuales. Este procedimiento de hacer seguimiento hasta su origen el campo ondulatorio medido mediante la extrapolación inversa del campo ondulatorio vuelve a dar la posición, la magnitud, la forma y la naturaleza de las fuentes virtuales como resultado. Todo esto puede ser entonces representado gráficamente, tal como se ha presentado anteriormente en este documento. Si se hace uso del transmisor 40, esto es en efecto un sistema de transmisión.

Así, en este ejemplo, está implicado un transmisor 40 aparte. Naturalmente, el transmisor 40 puede ser sustituido con una pluralidad de transmisores 40 que, por ejemplo, están dispuestos entre sí conforme al patrón de los receptores 16.i.j. Estos transmisores ultrasónicos pueden localizarse también en una cara superior 42 o una cara inferior 44 del cuerpo 1. Después, también es posible concentrar el ultrasonido transmitido por los transmisores en el espacio 32 o en el espacio mayor 36 según se desee, todo ello dependiendo de la dirección y la forma del haz del ultrasonido generado usando los transmisores ultrasónicos 40. Se entiende que tales variantes también están dentro del ámbito de la invención.

En el aparato conforme a la Fig. 1 también es posible, por ejemplo, activar los transmisores 16.i de forma no simultánea, sino consecutiva. Si se transmite ultrasonido con el transmisor 16.i, entonces las reflexiones y/o las difracciones son recibidas usando el correspondiente receptor 16.i. Este experimento se lleva a cabo de forma reiterada para todos los elementos transmisores y receptores 16.i (i=1,2,3,...,n). Además, los elementos transmisores y receptores se mueven en la dirección radial para que, en puntos diferentes en el tiempo, los elementos transmisores y receptores se distribuyan en dos dimensiones de la superficie externa y para que se obtengan señales de recepción correspondientes a los elementos receptores distribuidos en dos dimensiones de la superficie externa. Estas señales de recepción pueden, a su vez, ser procesadas en combinación conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio.

De forma completamente análoga a lo que se ha presentado anteriormente en el presente documento, los transmisores 16.i.j pueden ser activados de forma sucesiva. Si el ultrasonido es transmitido con el transmisor 16.i.j, entonces se reciben reflexiones y/o difracciones usando, por ejemplo, el correspondiente receptor 16.i.j. Este experimento se lleva a cabo reiteradamente para todos los elementos transmisores y receptores 16.i.j (i=1,2,3,...,n; j=1,2,3,...,m). Así, se obtienen señales de recepción correspondientes a elementos de recepción distribuidos en dos dimensiones de la superficie externa. A su vez, estas señales de recepción pueden ser procesadas en combinación conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio. Conforme a este procedimiento, sin embargo, se llevan a cabo n*m experimentos físicos. Sin embargo, en el procedimiento descrito con referencia a la Fig. 2, en el que todos los transmisores eran activados simultáneamente, únicamente había implicado un único experimento físico. Esto también sigue siendo cierto para el procedimiento de la Fig. 3 en el que se hace uso de un único transmisor 40. Por lo tanto, la invención no está limitada a suministrar un ultrasonido al material interior de una manera particular. Lo importante es que las señales de recepción se obtengan en correspondencia con receptores que están distribuidos en dos dimensiones de la superficie externa del objeto, en puntos diferentes del tiempo o no. Las señales de recepción así obtenidas son entonces procesadas en combinación conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio.

Se hace notar que, para cada una de las realizaciones descritas con anterioridad en el presente documento, sigue siendo cierto que el sonido puede ser transmitido en forma de ondas transversal y/o de ondas de compresión, según se desee. En caso de que el objeto que vaya a examinarse sea un objeto metálico, por lo general se usarán o bien ondas transversales u ondas de compresión. En caso de que el objeto sea un cuerpo humano, se hará uso preferentemente solo de ondas de compresión porque, precisamente, las ondas de compresión pueden propagarse bien en el cuerpo debido a las propiedades del cuerpo humano.

El número n de receptores ultrasónicos usados en el aparato conforme a la Fig. 1a puede variar. Un valor práctico es, por ejemplo, 64, pero también son posibles otros valores. En el aparato conforme a las Figuras 2 y 3, n y m pueden tener también cada una, por ejemplo, el valor de 64. Sin embargo, también son posibles otros números. En el aparato conforme a las Figuras 1a, 1b, 2a, 2b, generalmente los transmisores 16.i; 16.i.j estarán controlados en fase. Sin embargo, también es posible, de una manera conocida per se, tal como se ha planteado en relación con la Fig. 3, variar relativamente la fase de los transmisores para generar un haz de ultrasonido cuya dirección y cuya forma (divergente, convergente o, por el contrario, no divergente o no convergente) pueden ser fijadas por las variaciones de fase. La frecuencia de repetición de los pulsos con la que se transmite el ultrasonido puede ser, por ejemplo, mayor de 25 Hz. También es posible que la frecuencia (es decir, la longitud de onda) del ultrasonido varíe entre una frecuencia mínima y una máxima conforme, por ejemplo, a la forma de un diente de sierra, aunque no es determinativo el tiempo en que una señal proviene de una fuente virtual para la posición de la fuente virtual, como ocurre con una onda de ultrasonido transmitida en forma de pulso, sino la magnitud de la frecuencia recibida. Se entiende que tales variantes están dentro del ámbito de la invención.

Claims (31)

1. Un procedimiento para examinar el material interior de un objeto (2, 4, 6) desde una superficie (8) de un objeto, tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el ultrasonido es suministrado al material interior del objeto (2, 4, 6), caracterizado porque las reflexiones y/o las difracciones del ultrasonido desde el material interior del objeto son recibidas usando receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) que están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que las señales de recepción son procesadas en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones en el material interior del objeto.

2. Un procedimiento conforme a la reivindicación 1 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional, en el que la matriz unidimensional se desplaza a lo largo de la superficie de una manera conocida para obtener señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie.

3. Un procedimiento conforme a la reivindicación 1 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz bidimensional.

4. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto de tal modo que el espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado se llena completamente del ultrasonido.

5. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1-3 precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto de tal modo que el espacio que comprende el material interior (12) que ha de ser examinado es escaneado con un haz ultrasónico, en el que las señales de recepción de reflexiones y/o difracciones del ultrasonido procedentes del espacio completamente escaneado son procesadas para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones del ultrasonido en el material interior del objeto.

6. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se determina, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, en qué dirección ocurren dichas reflexiones y/o difracciones.

7. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto (2, 4, 6) de forma pulsada.

8. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto usando antenas ultrasónicas (16.i; 16.i.j), antenas ultrasónicas que forman también receptores ultrasónicos para recibir las reflexiones y/o las difracciones.

9. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque el ultrasonido es suministrado al objeto usando al menos un transmisor ultrasónico, transmisor ultrasónico que difiere de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j).

10. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el al menos un transmisor ultrasónico (16.i) y los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí de tal manera que es medida también una transmisión del ultrasonido por el interior del objeto.

11. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las señales de recepción son procesadas en tiempo real.

12. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el procesamiento de las señales de recepción se lleva a cabo de tal manera que el resultado del procesamiento puede ser visualizado gráficamente en una pantalla (29).

13. Un procedimiento conforme a la reivindicación 12 caracterizado porque en la pantalla se visualiza una imagen tridimensional de al menos parte del material interior del objeto.

14. Un procedimiento conforme a las reivindicaciones 4 o 5 caracterizado porque en una pantalla se visualiza una imagen tridimensional del material en el espacio.

15. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina una soldadura de una tubería.

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16. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina una pared de una tubería.

17. Un procedimiento conforme a una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque se examina un cuerpo humano.

18. Un sistema para examinar el material interior de un objeto (2, 4, 6), tal como una tubería (2, 4, 6) o un cuerpo humano, desde una superficie (8) de un objeto usando ultrasonido que tiene una frecuencia de al menos 100 kHz, en el que el sistema está dotado de al menos un transmisor (16.i) para suministrar el ultrasonido al material interior (12) del objeto, una pluralidad de receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) para recibir reflexiones y/o difracciones del ultrasonido desde el material interior (12) del objeto (2, 4, 6), y medios (22) de procesamiento de las señales para procesar las señales de recepción procedentes de los respectivos receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j), caracterizado porque el sistema está dispuesto de tal modo que, durante su uso, los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están acoplados acústicamente con la superficie (8) del objeto (2, 4, 6) en posiciones que están distribuidas en dos dimensiones de la superficie del objeto, en puntos diferentes en el tiempo o no, en el que, durante su uso, con cada uno de los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) se genera una señal de recepción, en el que los medios (22) de procesamiento de las señales están dispuestos para procesar las señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos en combinación para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

19. Un sistema conforme a la reivindicación 18 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz unidimensional, en el que el sistema está dispuesto para desplazar la matriz unidimensional a lo largo de la superficie durante el uso para obtener señales de recepción procedentes de los receptores ultrasónicos distribuidos en dos dimensiones por la superficie.

20. Un sistema conforme a la reivindicación 18 caracterizado porque los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí conforme a una matriz bidimensional.

21. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-20 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto durante el uso de tal modo que el espacio que comprende el material interior que ha de ser examinado se llena completamente del ultrasonido.

22. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-20 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto durante el uso de tal modo que el espacio que comprende el material interior (12) que ha de ser examinado es escaneado con un haz ultrasónico, en el que las señales de recepción de reflexiones y/o difracciones del ultrasonido procedentes del espacio completamente escaneado son procesadas para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, dónde ocurren reflexiones y/o difracciones del ultrasonido en el material interior del objeto.

23. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-22 precedentes caracterizado porque los medios (22) de procesamiento de señales están dispuestos para determinar, conforme al principio de extrapolación inversa del campo ondulatorio, en qué dirección ocurren dichas reflexiones y/o difracciones.

24. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-23 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para suministrar el ultrasonido al objeto de forma pulsada.

25. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-24 precedentes caracterizado porque el sistema está dotado de antenas ultrasónicas (16.i; 16.i.j), cada una de las cuales puede funcionar como el al menos un transmisor, al igual que como uno de los receptores.

26. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-24 precedentes caracterizado porque el al menos un transmisor, por una parte, y los receptores (16.i; 16.i.j), por otra, están albergados en alojamientos mutuamente diferentes.

27. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-26 precedentes caracterizado porque el transmisor ultrasónico (16.i) y los receptores ultrasónicos (16.i; 16.i.j) están dispuestos entre sí de tal manera que, durante su uso, es medida también la transmisión del ultrasonido por el interior del objeto.

28. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-27 precedentes caracterizado porque el sistema está dispuesto para procesar las señales de recepción en tiempo real usando los medios (22) de procesamiento de señales.

29. Un sistema conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 18-28 precedentes caracterizado porque el sistema está dotado además de una pantalla (29) para visualizar el resultado de las señales de recepción procesadas por los medios de procesamiento de señales.

30. Un sistema conforme a la reivindicación 29 caracterizado porque el sistema está dispuesto para la visualización de una imagen tridimensional de al menos parte del material interior del objeto en la pantalla (29).

31. Un sistema conforme a las reivindicaciones 21 o 22 caracterizado porque el sistema está dispuesto para la visualización de una imagen tridimensional del material en el espacio en una pantalla.