NO337942B1 - Ultralydanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår ultralydsignal emisjon og mottakelse av reflekterte ultralydsignal som muliggjør ikke-destruktiv analyse av fast materiale slik som i veier, broer, konstruksjoner.

Det er et problem å lette en tilfredsstillende inspeksjonsfremgangsmåter og anordninger for innsamling av data for avbildning av materialet i seg selv og av innvendige konstruksjoner, slik som forsterkninger, og eller feil og mangler, for konstruksjoner som veier, broer eller lignende.

Løsninger har blitt tilrettelagt for inspeksjon av installasjoner som rør, containere, jernbanespor og lignende for å samle inn data og å kartlegge potensielle svakheter og feil. Felles for disse er at overflaten av materialet som skal inspiseres er glatt og kopling kontakt mellom installasjonene og transduserne kan utgjøres av en kontinuerlig strøm av vann mellom instrumentene og innretningene, eller for eksempel fremstilling av innretninger med koblings gel før gjennomføring av ultralyd datainnsamling.

Problemer oppstår når store konstruksjoner som skal undersøkes ved hjelp av ultrasonisk signal emisjon og mottakelse for avbildning av undergrunnen, siden de tilgjengelige verktøy er mer egnet for tilfeldig prøvetaking av små områder. Hvis disse verktøyene er påført store konstruksjoner tidsforbruket vil bli svært høy hvis datainnsamling for generering av en fullstendig, eller i nærheten av 100% dekning, er analyse av konstruksjonsmateriale er nødvendig.

Et annet problem er at instrumenter for dynamisk kontroll av materiale er vanligvis laget for inspeksjon av rør, jernbanespor og lignende, hvor overflatene av konstruksjonene er glatt og jevn, og hvor overflaten av konstruksjonen som skal testes enkelt kartlagt ved at instrumentene er ført langs konstruksjonen ved hjelp av den fysiske form av konstruksjonene, for eksempel langs et jernbanespor, langs et rør osv. Ved hjelp av denne typen instrumenter på betong eller andre typiske veidekker og lignende vil generere store antallet feilmålinger på grunn av manglende kontakt mellom instrumentet og materialet som prøves, f.eks. luftlommer oppstår mellom instrumentet og testoverflaten på grunn av fremspring i overflaten, gjenstander og hindringer på overflaten, eller ujevn overflate, som hindrer ultralydsignal til å gå inn i testmaterialet.

Det er ingen kjente løsninger som gir ultralyd datainnsamling for generering av en komplett, eller nær 100% dekning, analyse av undergrunnen ved hjelp av ultralyd kontroll innebærer av store konstruksjoner, testmateriale, for eksempel broer og bygninger. Testmaterialet kan for eksempel være betong infrastrukturer med armeringsjern i begravet lag av betong, typisk 2 -15 cm under overflaten av forsøksmaterialet, som er utsatt for slitasje, og tilstanden av betongen og armeringen er dikterer kapasiteten av konstruksjonen. En svak uoppdaget sted i betongen kan føre til at hele konstruksjonen for å kollapse med potensiell skade på mennesker og eiendom. Inspeksjon ved hjelp av måleteknikk med begrenset kapasitet er tidskrevende, og en fullstendig, eller i nærheten av 100% dekning, analyse av konstruksjonsmateriale er ofte svært kostbare, og i mange tilfeller de utelates, hvilket resulterer i mangelfulle inspeksjoner.

Inspeksjon av større konstruksjoner er ofte utført som visuell inspeksjon, og bruk av tilgjengelige instrumenter brukes hvis svake punkter er detektert visuelt. Ofte metoden innebærer å ta en kjerneprøve fra selve konstruksjonen, og sender denne til et laboratorium for ytterligere testing og evaluering, noe som er meget tid- og ressurskrevende. Eksisterende ultralyd hjul baserte metoder og enheter er ofte basert på høyfrekvent signal utslipp og målemekanismer, typisk i multi-MHz. Signal inspeksjon mekanismer høyfrekvente er uegnet for materialer som betong og tre.

Eksisterende lavfrekvente signalavgivelse og målemekanismer i den lavere frekvens ultralyd kHz-område, 25 kHz - 500 kHz, blir begrenset til en stasjonær prøveutstyr ved hjelp av sonder som er anordnet på, for eksempel, en mistenkt svakt punkt, en da en testsekvens utsendelse av et ultrasonisk signal, og mottak og lagring / analyse av det mottatte signalet for den bestemt sted er utført. Deretter blir sonden beveget til et annet sted og prosessen gjentas. Metoden er svært tidkrevende, og inkluderer i det hele tatt praktisk forstand inspeksjon av store områder med fullstendig, eller i nærheten av 100% dekning.

Et problem i underjordiske konstruksjoner analysen er å detektere vertikale sprekker i konstruksjoner. Måling basert på refleksjon bare fra en vertikal sprekk må, hvis oppdaget, gjennomgå ytterligere detaljert testing og tidkrevende analyse.

Den eneste praktiske alternativ for testing store konstruksjoner ved hjelp av tilgjengelige teknologier er å bruke radarbaserte løsninger. Systemer og enheter basert på radarteknologi kan dekke store arealer, men dårlig oppløsning representerer et uløst problem for denne teknologien, og de er ikke egnet for å finne feil eller indikasjoner på utviklende feil som krever en løsning avbildning for påvisning høy. Disse typer feil kan representeres av forsterkninger begynner å svekkes, små luftlommer eller sprekker i betongen, områder skjult fra radar på grunn av skyggeområder bak steiner, forsterkninger, seksjoner som inneholder væske, damp eller væske mettet eller andre deler av konstruksjonen.

I US7882742 B1 beskrives et apparat for ultrasonisk inspeksjon av en gjenstand. Et dekk er montert for å rulle langs overflaten av gjenstanden. Den inneholder en væske og en transducerenhet. Svingerenheten er plassert i dekket ved siden av en del av overflaten av dekket i kontakt med objektet. Væsken og overflaten av dekket i kontakt med gjenstanden tilveiebringer en akustisk bro mellom transdusermontasjen og objektet.

I JPH05340935 beskrives et dekk sonde som utfører ikke-destruktiv inspeksjon av et objekt som skal inspiseres ved å motta og sende ultrasoniske bølge-ved hjelp av en ultrasonisk sonde som er lagt ut i løpet av et dekk 2, mens rotasjon av dekket 2 på et objekt som skal inspiseres, et gummidekk 3, hvor et gel ark 4 som er dannet av en makromolekylær gel formet elastisk legeme på den ytre omkretsoverflate i kontakt gjenstanden som skal inspiseres, og et vannfilmdannende middel for dannelse av en vannfilm mellom overflaten av gelen ark 4 av gummi dekk 3 og en inspeksjonsflate er gitt. Ultralydbølger forplantes til den gjenstand som skal inspiseres via gelen platen 4 og den vannfilm 24.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning for utstråling og mottak av ultralydsignal for analyse av store konstruksjoner av testmaterialet, inkludert testmateriale med ujevne overflater, og ultrasonisk datainnsamling. Den foreliggende oppfinnelse er egnet for bruk analyse ved forskjellige dybder, dybdeområdet også omfatter sjiktet som strekker seg fra overflaten og opp til 15 - 20 cm i testmaterialet, men utelukke ikke andre ytterligere dypere lag. Avhengig av kravene til S / N-forhold på mottatte data, hyppighet av transduser utsendte signalet og styrke, frekvensen av sampling, kan dybdeområdet av testmaterialet som analyseres varieres betydelig. Målet er å muliggjøre identifisering av svake punkter og feil i undergrunnen av konstruksjonen / testmateriale, for eksempel feil eller forverret forsterkninger i en betongkonstruksjon, svake flekker på grunn av skjulte grener eller råtne deler i en trekonstruksjon, eller andre feil parametere i slike konstruksjoner eller lignende. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer effektiv innsamling av data ved hjelp av ultralyd transducer-teknologi, med evne til å utnytte lave frekvenser emisjon i det nedre ultralyd frekvens kHz området, fortrinnsvis mellom 25 kHz og 500 kHz, eller mer foretrukket mellom 75 kHz og 225 kHz, for bedre ytelse i test materiale slik som betong og tre eller lignende.

Foreliggende oppfinnelse kan videre benyttes for utsendelse av ultralydsignaler i høyere frekvensområder opp til flere MHz-området, fortrinnsvis mellom 0,5 MHz -10 MHz eller mer foretrukket mellom 2 MHz og 6 MHz, eller enda mer foretrukket mellom 4 MHz og 5 MHz, for ultrasonisk innsamling av data fra mer kompakt testmateriale, slik som stål, karbonfiber, glassfiber eller lignende.

Selv om noen frekvensområder er spesielt omtalt i dette dokument, skal dette ikke begrense den foreliggende oppfinnelse, og andre frekvenser kan lett velges.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en anordning som består av et hjul som består av

ultralyd-transdusere for utstråling og mottak av reflektert signal, hjulet omfatter en flerhet av sirkulære seksjoner som er anordnet i dekkets slitebane retning / valseretningen, hvor hver seksjon er innrettet vinkelrett på en eller en gruppe av transdusere, og hver seksjon består av en unik dekkbanen delen. I tilfelle en hindring blir møtt når hjulet er i rullende bevegelse, blir innflytelsen av hinderet har størst

virkning på dekkets slitebane delene som kommer i kontakt med hindringen, slik at alle de andre delene upåvirket.

Aspekter ved den foreliggende oppfinnelse kan således omfatte å forbedre bildeoppløsningen som følge av datainnsamling og analyse, og for å forbedre S / N-forholdet i prøvetakings sammen med mindre tidsforbruk for sampling / inspeksjoner som dekker større deler av konstruksjoner / testmaterialet, slik som broer, bygninger eller andre konstruksjoner ved hjelp av en tørr kombinert rullende hjul konsept. Eksempler på andre konstruksjoner kan være, for eksempel, en flyvinge konstruksjon, eller en gass tankskip / skip konstruert for å transportere LPG, LNG eller flytende kjemiske gasser i bulk eller lignende. For å oppnå denne oppgaven er det nødvendig å øke hastigheten for å samle inn dataene, og videre også kombinere hastigheten for innsamling av data med mekanismer som kan forbedre S / N rasjon i målingene, og eventuelt for å gi funksjoner for absolutt posisjonering eller relativ posisjonering eller både og inkludere denne informasjonen i de innsamlede data.

Den foreliggende oppfinnelse er optimalisert for å forbedre effektiviteten i et ultrasonisk signal utslipp og ultralyd datainnsamling for analyse av materialer, selv når overflatene av materialene ikke er jevn, det vil si på grunn av slitasje, eller ved hjelp av konstruksjonen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte og et system for rask og pålitelig undersøkelse av et stort konstruksjoner hvor det vil være utilfredsstillende eller umulig å holde rede på hvilke deler av konstruksjonen allerede er dekket av innsamlede data / testprøver manuelt, oppfinnelsen presenterer således et system og fremgangsmåte for automatisk å holde styr på de deler av konstruksjonen som dekkes av testanordningen, og sikre effektiv dekning av datainnsamling fra alle deler av konstruksjonen / testmaterialet på en kostnadseffektiv og tidseffektiv måte.

Oppfinnelsen er videre definert i de vedlagte selvstendige kravene, og ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen er definert ved de vedlagte tilhørende uselvstendige krav.

Test materiale skal i dette dokument skal forstås til å omfatte hvilket som helst fast materiale, slik som et mineral, metall eller polymer, eller sammensetninger av disse. Dette inkluderer, men er ikke begrenset til betong, keramikk, jern, stål, aluminium, tre, karbonfiber, glassfiber, etc.

Ultralydsignal emisjon skal i dette dokument skal forstås å omfatte en hvilken som helst utsending av akustiske bølger, inkludert pulser, reiser ved hjelp av svingninger, blant annet komprimering og dekomprimering, til mediet i hvilket den forplanter seg. Forfast medium den akustiske bølge kan ha forskjellige moduser, inkludert, men ikke begrenset til, langsgående trykkbølge, tverrgående skjærbølge, overflate (Rayleigh) bølge og andre.

Ultralyd datainnsamling skal i dette dokumentet forstås å omfatte påvisning og behandling av refleksjoner eller overføringer av de nevnte slippes ut ultralydsignaler. Forskjellige egenskaper av de signaler som kan bli samlet og analysert, inkludert, men ikke begrenset til, amplitude, forplantningstiden, fase og frekvensinnhold.

GPS skal i dette dokumentet bety Global Positioning System.

Absolutt posisjon skal i dette dokument skal forstås å omfatte geografiske posisjonsdata som er definert av en GPS-antenne eller triangulering eller lignende.

Relative posisjonsdata, skal i dette dokument skal forstås å omfatte en hvilken som helst definisjon av posisjon relativt en fast forhåndsbestemt posisjon punkt. Den relative posisjon beskrivelsen kan omfatte avstand på opp til 3 dimensjoner og andre parametere som tid og volum.

Kontroll logikk skal i dette dokumentet forstås å omfatte eventuelle instrumentering og data midler, eksterne og på enheten eller håndholdt, som brukes til:

- Kontroll av transduserne,

- Samle inn, lagre og overføre data fra giverne,

- Kontroll av posisjon og retning av bevegelse av systemene i henhold til oppfinnelsen,

- Selve posisjonering i et forhåndsdefinert område over i et testmateriale,

- Status kommunikasjon og fremvisning av de ovennevnte,

- Bearbeiding av innsamlede data og generering av analyseresultat.

Langs sporet skal i dette dokumentet betyr bevegelsesretningen av anordningen ifølge oppfinnelsen.

På tvers av spor skal i dette dokumentet betyr en retning perpendikulært på bevegelsen av anordningen ifølge oppfinnelsen.

Giver eller transdusermatrisen skal i dette dokumentet bety alle typer ultralydtransduserne, også hyllevare eller tilpassede svinger moduler som omfatter kontroll logikk og andre funksjoner.

Forsterkninger i dette dokument skal forstås å omfatte alle typer materiale som brukes til å håndheve et materiale av en struktur, som kan finnes i publikasjoner navngitt som armeringsjern, armering, armeringsjern og andre. For eksempel der hvilket som helst materiale med tilstrekkelig strekkfasthet kan potensielt brukes til å forsterke betong (glass og basaltfibre er også vanlig), stål og betong har lignende termiske utvidelseskoeffisienter: vil en betongkonstruksjonselement armert med stål oppleve minimal belastning som følge av differensial utvidelser av de to sammenkoplede materialer som følge av temperaturendringer.

Membranen og dekkets slitebane avsnitt skal i dette dokument skal forstås å omfatte strukturen til hjulets dekk, også selve båndet og slitebanen, og på andre konstruksjoner / deler av dekkets bære eller en del av slitebanen og selve båndet.

Koplingsfluidumet skal i dette dokumentet forstås å omfatte enhver væske med matchende eller nødvendig transparente egenskaper for ultralyd overføring som passerer gjennom væsken. Vann kan anvendes i mange tilfeller.

Oppfinnelsen er ytterligere forklart i de vedlagte figurer som skal tolkes som illustrasjoner på mulige utførelser av oppfinnelsen, men ikke representerer noen begrensning av omfanget av oppfinnelsen.

Fig. 1 er et perspektivriss av en rulleenhet.

Fig. 2A er et snitt av rullen skjære gjennom en vertikal midtlinje.

Fig. 2B er en profil detalj av en utførelse av deler av hjulet på linje med tilsvarende transdusere.

Fig. 2C er en profil detalj av en utførelse av deler av hjulet på linje med tilsvarende transdusere.

Fig. 3 er et perspektivriss av det indre av valseenheten.

Fig. 4 er et frontriss av det indre av valseenheten.

Fig. 5 er et frontriss av valseenheten.

Fig. 6 er et bunnriss av det indre av valseenheten.

Fig. 7 er et perspektivriss av en to- hjul-enhet med et delvis gjennomsiktig hjuldekkseksjon.

Fig. 8 er et grunnriss av en to- hjul-enhet.

Fig. 9 er et sideriss av en håndholdt tre-hjul-enhet.

Fig. 10 er et bunnriss av en håndholdt tre-hjul-enhet.

Fig. 11 er et toppriss av en håndholdt tre-hjul-enhet.

Fig. 12 er et perspektiv toppen forfra en håndholdt tre-hjul-enhet.

Fig. 13 er et diagram som viser langs-sporgeometrien eksempel på sende og motta matriser av transdusere. Fig. 14 er et diagram som viser tverrsporgeometri eksempel til å utsende og mottagertransduserne.

Fig. 15 er en mobil trippel to rullevogn system.

Fig. 16 er en oversikt over et sporings bane scenario for den mobile vognen.

Den foreliggende oppfinnelse er en anordning for ultrasonisk signal emisjon og mottakelse av reflektert signal for analyse av testmateriale ved at innretningen omfatter en matrise ultralydtransdusere inne i en hjulkonstruksjon med en fleksibel tilpasningsdyktig segmentert dekk rundt svingeren for å tilveiebringe en rullende bevegelse funksjon som er også en forseglet væskefylt kapsling rundt svingeren tilveiebringe en kopling fluid mellom transduserne og dekkmateriale som er i rullende kontakt med testmaterialet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en anordning for ultrasonisk signal emisjon og mottakelse av reflektert signal for ikke-inntrengende analyse av et testmateriale. Anordningen omfatter mer enn en matrise av transdusere inne i separate hjulkonstruksjoner med et fleksibelt tilpasses segmentert dekk rundt transduseroppstillingene for å tilveiebringe en rullende bevegelse funksjon som også er en lukket væskefylt kapsling rundt transduseroppstillingene gir en kopling media mellom transduces og dekkmateriale som er i rullende kontakt med testmaterialet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for ultrasonisk signal emisjon og mottakelse av reflekterte signaler for analyse av et testmateriale, ved hjelp av en anordning ifølge oppfinnelsen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre et system for ultrasonisk signal emisjon og mottakelse av reflekterte signaler for analyse av et testmateriale, ved hjelp av en anordning ifølge oppfinnelsen. Foreliggende oppfinnelse er eksemplifisert i figurene.

Hjulet konstruksjonen av ultralydanordningen 1 av en utførelsesform av oppfinnelsen tilveiebringer en kapsling i form av et dekk 10 som vist i figur 1 og 2.

Den ultrasoniske Anordningen omfatter en aksel 2 gir for en base 3 som er festet til akselen på hvilken en oppstilling av transdusere 20 er anordnet.

Transduserne 20 er vist som sylindriske formede transdusere, men en hvilken som helst form for transduseren 20 kan benyttes, og form og størrelse kan tilveiebringe bestemte funksjoner i forbindelse med retningen av åpning av det signal som skal utsendes av transduserne 20. Formen kan bli optimalisert for bestemte frekvensområder på det utsendte signalet.

Størrelse og form av transduseren 20 kan også tilpasses for optimal ytelse i forhold til om den skal brukes kun for å sende ut signal, motta reflektert signal fra testmaterialet, eller begge deler.

Industrialiseringsfasen av oppfinnelsen vil bli brukt til å finne en optimal størrelse, form og teknologi av transduserne 20. Omrisset av den fremre kan omfatte, men ikke begrenset av: sylindrisk, rektangulær, kvadratisk, elliptisk, og andre, mens formen av svingeren overflate (forsiden) kan omfatte, men ikke begrenset av fremspringende kule, konkave og konvekse, enkel krummet eller dobbeltkrummet, pyramide eller annen. Kombinasjoner av forskjellige former kan bli valgt.

Strøm- og signalkablene 4 kan være anordnet for kontakt mellom styrelogikk (ikke vist) av transduserne 20 og eksterne midler, så som strømkilde, instrument (s), datamaskin (er) og lignende. Kablene kan helt eller delvis bli erstattet av trådløse kommunikasjonsmidler eller avtakbare lagringsmedier.

Akselen 2 tilveiebringer perifere festeorganer for lagre 5, slik som forsegling av kulelagre som igjen sørger for feste baser 6 for et dekk / dekkseksjonen 10. Dekket er festet til dekkets festebase på en tettende måte, dvs. med lim, rørklemme, sveising eller lignende.

Dekket 10 og den ytre delen av lageret 5 vil rotere tilsvarende bevegelse av anordningen over testmaterialet 15, mens akselen 2, transduseren bunnen 3 og transduserne 20 vil forbli i en fiksert vinkelstilling i forhold testmaterialet 15 optimalisert for ultralyd signal utslipp og reflektert signal mottak fra testmaterialet 15.

Transdusermatriseposisjonen og retning kan stilles inn i et antall forhåndsdefinerte posisjoner for å tilveiebringe mer enn én mulig vinkel og / eller avstanden av ultralydtransduserne i forhold til materialet som skal testes / inspiseres. Avhengig av hjulet materiale og form, testmaterialet og om transduseren blir brukt for å sende ut og/eller motta, vil den optimale plassering og vinkel av transduseren i forhold til testmaterialet bli satt. Posisjonen og vinkelen kan i en utførelsesform av oppfinnelsen, endres eller vekslet mellom forhåndsinnstilte posisjoner og vinkler under drift.

I et anvendelsesscenario vil det være fordelaktig å være i stand til å sørge for at vinkelen på det emitterende signalet være vertikal i forhold til testmaterialet. Ytterligere mekanismer som tas fra teknikkens stand teknologi kan benyttes i kombinasjon med den foreliggende oppfinnelse for å sikre at det emitterende signalet alltid er vinkelrett på overflaten av prøvemateriale eller ved en forhåndsdefinert vinkel i forhold til overflaten av testmaterialet.

En slik kjente teknikk kan være å montere et forspent sensorhjul (ikke vist) som holdes i kontakt med overflaten av testmaterialet, slik at posisjonen av testmaterialet alltid er kjent i forhold til matrisen av transdusere.

I andre situasjoner kan det være ønskelig å vinkel transduserne i en definert vinkel i forhold til overflaten av forsøksmaterialet. Dette kan oppnås ved lignende mekanismer som definert ovenfor, eller andre mekanismer.

De forskjellige implementasjoner av foreliggende oppfinnelse vil tilveiebringe posisjonsdata som kan knyttes til de mottatte signaldata. Posisjonsdata kan omfatte en absolutt posisjon definert av en GPS eller en annen enhet i stand til å definere absolutte posisjon, og / eller en relativ posisjon definert ved en startposisjon definert spesielt for konstruksjonen som skal analyseres, og ved å målte / beregnede bevegelse fra den definerte Utgangspunktet. For eksempel kan dette være å gjøre det sørøstlige hjørnet av broen et utgangspunkt, og la en sporingsball (ikke vist) montert på en vogn av oppfinnelsen måle noen relativ bevegelse over overflaten fra startpunktet. Inndata fra sporingsballen og fra det kjente startpunktet kan så benyttes for å definere en absolutt posisjon av hver gjenstand som er beskrevet i den resulterende analysen konstruert for de mottatte ultralyd reflekterte data. I stedet for en sporingsball, ville et annet eksempel være å bruke laser og gyro teknikker for å måle avstanden til et kjent referansepunkt og bevegelse. Bevegelse kan også måles ved å avføle den faktiske bevegelse av hjulene i henhold til oppfinnelsen. Andre geografiske / relative posisjon definisjonsverktøy er også omfattet, selv om det ikke er uttrykkelig beskrevet i dette dokumentet.

En mulig fordelaktig aspekt av den foreliggende oppfinnelsen er å være i stand til å inspisere det samme testmaterialet flere ganger, hvor hver test blir utført til forskjellige tider. F.eks hvert 5 år, hvert år, hver måned, eller hver dag og andre intervaller. Siden posisjonsdata som er kjent er det mulig å påvise forandringer i nøyaktig samme sted som tidligere analyse.

Dekkets 10 sørger for en forseglet kapsling 7 rundt akselen, transdusermatrisen base og transdusermatrisen. Kapslingen er fylt helt eller delvis med et koblingsfluid 25, så som vann. Koplingsfluidumet sørger for forbedret signaloverføring mellom omformeren 20 og dekkseksjon 11, 22, 24, 25 som er i kontakt med testmaterialet 15.

Enestående kobling til ujevne overflater oppnås ved å bruke et elastisk materiale for bygging av hjulet, hvor tilpasning til overflatetopografi er delvis utnyttet av de iboende elastiske egenskaper av dekkdelene 11, 22, 24 seg. Tilpasning kan også bli ytterligere forsterket ved formen på dekkdelene 11, 22, 24. Former kan omfatte, men er ikke begrenset til: sylindrisk, rektangulær, kvadratisk, pyramide, kjegleformet, utstikkende og / eller som omslutter kule eller en hvilken som helst annen form for utstikkere, konkav og konveks. Hver dekkseksjon kan være utformet som et kontinuerlig eller gjentatt form av et trapes, rektangulært, trekantet, og buede eller knapp / lenke basis dekk kan forsterke signalet ytelsen av utslipp og mottak. Det er foretrukket for å sikre kontakt mellom dekket og testmaterialet ved emisjon og mottakelse av signalet skjer. Kombinasjoner av forskjellige former kan bli valgt.

Det elastiske materialet kan være understøttet av et hardere materiale 25 som vist i fig. 2C. Bærematerialet kan ha samsvarende akustiske / transparens egenskaper til det elastiske koblingsmaterialet 24 på sin utside, og koplingsvæsken 26 på sin innside. Bærematerialet kan være, men ikke begrenset til, en type polymer forbindelse, for eksempel en type plast.

En annen metode for kobling til ujevne overflater, kan være å bruke en membranløsning som vist i fig. 2B, hvor tilpasning til overflatetopografi utnyttes ved nærvær av et koblingsfluid 26 bak en membran 11, 22 som består av en dekkbanens del 11 og en ren bånd 22. Fluidet kan være under trykk.

Dekkbanen avsnitt 11, 24 i kontakt med testmaterialet 15 kan for begge metoder for kopling være et elastisk materiale. Dekkbanen seksjon 11, 24 kan være, men ikke begrenset til, en elastomer eller gummilignende materiale, slik som en type polyuretan eller nitrilgummi, eller andre syntetiske eller naturlige gummier, eller andre typer, eller forbindelser av polymermateriale med elastisk egenskaper.

Materialet som brukes i dekkets slitebaneseksjonen 11, 24 og støttematerialet 25, kan variere på grunn av forskjellige egenskaper avhengig av frekvensen av det utsendte signal, slik at materialet kan være forskjellig for bruk på en testmateriale som krever en frekvensområde, sammenlignet med en annen forsøksmateriale som krever et annet frekvensområde. Dekkbanen § 11, 24 er utformet slik at en del 12 av dekkets slitebane § 11, er 24 justert for å kontakte testmaterialet på et kontaktpunkt 27 på en rett linje mellom en svinger eller flere tilstøtende transdusere og testen materiale.

Dekkbanen seksjon 11, blir 24 formen optimert form og antall av seksjoner 12, slik at luftlommer mellom dekkets slitebaneseksjon 11, 24 og overflaten av testmaterialet 15 blir minimalisert eller eliminert, enten ved en form som vil presse ut potensielt innestengt luft, eller ved mønster i dekkets slitebane.

Dårlig kopling på grunn av uregelmessigheter i overflaten av forsøksmaterialet 15 vil bli minimalisert på grunn av segmentering av seksjonering 12 av hjulet, og av formen og elastisiteten i dekkbanen seksjonen 11, 24.

I en utførelsesform av dekkets slitebane-delen 11 av dekket 10 er dannet som en matrise av sirkulære seksjoner 12, er hver seksjon 12 innrettet slik at når dekket 10 ruller på testmaterialet 15, gir hver av dekkets slitebanedelene 11 en dedikert seksjon av hjulet 1 som til enhver tid omfatter det naturlige signalbane for det utsendte og / eller mottatte ultralydsignal mellom transduseren og testmaterialet.

I forhold til kjent teknikk den foreliggende oppfinnelse er mye mindre utsatt for ujevne flekker på overflaten av forsøksmaterialet, siden løper over en hindring, for eksempel en liten stein, vil bare føre til mindre tap av prøvedata, som f.eks. 1/12 av hjulet får ingen eller svak respons signal fra undergrunnen. Begrensningene i responsdata er avhengig av antallet av sirkulære seksjoner 12 av hjulet som er påvirket av småstein. Et tidligere kjent instrument ville for sammenligning med det samme stein-eksempelet få en feilaktig prøve av hele eller størstedelen av prøveområdet. Den viktigste saken for dårligere signalrespons i kjent teknikk er eksistensen av luftlommer mellom instrumentet membran og testflaten. Dødvinkelen for slik kjent instrument vil være store og avhenger av størrelsen på småstein. Den negative effekten av å kjøre over en hindring kan også reduseres ytterligere i foreliggende oppfinnelse avhengig av fleksibiliteten av materialet i dekkbanens seksjoner. Hvis et fleksibelt materiale velges, kan det være mulig å opprettholde kontakt med overflaten av testmaterialet for alle hjulseksjoner dersom en hindring blir overkjørt.

Hjulet 1 er i det minste delvis fylt med en koplingsvæske 26 til et nivå som sikrer at matrisen av transdusere er fullstendig innhyllet i koplingsfluidumet 26, hvor koblingsvæsken 26 også fyller gapet mellom membranen 11 av dekket seksjonen og tilsvarende transducer i den naturlige signalveien for det utsendte og / eller mottatte ultralydsignal mellom transduseren og testmaterialet.

Den ultrasoniske anordning 1 i henhold til oppfinnelsen beskrevet ovenfor, kan være montert i en ramme 70 som vist i figur 7-8. Figurene viser hvordan to hjul ifølge oppfinnelsen er montert i braketter / ramme 70 ved hjelp av festeorganer 71. De signalkabler 74 er fører gjennom rammen 70. En annen utførelsesform av oppfinnelsen er illustrert i figur 9-12 viser tre hjul på den montert i en håndholdt ramme 120, hvor et håndtak 121 er montert på rammen 120. Den håndholdte anordningen ifølge oppfinnelsen innovasjon kan opereres for å lagre mottatte signaler sammen med posisjonsinformasjon beregnes ut fra en forhåndsdefinert utgangspunkt ved å registrere bevegelse over testmaterialet ved rulling av hjulene i henhold til oppfinnelsen, eller andre mekanismer som for eksempel en mus-enhet (ikke vist) eller en infrarød måleorganer e.l. (ikke vist).

Den håndholdte enheten kan ha om bord eller tilfestet, via kabel, induksjon eller trådløs kommunikasjon tilgang til: energikilde, hukommelse, styrelogikk, inngang og utgang kontroll porter, skjerm og lyd.

Signallampene 150 kan anordnes på rammen for formål som indikerer kontaktstatus mellom enheten og testmaterialet, alarmstatus hvis forhåndssignal mønsteret er mottatt, eller hvis signalet i en bestemt posisjon ikke er gyldig.

Signallamper kan være fargekodet, slik som for eksempel rødt lys hvis ingen kontakt eller grønt lys ved kontakt detekteres mellom enheten og testmaterialet. Andre farger og bytte mønster kan være bruk for ulike formål. Et slikt formål kan være som en selv-test indikatoren til å bli kjørt før hver jobb. Det er også mulig å anvende lys i en kalibreringsrutine, hvor for eksempel anordningen kan rulles over en kjent forsøksmateriale med kjent overflate med en kjent forventede måleresultat når transduserne sender ut signaler i samsvar med en forhåndsinnstilt testmønster og frekvenser. Hvis forventes mottatt signal er bekreftet at enheten er fjernet for drift. Verifisert enhet kan identifiseres ved en forhåndsinnstilt lys mønster vises ved signallampene 150.

En tilkoblet datamaskin kan også brukes med formål for lagring, kalibrering, testing og vurdering av testresultatene. Datamaskinen kan være forbundet ved hjelp av kabel, eller trådløs kommunikasjon med overføring av data via en lagringsminneenhet. En lagringsminneinnretning kan være løsbart montert til de elektroniske kretser i innretningen, eller den kan være forbindes via et grensesnitt på tidspunktet for overføringen.

Matrisen av transdusere kan anvendes i forskjellige modi. To forskjellige modi er vist i figur 13 og 14. Andre modi kan anvendes.

I figur 13 er det vist en modus for langs spor inspeksjon. En matrise transdusere, f.eks det bakre hjulet i henhold til oppfinnelsen, blir brukt for å sende ut signaler til den underjordiske av testmaterialet, og en matrise transdusere, f.eks den ledende hjulet i henhold til oppfinnelsen anvendes som mottar midler for å motta de utsendte signaler som har beveget seg inn i og gjennom testmaterialet, og reflekteres fra denne.

I figur 14 er det vist en modus for på tvers spor inspeksjon. Dette oppnås ved å tildele en matrise transdusere i en matrise transdusere for utsendelse av ultralydsignaiet, og et antall transdusere av samme matrise transdusere for å motta signalet når det reflekteres fra testmaterialet. En sensor kan både sende og motta. I ett scenario en transduser i den perifere delen av matrisen med transdusere sender ut signaler til den underjordiske av testmateriale og en eller flere transdusere i midtpartiet av matrisen av transdusere mottar de reflekterte signaler.

Det er mulig å anvende mer enn en matrise transdusere for å motta, det vil si for den håndholdte enheten som er beskrevet ovenfor: en transduser i den etterfølgende matrise transdusere kan avgi, mens de to ledende matriser av transduserne mottar, eller til og med alle oppstillinger av transdusere kan være satt opp til å motta matriser av transdusere var ett eller flere matriser av transdusere også avgir.

En sannsynlig konfigurasjon i et system bestående av 3 rekker av omformere / hjulene, slik som i det håndholdte eksempelet ovenfor, er å bruke transduserne i midten transduseroppstilling for utsendelse av ultralydsignaler, og de to ytre rekker av omformere / hjul for å motta den reflekterte signal fra testmaterialet.

Det er også mulig å bruke en enkelt ultralyd-anordning 1 ifølge oppfinnelsen, utnytte den tverrsporgeometri som er beskrevet ovenfor.

Transdusere kan brukes for kun emisjon eller mottak, og både emisjon og mottak, av ultralydsignaler og refleksjoner. En transduser fungerer som både emsijon og mottakertransduceren for samme ultralyd signal, dvs. transuseren avgir en ultrasonisk signal og deretter vente på refleksjoner av signalet og deretter motta det reflekterte signalet, vil bare motta og registrere refleksjoner fra objekter eller lignende, eller materiale i banen til det utsendte signalet. Hvis objektet er en liten vertikal sprekk under transduseren, kan det reflekterte signalet være meget svak og vanskelig å oppdage. I foreliggende oppfinnelse vil et sett av transdusere, hvor hver transduser enten sender eller mottar et ultrasonisk signal, ikke bare måle reflekterte signaler, men også måle det signal som overføres gjennom testmaterialet, og således være i stand til å måle mangel på refleksjon, eller for eksempel time-of-flight diffraksjon. Slike målinger vil gi bedre S / N-forholdet i de måledata. En slik konfigurasjon vil være i stand til å detektere utelatelsen av et reflektert signal. For eksempel hvis signalet blir hindret av en luftlomme i testmaterialet, og således at signalforplantningen er sterkt hindret, vil den mottakende transduser detekterer at signalet ikke blir mottatt som forventet, og en konklusjon kan da indikere at det er en blokkering medium mellom emitterende og mottakertransduceren, slik som en sprekk, hull, ikke-videresending medium eller andre.

Den ovennevnte ytterligere evne til å detektere bortfall av en refleksjon kan benyttes av et enkelt hjul transduser oppsett i henhold til oppfinnelsen som beskrevet for figur 14 ovenfor. Forbedring av analyse virkning ytterligere kan oppnås med den foreliggende oppfinnelse ved å kombinere funksjonen forklart i figur 14 med trekk ved bruk av mer enn en matrise transdusere (hjul) som, et eksempel på hvilke er forklart for transduseren oppsettet i figur 13 ovenfor. I forhold til sprekker, hindringer og luftlommer, kan de ulike transduser oppsett optimaliseres ytterligere å oppdage langs spor orienterte sprekker, luftlommer, hindringer, på tvers spor inspeksjon funksjon som forklart for figur 14 ovenfor, eller på tvers av spor orienterte sprekker, luft lommer, hindringer, med langs sporet inspeksjon funksjon som forklart for figur 13.

I én utførelsesform av oppfinnelsen, kan oppfinnelsen brukes til å finne delaminering / luftlommer i sandwich-strukturer, slik som brukt i skip eller vinger (fly, vindmøller). Slike sandwich konstruksjoner kan være fremstilt av flere lag av forskjellige materialer. Alle med potensielt forskjellige responsegenskaper relative ultralydsignaler av bestemte frekvenser. Den foreliggende oppfinnelse kan styres på en måte for å optimalisere responsen ved den bestemte dybde av testmaterialet der et spesifikt sandwich-sjikt-grensesnitt befinner seg. Man kunne for eksempel undersøke grenseflaten mellom den innerste glassfibersjikt, og kjernematerialet i et 3-lags konstruksjon bestående av et indre glassfibersjikt, et ytre glassfibersjikt, og et kjernesjikt polystyren. Andre materialer og andre antall lag kan brukes.

Et annet eksempel på utførelsesform er å anvende den foreliggende oppfinnelse til å detektere avdelinger / luftlommer i henhold til bygnings fliser, for eksempel i et badegullv, hvor det ytre lag er keramikk, og det indre laget er betong eller tre, eventuelt med en vanntett membran struktur imellom. Det er også mulig for å maksimere deteksjonsevne ved å utføre et regime av utstråling og mottakelse av reflekterte signal, hvor et mer komplekst mønster av skiftende funksjon av hver enkelt transduser dynamisk etter hvert som den ultrasoniske datainnsamlingen er utført. Ett mønster ville være å la hver transduser i sin tur opptre som eneste emitterende kilde for et ultralydsignal, og hele transduseren i alle hjulene (hvis det er mer enn en) være som mottar det utsendte signalet. På denne måten er det mulig å kartlegge undergrunnen i mange retninger fra vinkelrett på bevegelsesretningen til begge sider av den emitterende transduseren. Et eksempel som beskriver en emittingstransduser og 7 mottagende transdusere indikert med piler 170 er vist i figur 17. Her er tre arrays 221, 222, 223 (hjul) av transdusere brukt. Alle andre kombinasjoner kan brukes fra 1 emitterende og 1 til 48 (48 er ikke en begrensning men antallet som brukes i figur 17) som mottar. Andre transduserkombinasjonene kan anvendes.

Det ultimate mønsteret er å la alle transdusere i sin tur bli den emitterende transduseren, og la alle transdusere fungere som mottakere for alle refleksjoner av det utsendte signalet. På denne måten er det mulig å kartlegge alle testmaterialet fra alle vinkler, sideveis, forover, bakover, vinklet i alle retninger og direkte nedenfor. Ved hjelp av bevegelse av anordningen i henhold til oppfinnelsen som en annen parameter er det mulig å gjøre flere slike målinger ved bevegelse over testmaterialet. For eksempel en luftlomme i betongen vil da bli grundig utnyttes fra mange retninger flere ganger, og ingen "skjulte" svakheter vil bli utelatt.

Det er ingen grenser for størrelsen på matriser av transdusere eller hjulene som brukes.

Eksempler på gjennomføringsregimer kan inkludere, men er ikke begrenset til, forskjellige stråledannende teknikker. Et eksempel på en utførelsesregime kan være SAFT (Synthetic Aperture fokus Technique).

Jo flere deteksjonsdata som er samlet inn, vil bedre S / N-forholdet være mulig å oppnå i analyseprosessen når data analyseres.

Analyse av de data som mottas fra testmaterialet kan gi for utforming detaljert 2D og / eller 3D bilder av testmaterialet ved forskjellige dybder under overflaten av forsøksmaterialet, typisk 0 -15 cm under overflaten av forsøksmaterialet.

Figur 15 viser et system hvor tre par med ultralyd enheter 1 ifølge oppfinnelsen er kombinert for å tilveiebringe et system for inspeksjon av store volumer av prøvematerialet. Hvert hjulpar er montert til en individuell brakett 70, og de tre brakettene er montert på en vogn 200. Vognen omfatter videre en beregnings / styringsutstyr 204, et lasermåleanordning 202, og en fremvisningsenhet 201. Hvert par hjul er individuelt å tilpasse seg overflaten, som hver seksjon 12 av hvert hjul blir individuelt å tilpasse seg overflaten.

Anordningen i figur 15, eller andre varianter av en anordning i henhold til oppfinnelsen, kan ha ombord eller festes, via kabel, induksjon eller trådløs kommunikasjonstilgang til: energikilde, datalagring, styrelogikk, inngangs- og utgangskontrollporter, display og audio.

Signallamper som beskrevet for den håndholdte enheten ovenfor (ikke vist på figur 16) kan være inneholdt i dette systemet, så vel som i alle versjoner av utførelsesformer av oppfinnelsen, og for de samme formål som beskrevet ovenfor.

Vognen kan omfatte midler for å drive vognen, f.eks. en elektromotor (ikke vist), fjernkontrolleren, og ytterligere omfatte energi- kilden eller kildene, håndtak 205 for manuelt å skyve og / eller styring av vognen og midler for trådløs kommunikasjon med en ekstern styringsenhet (ikke vist).

Styreenheten kan være forhåndsprogrammert til å styre vognen til å dekke alle deler av testmaterialet som vist i figur 16. Her virkelige representasjon viser vognens posisjon 200, bevegelsesretningen 211, og de områder som har 212, 213, 214 / har ennå ikke 215 blitt inspisert. Det kan også være mulig å skille mellom forrige spor på befaring 212, gjeldende spor av inspeksjon 213, og overlapp 214 av gjeldende spor 213 av inspeksjon i forhold til den forrige 212 styr på inspeksjon.

Ved å sammenligne de mottatte data og analyseresultatet av denne med den tilsvarende tidligere utførte inspeksjon, er det mulig å påvise endringer i undergrunnen av testmaterialet. For eksempel kan det være mulig å følge forringelse av armeringsstål i betong en bro, og iverksette korrigerende tiltak på et tidlig stadium av forringelse.

Laserenheten kan benyttes for måling av avstand for å definere vognen posisjon på testmaterialet.

Et annet utførelseseksempel er å benytte en innretning ifølge foreliggende oppfinnelse for å prøve en malt stålkonstruksjon. Den foreliggende oppfinnelse er i stand til å samle inn prøver av reflekterte ultralydsignaler som gjør det mulig for dataanalyse for å avdekke sprekker og defekter i en enestående måte, uten behov for å fjerne maling eller andre beskyttende lag som er festet til overflaten av stålkonstruksjonen.

Claims (21)

1. Transduseranordning for utstråling og mottak av ultralydsignal, idet anordningen er utformet som et hjul (1),karakterisert vedat hjulet (1) ytterligere omfatter: en matrise av transdusere (20) anordnet på en base (3) som er festet til en aksel (2); en dekkseksjon (10) som tilveiebringer en forseglet kapsling (7) rundt matrisen av transdusere (20), dekkseksjonen omfatter et flertall av sirkulære utstående seksjoner (12) omfattende en dekkbaneseksjon (11, 22, 24, 25), en koblingsvæske (26) i den forseglede kapsling (7) som tilveiebringer en akustisk transparenthet mellom matrisen av transdusere og kontaktpunkter (27) for dekkets slitebaneseksjon (11, 24) mot et testmateriale (15), og hvori dekkbanenseksjonen (11, 22, 24, 25) er laget av et elastisk materiale.

2. Transduseranordning ifølge krav 1, videre omfattende: festemidler (8) for lageranordninger (5) anordnet ved begge ytterender av akselen (2); lageranordninger (5) er festet til festemidlene (8), og dekkseksjonen (10) er festet til festebaser (6) anordnet på lageranordningen (5) for å tilveiebringe en rulleevne til hjulet (1) for rullende kontakt med testmaterialet (15).

3. Transduseranordning ifølge krav 1, der dekkbaneseksjonen (11,22) er utformet i sirkulære seksjoner og hvor hver seksjon er innrettet til å strekke seg over en eller flere transdusere (20), og hvor dekkets slitebane seksjonen (11,22) er i direkte kontakt med koblingsvæske (26) på innsiden av dekkets slitebanedel som vender mot transduserene (20).

4. Transduseranordning ifølge krav 1, der dekkbaneseksjonen (24,25) omfatter et støttemateriale (25) som omfatter en første side som tilveiebringer en kontaktflate for koblingsvæsken (26), og en andre side som tilveiebringer en overflate til hvilket et koblingsmateriale (24) er festet, koblingsmaterialet (24) danner de sirkulære delene av dekket (10).

5. Transduseranordning ifølge et av de foregående krav, hvor ytterendene av akselen (2) har festeanordninger (71) for å feste enheten til en ramme (70, 120).

6. Transduseranordning ifølge et av de foregående krav, hvor elektriske kabler (74) er anordnet for å koble matrisen av transdusere (20) til strøm.

7. Transduseranordning ifølge et av de foregående krav, hvor elektriske kabler (74) er anordnet for å forbinde transduserne (20) til styrelogikk.

8. Transduseranordning ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, hvor anordningen omfatter midler for trådløs overføring av styredata og mottatte signaldata.

9. Transduseranordning ifølge et av de foregående krav, hvor matrisen av transdusere (20) omfatter justerbare festeanordninger til basen (3) eller akselen (2), for å forandre vinkelen og / eller avstanden av matrisen av transdusere (2) i forhold til testmaterialet (15).

10. Transduseranordning ifølge et av de foregående krav, hvor hver enkelt transduser (20) i hver av matrisene av transdusere (20) virker som enten sendendetransduser, eller mottakende transduseren, eller både sendende og mottakende transduseren.

11. Transduservognanordning for ultralyd signal emisjon og mottakelse av reflekterte ultralydsignal fra et testmateriale (15), der anordningen erkarakterisert vedat den omfatter to eller flere transduseranordninger (1) som beskrevet i hvilket som helst av kravene 1 til 10, hvor hjulene (1 ) er festet til en ramme (70, 120).

12. System for ultralyd signalemisjon og mottakelse av ultralydsignal, der systemet erkarakterisert vedat det omfatter: en eller et flertall transduseranordninger (1) ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 11, og at systemet videre omfatter en vogn (120, 200) til hvilken den ene eller flere hjul (1) er montert, en styremekanisme for styring av vognen langs en bane (211) på overflaten av et testmateriale (15), styrelogikk (204) for styring av vognen, transduserne, og lagring og overføring av data som mottas av transduserene.

13. System ifølge krav 12, der systemet videre omfatter navigeringsmidler (202) for å tilveiebringe absolutt posisjon.

14. System ifølge krav 11 og 12, der systemet videre innbefatter fremvisningsinnretninger (150, 201).

15. System ifølge krav 11 til 14, der systemet videre omfatter sporingsanordning for å tilveiebringe relativ posisjon.

16. System ifølge krav 11 til 15, hvor styremekanismen for styring av vognen er et håndtak (121, 205) for manuell styring eller en fjernstyrt motor som er koblet til en drivanordning for å bevege vognen.

17. System ifølge krav 11 til 16, der systemet videre omfatter datamaskinanordning for å motta de mottatte ultralyd signaldata, og for prosessering av dataene.

18. System ifølge krav 17, hvor datamaskinanordningen er fjerntliggende datamaskinanordning.

19. Fremgangsmåte for å emittere og motta ultralyd signaler for å muliggjøre analyse av en testmateriale (15), fremgangsmåten erkarakterisert vedat den omfatter trinnene: tilveiebringe en eller et flertall av systemer i henhold til hvilket som helst av kravene 12 til 18, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene: emisjon av ultralydsignaler fra minst en transduser av en matrise transdusere (20) ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 11; motta refleksjoner av de emitterte ultralydsignaler fra testmaterialet (15) med en eller et flertall av transdusere av matrisen av transdusere (20); lagring og overføring av de mottatte ultralyd signaler til en datamaskinanordning og analysere de mottatte ultralyd signaler.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, der fremgangsmåten videre omfatter trinnene: flytting av vognen (120, 200) langs en forutbestemt bane (211); sende ut ultralydsignaler fra individuelle transdusere i matrisen av transdusere (20) i samsvar med et forhåndsdefinert emisjonsmønster; motta det reflekterte ultralydsignal fra testmaterialet (15) med en eller et flertall av transdusere av matrisen av transdusere (20) som er konfigurert for å være mottakstransdusere for det individuelle emitterte ultralydsignal.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 19 eller 20, der fremgangsmåten videre omfatter å sammenligne resultatet av analysen av en seksjon av et testmateriale med en tidligere analyse av den samme delen av testmaterialet, og for å identifisere endringer i testmaterialet.