[发明专利]超声波层析成像系统

说明书

技术领域

本文公开的主题大体涉及非破坏性检验系统，并且更具体而言，涉及用于进行非破坏性检验的超声波层析成像（tomography）系统。

背景技术

许多工业检查应用依赖于成像技术来确定工业部件的质量，诸如管道、管道阵列等。例如，这样的检查技术可用来确定对象中的一个或多个缺陷的存在和/或位置，诸如裂纹、孔洞或其它瑕疵的存在。可用来检查对象中缺陷的存在的一个成像模态为超声波层析成像。超声波层析成像是采用超声波来探查所关注的对象的声学属性以及产生对象的对应的图像(其包括任何可检测的缺陷)的成像模态。典型地通过位于换能器探头中的换能器来实现声波脉冲的产生和返回回波的检测。换能器探头典型地包括机电元件，机电元件能够将电能转换成用于发送的机械能，且还能够出于接收目的将机械能转换回电能。

不幸的是，在一些应用中，缺陷的尺寸相对于被查对象的尺寸相对较小，这使得难以检测它们在被检查对象的重建图像中的存在。另外，在许多情形中，多个小缺陷可能间隔得非常紧密，而且虽然通过超声波检查可检测缺陷的组合区域，但是各个单独的缺陷的尺寸可能低于系统的分辨率。由于识别出现于对象中的缺陷的能力主要随对象的产生的图像的质量和分辨率而变，所以存在对于克服上述缺点的改进系统的需要。

发明内容

下面对在范围方面与原本声明的发明等同的某些实施例进行概述。这些实施例不意于限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意于提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的多种形式。

在第一实施例中，一种系统包括具有多个换能器节段（segment）的分段换能器探头，该多个换能器节段适于将超声波激励信号发送到检验试样（test specimen）中以及接收超声波激励信号和检验试样的相互作用所产生的回波信号。该系统还包括处理系统，该处理系统适于接收来自分段换能器探头的、对应于接收到的回波信号的数据，以及利用层析成像重建方法来重建对应于检验试样的至少一个体积切片的图像。

在第二实施例中，一种方法包括将可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样，以及接收可旋转的非轴向对称声场和检验试样的相互作用所产生的回波信号。该方法还包括递增地旋转非轴向对称声场，将旋转声场传递到检验试样，以及接收递增地旋转的非轴向对称声场和检验试样的相互作用所产生的进一步的回波信号。该方法还进一步包括利用接收到的回波信号和层析成像重建方法来重建对应于检验试样的至少一个体积切片的图像。

在第三实施例中，一种方法包括在大约零度的入射角下，将可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样。

在第四实施例中，一种方法包括在可变的入射角下，将可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样。可以多个不同的入射角将声场传递到检验试样。在某些实施例中，入射角由相控阵技术控制。

在第五实施例中，一种方法包括将展现双重、三重、四重或n重旋转对称的可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样。在一个实施例中，可传递具有大约1:2或大于大约1:2的纵横比的高度不对称的双重对称。例如，可利用大约1:5或更高的纵横比。

在第六实施例中，一种装置包括分段换能器探头。换能器探头包括布置成使得阵列展现四重、五重、六重或n重旋转对称的换能器节段阵列，其中，可利用n等于或高于8的n重对称。在一些实施例中，n等于或大于大约16，例如，等于或大于大约32。在某些实施例中，n可为二或四的倍数。换能器探头包括多个相向的换能器节段对。这些对可包括一个、两个、三个、四个或更多个邻近的换能器元件。在某些实施例中，换能器节段可为大致相同的形状和尺寸。相向的换能器节段对适于被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。

在第七实施例中，一种装置包括圆形分段换能器探头。换能器探头包括围绕圆形分段换能器探头的旋转中心点以圆形的方式设置的换能器节段阵列，该阵列具有两个、四个、六个或任何其它适当的数量的换能器节段的多个相向的对。相向的换能器节段对适于被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。在一些实施例中，换能器节段围绕圆形分段换能器探头的内径以圆形的方式设置。