[发明专利]用于超声信号传感器的装置、方法与系统

说明书

本发明公开了一种用于超声信号发射以及反射的超声信号的接收的方法、系统和装置，其能够对诸如公路、桥梁以及其它结构中的固体材料进行非破坏性分析。此装置形成为轮子(1)，其中轮子(1)包括：传感器(20)阵列，其布置在附接到轴(2)的基部(3)上；轮胎部分(10)，其提供围绕传感器(20)阵列的密封外壳(7)，其中轮胎部分包括包含轮胎胎面部分(11，22，24，25)的多个圆形突出部分(12)；以及在密封外壳(7)中的耦合流体(26)，其在传感器阵列与朝向测试材料(15)的轮胎胎面部分(11，24)的接触点(27)之间提供声波透射性。

技术领域

本发明涉及超声信号发射及反射的超声信号的接收，以便能够对诸如公路、桥梁、结构中的固体材料进行非破坏性分析。

背景技术

提出令人满意的检测方法与装置以便收集用于如公路、桥梁等结构的材料自身以及内部结构(诸如加强件)和/或裂隙与故障进行成像的数据是一个问题。

已经提出了对诸如管道、容器、铁轨等设施进行检测以收集数据并绘制潜在的缺陷与故障图的解决方案。对于这些来说共同之处在于待检测的材料的表面是平滑的并且设施与传感器之间的联接接触可以由仪器与设施之间的持续水流组成，或者例如在执行超声数据收集之前用耦合凝胶准备设施。

由于可获得的工具更适合于小区域的随机采样，因此当利用用于地下成像的超声信号发射与接收对大型结构进行勘测时会出现问题。如果这些工具应用于大型结构，如果需要形成结构材料的完整分析或几乎100％覆盖率分析的数据收集，那么将非常耗时。

另一个问题是用于材料的动态检测的仪器通常制成为用于检测管子、轨道等，其中结构的表面是平滑且均匀的，并且其中因为通过结构的物理形式沿着结构(即沿着铁轨、沿着管子等)引导仪器，待测试结构的表面是容易绘制的。由于仪器与被测试材料之间缺少接触，例如由于表面中的突起、表面上的物体或障碍物、或者非平坦表面，而在仪器与测试表面之间出现气穴，因此在混凝土或其它的典型公路表面等上使用这些类型的仪器将产生大量的故障测量值，这阻止了超声信号前进到测试材料中。

没有已知的解决方案用于提供超声数据收集以便利用大型结构的超声检测装置、测试材料(诸如桥梁与建筑物)产生对地下的完整分析或几乎100％覆盖率分析。测试材料例如可以是在混凝土的埋层中具有钢筋的混凝土基础设施，通常在测试材料的表面以下2-15cm，这容易受到磨损，并且混凝土和加强件的状态指示此结构的能力。混凝土中的未探测到的弱点可能造成整个结构塌陷，对人和财产具有潜在危害。利用具有有限能力的测量技术进行检测是耗时的，并且对结构材料的完整分析或几乎100％覆盖率分析通常是非常昂贵的，并且在许多情形中省略它们，这导致有缺陷的检测。

大型结构的检测通常作为视觉探测来执行，并且如果视觉检测到弱点，那么再利用可获得的仪器。通常此方法涉及从结构自身获取核心样本，并将此核心样本发送到实验室以便进一步测试与评估，这是非常需要时间与资源的。现有的基于超声轮的方法与装置通常以高频信号发射与测量机构为基础，通常在多个MHz范围内。高频信号检测机构不适合于诸如混凝土和木材的材料。

在低频超声kHz范围(25kHz–500kHz)内的现有的低频信号发射与测量机构，限于利用例如布置在可疑弱点处的探头的固定测试装置，然后执行发射超声信号、以及接收与存储/分析针对特定点的接收信号的测试序列。然后，探头移动到另一个点并且重复此过程。此方法非常耗时，并且在所有实际意义上不包括完整或几乎100％覆盖率的大区域检测。

地下结构分析的问题在于探测结构中的竖直裂缝。基于仅从竖直裂缝反射的测量(如果探测到的话)必须进行进一步的详细测试与耗时的分析。