[发明专利]用于在长距离超声波检查中改善发送/接收指向性的装置和方法

说明书

本发明公开了用于在长距离超声波检查中改善发送/接收指向性的方法和装置。根据本发明的一实施例的发送指向性改善装置包括：相控阵探头，其包括以在用于长距离超声波检查的被导波脉冲的中心频率下与1/4波长对应的间隔排列的信道1换能器和信道2换能器；和驱动部，其将相位相反的电脉冲提供给所述信道1换能器和所述信道2换能器来使所述信道1换能器和所述信道2换能器驱动，使以所述信道1换能器和所述信道2换能器中意图的发送方向为基准配置在前端的换能器比配置在后端的换能器以在所述中心频率下与1/4周期对应的时间延迟来驱动。

技术领域

本发明的实施例涉及利用超声波的非破坏性检查技术。

背景技术

长距离超声波检查(Long-Range Ultrasonic Testing，LRUT)是用于在诸如管道、杆、绳索、板、壳(shell)等之类的结构物中利用沿其长度远远传播的低频率(通常100kHz以下)的被导波(guided waves)来有成本效益地检测诸如腐蚀、裂纹等之类的缺陷的非破坏检查方法之一。

在圆筒形结构物和板形结构物的长距离超声波检查中已证实，诸如基本扭转模式(Fundamental Torsional Mode，T(0,1)模式)和基本剪切水平模式(Fundamental ShearHorizontal Mode，SH₀模式)之类的被导波是特别有用的。这是因为其具有以下的优选特性：传播速度一定而与频率无关，在与其行进方向垂直的结构物截面内具有比较均匀的粒子位移，对有可能会在结构物内部/外部的流体不敏感。

有效的长距离超声波检查系统中所要求的最重要的特性之一是沿意图的方向发送单一模式被导波脉冲、识别并检测沿意图的方向行进的相同模式回波的能力。

为获得这种发送/接收指向性而广泛使用的相控阵探头(phased array probe)由与结构物表面声学耦合、以脉冲-回波方式操作的两个信道的相同换能器构成，这些信道之间的间隔在被导波脉冲的中心频率下与1/4波长对应。

用于操作这种相控阵探头的现有技术通过引发沿意图的方向(正向，forwarddirection)行进的两个信道的被导波之间的增强干涉和沿与意图的方向相反的方向(反向，backward direction)行进的被导波之间的消隐干涉，使得长距离超声波检查系统具有发送指向性。另外，在接收过程中，选择先检测正向回波的信道，使该信号的相位延迟90度之后，将相位延迟的信道信号和其他信道信号进行相加，从而增强正向回波信号，抑制反向回波信号。

另外，用于长距离超声波检查系统的磁致伸缩(magnetostrictive)换能器由具有优异的磁致伸缩特性的物体、向该磁致伸缩物体施加偏置静态(static)磁场的装置即永磁体(或电磁体)、以及RF(radio frequency，无线频率)线圈以下构成，该RF线圈向该偏置磁场内的区域施加动态(dynamic)磁场，或者检测由进入到该偏置磁场区域内的被导波引起的磁场的变化。

包括具有作为用于向磁致伸缩物体施加静磁场的装置的永磁体(或)(射频)线圈，其施加动态磁场或检测由波导进入偏置磁场区域引起的磁场变化。

在由诸如铁之类的铁磁(ferromagnetic)材料制成的结构物的情况下，通过使用结构物本身作为换能器的一个要素，可以实现非接触(noncontact)换能器。在由非磁性材料制成的结构物的情况下，可以利用粘接在其表面的镍或铁钴合金材料的薄(通常为0.2mm以下)的条(或补片)。这种磁致伸缩补片换能器已广泛用于铁结构物的长距离超声波检查。这些磁致伸缩材料与铁相比不仅具有优异的磁致伸缩特性，而且极其容易形成磁场。另外，沿着与静态磁场和动态磁场的相对方向，该磁致伸缩补片换能器可以选择性地发送和接收各种被导波模式。根据维德曼(Wiedemann)效应，由相互垂直的两个磁场驱动的该换能器特别适用于SH₀和T(0,1)模式的发送/接收。