[go: up one dir, main page]

CN109196350B - 通过超声检测材料中的缺陷的方法 - Google Patents

通过超声检测材料中的缺陷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109196350B
CN109196350B CN201780032628.1A CN201780032628A CN109196350B CN 109196350 B CN109196350 B CN 109196350B CN 201780032628 A CN201780032628 A CN 201780032628A CN 109196350 B CN109196350 B CN 109196350B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
location
time
time signal
ultrasound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780032628.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109196350A (zh
Inventor
N·保罗
保罗·卡斯西斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electricite de France SA
Original Assignee
Electricite de France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electricite de France SA filed Critical Electricite de France SA
Publication of CN109196350A publication Critical patent/CN109196350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109196350B publication Critical patent/CN109196350B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0609—Display arrangements, e.g. colour displays
    • G01N29/0645—Display representation or displayed parameters, e.g. A-, B- or C-Scan
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/30—Arrangements for calibrating or comparing, e.g. with standard objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4463—Signal correction, e.g. distance amplitude correction [DAC], distance gain size [DGS], noise filtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/48—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by amplitude comparison
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/011—Velocity or travel time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0425—Parallel to the surface, e.g. creep waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种超声检测材料中缺陷的方法，包括以下步骤：从超声发射换能器发射超声，其中所述超声发射换能器布置在发射位置处抵靠在所述材料上；通过超声接收换能器获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅，其中所述超声接收换能器布置在相对于所述发射位置的接收位置处抵靠在所述材料上；对于每个测量位置，使用对应于在材料表面传播的超声波的接收，在测量持续时间的初始部分期间在所述测量位置中的至少所述时间信号所取的值来确定所述测量位置的归一化项；对于每个测量位置，在测量期间使用归一化项对时间信号进行归一化以获得归一化的时间信号；和处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。

Description

通过超声检测材料中的缺陷的方法
技术领域
本发明涉及对材料的无损检测，并且更具体地涉及通过超声检测并表征材料中的缺陷。
背景技术
超声通常用于实施对材料的无损检测。为此，将超声探头置于待检查材料的表面上，该超声探头在材料中发射超声波。根据材料的结构，这些波在材料中以不同方向变换和传播。换能器接收一部分这些传播的波，并且对它们的分析使得能够检测材料中的任何缺陷。
专利申请US2007/0006651A1公开了一种借助于超声波进行无损检测的方法，该方法基于信号选择的频谱振幅与参考振幅的比较。该申请提到在不同位置进行测量的可能性，并提出将这些测量结合以便获得空间意义上的平均测量信号。
类似地，申请JP2009-270824A公开了一种用于从在材料表面上移动的超声发射器-接收器发送和接收的信号中检测和估计缺陷尺寸的方法。缺陷的表征根据测量信号的强度而确定。通过除以由参比值(等同于无缺陷)获得的信号，对信号进行归一化，以在没有缺陷时将信号值减小到1。该参比值是预先确定的，并且将相同的标准化应用于所有获得的信号。这就是标准的归一化，类似于文献EP 0 330 735A2中所应用的归一化。
然而，这些方法并不完全令人满意的，并且信号仍然受到噪声的影响。实际上，大多数被检查部件具有表面不规则性，例如变形、粗糙度变化、表面事故或焊接(特别是涂层)，这可能导致探头和待检查的材料之间的声学耦合质量的明显变化。并且这种耦合的质量直接影响所进行的测量，并因此影响缺陷检测操作的结果。
特别地，在非均质材料的情况下，即多晶材料，在这种材料中其颗粒尺寸为一个超声波长的量级，由材料结构引起的超声波漫射现象成为主导现象。随后，这种漫射可能导致产生结构噪声，即由探头接收的振幅不可忽略的超声信号，并且所述超声信号的特征类似于由缺陷反射的波的传输的特征。因此，有必要能够在结构噪声和任意的缺陷之间进行精细区分。并且表面不规则性通过信号振幅的衰减及其引起的变化，会妨碍这种检测。
作为说明性示例，图1示出了在金属管道内部获得的测量结果的示例，其中，测量点的阴影越亮，接收信号越强。该图是对应于所述时间信号的衍射区域(即相对于表示结构噪声的部分)的时间信号部分的最大值的图。在这种情况下，所述材料没有内部缺陷，图1中的图中的图案示出了材料中相对均匀(除了两个黑框2、3周围的两个异常)的结构噪声。在这些异常区域中，接收信号的振幅显示了不连续性，并且其振幅明显弱于该图的其余部分。
这两个不连续性是由于针对这些测量点的探头和的材料之间的耦合错误(由材料的表面不均匀性导致)引起的。这些耦合错误在测量中导致类似于由材料内部的缺陷引起的特性，这使得缺陷检测变得迷惑，或者使检测不可能。
更一般地说，表面不规则会以几种方式阻碍信号的解析：
表面不规则引起的高振幅变化可能与缺陷的存在相混淆；
由于发射或接收波的振幅弱，耦合错误可以隐藏缺陷，则检测不到缺陷；
某些缺陷检测方法利用信号的统计稳定性，特别是利用结构噪声的统计稳定性，而由耦合缺陷引起的低振幅损害了这些统计。
发明内容
本发明的目的是提出一种通过超声检测材料中的缺陷的方法，该方法允许减少材料的表面不规则性对换能器和材料之间的耦合的影响，其变化损害了收集的数据。
为此，提出了一种超声检测材料中缺陷的方法，该方法包括以下步骤，对于多对发射位置和接收位置：
从超声发射换能器发射超声，其中所述超声发射换能器布置在发射位置处抵靠在所述材料上；
通过超声接收换能器获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅，其中所述超声接收换能器布置在相对于所述发射位置的接收位置处抵靠在所述材料上，
其特征在于，该方法包括以下步骤：
对于每个测量位置，使用对应于在材料表面传播的超声波的接收，在测量持续时间的初始部分期间、在所述测量位置中的至少一个时间信号所取的值来确定所述测量位置的归一化项；
对于每个测量位置，在测量期间在所述测量位置处的时间信号的归一化使用在所述测量位置的所述时间信号确定的所述测量位置的归一化项来进行，以获得归一化的时间信号，
处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。
具体地，该方法使得能够补偿贴附在材料上的探头质量的变化。实际上，在测量开始时(并非测量之前)对于每个位置确定归一化项使得归一化能够在进行测量时适于探头的配置的获取。
本发明有利地通过以下特征，以单独的或任何技术上可能的结合的方式，来完成。
超声由超声发射换能器在脉冲持续时间内发射，并且所述测量持续时间的初始部分是比在发射位置和接收位置之间的材料表面上传播的超声波的传播时间加两倍的脉冲持续时间更短的持续时间，其中，所述持续时间从所述脉冲开始时测量；
所述归一化项是由对应于在材料的表面处传播波的超声的接收，在所述测量持续时间的初始部分期间的所述时间信号所取的值的临时平均功率来确定的；
对于测量位置，归一化项的平方正比于对应于在材料的表面传播的超声波的接收，在所述测量持续时间的初始部分期间由时间信号所取的值的临时平均功率，所述测量持续时间的初始部分；
该方法还包括确定超声波的发射位置和相应的接收位置之间的传播时间，其中，由不同测量位置的传播时间确定测量位置的归一化项；
测量位置的传播时间通过将时间信号与表示超声波接收的参比信号关联起来来确定；
对于多个传播时间分组的每个时间分组，对于具有属于所述时间分组的传播时间的测量位置，所述临时平均功率由对应于在材料的表面传播的超声波的接收，在测量持续时间的初始部分期间时间信号获取的值来确定，和
测量位置的归一化项是由所述测量位置处的传播时间分组的临时平均功率确定的，所述传播时间分组对应于所述测量位置的传播时间；
测量位置的归一化项是根据所述测量位置处传播时间分组的平均功率的临时平均值来确定的，所述传播时间分组对应于测量位置的传播时间；
对应于分布在部分材料表面的测量位置的空间滤波用于过滤属于所述表面部分的测量位置的归一化项。
本发明还涉及一种用于自动数据处理的系统，所述系统包括适用于根据本发明的方法的处理器和存储器，
并且配置为实施至少以下步骤：
对于每个测量位置，使用对应于在材料表面传播的超声波的接收，在测量持续时间的初始部分期间在所述测量位置中的至少所述时间信号所取的值来确定所述测量位置的归一化项；
对于每个测量位置，在测量期间在所述测量位置处的时间信号的归一化使用在所述测量位置的所述时间信号确定的所述测量位置的归一化项来确定，以获得归一化时间信号，
处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。
本发明还涉及一种计算机程序产品，包括用于当所述程序在计算机上被执行时执行根据本发明的方法的程序代码指令。
附图说明
借助以下描述将更好地理解本发明，该描述涉及作为非限制性示例给出的优选实施例，并且参考所附示意图进行说明，其中：
图1，之前所讨论的，示出了对应于针对多个测量位置的所述时间信号的衍射区的部分时间信号的最大值的示例的图，其揭示了结构噪声和耦合错误；
图2示出了用超声波探头对管道的检查；
图3示出了对于给定角度的二维高度/时间表示的示例，其示出了测量时间信号的各个部分；
图4示出了针对本发明的一个可能的实施方式中图1的示例的归一化项的图；
图5使用图1的示例，示出了在本发明的一个可能的实施方式中针对多个测量位置的归一化的时间信号的最大值的图；
图6使用图1的示例，示出了超声波的传播时间图；
图7示出了针对本发明的一个可能的实施方式中的图1的示例的归一化项的图。
具体实施方式
出于示意性目的，将结合使用超声换能器对由金属材料制成的管道进行的无损检测来进行以下描述。其他类型的表面也能被检查，并且本发明不限于管道。换能器获取测量值通常采用，特别是通过称为“衍射时差法”的技术，更常见为首字母缩写TOFD，其数据获取协议能用于本发明。
作为示例，通常用于无损检测的超声波的频率范围可以是0.1MHz～50MHz，而最常用的频率是2MHz～10MHz。因此，对于诸如钢或铝的金属，该频带中的波长实际上为3mm～0.5mm。
图2示出了位于管道10的表面11处的探头1，该探头检查具有缺陷13的管道10。探头1的发射换能器14和接收换能器15布置成与管道10的纵向轴线对齐。因此，它们处于与管道10的所述纵向轴线平行的平面中。
探头1在材料表面移动，并且对于每个测量位置，探头1发射和接收超声波，其振幅限定该测量位置的测量值。使用的测量位置取决于所采用的方法。例如，它可以是超声波的接收位置、发射位置或其他位置，例如探头1的点在接收位置和发射位置之间是等距的。测量位置的定义仅影响测量位置和材料之间的几何对应关系。从一个定义的测量位置到另一定义的测量位置仅仅涉及变换相对于管道10的表面的测量值。
以这种方式获取的数据被定义为与每个测量位置相关的时间相关的振幅。如果测量位置记为z并且信号的振幅记为x，则由探头接收的测量位置z的时间信号记为x(z,t)。应当注意，在这里给出的示例中，位置z由高度h和角度θ来定义。还可以注意到x(z,t)＝x(h,θ,t)。高度和角度的步长取决于所寻求的精度和换能器发射和接收声束的尺寸特性。例如，可采用0.1mm～2mm之间的高度步长和1°～3°之间的角步长。
为了测量，从抵靠材料放置的超声发射换能器14发射超声波。探头在管道上移动，并且对于多个发射位置，发射超声波，通常以短脉冲时长的脉冲形式发射。例如，这种脉冲可以采用矩形信号或衰减正弦信号的形式。由发射换能器14发射的超声波在管道的11处进入管道10中，然后在所述管道10的材料中传播。
对于多对发射位置和接收位置，根据本发明的方法还包括在发射位置处抵靠材料放置的超声发射换能器14发射超声波，并且通过在相对于所述发射位置的接收位置处抵靠材料放置的超声接收换能器15获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量持续时间期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅。
时间信号通常采用A或A-扫描的形式表示，它是针对测量位置的时间信号，其数据记为x(h,θ,t)或x(z,t)。当然可以定义其他表示方式，例如B表示对于给定高度或给定角度的高度/时间具有二维角度/时间信号。
特别地，另一种表示方式也将用于示例性目的。这就是表示方式C或C-扫描，它是对应于每个测量位置测量的最大振幅(绝对值)的二维信号：
或
Figure GDA0002150866880000072
例如此前讨论的图1就是是C-扫描。
超声波传播到超声接收换能器15。由超声接收换能器15接收的波可以来自若干路径，如图2所示。第一路径16对应于超声波的最短路径，在这种情况下，第一路径16对应于超声发射换能器14和超声接收换能器15之间的材料表面。这种在材料表面传播的超声波被称为横向波。
其他路径17构成材料内部的超声波的其他路径，这些路径在接收换能器15的方向上被缺陷13衍射。最后，最长路径18是超声波的最长路径，它在接收换能器15的方向上被材料的相对的表面(在这种情况下是管道10的外壁12)反射。
这些不同的路径在时间信号A-扫描中产生可识别的不同区域。为了说明这种效果，图3示出了对于给定角度的高度/时间的B-扫描。
在该图3中，可以识别对应于在材料表面传播的超声波接收的第一区域21。这是测量持续时间的初始部分，因为这些波在超声发射换能器和超声接收换能器之间选择了最短路径16。因此，在材料表面传播的超声波可以被命名为横向波。在图3中，对应于横向波的该初始部分处于前60个时间间隔内。
第二区域22对应于在材料表面以内传播的超声波的接收，这些超声波已经被材料衍射，特别是由于材料内部的缺陷和不规则性引起的衍射。使用术语“衍射区”。该第二区域22主要用于检测材料内部的缺陷。
还观察到，在该衍射区域22内发现，例如，表示结构噪声24的部分或表示缺陷25的部分。
第三区域23对应于背景回波，因此由被外表面12反射的超声波组成。这些波是选择了最长路径18的波，因此从逻辑上是在第180个时间间隔之后在测量末端处的波。
本发明提出利用在测量持续时间的初始部分期间的时间信号所取的值(对应于在材料表面传播的超声波的接收)，以便从整体上对每个时间信号进行归一化以补偿表面不规则的影响。
为此，提出了针对每个测量位置根据测量持续时间的初始部分期间在该测量位置的至少一个时间信号所取的值(对应于表面传播的超声波的接收)来确定归一化项，并且随后，在测量持续时间内使用所述归一化项对时间信号进行归一化，以获得归一化的时间信号。优选地，归一化项由多个测量位置的时间信号所取的值确定。
测量持续时间的初始部分可以被定义为包含在测量开始时，直到获取在其中包括横向波的测量值时所获取的数据。因此，它包含横向波的测量值，但有可能还包括其他测量值，例如包括通过最短路径传播的超声波，其可以与横向波不同。实际上，当材料的表面是平坦的时，如在图2的示例中，通过材料中的最短路径传播的超声波是在材料表面传播的波。这同样适用于凹面。
相反，对于凸面，在发射位置和接收位置之间的材料中直接传播的超声波在材料表面传播的超声波到达之前到达。通过直接路径传播的这些超声波也在初始部分中测量。在这种情况下，对应于材料表面传播的超声波的接收的测量持续时间的初始部分不仅覆盖了在材料表面传播的超声波的所述接收，而且还覆盖超声波通过直接路径传播的更早的接收。
所述初始部分延伸至超声波在发射位置4和接收位置5之间的材料表面传播所用的时间。因此，初始部分可以是，例如，比在发射位置4和接收位置5之间的材料表面传播的超声波的传播时间加两倍的发射时长还要短的持续时间，以便确保确实已接收所有的横向波。因此，持续时间从开始发射起计。还可以使用所进行的测量来定义该初始部分选择的界限，例如在图3中，其中，该初始持续时间等于大约60个最初的时间间隔。
因此，为了归一化时间信号，不使用整个时间信号，而仅使用对应于测量持续时间的初始部分的时间信号的部分，该部分对应于在材料表面传播的超声波的接收，即横向波的接收。所述归一化项并非由所述时间信号的后续部分确定的。具体地，该归一化项不是由对应于传播路径长于材料表面处传播的超声波的接收的测量持续时间的部分确定的。
因此，通过从用于该归一化的数据中删除按时间顺序在材料表面传播的超声波的接收(即横向波的接收)之后的所述测量值，还可以提供选择或提取对应于测量持续时间的初始部分的时间信号部分的在前步骤。
归一化项可以根据测量持续时间的初始部分期间的时间信号所取的值(对应于材料表面处传播的超声波的接收)的临时平均功率来确定。例如，对于一个测量位置，归一化项的平方正比于所述测量持续时间的初始部分期间的时间信号所取的值(对应于在材料的表面传播的超声波的接收)的临时平均功率。
如果对于测量位置z的归一化项被记为C(z)，则因此给出，例如：
Figure GDA0002150866880000091
其中，N横向波是属于相应于在材料表面传播的超声波的接收的测量持续时间的初始部分的测量值的数目。
应当注意，横向波POL(z)的临时平均功率等于：
尽管可以使用根据振幅值的临时平均功率确定的这种归一化项来直接归一化与测量位置相对应的时间信号，但是可以观察到该归一化项的相对强的可变性，特别是由于结构噪声引起的可变性。
因此，优选地，归一化项由多个测量位置的时间信号所取的多个值确定。对应于分布在部分材料表面的测量位置的空间滤波可用于过滤属于所述表面部分的测量位置的归一化项。因此，例如应用中值空间滤波器，即以滑动窗口的形式由所讨论的值的中值构造的空间滤波。也可以使用平均值，但中值优于平均值，这是防止平滑任何突然的贴附变化(variations de plaquage)。滤波的窗口必须足够大以明显地降低噪声，并且足够小以免掩盖小的局部贴附变化。例如，可以采用尺寸5mm～20mm之间以及15度～35度之间的窗口(对于具有上述间隔的管道)。
图4示出了对于图1的示例以这种方式获得的归一化项的图，其中，最低值显示为深色，并且最高值显示为亮色。黑框2和3中包含表面不规则引起耦合错误的区域。这些区域中的归一化项所取的低值，以及相反地归一化项所取的较高值，使得受耦合错误影响的时间信号的小的振幅能够被补偿。这些归一化项可，例如，通过将它们的值除以归一化项，而用于归一化A-扫描的时间信号。
图5是C-扫描，其示出了通过作为在空间滤波之后的实例确定的归一化项得到的用于图1的A-扫描的归一化的结果，限于对应于衍射区的部分，并且因此表示结构噪声。可以观察到由于耦合错误引起的不规则性的大幅衰减，所述耦合错误已经在图1中的黑框2、3中被识别出。
为了确定测量位置的归一化项，也可以使用对应于所述测量位置的超声波的传播时间。在这种情况下，再次说明，使用在对应于材料表面传播的超声波的接收的测量持续时间的初始部分期间的多个测量位置的时间信号。
为此，针对每个测量位置确定超声波的发射位置4和相应的接收位置5之间的传播时间。测量位置处的所述传播时间可以通过将所述时间信号与参比信号相关联来确定，所述参比信号代表在被检查区域中沿最短路径传播的超声波的接收。该路径例如可以位于材料的表面，在这种情况下，参比信号代表表面传播的超声波的接收，或者，可以是在材料中的直接路径，具体地，如果表面是凸面的，在这种情况下，参比信号表示通过直接路径传播的超声波的接收。
该参比信号例如可以是理想的理论信号，或者是通过模拟计算的信号。还可以是根据经验来自对应于横向波接收的一组测量值定义的参比信号。例如，可以采用先前获取的超声波接收的一组测量值的空间平均值来定义该参比信号。
相关峰值对应于超声波的接收，因此，如果超声波发射脉冲的时刻是已知的，则能够确定该超声波的传播时间。除了发射脉冲的时刻之外，还可以使用相对于发射脉冲的时刻的固定的所有其他时间参考。如果这个参考的时间点相对于发射脉冲的时刻是固定的，则该参考尤其可以是测量持续时间的开始。
因此，图6示出了由图1所示的实例产生的传播时间图，其中，最短路径时间显示为深色，并且最长路径时间显示为亮色。黑框2和3中包含表面不规则引起耦合错误的区域。因此可以观察到，可以借助于传播时间来揭示表面不规则性，并且因此能够使用后者来归一化时间信号，以补偿耦合错误的影响。
作为实例，能使用横向波的传播时间与经由横向波接收的功率之间的关系来确定归一化项。因此，能够根据横向波的临时平均功率来构建测量位置z的归一化项C(z)。
更具体地：
对于多个传播时间分组的每个时间分组，对于具有属于所述时间分组的传播时间的测量位置，由对应于材料的表面传播的超声波的接收、在测量持续时间的初始部分期间的时间信号获取的值来确定，和
测量位置的归一化项是根据对应于所述测量位置的传播时间的传播时间分组的测量位置的临时平均功率确定的。
具体地，测量位置的归一化项能够根据相应于测量位置的传播时间的传播时间分组的测量位置的临时平均功率来确定。
因此，首先获得校正的临时平均功率，校正的临时平均功率将平均功率与每个时间分组相关联起来：
Figure GDA0002150866880000111
其中，Nt是对于属于时间t的测量分组的横向波传播时间的测量位置的数目，并且其中，
Figure GDA0002150866880000112
经校正的临时平均功率POL，校正随后用于确定归一化项C(z)：
Figure GDA0002150866880000113
图7示出了对于图1的实例以这种方式获得的归一化项的图，其中，最低值显示为深色，并且最高值显示为亮色。黑框2、3中包含表面不规则引起耦合错误的区域，这已经在图6所示的传播时间图示出。这些区域中的归一化项所取的低值，以及相反地在其他区域归一化项所取的较高值，使得能够补偿受耦合错误影响的时间信号的小的振幅。
如上所述，这些归一化项可用于归一化A-扫描的时间信号，例如通过将它们的值除以归一化项。
此外，如上所述，对应于分布在部分材料表面的测量位置的空间滤波可用于过滤属于所述表面部分的测量位置的归一化项。
当时间信号已被归一化时，就可以使用已知的缺陷检测方法，例如通过将归一化值与阈值进行比较，或者通过使用更复杂的方法，这些方法不仅能够检测缺陷，而且还能够表征缺陷。
具体地，在衍射区内由归一化的时间信号能够构建一种上文提及的表示方式，典型地为C-扫描，即，对于相应于在材料内部传播的超声波的接收的测量持续时间，不包括横向波或回波，来建立，并随后由该表示形式通过对该表示形式的值的分析来检查缺陷。
所描述的方法通常由具有处理器和存储器的计算机实施。为此，提出了一种计算机程序产品，其包括用于当所述程序在计算机上被执行时执行根据本发明的方法的程序代码指令。
本发明不限于附图中所示的实施方式。修改也是可能的，特别是从各种元件的构造的观点来看，或者通过替换技术等同物，而不超出本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声检测材料中缺陷的方法，所述方法包括以下步骤，对于多对发射位置和接收位置：
从超声发射换能器(14)发射超声，其中所述超声发射换能器(14)布置在发射位置(4)处抵靠在所述材料上，且所述超声发射换能器(14)在脉冲持续时间内发射所述超声；
通过超声接收换能器(15)获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量持续时间期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅，其中所述超声接收换能器(15)布置在相对于所述发射位置的接收位置(5)处抵靠在所述材料上，
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对于每个测量位置，使用在测量持续时间的初始部分期间在所述测量位置中的至少一个时间信号所取的值来确定所述测量位置的归一化项，所述测量持续时间的初始部分对应于在所述材料的表面传播的超声波的接收；其中，所述测量持续时间的初始部分是比在发射位置(4)和接收位置(5)之间的所述材料的表面上传播的超声波的传播时间加两倍的脉冲持续时间更短的持续时间，其中，所述持续时间从脉冲开始时测量；
对于每个测量位置，在测量持续时间期间在所述测量位置处的时间信号的归一化是使用在测量持续时间的初始部分期间在所述测量位置的至少一个时间信号确定的所述测量位置的归一化项来进行，以获得归一化的时间信号；
处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述归一化项是由在与在所述材料的表面传播的超声波的接收对应的所述测量持续时间的初始部分期间的所述至少一个时间信号所取的值的临时平均功率来确定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，对于测量位置，归一化项的平方正比于在与在所述材料的表面传播的超声波的接收对应的所述测量持续时间的初始部分期间的所述至少一个时间信号所取的值的临时平均功率。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定超声波的发射位置(4)和相应的接收位置(5)之间的传播时间，并且其中，由不同测量位置的传播时间确定测量位置的归一化项。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，测量位置的传播时间通过将所述至少一个时间信号与表示超声波接收的参比信号关联起来而确定。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中：
对于多个传播时间分组的每个传播时间分组，对于具有属于所述传播时间分组的传播时间的每个测量位置，临时平均功率由在与在所述材料的表面传播的超声波的接收对应的测量持续时间的初始部分期间的所述至少一个时间信号所取的值来确定，和
测量位置的归一化项是由与该测量位置的传播时间对应的传播时间分组的测量位置的临时平均功率确定的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述测量位置的归一化项是由与该测量位置的传播时间对应的传播时间分组的测量位置的临时平均功率的平均值来确定的。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对应于分布在所述材料的表面部分的测量位置的空间滤波用于过滤属于所述表面部分的测量位置的归一化项。
9.一种计算机可读存储介质，包括存储在其上的程序代码指令，当所述程序代码指令被处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求1～8中任一项所述的方法。
CN201780032628.1A 2016-05-25 2017-05-24 通过超声检测材料中的缺陷的方法 Active CN109196350B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1654708A FR3051913B1 (fr) 2016-05-25 2016-05-25 Procede de detection par ultrasons de defauts dans un materiau
FR1654708 2016-05-25
PCT/FR2017/051282 WO2017203166A1 (fr) 2016-05-25 2017-05-24 Procede de detection par ultrasons de defauts dans un materiau

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109196350A CN109196350A (zh) 2019-01-11
CN109196350B true CN109196350B (zh) 2020-01-14

Family

ID=56404194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780032628.1A Active CN109196350B (zh) 2016-05-25 2017-05-24 通过超声检测材料中的缺陷的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10551352B2 (zh)
EP (1) EP3465197B1 (zh)
CN (1) CN109196350B (zh)
CA (1) CA3025465C (zh)
ES (1) ES2794825T3 (zh)
FR (1) FR3051913B1 (zh)
WO (1) WO2017203166A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018136769A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 Aegion Coating Services, Llc Pipe joint inspection
CN109828027A (zh) * 2019-02-27 2019-05-31 广东核电合营有限公司 不等厚对接焊缝检测方法
CN112114036A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 霍尼韦尔国际公司 用于检测防护头盔中的内部缺陷的方法、装置和系统
CN110514745B (zh) * 2019-09-02 2020-08-21 北京理工大学 一种基于多频声发射信号的缆索断丝位置确定的方法
CN112526600B (zh) * 2019-09-19 2023-12-12 中国石油化工股份有限公司 一种扫频超声波激发信号的振幅补偿方法及系统
FR3113136A1 (fr) * 2020-07-30 2022-02-04 Vallourec Tubes France Procédé de contrôle dynamique par imagerie ultrasonore
CN113960178A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 南京裕扬工程检测有限责任公司 一种基于tofd技术的精准扫查方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0330735A2 (en) * 1988-03-02 1989-09-06 Westinghouse Electric Corporation Measurement of intergranular attack in stainless steel using ultrasonic energy
US5932807A (en) * 1994-10-25 1999-08-03 U.S. Philips Corporation Device for the non-destructive testing of hollow tubular objects by means of ultrasound
JP2009270824A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd 超音波探傷方法及び装置
CN101762639A (zh) * 2010-01-07 2010-06-30 中北大学 聚合物生产过程中混合状态超声在线监测方法
CN103380386A (zh) * 2011-01-06 2013-10-30 路博润公司 超声波测量
CN103946719A (zh) * 2011-09-26 2014-07-23 安大略发电有限公司 超声矩阵检验
CN104956218A (zh) * 2013-02-07 2015-09-30 西门子公司 用于在不规则的测量时改善saft分析的方法和装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7353709B2 (en) 2005-07-06 2008-04-08 National Research Council Of Canada Method and system for determining material properties using ultrasonic attenuation
GB201314481D0 (en) * 2013-08-13 2013-09-25 Dolphitech As Imaging apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0330735A2 (en) * 1988-03-02 1989-09-06 Westinghouse Electric Corporation Measurement of intergranular attack in stainless steel using ultrasonic energy
US5932807A (en) * 1994-10-25 1999-08-03 U.S. Philips Corporation Device for the non-destructive testing of hollow tubular objects by means of ultrasound
JP2009270824A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Kawasaki Heavy Ind Ltd 超音波探傷方法及び装置
CN101762639A (zh) * 2010-01-07 2010-06-30 中北大学 聚合物生产过程中混合状态超声在线监测方法
CN103380386A (zh) * 2011-01-06 2013-10-30 路博润公司 超声波测量
CN103946719A (zh) * 2011-09-26 2014-07-23 安大略发电有限公司 超声矩阵检验
CN104956218A (zh) * 2013-02-07 2015-09-30 西门子公司 用于在不规则的测量时改善saft分析的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3465197A1 (fr) 2019-04-10
CA3025465C (fr) 2021-03-23
US10551352B2 (en) 2020-02-04
FR3051913B1 (fr) 2020-12-11
US20190339233A1 (en) 2019-11-07
CN109196350A (zh) 2019-01-11
CA3025465A1 (fr) 2017-11-30
ES2794825T3 (es) 2020-11-19
FR3051913A1 (fr) 2017-12-01
WO2017203166A1 (fr) 2017-11-30
EP3465197B1 (fr) 2020-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109196350B (zh) 通过超声检测材料中的缺陷的方法
KR101833467B1 (ko) 초음파를 통해 불균일 재료 내의 결함을 검출하고 특징화하는 방법
CN100554874C (zh) 利用超声扫描数据检查对象的方法和系统
JP6441321B2 (ja) 超音波伝送による改良型検査方法
US20120226159A1 (en) Ultrasonic scanning system and ultrasound image enhancement method
WO2007030378A1 (en) Inspection system for inspecting a structure and associated method
KR102786046B1 (ko) 초음파 탐상 방법, 초음파 탐상 장치, 강재의 제조 설비 열, 강재의 제조 방법, 및 강재의 품질 보증 방법
JP5192939B2 (ja) 超音波探傷による欠陥高さ推定方法
CN112997075B (zh) 对异质材料中缺陷进行超声检测和表征的方法
CN103472140B (zh) 一种超声相控阵成像探伤强度标定方法
JP5112942B2 (ja) 超音波探傷方法及び装置
RU2550825C1 (ru) Способ динамической калибровки ультразвукового дефектоскопа
US20210278373A1 (en) Ultrasonic probe
JP4580957B2 (ja) コンクリート構造物の非破壊検査方法
JP4405821B2 (ja) 超音波信号検出方法及び装置
JP2009058238A (ja) 欠陥検査方法および装置
JP2014211398A (ja) 管状構造物の欠陥検査方法及び装置
KR20070065934A (ko) 위상배열 초음파 결함길이평가 장치 및 그 방법
JP4746365B2 (ja) 表面検査方法
RU2714868C1 (ru) Способ обнаружения питтинговой коррозии
US11054399B2 (en) Inspection method
JP2005315766A (ja) 超音波探傷方法及び超音波探傷装置
JP2006177872A (ja) 超音波探傷方法及び超音波探傷装置
Mirchev et al. Application of Synthetic Aperture Focusing Technique for inspection of plate-like structures using EMAT generated Lamb waves
Hesse et al. Detection of critical defects in rails using ultrasonic surface waves

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant