專利名稱：超聲建模的制作方法
超聲建模本發(fā)明涉及超聲建模。更具體地，本發(fā)明涉及一種利用超聲波給如管道這樣的物 體的表面建模的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明建立的模型可包含溫度模型、高度模型或兩者。已知利用超聲波獲得物體(如柱子或管道)表面上的信息。通常，超聲脈沖被 朝向物體傳輸，反射脈沖被接收，并記錄脈沖的傳播時(shí)間。脈沖的傳播時(shí)間(“飛行時(shí)間 (times-of-flight)”)上的任何差別都指示了物體表面相對高度方面的差異(且因此指示 了壁厚方面的差異)。該已知技術(shù)的例子在美國專利US 3 930 404號(hào)中公開。美國專利US 5 965 818公開了一種利用超聲拉姆(Lamb)波測量由于管支架處的 局部腐蝕導(dǎo)致的壁厚減小的方法。利用兩個(gè)換能器使拉姆波在圓周方向沿管壁傳播。通過 比較測得的飛行時(shí)間數(shù)據(jù)，可以對由腐蝕造成的飛行時(shí)間的變化進(jìn)行量化。然而，這樣的已知方法忽視了溫度可能對超聲測量具有的影響。局部溫度變化可 導(dǎo)致超聲波的折射，因?yàn)樵诰哂胁煌瑴囟鹊膮^(qū)域之間，超聲波的傳播速度可表現(xiàn)出變化。折 射導(dǎo)致延遲，也就是更長的傳播時(shí)間，這也指示高度差異。因此，局部溫度變化可被誤認(rèn)為 高度差異，從而導(dǎo)致表面的任何高度模型中的誤差。美國專利US 7 286 964公開了一種利用聲波(如拉姆波)來監(jiān)測物體的結(jié)構(gòu)健 康狀態(tài)并生成層析圖像的方法。這種已知方法也涉及確定環(huán)境溫度調(diào)節(jié)參數(shù)。調(diào)節(jié)應(yīng)用于 被監(jiān)測的整個(gè)表面而非局部。因此，由于局部溫度變化造成的折射沒有得到補(bǔ)償，且可能發(fā)
生測量誤差。國際專利WO 2004/099764公開了一種利用聲信號(hào)確定管道、導(dǎo)管、容器或其它物 體中的結(jié)構(gòu)特征的方法。所述文獻(xiàn)沒有提及溫度對該方法的影響。英國專利申請GB 2 300 717公開了一種對管道節(jié)段(segment)中的溫度進(jìn)行建 模的方法。在幾個(gè)站點(diǎn)直接測量液體溫度和環(huán)境溫度。然后，利用動(dòng)能、輻射和傳導(dǎo)的影響 來計(jì)算管道區(qū)段中的溫度。計(jì)算的區(qū)段溫度用于確定液體和管道兩者的凈膨脹和收縮。該 已知方法的空間分辨率受測量站點(diǎn)和管線區(qū)段的數(shù)目所限制。該方法不能提供管線區(qū)段的 圓周溫度分布，也不能提供具有高分辨率的縱向溫度分布。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它問題，從而提供一種用于建立表面的 溫度模型的方法和裝置，該模型能夠以改進(jìn)的空間分辨率指示表面的局部溫度變化。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供建立表面的溫度補(bǔ)償高度模型的方法和裝置。因此，本發(fā)明提供了一種建立物體表面的溫度模型的方法，該方法特征在于·利用超聲換能器，用于產(chǎn)生和接收基本非分散的超聲波， 利用測量出的基本非分散超聲波在物體表面上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基 于模型的預(yù)測值之間的任何差異，來反復(fù)地調(diào)節(jié)溫度模型，以及 溫度模型表示表面的局部溫度。通過利用基本非分散波來建立溫度模型，使得表面高度(或管厚度)的影響基本 被消除。結(jié)果，傳播時(shí)間的任何差異將基本完全由溫度差異所導(dǎo)致。與只產(chǎn)生整體溫度信息的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，通過使用表示表面的局部溫度的溫 度模型，可提供詳細(xì)的表面信息。本發(fā)明允許確定表面上的多個(gè)點(diǎn)的局部溫度，這些點(diǎn)間隔小于一米(如間隔僅幾厘米或幾分米)，且也允許確定管道或圓筒的圓周方向上的溫度差異。優(yōu)選地，基本非分散波具有有限的頻率范圍，或者至少有限的頻率范圍，從而減少 或消除頻率(波長)對傳播時(shí)間的影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，分散波分解成不同頻率的 成分。由于超聲波在表面上傳播的速度通常是頻率相關(guān)的，所以分散波有擴(kuò)展(spread， 擴(kuò)散)的傾向，因此具有不明確的到達(dá)時(shí)間，除非利用分散校正。非分散波不易分成組元 (constituent element)。然而，除非將波的頻帶保持得較窄，否則難于產(chǎn)生完全非分散的 波且可發(fā)生一些分散。本發(fā)明提供了一種利用超聲換能器為物體表面建立溫度模型的方法，其中，優(yōu)選 地，溫度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)指示表面的局部溫度，并且其中，優(yōu)選地，通過將 超聲波從第一超聲換能器傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)第二超聲波換能器來測量傳播時(shí)間，第一超聲 換能器和每個(gè)第二超聲換能器沿表面限定了相應(yīng)的路徑。通過提供包含指示表面局部溫度的表面點(diǎn)的溫度模型，可為局部溫度和局部溫度 差異有效地建模，每個(gè)表面點(diǎn)表示表面上的一個(gè)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的溫度模型可視為溫度分 布模型，指示表面的溫度分布。優(yōu)選地，重復(fù)執(zhí)行產(chǎn)生基于模型的預(yù)測值和調(diào)節(jié)的步驟，直到差異小于一閾值，該 閾值優(yōu)選為預(yù)先確定的。通過反復(fù)調(diào)節(jié)溫度模型，使其成功地與測量到的傳播時(shí)間吻合。通 過使用閾值，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到足夠精確度時(shí)，重復(fù)過程終止。本發(fā)明的方法優(yōu)選地進(jìn)一步包括層析反演步驟。該技術(shù)本身是已知的，其非常適 于在利用超聲波的傳播時(shí)間的同時(shí)為物體表面建模。 優(yōu)選地，超聲波導(dǎo)波，具體為脈沖導(dǎo)波。進(jìn)一步優(yōu)選地，脈沖波是SO模式(對稱型， 零級)波，因?yàn)镾O模式超聲波被發(fā)現(xiàn)非常適合溫度建模。本發(fā)明的方法可包括檢測這樣的表面點(diǎn)的進(jìn)一步的步驟，所述表面點(diǎn)的溫度低于 平均溫度減去閾值，該閾值優(yōu)選是預(yù)先確定的。這樣，可檢測局部溫度極值(“熱點(diǎn)”和“冷 點(diǎn)”)。特別地，對于可能由于液體滲漏導(dǎo)致的熱點(diǎn)或冷點(diǎn)的檢測，允許檢測到管道或其覆蓋 物中的孔。優(yōu)選地，平均溫度是整個(gè)表面的平均溫度?？商鎿Q地，平均溫度可為部分表面的平 均溫度。本發(fā)明也提供了用超聲換能器建立物體表面的高度模型的方法，該方法包含建立 以上限定的物體的表面溫度模型的方法，此方法進(jìn)一步包括以下步驟·用超聲換能器產(chǎn)生和接收基本分散的超聲波，以及 通過利用測得的基本分散超聲波在表面上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于模 型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)地調(diào)節(jié)高度模型。用同樣的超聲換能器，可建立溫度模型和高度模型。雖然基本非分散波優(yōu)選用于 建立溫度模型，但基本分散波優(yōu)選用于建立高度模型。在建立高度模型的方法中，進(jìn)一步優(yōu)選的是，高度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面 點(diǎn)指示表面的局部高度，該方法進(jìn)一步包括以下步驟·基于表面的高度模型來預(yù)測傳播時(shí)間，以及·基于溫度模型來校正預(yù)測的傳播時(shí)間。
通過用溫度模型校正高度模型，獲得更精確的高度模型。更具體地，通過基于溫度模型校正高度模型的預(yù)測傳播時(shí)間，針對局部溫度變化 而校正高度模型。換句話說，高度模型的調(diào)節(jié)和最終建立考慮了溫度模型，因此補(bǔ)償了任何 溫度影響，如因溫度差異導(dǎo)致的折射。因此，基于溫度模型校正測得的傳播時(shí)間的步驟優(yōu)選 包括用于因溫度梯度導(dǎo)致的任何折射的校正。優(yōu)選地，連續(xù)地建立溫度模型和高度(或形狀)模型，但在一些實(shí)施例中，可基本 同時(shí)地建立溫度模型和高度模型。更優(yōu)選的是，重復(fù)執(zhí)行產(chǎn)生基于模型的預(yù)測步驟、校正步驟和調(diào)節(jié)步驟，直到差異 小于一閾值，該閾值優(yōu)選是預(yù)定的。有利地，除了溫度校正以外，本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)的高度建模法還可包括對測得的 基本分散脈沖波傳播時(shí)間應(yīng)用相位校正的進(jìn)一步的步驟。在有利的實(shí)施例中，為獲得表面點(diǎn)的擴(kuò)展組，預(yù)測傳播時(shí)間的步驟包括對表面點(diǎn) 的組進(jìn)行插值的子步驟，傳播時(shí)間是用擴(kuò)展組計(jì)算的。本發(fā)明還提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于執(zhí)行以上限定的方法的數(shù)據(jù)處理(如，預(yù) 測、校正、和/或調(diào)節(jié))步驟。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可包括存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體(如CD或DVD)上的 計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令集。允許可編程計(jì)算機(jī)執(zhí)行上面限定的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令集也可 從遠(yuǎn)程服務(wù)器(如經(jīng)因特網(wǎng))下載獲得。本發(fā)明還提供了利用超聲換能器為物體的表面建模的裝置，該裝置包括·存儲(chǔ)器單元，其用于存儲(chǔ)表面的溫度模型，該溫度模型表示表面的局部溫度；·傳輸單元(transmission unit，傳輸單元)，其用于將基本非分散波從第一換能 器傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)第二換能器；以及·處理單元，其被配置成用于利用測量到的非分散超聲波在表面上的傳播時(shí)間與 所述傳播時(shí)間的基于模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)地調(diào)節(jié)溫度模型。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置可具有以下有利技術(shù)特征·存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的溫度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)指示表面的局部 溫度；并且·處理單元被進(jìn)一步配置成ο測量脈沖波的傳播時(shí)間，ο根據(jù)表面的溫度模型來預(yù)測傳播時(shí)間，ο響應(yīng)測量到的傳播時(shí)間和計(jì)算的傳播時(shí)間之間的任何差異，調(diào)節(jié)存儲(chǔ)的表面溫 度模型，和/或ο重復(fù)執(zhí)行預(yù)測步驟和調(diào)節(jié)的步驟，直到該差異小于一閾值，所述閾值優(yōu)選為預(yù) 先確定的。如上所述，本發(fā)明還設(shè)想了利用表面溫度模型和高度模型兩者。因此，該裝置的另 一優(yōu)選實(shí)施例具有以下特征·將存儲(chǔ)器單元進(jìn)一步設(shè)置為用于存儲(chǔ)表面的高度模型， 將傳輸單元進(jìn)一步設(shè)置為用于將基本分散脈沖波從第一換能器傳輸?shù)揭粋€(gè)或多 個(gè)第二換能器，以及 將處理單元進(jìn)一步設(shè)置為用于使用測量到的基本分散的超聲波在表面上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)調(diào)節(jié)高度模型。本發(fā)明的裝置提供與如上所述方法相同的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了用于監(jiān)測管道或儲(chǔ)罐的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)第一換能 器、至少一個(gè)第二換能器以及如上限定的裝置。有利地，該換能器和該裝置能夠無線通信。下面將參照附圖中示出的示例性實(shí)施例來進(jìn)一步解釋本發(fā)明，附圖中

圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明對其表面建模的物體。圖2示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的三維物體模型。圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的二維物體模型。圖4A和圖4B示意性示出了本發(fā)明中使用的超聲脈沖。圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的表面建模裝置。圖1中僅以非限制性實(shí)例方式示出了管道2，管道2包括將要建模的表面3。在所 示例子中，表面3具有例如可能由于腐蝕導(dǎo)致的凹陷部6。通過對表面3合理地建模，可確 定凹陷部6的程度和(相對)高度。第一換能器單元4和第二換能器單元5都安裝在管道2上，位于表面3的任一側(cè)。 雖然第一換能器單元和第二換能器單元都能夠傳輸和接收超聲波，但是本發(fā)明中，第一換 能器4用于傳輸超聲脈沖波，而第二換能器單元5用于接收這些波。換能器單元本身可以 是已知的并可以是壓電單元。由第一換能器4產(chǎn)生的脈沖波或脈沖有確定的持續(xù)時(shí)間，例如，數(shù)μ s(微秒)。實(shí) 際持續(xù)時(shí)間可取決于具體應(yīng)用，例如，取決于換能器單元的尺寸和相互距離。換能器的數(shù)目 可改變。應(yīng)提供至少一個(gè)第一換能器4和至少一個(gè)第二換能器5，但優(yōu)選的是使用多個(gè)第二 換能器5，例如，二、三、四、八個(gè)或更多個(gè)第二換能器5。使用多個(gè)第二換能器5可產(chǎn)生脈沖 波傳播的多個(gè)路徑且因此具有改進(jìn)的表面建模。類似地，優(yōu)選的是，使用一個(gè)以上的第一換 能器4。在圖2和圖3的例子中，使用了八個(gè)第一換能器4和八個(gè)第二換能器5，但本發(fā)明 不局限于這些具體數(shù)目。多個(gè)第一和/或第二換能器中的換能器優(yōu)選地均勻隔開，但這不 是必須的。圖2中示出了示例性的三維模型，而根據(jù)本發(fā)明的脈沖波傳播路徑和表面點(diǎn)的減 少是通過圖3中的二維模型的方式示出的。圖2中的三維模型基于圖3的二維模型72。每 種模型都可為溫度模型或高度模型。圖2中的模型70代表管道(例如，圖1中的管道2)的(外)表面。χ軸線和y軸 線沿管模型的橫截面延伸，而ζ軸線沿其縱向延伸。本實(shí)例中的尺寸單位為米(m)。圖2中 的三維模型實(shí)際上是圖1中物體2的重建。三維重建本身在層析成像領(lǐng)域中是已知的。圖2中建模的表面在一組第一換能器4和一組第二換能器5之間延伸。路徑71 在每個(gè)第一換能器4與每個(gè)第二換能器5之間延伸。脈沖沿這些路徑的傳播時(shí)間與路徑長 度成比例。沿平滑直表面延伸的路徑比跨越圖1中凹陷6的路徑更短。相應(yīng)地，沿這些路 徑的傳播時(shí)間將不同，且脈沖將在不同時(shí)間到達(dá)。模型將計(jì)算(即預(yù)測)脈沖沿不同路徑的到達(dá)時(shí)間。如果模型初始假設(shè)所有的路 徑具有相等的長度，則對于跨越凹陷6的路徑來說，在測得的傳播時(shí)間與計(jì)算的傳播時(shí)間 之間會(huì)出現(xiàn)差異。該差異可通過調(diào)節(jié)模型來補(bǔ)償。模型的初始值可基于實(shí)際物體(如管 道)的測量值和/或基于理論考量。
在圖3的二維實(shí)例中，水平軸線沿管模型的圓周R延伸，而ζ軸線沿其縱向延伸。 尺寸單位為米(m)。如圖3所示，第一換能器4和第二換能器5沿模型的圓周均勻隔開。由第一換能 器產(chǎn)生的脈沖將被第二換能器檢測。到達(dá)時(shí)間(以及進(jìn)而的傳播時(shí)間)至少近似地與在每 個(gè)第一換能器4和每個(gè)第二換能器5之間延伸的一組路徑71對應(yīng)。為了繪圖清晰，圖3僅 示出了這樣的一組路徑71。如上所述，模型包括關(guān)于物體表面(圖1中的3)的信息。在高度模型的情形中， 該信息可包括一組數(shù)值，所述數(shù)值代表表面的多個(gè)點(diǎn)的(相對或絕對)高度。類似地，在溫 度模型的情形中，該信息通常一組數(shù)值，所述數(shù)值包括代表表面的多個(gè)點(diǎn)(“取樣點(diǎn)”)的 (相對或絕對)溫度。如圖1所示，凹陷6處的表面高度比在第一換能器4處的小。為給表面精確建模， 需要大量表面點(diǎn)，例如，數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)表面點(diǎn)。然而，從測得的傳播時(shí)間直接確定表面 點(diǎn)將要求大量的計(jì)算。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種更有效的模型，其僅包含有限數(shù)量 的表面點(diǎn)，所以可顯著減少計(jì)算量。在所述實(shí)施例中，模型僅包含有限組的表面點(diǎn)73。這些“核心”表面點(diǎn)存儲(chǔ)于模型 中，且如果需要，可被調(diào)節(jié)，從而與觀察的傳播時(shí)間匹配。在所示實(shí)例中，模型中僅使用了 M 個(gè)表面點(diǎn)，因此，與上述數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)點(diǎn)相比，明顯節(jié)省了計(jì)算量。應(yīng)該理解，“核心”表面 點(diǎn)的數(shù)目可根據(jù)建模的表面尺寸和要求的精度而改變，且該數(shù)目在大于或小于M時(shí)效果 同樣好，例如16、30或50。在某些區(qū)域，模型的一部分的“核心”表面點(diǎn)的數(shù)目可增加以提 供更高分辨率。這種“核心”表面點(diǎn)數(shù)目的局部增加可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。為了精確地給表面建模和預(yù)測傳播時(shí)間，通常需要更大量的表面點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明 進(jìn)一步的方面，通過插值法得到表面點(diǎn)的擴(kuò)展組。即，如果需要，可對模型的一組表面點(diǎn) (“核心”表面點(diǎn))進(jìn)行插值，從而提供用于計(jì)算傳播時(shí)間和提供更詳細(xì)的表面信息的表面 點(diǎn)擴(kuò)展組。這樣，示例性數(shù)目的M個(gè)表面點(diǎn)可以擴(kuò)展到例如IOM個(gè)表面點(diǎn)。因此，用于所述實(shí)施例的模型可視為二級模型。在基本級上，確定并存儲(chǔ)有限的 (如對個(gè))表面點(diǎn)的組。這些“核心”表面點(diǎn)是根據(jù)測量的傳播時(shí)間而調(diào)節(jié)的。在較高級 上，用插值法確定且(暫時(shí)或永久)存儲(chǔ)表面點(diǎn)(如IOM個(gè))的擴(kuò)展組。因此，與直接獲 得的“核心”表面點(diǎn)不同，這些擴(kuò)展表面點(diǎn)是從測量的傳播時(shí)間中間接獲得的。利用擴(kuò)展點(diǎn)組，根據(jù)模型的傳播時(shí)間可用本身已知的數(shù)值技術(shù)精確確定。通常，每 個(gè)路徑71都被分成大量區(qū)段。對每一路徑，使用從模型獲得的表面點(diǎn)擴(kuò)展組中包含的高度 信息，計(jì)算所有路徑區(qū)段的傳播時(shí)間。然后通過計(jì)算特定路徑區(qū)段的傳播時(shí)間的總和來確 定每個(gè)路徑的傳播時(shí)間，得到計(jì)算的傳播時(shí)間。在大部分實(shí)施例中，測得的傳播時(shí)間是通過從脈沖的到達(dá)時(shí)間中減去其傳播時(shí)間 來確定的。通常通過記錄激活信號(hào)發(fā)送至第一換能器單元的時(shí)間的點(diǎn)來確定發(fā)送時(shí)間，而 通常通過記錄從第二換能器單元接收到檢測信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)來確定到達(dá)時(shí)間。然后比較計(jì)算的(即預(yù)測的)傳播時(shí)間與測量的傳播時(shí)間并記錄任何差異。然 后，利用可能本身已知的優(yōu)化方法對模型進(jìn)行優(yōu)化，以便消除差異。合適的已知優(yōu)化方法是 Levenberg-Marquardt 禾口高斯-牛頓(Gauss-Newton)方法。在本發(fā)明的方法中，可用表面波。表面波的優(yōu)勢在于，每個(gè)脈沖都獲得路徑(而不僅僅是一點(diǎn))的信息。已發(fā)現(xiàn)，瑞利波(Rayleigh wave)是非常合適的表面波，因?yàn)槠溲匚?體表面?zhèn)鞑?。因此，其傳播時(shí)間提供了表面結(jié)構(gòu)的非常精確的信息。然而，優(yōu)選是導(dǎo)波，尤其是當(dāng)不僅需要關(guān)于表面的信息而且還需要關(guān)于物體壁厚 的信息時(shí)。具體地，利用導(dǎo)波的有利的分散行為當(dāng)給定頻率時(shí)，波的傳播速度取決于壁厚。 因此，假設(shè)物體的溫度均勻，則任何測量的速度的改變都指示壁厚的變化。因此，根據(jù)本發(fā)明，溫度模型被提供來為物體的溫度分布建模。優(yōu)選反復(fù)進(jìn)行建 模，在隨后的重復(fù)中調(diào)節(jié)初始模型，直到由模型預(yù)測的超聲脈沖傳播時(shí)間與實(shí)際測量的超 聲傳播時(shí)間之間的任何差異小于閾值為止。該模型允許確定由于溫度差(也就是由于溫度 的任何不均勻分布)導(dǎo)致的任何傳播時(shí)間校正(或延遲校正)。這樣的溫度差可導(dǎo)致折射， 且因此延遲，并且如果不考慮在內(nèi)的話，可導(dǎo)致不準(zhǔn)確的高度測量值。 本發(fā)明中的溫度模型建立方法不僅允許建立精確的溫度模型，還允許通過利用溫 度模型校正任何計(jì)算的和/或測量的傳播時(shí)間來改進(jìn)表面(高度)建模法。即，可考慮由 于局部溫度差導(dǎo)致的任何折射，從而校正測量的和/或預(yù)測的傳播時(shí)間。因此，所得到的高 度模型精確得多。本發(fā)明建立兩類表面模型表示表面溫度分布的溫度模型和表示表面高度(或相 反，物體的厚度)的高度模型。溫度模型可單獨(dú)使用，以提供溫度信息，但也可用于通過考 慮任何折射延遲來校正高度模型(例如，通過確定在某一超聲波路徑中由于折射引起的預(yù) 期延遲，并從測量的延遲中減去預(yù)期延遲，以確定溫度補(bǔ)償?shù)难舆t)。本發(fā)明使用基本非分散(脈沖)波來建立溫度模型，并使用基本分散(脈沖)波來 建立高度(厚度)模型。這是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即，非分散波不取決或者基本不取決材料的 厚度(即材料的高度)。因此任何傳播時(shí)間差異都因此由于溫度變化所導(dǎo)致(假定超聲波 的頻率恒定)。另一方面，分散波取決于材料的厚度，也取決于溫度(再次假設(shè)頻率恒定)。 通過首先用非分散波確定溫度影響并且進(jìn)而用分散波確定高度影響并補(bǔ)償溫度影響，可獲 得非常精確的高度測量值，因此可獲得非常精確的高度模型。在使用SO模式時(shí)，能夠基于其頻率容易地選擇非分散波和分散波較低頻率范圍 產(chǎn)生非分散波，而高頻率范圍產(chǎn)生分散波。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，相位校正可用于校正分散波。這在圖4A和4B中示意性 示出，其中，圖4A示出了原始脈沖81 (粗線)和其相應(yīng)的失真脈沖82 (細(xì)線)，圖4B示出重 建的脈沖83。在圖4A中，所示的脈沖82因散射而失真與原始脈沖81相比，脈沖的原始相位關(guān) 系喪失，且脈沖在時(shí)間上(時(shí)域)展開。這就使得脈沖到達(dá)時(shí)間及其傳播時(shí)間的確定的精 度較低。可通過應(yīng)用(可選的)相位校正X來避免這種精度損失。在示例性實(shí)施例中，相 位校正X可表達(dá)為
權(quán)利要求
1.一種建立物體O)的表面(3)的溫度模型的方法，所述方法的特征在于使用超聲換能器G、5)，用于產(chǎn)生和接收基本非分散的超聲波；利用測量的基本非分散超聲波在所述表面C3)上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于 模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)調(diào)節(jié)溫度模型；并且所述溫度模型表示所述表面(3)的局部溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述溫度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)都指 示所述表面的局部溫度，并且其中，通過將超聲波從第一超聲換能器(4)傳輸?shù)揭粋€(gè)或多 個(gè)第二超聲波換能器( 來測量所述傳播時(shí)間，所述第一換能器和每個(gè)第二換能器沿所述 表面限定了相應(yīng)的路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，重復(fù)所述產(chǎn)生基于模型的預(yù)測值的步驟和所 述調(diào)節(jié)的步驟，直到所述差異小于一閾值，所述閾值優(yōu)選是預(yù)先確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，進(jìn)一步包括層析反演的步驟。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述超聲波是導(dǎo)波，優(yōu)選是SO模式 波，更優(yōu)選是脈沖SO模式波。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括檢測其溫度低于平均溫度減去閾值的 表面點(diǎn)的進(jìn)一步的步驟，所述閾值優(yōu)選是預(yù)先確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述平均溫度是整個(gè)表面(3)的平均溫度。
8.—種通過使用超聲換能器(4、幻建立物體O)的表面(3)的高度模型的方法，所述 方法包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的建立物體O)的表面(3)的溫度模型，所述方 法進(jìn)一步包括以下步驟使用所述超聲換能器G、5)，用于產(chǎn)生和接收基本分散的超聲波，以及利用測量的基本分散的超聲波在所述表面C3)上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于 模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)調(diào)節(jié)高度模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述高度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)都指 示所述表面的局部高度，所述方法進(jìn)一步包含以下步驟基于所述表面的高度模型，預(yù)測傳播時(shí)間，以及基于所述溫度模型校正預(yù)測的傳播時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，重復(fù)所述產(chǎn)生基于模型的預(yù)測值的步驟、所述 校正的步驟和所述調(diào)節(jié)的步驟，直到所述差異小于一閾值，所述閾值優(yōu)選是預(yù)先確定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，基于所述溫度模型校正傳播時(shí)間的步驟包 括對于由于溫度梯度造成的任何折射的校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，包括如下進(jìn)一步的步驟除了溫度校 正外，還對測量的基本分散波的傳播時(shí)間進(jìn)行相位校正。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，產(chǎn)生傳播時(shí)間的基于模型的預(yù)測值 的步驟包括對所述一組表面點(diǎn)進(jìn)行插值以獲得表面點(diǎn)擴(kuò)展組的子步驟，所述傳播時(shí)間是 利用所述擴(kuò)展組而計(jì)算的。
14.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法的數(shù)據(jù) 處理步驟。
15.一種用超聲換能器G、5)為物體O)的表面C3)建模的裝置(1)，所述裝置包括存儲(chǔ)器單元(11)，其用于存儲(chǔ)所述表面的溫度模型，所述溫度模型表示所述表面(3) 的局部溫度，傳輸單元(12)，其用于將基本非分散的波從第一換能器(4)傳輸至一個(gè)或多個(gè)第二換 能器(5)，以及處理單元(10)，其布置為用于利用測量的基本非分散的超聲波在所述表面C3)上的傳 播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)調(diào)節(jié)溫度模型。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器單元(11)中的溫度模型包含一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)都指示所述 表面的局部溫度，并且所述處理單元(10)被進(jìn)一步設(shè)置為用于測量脈沖波的傳播時(shí)間，根據(jù)所述表面的溫度模型預(yù)測所述傳播時(shí)間，響應(yīng)于測量的傳播時(shí)間與計(jì)算的傳播時(shí)間之間的任何差異，調(diào)節(jié)存儲(chǔ)的所述表面的溫 度模型，和/或重復(fù)所述預(yù)測的步驟和所述調(diào)節(jié)的步驟，直到所述差異小于一閾值，所述閾值優(yōu)選是 預(yù)先確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中所述存儲(chǔ)器單元(11)被進(jìn)一步設(shè)置為用于存儲(chǔ)所述表面的高度模型，所述傳輸單元(1 被進(jìn)一步設(shè)置為用于將基本分散的脈沖波從所述第一換能器(4) 傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)第二換能器( ，以及所述處理單元(10)被進(jìn)一步設(shè)置為用于利用測量的基本分散的超聲波在所述表面 (3)上的傳播時(shí)間與所述傳播時(shí)間的基于模型的預(yù)測值之間的任何差異，反復(fù)調(diào)節(jié)所述高 度模型。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述高度模型包括一組表面點(diǎn)，每個(gè)表面點(diǎn)都 指示所述表面的局部高度。
19.一種用于監(jiān)測管線或儲(chǔ)罐的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)第一換能器G)、至少一個(gè)第二 換能器(5)和根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的裝置(1)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述裝置(1)和所述換能器(4、幻能夠無線通
全文摘要
一種用超聲波換能器(4、5)建立物體(2)的表面(3)的溫度模型的方法，其包括通過利用測量的超聲波的傳播時(shí)間和其基于模型的預(yù)測值來反復(fù)調(diào)整溫度模型的步驟。用于建立溫度模型的超聲波優(yōu)選是基本非分散的超聲波。該方法可進(jìn)一步包括表面(3)的高度模型，使用基本分散的超聲波來建立該高度模型，并用溫度模型校正該高度模型。
文檔編號(hào)G01N29/44GK102089652SQ200980127340
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者彼得·雅各布斯·吉斯伯托斯·范貝克, 約斯特·赫拉爾杜斯·彼得魯斯·布洛姆, 阿爾諾·威廉·福雷德里克·福爾克爾, 阿簡·馬斯特 申請人:荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究會(huì)(Tno)