探測系統(tǒng)和探測外部保護(hù)層下的銹蝕的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明廣義地涉及探測系統(tǒng)，并特別（但不限于）適用于運(yùn)作以評估外部保護(hù)層 或涂層下的銹蝕程度的探測器（和探測系統(tǒng)方法論），保護(hù)層或涂層例如為油漆、絕緣層、 防火覆層或防銹蝕保護(hù)涂層，其施加在表面上，例如管或墻壁上。
【背景技術(shù)】
[0002] 探測和辨識基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)異常和瑕疵（包括裂紋和裂縫、穿透、孔隙度的變異、銹 蝕、解體和脫層）對于品質(zhì)控制、預(yù)防性維護(hù)和特別是安全方面的考慮是重要的。在本文 的范圍中，基質(zhì)可限定管、板或框架的結(jié)構(gòu)并可由各種已知的物料造成，包括金屬或復(fù)合材 料。就位后，從這些基質(zhì)形成的機(jī)械結(jié)構(gòu)即承受著各種環(huán)境和/或?qū)υ摶|(zhì)內(nèi)或外施加的 不同壓力。例如，一般的負(fù)重可產(chǎn)生彎曲的力矩，其在基質(zhì)中產(chǎn)生應(yīng)力。再者，這些環(huán)境可 以是化學(xué)上為腐蝕性或者機(jī)械上為磨蝕性的。
[0003] 就負(fù)面效果而言，如果我們考慮化工廠中的管或者橫跨沙漠的輸油管道，則這樣 的管的破裂會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)關(guān)閉并影響環(huán)境和安全。更具體而言，漏出的液體（例如油） 必須被安全地清理和棄置，而于管中運(yùn)行的液體的高速高壓泄漏可導(dǎo)致管破碎，并因此從 管的破碎基質(zhì)產(chǎn)生高速彈射物。因此，定期維護(hù)或具預(yù)測性的維護(hù)是必須的。
[0004] 很多飛機(jī)的機(jī)體現(xiàn)于關(guān)鍵構(gòu)件上（如機(jī)翼、副翼上）采用復(fù)合材料。若其結(jié)構(gòu)完 整性維持完好，這些物料是極強(qiáng)韌的，但任何裂紋或脫層皆可導(dǎo)致其快速喪失剛性并可引 致災(zāi)難性失效。因此，用于適航性評估的定期機(jī)體檢查對于飛機(jī)的大量面積皆是必須的，而 其中為機(jī)體提供剛性的基質(zhì)一般都被漆料覆蓋，其阻擋了直接的檢視。
[0005] -旦設(shè)在現(xiàn)場后，用于評估的成本和進(jìn)行評估所需的時(shí)間皆增加，原因簡單地就 是物理上難以訪及被調(diào)查的部件。換句話說，簡單地因?yàn)樵L及受限制，而令視察或機(jī)械性檢 查困難。
[0006] 再者，被調(diào)查的基質(zhì)常常是被保護(hù)涂層或絕緣層覆蓋，其（一般）是于最終生產(chǎn)點(diǎn) 或于實(shí)地組裝后施加的。任何覆蓋物皆阻礙直接目視評估，而任何覆蓋物或涂層過往皆導(dǎo) 致需要使用昂貴和精確放置的評測器材。因此，主動維護(hù)具有相對高的成本，因?yàn)閷^緣層 下銹蝕（"CUI"）或漆料下銹蝕（"CUP"）或涂層下銹蝕（"CUC"）的評估須求主動地將 絕緣物料或漆料揭開甚至直接去除以進(jìn)行對基質(zhì)的目視或其它量化的檢查，及后又必須妥 善、牢固地重新施加新的保護(hù)涂層或保護(hù)層。因此去除和重新施加任何涂層或?qū)泳哂幸欢?的成本，而任何去除的過程又帶來損壞基質(zhì)的可能性。其實(shí)也可以發(fā)生的情況是，去除了保 護(hù)涂層和保護(hù)層露出的管是處于合格的、機(jī)械上穩(wěn)定的狀態(tài)的。在這情況下，用于評測該 基質(zhì)以檢出磨損或銹蝕的跡象的成本本來是可避免的，因?yàn)楸緛硪膊恍枰M(jìn)行任何補(bǔ)救行 動。
[0007] 作為保護(hù)涂層的例子，（:hartek_?7是一高效能的環(huán)氧樹脂膨脹型防火涂層系統(tǒng)， 其被施加至鋼、鋁及其它基質(zhì)以保護(hù)這些基質(zhì)免受烴的池式和噴射式火災(zāi)影響。很多商業(yè) 保險(xiǎn)商皆推薦Chanek?7,其主要擬用于高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境，例如石油、天然氣、石油化工和發(fā)電 工業(yè)以及航運(yùn)上。FoamG丨as、K)是另一型的絕緣/保護(hù)性覆蓋物（見http://www.industry,foamglas.com/-/frontend/handler/document.php?id= 303&type= 42)〇
[0008] GB-A-2398946 (QinetiQ)描述了使用微波雷達(dá)探測表面的間斷，特別是用于火車 路軌的表面。其提供了毫米波長的雷達(dá)系統(tǒng)，以向被測試的表面發(fā)射毫米波長幅射的短促 脈沖。如果該表面沒有瑕疵或缺陷，大部分所發(fā)射的幅射便往預(yù)期中的方向被反射。其提 供了至少一個(gè)接收天線以探測有沒有任何所發(fā)射的幅射被表面的缺陷散射往預(yù)期反射方 向以外的方向。發(fā)射天線亦可作為接收天線操作，即單基雷達(dá)，但具分別的發(fā)射天線和接收 天線的雙基設(shè)置是優(yōu)選的。可使用多于一個(gè)接收天線以從不同角度檢查路軌，以提供增加 的靈敏度，并幫助確定缺陷的類別。所散射的幅射的偏振（polarization)屬性可用于提供 關(guān)于缺陷類別的資訊。另一接收天線可額外地或替代地被提供于預(yù)期的反射方向中，以在 有缺陷時(shí)探測出所接收的訊號功率減弱。
[0009] US2005/0098728-Alfano提供了用于非破壞性地探測涂了涂層的表面下的物料 的異常的系統(tǒng)和方法。太赫茲（THz)的照明單元照明涂了涂層的表面的區(qū)域。探測單元探 測從涂了涂層的表面中被照明的區(qū)域反射的光線，而處理單元從探測單元所接收的光學(xué)特 征將涂了涂層的表面中被照明的區(qū)域顯像化。因此，Alfano提出，大部分保護(hù)性的漆料和 涂層于這些波長中是透明的，所以可穿過漆料或多種其它保護(hù)性的涂層探測到銹蝕（意指 其可于某些波長中被照明從而被觀察到）。
[0010] 然而，Alfano' 728和QinetiQ' 946皆依靠將被調(diào)查的樣本保持于從觀察儀器某 指定距離和定向。更具體地，這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)依賴從具高度方向性的光源的沿軸的、沿 視線的或沿正交的照明。這照明方法引致表面的鏡面反射所導(dǎo)致的問題，并要求檢查儀器 (或樣本）于每個(gè)測量點(diǎn)皆要被重置。探測器定向和/或樣本放置的要求對于在現(xiàn)實(shí)環(huán)境 中實(shí)際應(yīng)用他們的技術(shù)設(shè)下嚴(yán)重的限制，在銹蝕是重大問題的室外環(huán)境中，如橋梁、采油平 臺等，這些限制尤為嚴(yán)重。再者，Alfano' 728和QinetiQ' 946的系統(tǒng)依賴以具方向性的、 相干的毫米波長、亞毫米波長或太赫茲頻率的輻射源照明樣本。相干的輻射源提供在反射 的電波中評估相位的能力，而沒對準(zhǔn)的幅射源從特征解晰度方面是被視為有問題的。
[0011] 如Alfano'728和QinetiQ'946所教導(dǎo)的方法依賴與樣本仔細(xì)的對準(zhǔn)，并需要將檢 查系統(tǒng)和或需要測試的樣本轉(zhuǎn)動（即旋轉(zhuǎn)或重置）才能有效地掃描樣本和/或得到（即接 收）足夠數(shù)據(jù)以供分析。樣本或探測器的轉(zhuǎn)動皆導(dǎo)致顯著的儀器復(fù)雜程度和上升的成本， 旋轉(zhuǎn)還進(jìn)一步減低評估的速度。因此，Alfano' 728和QinetiQ' 946的該些現(xiàn)有技術(shù)的系 統(tǒng)可被視為基于實(shí)驗(yàn)室的執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兊臉?gòu)造使在現(xiàn)場的基質(zhì)檢查非常困難，就算不是 無可能也至少是非常不切實(shí)際的。此外，使用大功率的人造的相干的幅射源只會得到置于 場景內(nèi)的物件的反射率組分，于是即使對于無銹蝕的表面，樣本的任何偏位或其表面紋理 的任何變化皆可被誤解為反射率的變化，即是說該些系統(tǒng)可被錯(cuò)誤地觸發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種方法，其用于探測被保護(hù)涂層或保護(hù)層覆蓋 的基質(zhì)中或基質(zhì)表面上的異常的存在，該方法包含：觀察從基質(zhì)而來的反射，該些反射從第 一不相干幅射源的廣角照明產(chǎn)生的入射電磁波引起，該些入射電磁波具有毫米或亞毫米波 長或具有約三十太赫茲以下的頻率；通過以下至少其一，辨識基質(zhì)中的異常的存在：對比 在基質(zhì)中的相鄰區(qū)域所觀察到的反射率；以及將被測試的基質(zhì)區(qū)域的所觀察到的反射率和 對于被測試的基質(zhì)的該區(qū)域所預(yù)期的反射率參考數(shù)值作對比。
[0013] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，該第一不相干幅射源是被動幅射源，而該方法進(jìn)一步 包含：觀察從主動的不相干幅射源的廣角照明產(chǎn)生的入射電磁波引起的從基質(zhì)的反射，該 主動的不相干幅射源和第一被動的不相干幅射源是不同的，從主動的不相干幅射而來的入 射電磁波具有毫米或亞毫米波長或具有約三十太赫茲以下的頻率；通過對比從被動幅射源 和主動幅射源所觀察到的反射率頻譜分布，辨識基質(zhì)中的異常的存在。
[0014] 基質(zhì)上的層或覆蓋基質(zhì)的涂層的結(jié)構(gòu)完整性的評估可通過評測層或涂層的透射 率進(jìn)行，該評測將以被動幅射源和主動幅射源觀察到的反射率頻譜分布中的分別作對比； 以及在從被動幅射源和主動幅射源所觀察到的反射率頻譜分布之間的透射率超過某閾值 的情況下，通過產(chǎn)生輸出的步驟進(jìn)行。
[0015] -種優(yōu)選的方法可于兩個(gè)不同溫度確定從基質(zhì)的發(fā)射率，以評估在該兩不同溫度 之間是否發(fā)生了發(fā)射率的改變，而如果發(fā)射率的改變超過某預(yù)定閾值，則該確定導(dǎo)致產(chǎn)生 輸出，該輸出指示在基質(zhì)內(nèi)或基質(zhì)表面上存在異常。
[0016] 在本發(fā)明的第二方面中，提供了用于辨識處于層或涂層下的銹蝕的銹蝕探測系 統(tǒng)，該銹蝕探測系統(tǒng)包含：顯像系統(tǒng)，其包括探測器，其被配置以在使用時(shí)探測從被測試的 基質(zhì)的反射率，所述反射率從基質(zhì)由廣角的不相干電磁波幅射源照明引起的，該些電磁波 具有于約三十千兆赫茲和約30太赫茲之間的范圍中的頻率；以及基于處理器的評測系統(tǒng)， 其對顯像系統(tǒng)有反應(yīng)，該基于處理器的評測系統(tǒng)被配置以呈現(xiàn)對于所探測的反射率之間的 分別的指示，該分別為以下至少其中之一：從基質(zhì)多個(gè)不同區(qū)域評測到的反射率，其中反射 率之間的分別指示銹蝕；和在被測試的基質(zhì)的某區(qū)域所觀察到的反射率和對該被測試的基 質(zhì)的區(qū)域所預(yù)期的反射率參考值對比，其中所觀察到的反射率相對反射率參考值的分別指 示銹蝕。
[0017] 優(yōu)選地，該顯像系統(tǒng)是被配置以于至少一個(gè)特定頻帶中觀察反射率，對于該些特 定頻帶，大氣層的水分和氧氣是透明的：
[0018] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了辨識在被層或涂層覆蓋的基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)異常的探 測系統(tǒng)，該探測系統(tǒng)包含：顯像系統(tǒng)，其包括被配置以在使用時(shí)接收和探測從被測試的基質(zhì) 的反射率的探測器，所述反射率從基質(zhì)由廣角的不相干電磁波幅射源照明引起的，該被配 置以于特定頻帶中觀察反射率，對于該些特定頻帶，大氣層的水分和氧氣是透明的；以及基 于處理器的評測系統(tǒng)，其對顯像系統(tǒng)有反應(yīng)，該基于處理器的評測系