專利名稱：用于測量材料厚度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及超聲探頭，并且更具體地涉及測量材料厚度的雙相控陣超聲探頭。
背景技術(shù)：
超聲檢測是無損檢測類型，其用于檢查檢測物體以便識別和/或表征檢測物體中的缺陷、瑕疵和其他異常。在超聲檢測中使用的檢測設(shè)備大體上包括發(fā)送和接收信號的探頭、操作該探頭的檢測儀器和在該探頭和該檢測儀器之間傳送信息的電纜。探頭包含換能器元件，其采用有助于無損檢測的方式由響應(yīng)于某些刺激的壓電材料構(gòu)造。例如，在探頭中發(fā)現(xiàn)的某些換能器元件響應(yīng)于施加到電極(其連接到該元件)的電波形脈沖產(chǎn)生聲波。這些元件還響應(yīng)于聲波，例如從檢測物體反射的那些聲波。這在連接到該元件的電極兩端產(chǎn)生電壓差。為了超聲檢測的目的，換能器元件用于傳送聲波進(jìn)入檢測物體，換能器元件用于捕獲那些聲波的反射并且由反射波引起的合成電壓差被處理以便分析檢測物體。盡管許多探頭使用相同的換能器元件來傳送和接收聲波，這樣的探頭典型地不適合于測量被腐蝕材料的厚度，因為腐蝕產(chǎn)生噪聲(例如背散射噪聲)。相反，用于測量被腐蝕材料的厚度的探頭典型地具有一對換能器元件，一個傳送聲波到檢測物體，而一個接收從檢測物體反射的聲波。然而，適合于測量被腐蝕材料的類型的探頭通常與具有大的表面積的檢測物體不相容。對此的一個原因是因為這些探頭的視場比檢測物體的感興趣區(qū)域小得多。這使檢測大的感興趣區(qū)域效率非常低，并且在許多情況下成本非常高。此外，因為探頭的視場與檢測物體的感興趣區(qū)域的比率是小的，感興趣區(qū)域中的缺陷將被錯過的可能性增加，因為缺陷可能不落入探頭的視場內(nèi)。因此，具有可以對于大的感興趣區(qū)域提供高度精確地測量材料厚度的裝置，這將是有利的。具有可以測量被腐蝕材料的厚度的裝置，同時該裝置采用通過降低檢查成本和在檢查期間錯過缺陷的可能性以便改善檢測物體的檢查的方式配置，這也將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，用于測量檢測物體的厚度的測量探頭，該測量探頭包括延遲塊， 其包括具有縱軸線的本體，該本體包括靠近該檢測物體放置的掃描表面和與該掃描表面相對的支撐表面。該測量探頭還包括采用形成有源組合的方式聲耦合于該支撐表面的多個換能器元件，該有源組合包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)， 該接收器側(cè)與該傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，該間隔關(guān)系形成沿著縱軸線延伸的間隙。該測量探頭進(jìn)一步包括采用使該有源組合的該傳送器側(cè)與該接收器側(cè)在聲學(xué)上分開的方式設(shè)置在該間隙中的串?dāng)_屏障，其中該接收器側(cè)包括響應(yīng)于回聲信號的至少一個換能器元件，該回聲信號對應(yīng)于從傳送器側(cè)上的至少一個換能器元件引導(dǎo)進(jìn)入檢測物體的超聲束。
在另一個實施例中，用于測量材料厚度的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括測量探頭，其包括具有縱軸線的延遲塊和采用形成有源組合的方式聲耦合于該延遲塊的多個換能器元件，該有源組合包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)，該接收器側(cè)與該傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，該間隔關(guān)系形成圍繞縱軸線的間隙，該間隙包括采用使該傳送器側(cè)與該接收器側(cè)在聲學(xué)上分開的方式設(shè)置的串?dāng)_屏障。該系統(tǒng)還包括耦合于測量探頭的檢測儀器，該檢測儀器包括采用引起超聲束的第一參數(shù)的方式控制有源組合中的至少一個換能器元件的界面，其中該接收器側(cè)包括響應(yīng)于回聲(其對應(yīng)于該超聲束)的至少一個換能器元件。在再另一個實施例中，用具有延遲塊的測量探頭使檢測物體成像的方法，該延遲塊包括具有縱軸線的本體，該本體包括靠近該檢測物體放置的掃描表面和與該掃描表面相對的支撐表面。該方法包括在該支撐表面上形成具有多個換能器元件的多個有源組合，該有源組合的每個包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)，該接收器側(cè)與該傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，該間隔關(guān)系形成沿著縱軸線延伸的間隙。該方法還包括采用從第一有源組合的傳送器側(cè)上的第一換能器產(chǎn)生第一超聲束的方式激活第一有源組合。 該方法還包括用第一有源組合的接收器側(cè)上的至少一個換能器元件接收來自該第一超聲束的回聲信號。


因此可以詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征所采用的方式、上文簡要概括的本發(fā)明的更特定的說明可通過參考某些實施例(其中一些在附圖中圖示)而獲得。然而，要注意附圖僅圖示本發(fā)明的典型實施例并且因此不認(rèn)為限制它的范圍，因為本發(fā)明可承認(rèn)其他同等有效的實施例。圖不必按比例繪制，重點一般放在圖示發(fā)明的某些實施例的原理上。從而，對于本發(fā)明的本質(zhì)和目的的進(jìn)一步理解，可以參考連同圖閱讀的下列詳細(xì)說明，圖中圖1是包括測量探頭的一個實施例的測量系統(tǒng)的透視圖。圖2是圖1的測量探頭的透視細(xì)節(jié)圖。圖3是測量探頭的另一個實施例的透視圖。圖4是圖3的測量探頭的側(cè)面剖視圖。圖5是測量探頭的再另一個實施例的透視圖。圖6是圖5的測量探頭的側(cè)面剖視圖。圖7是實現(xiàn)包括例如在圖1-6中的測量探頭等測量探頭的測量系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖，圖1-2圖示本發(fā)明的一個實施例中的測量探頭100的示例。該測量探頭100可以實現(xiàn)作為測量系統(tǒng)102的一部分，其中該測量探頭100可以放置在檢測物體108 的掃描表面104上?？梢杂蓽y量系統(tǒng)102詢問的作為檢測物體108的示范性物體包括，但不限于，管道、導(dǎo)管、板、容器和罐等。這些檢測物體108可易腐蝕，例如，如果檢測物體108 暴露于材料，該材料使對著檢測物體108的掃描表面104的對立表面氧化。如在下文更詳細(xì)論述的，測量系統(tǒng)102還可包括檢測儀器110和在該檢測儀器110和測量探頭100之間交換例如數(shù)據(jù)、控制指令等信息的電纜112?？梢杂米鳒y量探頭100的類型的探頭可以具有掃描區(qū)114，其具有長度L。該長度 L采用允許測量探頭100測量檢測物體108的多種特性的方式而變化。這些特性可包括， 但不限于檢測物體108的掃描表面104和對立表面106之間的材料厚度；當(dāng)對立表面106 被腐蝕時檢測物體108的掃描表面104和對立表面106之間的材料厚度；以及可位于檢測物體108的掃描表面104和對立表面106之間的不同的深度處的其他缺陷、異常和偏差。這是有益的，因為像測量探頭100的探頭可以用于采用將通常要求分開的裝置的方式詢問檢測物體108。這包括，例如具有為探測檢測物體108的掃描表面104附近的缺陷而優(yōu)化的特質(zhì)(在下文中，“近距離探測能力”)的裝置，和具有為探測位于檢測物體108中較深處的缺陷而優(yōu)化的特質(zhì)(在下文中，“遠(yuǎn)距離探測能力”)的裝置。同樣有益的是，掃描表面114的長度L可以被配置以便大致上減少詢問檢測物體108所需要的時間以及在詢問檢測物體108期間錯過缺陷的可能性兩者。關(guān)于適合用作測量探頭100的探頭的構(gòu)造的另外的細(xì)節(jié)結(jié)合圖3-6中圖示的測量探頭的實施例在下文提供。然而，在繼續(xù)該說明之前，測量探頭100的部件和其他方面以及它在測量系統(tǒng)102中的實現(xiàn)的一般論述緊隨下文。在本示例中，測量探頭100的掃描區(qū)114可包括可以設(shè)置在陣列118中的多個換能器元件116。該陣列118可以具有傳送器側(cè)120和接收器側(cè)122，該接收器側(cè)122可以與該傳送器側(cè)120處于間隔關(guān)系IM而安置。這里，該間隔關(guān)系IM形成間隙126，其表示該傳送器側(cè)120和該接收器側(cè)122的內(nèi)部之間的最小距離。該距離可以變化。在一個示例中， 該距離可以小于大約0. 5mm，并且在測量探頭100的某些實施例中，該距離可以從大約Omm 至大約0. 75mm。如結(jié)合圖3_4在下文更詳細(xì)論述的，測量探頭100的實施例還可包括串?dāng)_屏障128，其可以設(shè)置在該間隙126中以便使該傳送器側(cè)120和該接收器側(cè)122分開。傳送器側(cè)120可包括具有傳送器中心線132的多個傳送器元件130，并且接收器側(cè) 122可包括具有接收器中心線136的多個接收器元件134。典型地，這些傳送器元件130和這些接收器元件134被間隔節(jié)距138，在本示例中，在相鄰傳送器元件130的傳送器中心線 132之間和相鄰接收器元件134的接收器中心線136之間測量該節(jié)距138。在一個示例中， 該節(jié)距138可以采用與測量探頭100的實施例的其他尺寸一致的方式而變化。接收器元件134可以配置成接收來自檢測物體108的回聲信號。示范性的回聲信號包括，但不限于，聲信號和/或聲波，其對應(yīng)于由傳送器元件130傳送的這些聲信號并且其從檢測物體108反射回到測量探頭100。傳送器元件130和接收器元件134的每個可以由壓電材料整體或部分構(gòu)造，該壓電材料包括例如壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛(lead mataniobate)、壓電晶體和其的任何組合。在一個示例中，傳送器元件130中的一個或多個和接收器元件134中的一個或多個可包括1-3種壓電復(fù)合材料。在測量探頭100的一個實施例中，掃描區(qū)114可以具有一個或多個有源組合140。 典型地，這些有源組合140包括多個換能器元件116，并且更具體地這些有源組合140可包括傳送器元件130中的一個或多個和接收器元件134中的一個或多個。通過非限制性示例，有源組合140中的每個可具有傳送器元件130中的一個和接收器元件134中的一個，其中接收器元件134接收對應(yīng)于源于有源組合140中的傳送器元件130的聲信號的回聲信號。在測量探頭100的其他示例中，有源組合140中的每個可包括任何數(shù)量的傳送器元件130和接收器元件134。
有源組合140中的傳送器元件130和接收器元件134的數(shù)量可以根據(jù)檢測物體 108中的缺陷的深度而確定。典型地，從掃描表面104進(jìn)入檢測物體108來測量深度。例如，需要近距離探測能力的缺陷深度可一般小于大約5mm。另一方面，需要遠(yuǎn)距離探測能力的缺陷深度可一般大于或等于5mm，其中測量探頭100的某些實施例配置成探測在至少大約50mm深度處的缺陷。注意到如本文使用的“近距離探測能力，，和“遠(yuǎn)距離探測能力，，的指定僅僅用于指定測量探頭(例如，測量探頭100)的一個實施例的相對特質(zhì)。然而，這不認(rèn)為限制本公開的范圍或精神，因為本文公開、描述和預(yù)想的其他探頭的實施例可具有其他特質(zhì)。這些其他特質(zhì)可相同、不同或具有稍微不同的變化以便使這樣的特質(zhì)用于可具有超出上文論述的深度以外的深度的缺陷。用于近距離探測能力的有源組合140可需要許多傳送器元件130和許多接收器元件134，這小于遠(yuǎn)距離探測能力所需要的數(shù)目。在一個示例中，當(dāng)測量探頭100的特質(zhì)配置為近距離探測能力時，有源組合140可僅具有傳送器元件130中的一個和接收器元件134 中的一個。在另一個實施例中，當(dāng)測量探頭100的特質(zhì)配置為遠(yuǎn)距離探測能力時，有源組合 140可具有傳送器元件130中的至少七個和接收器元件134中的至少七個。更詳細(xì)地論述檢測儀器110，可以在圖1-2的測量探頭100的本實施例中使用的檢測儀器110可以配置成操作測量探頭100以便激活掃描區(qū)114并且從掃描區(qū)114收集數(shù)據(jù)。這包括例如配置成激活掃描區(qū)114的有源組合140中的特定的一些有源組合140，和配置成激活傳送器元件130和接收器元件134中的特定的一些傳送器元件130和接收器元件134。適合用作檢測儀器110的示范性裝置可以包括，但不限于，計算機(jī)(例如，臺式計算機(jī)、便攜式計算機(jī)，等)、超聲儀器、超聲系統(tǒng)等。超聲儀器的一個示例是可從GE Inspection Technologies (Lewiston, PA)獲得的相量XS相控陣超聲儀器。通過非限制性示例并且如在圖1-2中圖示的，檢測儀器110可以包括界面142，其具有顯示可以由測量探頭100收集的例如數(shù)據(jù)信息、圖像等信息的顯示器143。該界面142 還可以包括控制測量探頭100的操作的一個或多個控制144。在測量探頭100的一個實施例中，這些控制144可以配置成選擇掃描區(qū)144的長度L、掃描區(qū)144中的有源組合140的數(shù)量和/或在這些有源組合140的每個中的傳送器元件130和接收器元件134的數(shù)量。鑒于前面提到和更詳細(xì)論述測量探頭100和測量系統(tǒng)102的一個實現(xiàn)，用戶(例如，現(xiàn)場工程師)可以將測量探頭100放置在檢測物體108的掃描表面104上使得來自傳送器元件130的聲信號可以進(jìn)入檢測物體108。該現(xiàn)場工程師可以沿著掃描表面104(例如， 在可大致上垂直于掃描區(qū)114的方向146上)移動探頭100。這可使掃描區(qū)114與檢測物體108的感興趣區(qū)域接觸。術(shù)語“感興趣區(qū)域”在本文中用于描述檢測物體108的用測量系統(tǒng)102收集其中的數(shù)據(jù)的部分。感興趣區(qū)域例如可包括整體檢測物體108和/或檢測物體108的一部分。該感興趣區(qū)域還可包括被腐蝕的檢測物體108的部分和/或在其中發(fā)現(xiàn)了缺陷的檢測物體的部分。該感興趣區(qū)域可進(jìn)一步包括整體檢測物體108的掃描表面104 和/或檢測物體108的掃描表面104的一部分。在測量探頭100的一個實施例中，現(xiàn)場工程師可以調(diào)整檢測儀器110的控制144 以便適應(yīng)檢測物體108的感興趣區(qū)域的物理特性的變化。這包括檢測物體108的掃描表面 104和對立表面106之間的材料厚度的變化。例如，檢測物體108的某些部分可被腐蝕使得檢測物體108的一個部分的材料厚度與檢測物體108的另一個部分的材料厚度不同。這些物理特性還包括從檢測表面104的缺陷深度。例如，一個缺陷可具有在檢測物體108內(nèi)不同于其他缺陷在檢測物體108內(nèi)的深度的深度，這也用測量系統(tǒng)102探測。為了適應(yīng)感興趣區(qū)域的物理特性的差異，現(xiàn)場工程師可以調(diào)整控制144以修改由測量探頭100產(chǎn)生的超聲束的一個或多個參數(shù)。例如，超聲束可具有對于近場探測能力的近場參數(shù)和對于遠(yuǎn)場探測能力的遠(yuǎn)場參數(shù)。這些可基于在有源組合140中使用的傳送器元件130的數(shù)量和接收器元件134的數(shù)量而不同。在另一個示例中，基于在掃描區(qū)114中發(fā)現(xiàn)的有源組合140的數(shù)量，該近場參數(shù)可不同于該遠(yuǎn)場參數(shù)。在再另一個示例中，該近場參數(shù)和該遠(yuǎn)場參數(shù)的每個可以對應(yīng)于檢測物體108內(nèi)部的不同深度。接著參照圖3-4并且還參考圖1-2，圖示測量探頭200的另一個示例，其中測量系統(tǒng)(例如系統(tǒng)102(圖1))的部分為了清楚已經(jīng)被去除。注意到，在可應(yīng)用的地方，數(shù)字用于指定類似的部件，例如在上文的圖1-2中的那些部件，但這些數(shù)字可增加100。例如，圖 3-4的測量探頭200可以包括掃描區(qū)214、換能器元件216，換能器元件216可以設(shè)置在陣列 218中，并且更具體地在可以由串?dāng)_屏障2 分開的傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222中。在本示例中，傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222的每個可以分別包括多個傳送器元件230和多個接收器元件234。測量探頭200還可以包括配線248和延遲塊250。該延遲塊250可以具有本體252，其具有縱軸線253 ；下部254，其具有掃描表面256 ；和上部258，其具有一對凹陷區(qū) 2600這些凹陷區(qū)260可以包括具有傳送器支撐面沈4的傳送器凹陷區(qū)262和具有接收器支撐面沈8的接收器凹陷區(qū)沈6。測量探頭200的實施例還可包括外殼270，其具有帶底部開口 274的內(nèi)腔272，該底部開口 274尺寸大小可適于并且配置成收容該本體252使得延遲塊250的至少上部258、配線M8以及換能器元件216被該外殼270環(huán)繞。還可以例如在本體252和外殼270中的一個或多個上提供和設(shè)置連接元件276。 用作該連接元件276的類型的連接元件可典型地包括用于使電纜112(圖1)耦合于測量探頭200的裝置。這可包括，例如螺紋裝配、卡鎖裝配、壓力釋放裝配、可變形裝配、快速釋放裝配和其的任何組合。在一個示例中，該連接元件276可以適應(yīng)于與在電纜112(圖1)上的螺紋連接器緊密配合。通過非限制性示例，延遲塊250的本體252可以使換能器元件216通過掃描表面 256聲耦合于檢測物體108(圖1)的表面104(圖1)。本體252可以單體式構(gòu)成或采用許多部件組裝在一起的形式構(gòu)造以形成延遲塊250。例如，包括掃描表面256的下部邪4能從本體252分離使得掃描表面256可以在本體252上被去除和/或替換。例如，當(dāng)掃描表面 256被磨損、損壞或相反采用限制測量探頭100的能力的方式被修改時，預(yù)想可以全部或部分去除和替換掃描表面256。一般基于材料的聲速或當(dāng)材料傳送聲波時材料中的微粒的速度選擇用于本體252 的材料。典型地，本體252中的材料的聲速可以不同于檢測物體108(圖1)的材料的聲速。 示范性的材料包括，但不限于金屬和塑料，并且在測量探頭100的一個實施例中，這些材料可包括有機(jī)玻璃和/或聚苯乙烯中一種或多種。如在圖3的示例中并且更具體地在圖4(其中在測量探頭200的組裝形式的一個示例中示出測量探頭200)的截面圖中看到的，凹陷區(qū)260可以位于本體252的上部258附近，使得當(dāng)構(gòu)造測量探頭200時，傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222被置于凹陷區(qū)沈0中。傳送器支撐表面264和接收器支撐表面沈8的每個可遠(yuǎn)離串?dāng)_屏障2 成角度或傾斜。關(guān)于掃描表面256測量的頂角θ可限定傳送器支撐表面264和/或接收器支撐表面沈8的角度。該頂角θ的值可以小于大約10°，其中該頂角θ在測量探頭200的某些構(gòu)造中從大約3°至大約7°。在圖5-6的測量探頭300的示例中還預(yù)想和圖示頂角θ的值可以是大約0°。傳送器凹陷區(qū)沈2可以包括至少一個傳送器內(nèi)表面278，并且接收器凹陷區(qū)沈6可以包括至少一個接收器內(nèi)表面觀0。這些內(nèi)表面278、280可采用形成內(nèi)部尺寸(其關(guān)于凹陷區(qū)沈0的其他內(nèi)表面278、280并且從這些其他內(nèi)表面278、280測量)的方式來界定相應(yīng)的凹陷區(qū)沈0。該內(nèi)部尺寸可以采用允許傳送器凹陷區(qū)262和接收器凹陷區(qū)266分別收容傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222的方式來確定尺寸。在一個示例中，該內(nèi)部尺寸可以選擇使得換能器元件216由支撐表面沈4、268支撐。傳送器凹陷區(qū)沈2的內(nèi)表面278還可以關(guān)于接收器凹陷區(qū)沈6的內(nèi)表面280而構(gòu)造和確定尺寸，使得當(dāng)傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222在凹陷區(qū)沈0中時，傳送器元件230與接收器元件234大致上對齊。然而，要理解，如本文使用和描述的術(shù)語“大致上對齊”考慮某些制造公差、組裝公差和可以加入測量探頭200的總體組裝中的其他偏差。這樣的公差和偏差可例如使傳送器元件230和接收器元件234中的一個或多個被這樣定位以致傳送器元件230的全部不與接收器元件234的全部完全對齊。術(shù)語“大致上對齊”當(dāng)用來描述傳送器陣列、接收器陣列、傳送器元件和/或接收器元件的位置時還可以被認(rèn)為是相對的使得這樣確定的尺寸處于某些公差內(nèi)時，或者備選地描述的位置是使得傳送器元件和接收器元件的個別一些的對齊仍在某些公差內(nèi)。例如， 關(guān)于前面的描述，預(yù)想凹陷區(qū)的尺寸將在期望的公差內(nèi)，例如大約士.5mm。另一方面，關(guān)于后面的描述，預(yù)想傳送器元件在探頭(其根據(jù)本文公開的概念制作)中關(guān)于接收器元件的位置將與期望值一致，例如，傳送器元件和接收器元件的共平面之間的公稱偏差和/或傳送器元件和接收器元件的同軸對齊的中心線之間的公稱偏差。串?dāng)_屏障2 可以采用使傳送器側(cè)220和接收器側(cè)222聲/機(jī)械隔離的方式構(gòu)造。這包括，例如被構(gòu)造以防止聲波和電磁能在傳送器元件230和接收器元件234之間傳輸。如在圖3-4中圖示的，串?dāng)_屏障2 可以延伸進(jìn)入本體252，并且在測量探頭200的一個構(gòu)造中，串?dāng)_屏障2 延伸到掃描表面256。串?dāng)_屏障2 可以包括例如銅箔、封閉胞聚合物泡沫、軟木填充的橡膠和其的任何組合等材料。用于在外殼270中使用的示范性材料包括，但不限于，金屬(例如，鋁、鋼、黃銅， 等)和復(fù)合物等。同樣，實現(xiàn)制作探頭200的部件的制造工藝包括鑄造、模塑、壓擠、加工 (例如，車削和銑削)和適合用于形成探頭200和更具體地延遲塊250的本體252以及外殼270(其的每個在本文中公開和描述)的各種零件和部件的其他技術(shù)。因為這些工藝和由這樣的工藝使用的材料一般對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是眾所周知的，本文將不提供額外的詳細(xì)資料，除非這樣的詳細(xì)資料對于解釋本發(fā)明的實施例和概念是必需的。在圖5-6中圖示測量探頭300的再另一個實施例。這里，與圖3_4的測量探頭200 的示例一樣，類似的數(shù)字用于指示測量探頭300中的類似的部件，但在圖5-6中的數(shù)字增加 100。例如，在圖5-6中看到測量探頭300可以包括具有長度L的掃描區(qū)314、可以設(shè)置在陣列318并且更具體地在傳送器側(cè)320和接收器側(cè)322(其可以由串?dāng)_屏障3 分開)中的換能器元件316。如結(jié)合圖1-2的論述在上文提到的，在本文中公開的測量探頭的實施例中的傳送器側(cè)和接收器側(cè)可以每個分別包括多個傳送器元件330和多個接收器元件334。在圖5-6 的本示例中，看到傳送器元件330(標(biāo)記T1-T18)設(shè)置在傳送器網(wǎng)格382中。更具體地，有源組合340的每個可以包括靠近間隙326的內(nèi)傳送器元件384和至少一個外傳送器元件 386，該外傳送器元件386位于從縱軸線353測量的外距離388處。接收器元件334(標(biāo)記 R1-R18)同樣設(shè)置在接收器網(wǎng)格390中使得有源組合340的每個包括內(nèi)接收器元件392，其通過間隔關(guān)系3M與該內(nèi)傳送器元件384分開。有源組合340還包括至少一個外接收器元件394，其位于離縱軸線353的外距離396處。當(dāng)測量探頭300在系統(tǒng)(例如圖1的系統(tǒng)102)中實現(xiàn)時，在傳送器網(wǎng)格382和接收器網(wǎng)格390中發(fā)現(xiàn)的換能器元件316的每個可以獨立操作。在一個示例中，傳送器元件Tl可以被激活以傳輸超聲束，并且接收器元件Rl可以被激活以接收對應(yīng)于該超聲束的回聲信號。在另一個示例中，傳送器元件T1-T6可以被激活以傳輸超聲束，并且接收器元件 R1-R6可以被激活以接收對應(yīng)于這些超聲束的回聲信號。然而，被激活的傳送器元件330 和接收器元件334的組合僅僅由在傳送器網(wǎng)格382和接收器網(wǎng)格390中發(fā)現(xiàn)的換能器元件 316的數(shù)量所限制。測量探頭300的實施例還被配置使得換能器元件316的某些可以經(jīng)歷控制激勵以便操縱被引導(dǎo)進(jìn)入檢測物體(例如檢測物體108(圖1))的超聲束的參數(shù)。這些參數(shù)包括， 但不限于，超聲束的方向、角度、聚焦距離和焦斑大小。這些術(shù)語一般由本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所認(rèn)識，并且因此這些術(shù)語在本文中將不定義或描述，而在本公開中公開和預(yù)想的測量探頭的實施例概念的上下文中被引用。例如，并且通過非限制性示例，預(yù)想超聲束的方向可以通過改變傳送器元件330的每個關(guān)于在傳送器網(wǎng)格382中的另一個傳送器元件被激勵的時間來操縱。測量探頭300的其他實施例進(jìn)一步被配置使得換能器元件316可以經(jīng)歷控制激勵，這使得測量探頭300展現(xiàn)與相控陣超聲技術(shù)的特性一致的某些操作特性。一個示范性操作特性包括被配置以激勵傳送器元件330中的一個或多個來根據(jù)某些束掃描模式(例如，電子掃描、動態(tài)深度聚焦和方位角掃描)產(chǎn)生超聲束。通過非限制性示例，預(yù)想測量探頭300的實施例可以具有與“1. 25D”、“1. 5D”、“1. 75D”、和“2D”換能器陣列一致的操作特性。再次，如結(jié)合超聲束的參數(shù)緊隨上文論述的，實現(xiàn)這樣的模式所需要的控制結(jié)構(gòu)、工具和其他考量將由熟悉相控陣超聲技術(shù)的那些技術(shù)人員認(rèn)識，并且因此在本文中將不論述。 然而，僅為了示例目的，如本文使用的，“ 1. 25D”換能器提供可變高度孔徑，其具有靜態(tài)聚焦；“1. 5D”換能器陣列提供關(guān)于陣列的中心線對稱的聚焦、可變高度孔徑以及明暗處理； “1. 75D”換能器陣列提供關(guān)于陣列的中心線不對稱的聚焦、可變高度孔徑以及明暗處理； “2D”換能器陣列提供全電子聚焦和導(dǎo)引。論述根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例制作的測量探頭的操作，圖7圖示使用測量探頭(例如，測量探頭100、200、300(統(tǒng)稱“探頭”))用于測量檢測物體的厚度的方法400。 這里，該方法400可包括在步驟402選擇對于超聲束的參數(shù)，例如第一參數(shù)。該方法400可包括例如在步驟404對于掃描區(qū)的有源組合設(shè)置傳送器元件的數(shù)量和接收器元件的數(shù)量。然后，該方法400可包括在步驟406通過用探頭詢問檢測物體的表面來收集數(shù)據(jù)。大體上， 這可通過將探頭的掃描表面對著檢測物體的表面放置并且然后在大致上垂直于掃描區(qū)的方向上移動探頭橫穿表面而實現(xiàn)。如果要掃描檢測物體的整個表面，這可重復(fù)多次，或其僅在必要時基于檢測物體的感興趣區(qū)域的大小而重復(fù)。在詢問檢測物體的內(nèi)體積后，或備選地在僅詢問內(nèi)體積的一部分后，方法400接著可包括在步驟408確定參數(shù)是否實現(xiàn)檢測的目標(biāo)。這可以包括評價由檢測儀器顯示的信息，該評價包括例如，檢查檢測物體在檢測儀器上的圖像的分辨率和/或?qū)⒃搱D像與具有期望的分辨率的已知良好圖像比較。如果分辨率足夠滿足檢測目標(biāo)，那么方法可包括在步驟410完成檢測物體的掃描，并且在步驟412移到檢測物體的表面上的不同位點。如果分辨率不夠，那么方法可以回到步驟402，選擇對于超聲束的參數(shù)和另一個參數(shù)(例如，第二參數(shù))通過例如改變對于掃描區(qū)的有源組合的傳送器元件數(shù)量和接收器元件數(shù)量而選擇。在本示例中，探頭用作使用第二聲場特性來掃描表面，并且確定第二聲場特性是否實現(xiàn)檢測的目標(biāo)。如果分辨率不夠，那么方法400可以例如根據(jù)步驟402-408繼續(xù)， 直到分辨率滿足檢測的目標(biāo)。然后，如上文論述的，方法400可包括在步驟410完成檢測物體的掃描，并且在步驟412移到檢測物體的表面上的不同位點。該書面說明使用示例以公開本發(fā)明的實施例，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能夠制作和使用本發(fā)明。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種用于測量檢測物體厚度的測量探頭，所述測量探頭包括延遲塊，其包括具有縱軸線的本體，所述本體包括靠近所述檢測物體放置的掃描表面和與所述掃描表面相對的支撐表面；采用形成有源組合的方式聲耦合于所述支撐表面的多個換能器元件，所述有源組合包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)，所述接收器側(cè)與所述傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，所述間隔關(guān)系形成沿著所述縱軸線延伸的間隙；采用使所述有源組合的所述傳送器側(cè)與所述接收器側(cè)在聲學(xué)上分開的方式設(shè)置在所述間隙中的串?dāng)_屏障，其中所述接收器側(cè)包括響應(yīng)于所述回聲信號的至少一個換能器元件，所述回聲信號對應(yīng)于從所述傳送器側(cè)上的至少一個換能器元件引導(dǎo)進(jìn)入所述檢測物體的超聲束。
2.如權(quán)利要求1所述的測量探頭，其中所述有源組合沿著所述縱軸線延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的測量探頭，其中所述接收器側(cè)和所述傳送器側(cè)的每個包括多個換能器元件。
4.如權(quán)利要求3所述的測量探頭，其中所述換能器元件包括位于離所述縱軸線第一距離的內(nèi)換能器元件，和位于離所述縱軸線大于所述第一距離的第二距離的至少一個外換能器元件，所述第一距離和第二距離大致上垂直于所述縱軸線測量。
5.如權(quán)利要求4所述的測量探頭，其中所述內(nèi)換能器元件與所述至少一個外換能器元件大致上對齊。
6.如權(quán)利要求1所述的測量探頭，其中所述間隔關(guān)系小于大約3mm。
7.如權(quán)利要求1所述的測量探頭，其進(jìn)一步包括與所述傳送器元件和所述接收器元件處于環(huán)繞關(guān)系的外殼。
8.如權(quán)利要求7所述的測量探頭，其進(jìn)一步包括設(shè)置在所述延遲塊和所述外殼的一個或多個上的連接元件。
9.如權(quán)利要求8所述的測量探頭，其中所述延遲塊包括上部和能從所述上部去除地分離的下部。
10.如權(quán)利要求1所述的測量探頭，其中所述換能器元件的每個包括1-3壓電復(fù)合材料。
11.一種用于測量材料厚度的測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括測量探頭，其包括具有縱軸線的延遲塊和采用形成有源組合的方式聲耦合于所述延遲塊的多個換能器元件，所述有源組合包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)，所述接收器側(cè)與該所述傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，所述間隔關(guān)系形成圍繞所述縱軸線的間隙，所述間隙包括采用使所述傳送器側(cè)與所述接收器側(cè)在聲學(xué)上分開的方式設(shè)置的串?dāng)_屏障；和耦合于所述測量探頭的檢測儀器，所述檢測儀器包括采用引起所述超聲束的第一參數(shù)的方式控制所述有源組合中的至少一個換能器元件的界面，其中所述接收器側(cè)包括響應(yīng)于對應(yīng)于所述超聲束的回聲的至少一個換能器元件。
12.如權(quán)利要求11所述的測量系統(tǒng)，其中所述測量探頭包括第一有源組合和第二有源組合，所述第二有源組合具有不同于所述第一有源組合的數(shù)量的換能器元件。
13.如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中根據(jù)所述超聲束的所述第一參數(shù)選擇換能器元件的數(shù)量。
14.如權(quán)利要求12所述的測量系統(tǒng)，其中所述接收器側(cè)和所述傳送器側(cè)的每個包括多個換能器元件。
15.如權(quán)利要求14所述的測量探頭，其中所述換能器元件包括位于離所述縱軸線第一距離的內(nèi)換能器元件，和位于離所述縱軸線大于所述第一距離的第二距離的至少一個外換能器元件，所述第一距離和第二距離大致上垂直于所述縱軸線測量。
16.如權(quán)利要求11所述的測量探頭，所述間隔關(guān)系小于大約3mm。
17.一種用具有延遲塊的測量探頭使檢測物體成像的方法，所述延遲塊包括具有縱軸線的本體，所述本體包括靠近所述檢測物體放置的掃描表面和與所述掃描表面相對的支撐表面，所述方法包括在所述支撐表面上形成具有多個換能器元件的多個有源組合，所述有源組合的每個包括用于產(chǎn)生超聲束的傳送器側(cè)和用于接收回聲信號的接收器側(cè)，所述接收器側(cè)與所述傳送器側(cè)是間隔關(guān)系，所述間隔關(guān)系形成沿著所述縱軸線延伸的間隙；采用從第一有源組合的傳送器側(cè)上的第一換能器產(chǎn)生第一超聲束的方式激活第一有源組合；和用所述第一有源組合的接收器側(cè)上的至少一個換能器元件接收來自所述第一超聲束的回聲信號。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括用所述第一有源組合產(chǎn)生第二超聲束。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括采用產(chǎn)生所述第一超聲束的方式激活第二有源組合，所述第二有源組合包括不同于所述第一超聲束的第二超聲束。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述換能器元件包括位于離所述縱軸線第一距離的內(nèi)換能器元件，和位于離所述縱軸線大于所述第一距離的第二距離的至少一個外換能器元件，所述第一距離和第二距離大致上垂直于所述縱軸線測量。
全文摘要
用于測量檢測物體的材料厚度的裝置和系統(tǒng)。在一個實施例中，該裝置可以包括測量探頭，其可以具有多個換能器元件，這些換能器元件可以包括分別設(shè)置在間隙中的第一側(cè)和第二側(cè)上的傳送器元件和接收器元件。該第一側(cè)和該第二側(cè)可以形成具有至少一個有源組合的掃描區(qū)，該有源組合可以具有至少一個傳送器元件和至少一個接收器元件，該接收器元件可以與處于間隔關(guān)系的該傳送器元件分開。
文檔編號B06B1/00GK102422123SQ201080020122
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月1日
發(fā)明者A·德賽, J·安德森, P·邁爾, W·羅 申請人:通用電氣公司