专利名称：超声波层析成像系统的制作方法
超声波层析成像系统技术领域
本文公开的主题大体涉及非破坏性检验系统，并且更具体而言，涉及用于进行非 破坏性检验的超声波层析成像(tomography)系统。
背景技术：
许多工业检查应用依赖于成像技术来确定工业部件的质量，诸如管道、管道阵列 等。例如，这样的检查技术可用来确定对象中的一个或多个缺陷的存在和/或位置，诸如裂 纹、孔洞或其它瑕疵的存在。可用来检查对象中缺陷的存在的一个成像模态为超声波层析 成像。超声波层析成像是采用超声波来探查所关注的对象的声学属性以及产生对象的对应 的图像(其包括任何可检测的缺陷)的成像模态。典型地通过位于换能器探头中的换能器 来实现声波脉冲的产生和返回回波的检测。换能器探头典型地包括机电元件，机电元件能 够将电能转换成用于发送的机械能，且还能够出于接收目的将机械能转换回电能。
不幸的是,在一些应用中,缺陷的尺寸相对于被查对象的尺寸相对较小,这使得难 以检测它们在被检查对象的重建图像中的存在。另外，在许多情形中，多个小缺陷可能间隔 得非常紧密，而且虽然通过超声波检查可检测缺陷的组合区域，但是各个单独的缺陷的尺 寸可能低于系统的分辨率。由于识别出现于对象中的缺陷的能力主要随对象的产生的图像 的质量和分辨率而变，所以存在对于克服上述缺点的改进系统的需要。发明内容
下面对在范围方面与原本声明的发明等同的某些实施例进行概述。这些实施例不 意于限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意于提供本发明的可能形式的 简要概述。实际上，本发明可包括可能类似于或异于下面所阐述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括具有多个换能器节段(segment)的分段换能器探 头，该多个换能器节段适于将超声波激励信号发送到检验试样(test specimen)中以及接 收超声波激励信号和检验试样的相互作用所产生的回波信号。该系统还包括处理系统，该 处理系统适于接收来自分段换能器探头的、对应于接收到的回波信号的数据，以及利用层 析成像重建方法来重建对应于检验试样的至少一个体积切片的图像。
在第二实施例中，一种方法包括将可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样，以 及接收可旋转的非轴向对称声场和检验试样的相互作用所产生的回波信号。该方法还包括 递增地旋转非轴向对称声�。〈莸郊煅槭匝约敖邮盏菰龅匦姆侵嵯� 对称声场和检验试样的相互作用所产生的进一步的回波信号。该方法还进一步包括利用接 收到的回波信号和层析成像重建方法来重建对应于检验试样的至少一个体积切片的图像。
在第三实施例中，一种方法包括在大约零度的入射角下，将可旋转的非轴向对称 声场传递到检验试样。
在第四实施例中，一种方法包括在可变的入射角下，将可旋转的非轴向对称声场 传递到检验试样。可以多个不同的入射角将声场传递到检验试样。在某些实施例中，入射角由相控阵技术控制。
在第五实施例中，一种方法包括将展现双重、三重、四重或η重旋转对称的可旋转的非轴向对称声场传递到检验试样。在一个实施例中，可传递具有大约1:2或大于大约1:2 的纵横比的高度不对称的双重对称。例如，可利用大约1:5或更高的纵横比。
在第六实施例中，一种装置包括分段换能器探头。换能器探头包括布置成使得阵列展现四重、五重、六重或η重旋转对称的换能器节段阵列，其中，可利用η等于或高于8的 η重对称。在一些实施例中，η等于或大于大约16，例如，等于或大于大约32。在某些实施例中，η可为二或四的倍数。换能器探头包括多个相向的换能器节段对。这些对可包括一个、两个、三个、四个或更多个邻近的换能器元件。在某些实施例中，换能器节段可为大致相同的形状和尺寸。相向的换能器节段对适于被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。
在第七实施例中，一种装置包括圆形分段换能器探头。换能器探头包括围绕圆形分段换能器探头的旋转中心点以圆形的方式设置的换能器节段阵列，该阵列具有两个、四个、六个或任何其它适当的数量的换能器节段的多个相向的对。相向的换能器节段对适于被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。在一些实施例中，换能器节段围绕圆形分段换能器探头的内径以圆形的方式设置。
在第八实施例中，可利用分段换能器探头来产生可旋转的非轴向对称声场。换能器探头包括换能器节段阵列，该换能器节段阵列布置成使得阵列展现双重、三重、四重或η 重旋转对称。例如，在一个实施例中可展现双重对称。换能器探头包括两个、四个、六个或任何其它适当的数量的换能器节段的多个相向的对。相向的换能器节段对适于被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。在一个实施例中，换能器探头以圆形的方式分段，并且换能器节段围绕圆形分段换能器探头的内径以圆形的方式设置。
当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中图1是利用分段探头的超声波检验系统的实施例的示意图；图2是描绘能用于图1的分段探头的控制和处理系统的实施例的框图；图3描绘能在图1的超声波检验系统中采用的分段换能器探头的实施例；图4描绘能用图3的分段换能器探头产生的可旋转的非轴向对称声场的实施例；图5是能用来通过使用图3的分段换能器探头来产生检验试样的重建图像的方法的实施例的流程图；图6是描绘在第一探头位置处围绕检验试样中的缺陷旋转的声场的实施例的示意图； 图7描绘能用图6的声场产生的矩阵的实施例；图8是描绘在第二探头位置处 围绕检验试样中的缺陷旋转的声场的实施例的示意图； 图9描绘能用图8的声场产生的矩阵的实施例；图10是描绘在第三探头位置处围绕检验试样中的缺陷旋转的声场的实施例的示意图；以及图11描绘能用图10的声场产生的矩阵的实施例。
部件列表
权利要求
1.一种系统，包括分段换能器探头，其包括多个换能器节段，所述多个换能器节段配置成将超声波激励信号发送到检验试样中以及接收所述超声波激励信号和所述检验试样的相互作用所产生的回波信号；以及处理系统，其配置成接收来自所述分段换能器探头的、对应于所接收到的回波信号的数据，以及利用层析成像重建方法来重建对应于所述检验试样的至少一个体积切片的图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理系统配置成利用所述层析成像重建方法来重建所述检验试样的多个体积切片，以及组合所述多个体积切片来重建所述检验试样的体积表示。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分段换能器探头包括在空间上布置成圆形布置的相向的换能器节段对的阵列，各个相向的换能器节段对包括第一换能器节段以及与所述第一换能器节段相向的第二换能器节段。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述相向的换能器节段对中的各个的所述第一换能器节段和所述第二换能器节段配置成彼此同时地发送所述超声波激励信号，以及彼此同时地接收所述回波信号。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述相向的换能器节段对配置成同时发送所述超声波激励信号，并且所述回波信号配置成按顺序由相向的换能器节段的各个对接收。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述分段换能器探头配置成发送所述超声波激励信号作为可旋转的非轴向对称声场。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理系统包括显示系统，所述显示系统配置成显示所述检验试样的所述重建图像的视觉表示。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理系统配置成评价所述重建图像，以确定以下的至少一个存在出现于所述检验试样中的缺陷，不存在出现于所述检验试样中的缺陷，出现于所述检验试样中的缺陷的位置，或者出现于所述检验试样中的缺陷的数量。
9.一种系统,包括圆形分段换能器探头，包括换能器节段阵列，其围绕所述圆形分段换能器探头的内径以圆形的方式设置，并且包括多个相向的换能器节段对；其中，所述多个相向的换能器节段对配置成被激活以产生可旋转的非轴向对称声场。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述相向的换能器节段对中的各个包括配置成同时接收所述可旋转的非轴向对称声场和检验试样的相互作用所产生的回波信号的第一换能器节段和第二换能器节段。
11.根据权利要求10所述的系统，包括处理器，所述处理器配置成接收来自所述圆形分段换能器探头的、对应于所接收到的回波信号的数据，以及利用层析成像重建方法来重建对应于所述检验试样的至少一个体积切片的图像。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器配置成利用层析成像重建方法来重建所述检验试样的多个体积切片，以及组合所述多个体积切片来重建所述检验试样的体积表示。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器配置成评价所述重建图像，以确定以下的至少一个存在出现于所述检验试样中的缺陷，不存在出现于所述检验试样中的缺陷，出现于所述检验试样中的缺陷的位置，或者出现于所述检验试样中的缺陷的数量。
14.一种方法,包括 将可旋转的非轴向对称声场发送到检验试样； 接收所述可旋转的非轴向对称声场和所述检验试样之间的相互作用所产生的回波信号；以及 利用所接收到的回波信号和层析成像重建方法来重建对应于所述检验试样的至少一个体积切片的图像。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述可旋转的非轴向对称声场发送到所述检验试样包括激活分段换能器探头的两个或更多个分段换能器。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，接收所述回波信号包括接收来自分段换能器探头的成对的相向的换能器节段的所述回波信号。
17.根据权利要求14所述的方法，包括将分段换能器探头定位在所述检验试样的表面上。
18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述分段换能器探头平移到沿着所述检验试样的所述表面的多个位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，利用所接收到的回波信号和所述层析成像重建方法来重建所述图像包括产生对应于所述多个位置中的各个的、所接收到的回波信号的数值表示的矩阵，以及加总所产生的矩阵。
20.根据权利要求14所述的方法，包括用所述至少一个体积切片来重建所述检验试样的体积表示，以及在显示器上显示所述体积表示。
全文摘要
本发明的名称为“超声波层析成像系统”。提供一种包括分段换能器探头的系统。分段换能器探头包括多个换能器节段，该多个换能器节段适于将超声波激励信号发送到检验试样中以及接收超声波激励信号和检验试样的相互作用所产生的回波信号。该系统还包括处理系统，该处理系统适于接收来自分段换能器探头的、对应于接收到的回波信号的数据，以及利用层析成像重建方法来重建对应于检验试样的至少一个体积切片的图像。
文档编号G01N29/06GK103048387SQ20121038531
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月12日 优先权日2011年10月14日
发明者W-D.克莱纳 申请人:通用电气公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
