專利名稱：超聲波層析成像系統(tǒng)的制作方法
超聲波層析成像系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本文公開的主題大體涉及非破壞性檢驗系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于進行非 破壞性檢驗的超聲波層析成像(tomography)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多工業(yè)檢查應(yīng)用依賴于成像技術(shù)來確定工業(yè)部件的質(zhì)量，諸如管道、管道陣列 等。例如，這樣的檢查技術(shù)可用來確定對象中的一個或多個缺陷的存在和/或位置，諸如裂 紋、孔洞或其它瑕疵的存在?？捎脕頇z查對象中缺陷的存在的一個成像模態(tài)為超聲波層析 成像。超聲波層析成像是采用超聲波來探查所關(guān)注的對象的聲學屬性以及產(chǎn)生對象的對應(yīng) 的圖像(其包括任何可檢測的缺陷)的成像模態(tài)。典型地通過位于換能器探頭中的換能器 來實現(xiàn)聲波脈沖的產(chǎn)生和返回回波的檢測。換能器探頭典型地包括機電元件，機電元件能 夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成用于發(fā)送的機械能，且還能夠出于接收目的將機械能轉(zhuǎn)換回電能。
不幸的是,在一些應(yīng)用中,缺陷的尺寸相對于被查對象的尺寸相對較小,這使得難 以檢測它們在被檢查對象的重建圖像中的存在。另外，在許多情形中，多個小缺陷可能間隔 得非常緊密，而且雖然通過超聲波檢查可檢測缺陷的組合區(qū)域，但是各個單獨的缺陷的尺 寸可能低于系統(tǒng)的分辨率。由于識別出現(xiàn)于對象中的缺陷的能力主要隨對象的產(chǎn)生的圖像 的質(zhì)量和分辨率而變，所以存在對于克服上述缺點的改進系統(tǒng)的需要。發(fā)明內(nèi)容
下面對在范圍方面與原本聲明的發(fā)明等同的某些實施例進行概述。這些實施例不 意于限制要求保護的發(fā)明的范圍，而是相反，這些實施例僅意于提供本發(fā)明的可能形式的 簡要概述。實際上，本發(fā)明可包括可能類似于或異于下面所闡述的實施例的多種形式。
在第一實施例中，一種系統(tǒng)包括具有多個換能器節(jié)段(segment)的分段換能器探 頭，該多個換能器節(jié)段適于將超聲波激勵信號發(fā)送到檢驗試樣(test specimen)中以及接 收超聲波激勵信號和檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的回波信號。該系統(tǒng)還包括處理系統(tǒng)，該 處理系統(tǒng)適于接收來自分段換能器探頭的、對應(yīng)于接收到的回波信號的數(shù)據(jù)，以及利用層 析成像重建方法來重建對應(yīng)于檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
在第二實施例中，一種方法包括將可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場傳遞到檢驗試樣，以 及接收可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場和檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的回波信號。該方法還包括 遞增地旋轉(zhuǎn)非軸向?qū)ΨQ聲場，將旋轉(zhuǎn)聲場傳遞到檢驗試樣，以及接收遞增地旋轉(zhuǎn)的非軸向 對稱聲場和檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的進一步的回波信號。該方法還進一步包括利用接 收到的回波信號和層析成像重建方法來重建對應(yīng)于檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
在第三實施例中，一種方法包括在大約零度的入射角下，將可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ 聲場傳遞到檢驗試樣。
在第四實施例中，一種方法包括在可變的入射角下，將可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場 傳遞到檢驗試樣?？梢远鄠€不同的入射角將聲場傳遞到檢驗試樣。在某些實施例中，入射角由相控陣技術(shù)控制。
在第五實施例中，一種方法包括將展現(xiàn)雙重、三重、四重或η重旋轉(zhuǎn)對稱的可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場傳遞到檢驗試樣。在一個實施例中，可傳遞具有大約1:2或大于大約1:2 的縱橫比的高度不對稱的雙重對稱。例如，可利用大約1:5或更高的縱橫比。
在第六實施例中，一種裝置包括分段換能器探頭。換能器探頭包括布置成使得陣列展現(xiàn)四重、五重、六重或η重旋轉(zhuǎn)對稱的換能器節(jié)段陣列，其中，可利用η等于或高于8的 η重對稱。在一些實施例中，η等于或大于大約16，例如，等于或大于大約32。在某些實施例中，η可為二或四的倍數(shù)。換能器探頭包括多個相向的換能器節(jié)段對。這些對可包括一個、兩個、三個、四個或更多個鄰近的換能器元件。在某些實施例中，換能器節(jié)段可為大致相同的形狀和尺寸。相向的換能器節(jié)段對適于被激活以產(chǎn)生可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。
在第七實施例中，一種裝置包括圓形分段換能器探頭。換能器探頭包括圍繞圓形分段換能器探頭的旋轉(zhuǎn)中心點以圓形的方式設(shè)置的換能器節(jié)段陣列，該陣列具有兩個、四個、六個或任何其它適當?shù)臄?shù)量的換能器節(jié)段的多個相向的對。相向的換能器節(jié)段對適于被激活以產(chǎn)生可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。在一些實施例中，換能器節(jié)段圍繞圓形分段換能器探頭的內(nèi)徑以圓形的方式設(shè)置。
在第八實施例中，可利用分段換能器探頭來產(chǎn)生可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。換能器探頭包括換能器節(jié)段陣列，該換能器節(jié)段陣列布置成使得陣列展現(xiàn)雙重、三重、四重或η 重旋轉(zhuǎn)對稱。例如，在一個實施例中可展現(xiàn)雙重對稱。換能器探頭包括兩個、四個、六個或任何其它適當?shù)臄?shù)量的換能器節(jié)段的多個相向的對。相向的換能器節(jié)段對適于被激活以產(chǎn)生可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。在一個實施例中，換能器探頭以圓形的方式分段，并且換能器節(jié)段圍繞圓形分段換能器探頭的內(nèi)徑以圓形的方式設(shè)置。


當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面與優(yōu)點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中圖1是利用分段探頭的超聲波檢驗系統(tǒng)的實施例的示意圖；圖2是描繪能用于圖1的分段探頭的控制和處理系統(tǒng)的實施例的框圖；圖3描繪能在圖1的超聲波檢驗系統(tǒng)中采用的分段換能器探頭的實施例；圖4描繪能用圖3的分段換能器探頭產(chǎn)生的可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場的實施例；圖5是能用來通過使用圖3的分段換能器探頭來產(chǎn)生檢驗試樣的重建圖像的方法的實施例的流程圖；圖6是描繪在第一探頭位置處圍繞檢驗試樣中的缺陷旋轉(zhuǎn)的聲場的實施例的示意圖； 圖7描繪能用圖6的聲場產(chǎn)生的矩陣的實施例；圖8是描繪在第二探頭位置處 圍繞檢驗試樣中的缺陷旋轉(zhuǎn)的聲場的實施例的示意圖； 圖9描繪能用圖8的聲場產(chǎn)生的矩陣的實施例；圖10是描繪在第三探頭位置處圍繞檢驗試樣中的缺陷旋轉(zhuǎn)的聲場的實施例的示意圖；以及圖11描繪能用圖10的聲場產(chǎn)生的矩陣的實施例。
部件列表
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括分段換能器探頭，其包括多個換能器節(jié)段，所述多個換能器節(jié)段配置成將超聲波激勵信號發(fā)送到檢驗試樣中以及接收所述超聲波激勵信號和所述檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的回波信號；以及處理系統(tǒng)，其配置成接收來自所述分段換能器探頭的、對應(yīng)于所接收到的回波信號的數(shù)據(jù)，以及利用層析成像重建方法來重建對應(yīng)于所述檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理系統(tǒng)配置成利用所述層析成像重建方法來重建所述檢驗試樣的多個體積切片，以及組合所述多個體積切片來重建所述檢驗試樣的體積表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分段換能器探頭包括在空間上布置成圓形布置的相向的換能器節(jié)段對的陣列，各個相向的換能器節(jié)段對包括第一換能器節(jié)段以及與所述第一換能器節(jié)段相向的第二換能器節(jié)段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述相向的換能器節(jié)段對中的各個的所述第一換能器節(jié)段和所述第二換能器節(jié)段配置成彼此同時地發(fā)送所述超聲波激勵信號，以及彼此同時地接收所述回波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述相向的換能器節(jié)段對配置成同時發(fā)送所述超聲波激勵信號，并且所述回波信號配置成按順序由相向的換能器節(jié)段的各個對接收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述分段換能器探頭配置成發(fā)送所述超聲波激勵信號作為可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理系統(tǒng)包括顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)配置成顯示所述檢驗試樣的所述重建圖像的視覺表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理系統(tǒng)配置成評價所述重建圖像，以確定以下的至少一個存在出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷，不存在出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷，出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷的位置，或者出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷的數(shù)量。
9.一種系統(tǒng),包括圓形分段換能器探頭，包括換能器節(jié)段陣列，其圍繞所述圓形分段換能器探頭的內(nèi)徑以圓形的方式設(shè)置，并且包括多個相向的換能器節(jié)段對；其中，所述多個相向的換能器節(jié)段對配置成被激活以產(chǎn)生可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述相向的換能器節(jié)段對中的各個包括配置成同時接收所述可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場和檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的回波信號的第一換能器節(jié)段和第二換能器節(jié)段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，包括處理器，所述處理器配置成接收來自所述圓形分段換能器探頭的、對應(yīng)于所接收到的回波信號的數(shù)據(jù)，以及利用層析成像重建方法來重建對應(yīng)于所述檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器配置成利用層析成像重建方法來重建所述檢驗試樣的多個體積切片，以及組合所述多個體積切片來重建所述檢驗試樣的體積表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器配置成評價所述重建圖像，以確定以下的至少一個存在出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷，不存在出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷，出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷的位置，或者出現(xiàn)于所述檢驗試樣中的缺陷的數(shù)量。
14.一種方法,包括 將可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場發(fā)送到檢驗試樣； 接收所述可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場和所述檢驗試樣之間的相互作用所產(chǎn)生的回波信號；以及 利用所接收到的回波信號和層析成像重建方法來重建對應(yīng)于所述檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，將所述可旋轉(zhuǎn)的非軸向?qū)ΨQ聲場發(fā)送到所述檢驗試樣包括激活分段換能器探頭的兩個或更多個分段換能器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，接收所述回波信號包括接收來自分段換能器探頭的成對的相向的換能器節(jié)段的所述回波信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括將分段換能器探頭定位在所述檢驗試樣的表面上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括將所述分段換能器探頭平移到沿著所述檢驗試樣的所述表面的多個位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，利用所接收到的回波信號和所述層析成像重建方法來重建所述圖像包括產(chǎn)生對應(yīng)于所述多個位置中的各個的、所接收到的回波信號的數(shù)值表示的矩陣，以及加總所產(chǎn)生的矩陣。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括用所述至少一個體積切片來重建所述檢驗試樣的體積表示，以及在顯示器上顯示所述體積表示。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為“超聲波層析成像系統(tǒng)”。提供一種包括分段換能器探頭的系統(tǒng)。分段換能器探頭包括多個換能器節(jié)段，該多個換能器節(jié)段適于將超聲波激勵信號發(fā)送到檢驗試樣中以及接收超聲波激勵信號和檢驗試樣的相互作用所產(chǎn)生的回波信號。該系統(tǒng)還包括處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)適于接收來自分段換能器探頭的、對應(yīng)于接收到的回波信號的數(shù)據(jù)，以及利用層析成像重建方法來重建對應(yīng)于檢驗試樣的至少一個體積切片的圖像。
文檔編號G01N29/06GK103048387SQ20121038531
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者W-D.克萊納 申請人:通用電氣公司