[发明专利]用于发射超声波信号到测试材料和从测试材料接收超声波信号的装置、系统和方法

说明书

用于向测试材料发射和从测试材料接收超声波信号的装置、系统和方法，其中该装置包括一个或多个轮组件(1)，其中每个轮组件(1)还包括：一个或多个换能器(20)，所述一个或多个换能器(20)布置成部分或完全嵌入联接介质/部分或完整内环(52、21)中，轮组件还包括轨道外环(23)，并且其中联接介质/部分或完整内环(52、21)以非旋转方式连接到轴(22)，并且一个或多个换能器(20)固定地指向测试材料(15)，并且轨道外环(23)的面向内的表面(26)和/或联接介质/部分或完整内环(52、21)的面向外的表面(25)之间的界面包括低摩擦材料，所述低摩擦材料具有与轨道外环(23)的声阻抗的量级相同的声阻抗的量级。

技术领域

本发明涉及一种基于模块的装置，用于所反射的超声波信号的超声波信号发射和接收，使得能够对诸如道路、桥梁、建筑物、管道、坦克、海上和陆上、航空航天、太空和海底中的固体材料进行非破坏性分析。

背景技术

问题是促进用于材料本身以及用于建筑材料的内部结构(诸如，增强件和/或缺陷和故障)的成像的数据收集的令人满意的检查方法和装置。

已经为检查诸如管道、集装箱、铁路轨道等设施提供了便利的解决方案，以收集数据并且映射潜在的弱点和故障。这些的共同点是检查工具难以适应于要检查的材料的各种材料、表面和环境。

已知解决方案的另一个问题是，仪器严重依赖于使用联接流体，无论是在仪器内部还是在仪器表面和待测材料表面之间的内部和外部。在这些情况下，难以促进不提供向上指向表面的地表面的可靠测量。

当使用超声波信号发射和接收来测量用于地下成像的大型结构时也会出现问题，因为可用的工具更适合于小区域的随机采样，或者工具不是为任务定制的。结果是时间消耗将是不可接受的高或接近100％的覆盖率，并且不能实现对建筑材料的分析。

更进一步的问题是被测材料表面的不平坦将导致仪器与待测材料的表面松散接触，因此没有记录有效的测量结果。

本发明提供了一种用于发射和接收超声波信号的装置，用于分析大型测试材料结构，包括具有不平坦表面的测试材料，以及超声波数据采集。本发明是灵活和可定制的，因为它可以适应于待测表面的拓扑结构，同时数据收集要求的量，低维护和对表面结构不敏感的高覆盖特性。

该装置适用于在不同深度分析地下，深度范围还包括从表面到最多15-20cm的层到测试材料中，但不排除其他深埋层。根据对所接收的数据的S/N比的要求，换能器发射的信号的频率和强度，采样率，测试材料分析的深度范围可以显著变化。目的是能够识别建筑/测试材料地下的薄弱点和断层，诸如混凝土结构中的有缺陷或恶化的加固，由于木结构中隐藏的树枝或腐烂部分导致的薄弱点或在这样的结构或类似物中的其他错误参数。本发明使用超声换能器技术提供有效的数据收集，能够利用低频超声kHz范围内的低频发射，优选地在25kHz和500kHz之间，或更优选地在75kHz和225kHz之间，以在诸如混凝土和木材等的测试材料中获得更好的性能。

本发明还可用于在高达数MHz范围内，优选在0.5MHz-10MHz之间的较高频率范围内发射超声信号。该装置还可用于从更紧凑的测试材料(诸如钢、碳纤维、玻璃纤维等)收集超声波数据。

尽管在本文件中已经具体讨论了一些频率范围，但是这不应该限制本发明，并且可以容易地选择其他频率。

发明内容

本发明的装置包括至少一个轮组件，该轮组件包括内背衬/部分或完整的轨道环和外可旋转的轨道环，其中内背衬/轨道环可以是非旋转的，该轮组件还包括一个或多个超声换能器以便发射和/或接收反射信号，轮组件还包括不需要或只需很少联接流体的联接装置，并且在使用联接流体的情况下，它在外轨道环的内侧的表面和/或内环外侧的表面上设置为薄膜，或者在背衬/内环和外可旋转轨道环之间的密封层中，其中一个或多个换能器布置在轨道内环上或集成在轨道内环上。