用于超声检查的装置和系统技术领域
本文公开的主题涉及超声检查，而且在某些实施例中，涉及用来执行超声检查的装置和系统。
背景技术
超声检查采用探头装置来检测在直观上检查对象的期间不明显的异常。这个探头装置可结合一个或多个换能器，换能器响应于诸如电波形脉冲的刺激而产生声波。刺激会激励换能器，换能器又发射各种形式的声波。压缩波可用来检测在对象的材料内部出现的容积(volumetric)缺陷。剪切波可帮助识别在对象的外表面上形成的裂纹(例如，横向裂纹)和凹口(例如，纵向凹口)。探头装置通常包括覆盖换能器元件的材料件，或“楔形物”。楔形物起阻隔的作用，以保护换能器免受损害，而且起将声波从换能器传导到对象的表面的介质的作用。
检查管道、管子、轴和其它伸长对象会带来挑战，需要可靠的探头装置和检查系统。探头装置可能需要使用若干个换能器的组件，换能器产生特定形式的声波(例如压缩、剪切等)来检测某些类型的异常。此外，为了执行充分和彻底的检查，系统必须将探头装置定位在沿着对象长度的各种位置上。系统还必须询问沿着对象的长度的各个位置处的周向结构。
不幸的是，在对象中及其周围的空间限制可约束系统用来移动探头装置的促动机构的大小和/或范围。这些限制可妨碍使用可到达对象的膛孔和/或中心开口中以定位探头装置的伸长杆。膛孔的尺寸可进一步约束与探头装置进行信号和/或流体传送所必需的恰当的电缆敷设和/或外围装置。这些约束可妨碍使用例如相控阵列超声装置，相控阵列超声装置部署多个换能器来产生声波且动态地改变声波的方向和焦点。
以上论述仅仅是为了提供背景信息，而且不意于用来协助确定要求保护的主题的范围。
发明内容
本公开在下面描述了对超声检查的改进，而且特别地描述了用于对诸如轴、管道、管子等空心对象进行非破坏性测试的探头组件和检查系统。探头组件的设计可结合电子器件，以产生波，以及检测可在空心对象中形成的大范围的异常(例如，横向裂纹、纵向裂纹和容积缺陷)。探头组件还提供支承结构来操纵和操作膛孔中的这些电子器件。这个支承结构有利于将信号从例如换能器元件传送出来，换能器元件起相控阵列的作用。这些信号的示例限定可指示对象中存在异常的数据。
本公开在一个实施例中描述了一种用于超声检查的装置。该装置包括伸长本体，伸长本体具有第一端、第二端，以及在第一端和第二端之间延伸的纵向轴线。装置还具有设置在第一端附近的探头元件，探头元件包括第一组换能器。装置还具有与多个换能器联接的探头控制构件，探头控制构件具有用以产生信号来选择性地激励多个换能器中的一个或多个的硬件。探头装置进一步具有从伸长本体的第一端延伸到第二端的流体循环系统，流体循环系统具有在探头元件附近的第一端口。
本公开还在一个实施例中描述了一种用于检查空心对象中的异常的探头。探头包括：探头装置，其具有第一端和第二端；在第一端附近的探头元件；以及流体循环系统，其在第一端处具有第一端口，并且在第二端处具有第二端口。探头还具有与探头装置的第二端联接的旋转构件。旋转构件具有第一部分、相对于第一部分旋转的第二部分，以及联接第一部分与第二部分的联接结构，联接结构构造成容许流体和信号在第一部分和第二部分之间传送。
本公开在一个实施例中进一步描述了一种系统，其包括探头装置，探头装置包括：多个换能器元件；与多个换能器元件联接的探头控制构件；以及在换能器元件附近的流体端口。该系统还具有在第一端处与探头装置联接的栓系构件。栓系构件包括第一栓系连结件(link)和第二栓系连结件，它们在旋转接头处彼此连接。系统进一步具有在第二端处与栓系构件联接的促动器。促动器包括缠绕机构，缠绕机构容纳呈缠绕构造的第一栓系连结件和第二栓系连结件。
本发明的这个简要描述仅意于提供本文公开的根据一个或多个示例性实施例的主题的简要综述，而且不用来指导解释权利要求或限定或限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求限定。提供此简要描述是为了介绍在以下详细描述中进一步描述的简化形式的一系列示例性概念。此简要描述不意于确认要求保护的主题的关键特征或实质性特征，也不意于用来协助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不局限于解决背景中提到的任何或所有缺点的实现。
附图说明
为了可理解本发明的特征，本发明的详细描述可参照某些实施例，在附图中示出其中一些实施例。但要注意的是，附图仅示出本发明的某些实施例，并且因此不应认为是限制本发明的范围，因为本发明的范围包含其它等效实施例。附图不必按比例绘制，重点大体在示出本发明的某些实施例的特征上。在图中，相同标号用来指示各图中的相同部件。因而，为了进一步理解本发明，可参照以下详细描述，结合附图来阅读以下详细描述，在图中：
图1描绘用于对对象进行非破坏性测试的探头组件的示例性实施例的示意图；
图2描绘探头组件的示例性实施例的透视图，探头组件具有可用来检查小直径空心对象的探头装置；
图3描绘图2的探头组件的侧视横截面图；
图4描绘探头组件的示例性实施例的侧视横截面图，探头组件具有用来接合和旋转探头构件的旋转构件；
图5描绘可用来检查大直径空心对象的探头组件的示例性实施例的透视图；
图6描绘图5的探头组件的正视横截面图，以示出用于探头构件中的探头元件的一个构造；
图7描绘探头组件的示例性实施例的侧视横截面图，探头组件具有可联接探头构件与检查系统的接口构件；
图8描绘用于进行非破坏性测试的检查系统的示意图；
图9描绘示例性栓系构件的侧视图，其在图8的检查系统中用来移动探头组件，例如图1、2、3、4、5、6和7的探头组件；
图10示出用于在探头组件中使用的示例性边界元件的侧视图的示意图；以及
图11示出探头组件的示例性实施例的平面图，以示出通过探头组件的流体的示例性流型。
具体实施方式
图1示出探头组件100的示例性实施例的示意图，探头组件100可产生用来进行非破坏性检查的超声信号。探头组件100包括探头构件102、接口构件104和旋转构件106，旋转构件106将探头装置102联接到接口构件104上。探头构件102包括一个或多个探头元件(例如，第一探头元件108)和可与第一探头元件108交换信号(例如，电信号)的探头控制构件110。旋转构件106具有固定部分112和旋转部分114。部件112、114的示例可主动地使探头装置100旋转，这大体由示出的箭头116指示。探头组件100还具有一个或多个操作构件(例如，流体构件118和信号构件120)。操作构件118、120在探头装置100和接口构件104之间传导输入和输出(例如，流体、电信号等)。
探头构件102的设计包括装配到对象(例如，管道、管子、轴等)的膛孔中的构件。这些设计结合电子器件来产生波，以及检测可在对象中形成的大范围的异常(例如，横向裂纹、纵向裂纹和容积缺陷)。探头组件100提供容许探头构件102在膛孔中操作的支承结构。这个支承结构有利于将信号从例如第一探头元件108中传送出来。这些信号的示例限定可指示对象中存在异常的数据。
探头元件(例如，第一探头元件108)可包括构造不同的换能器。第一探头元件108的示例性结构可包括成对的换能器阵列，它们各自具有多个换能器。在操作期间，各个换能器阵列中的换能器可产生和接收声波。在一个实施例中，换能器和/或换能器阵列起相控阵列的作用，相控阵列构造成动态地改变声波的方向和焦点。相控阵列响应于信号，来选择性地激励换能器阵列中的一个或多个换能器。这个操作可用来识别特定类型的异常，如本文构想的那样。
探头组件100的构件有利于信号在探头构件102和接口构件104之间传送。这些构件允许探头装置102与外围装置交换信号，例如，控制器和/或系统级装置。外围装置的示例可处理信号，以在显示器上产生异常的视觉表示。探头组件100的结构还可有利于移动(例如，旋转)探头构件102。这个特征容许探头构件102相对于对象旋转，这可用来瞄准和/或定位换能器而使其就位，以询问对象的不同角度部分。在一个实施例中，该结构使用各种机械和机电装置来联接旋转构件106的固定部分112和旋转部分114。这些类型的装置可在旋转部分114相对于固定部分112旋转的期间，使信号和流体保持在探头构件102和接口构件104之间传导。
图2描绘探头组件200的示例性实施例的透视图，为了例示，仅显示了探头组件200的部分结构的形式。在图2的一个示例中，探头构件202具有伸长本体222，伸长本体222具有第一端224、第二端226，以及在它们之间延伸的纵向轴线228。伸长本体222的第二端226包括接口区域230，接口区域230具有凹部232或类似的特征，以接收旋转构件206的一部分。在一个示例中，探头组件200可使用一个或多个紧固件234来将旋转构件206的这个部分固定在接口区域230处。在第一端224处，伸长本体222形成检查区域236，检查区域236由成对的边界元件238限制，成对的边界元件238沿着轴线228彼此沿纵向间隔开。检查区域236包括一个或多个后部流体端口240，其通往伸长本体222的表面。
图3的示意图示出在图2的线3-3处得到的探头组件200侧视局部横截面图。探头构件202具有流体循环系统，其包括后部流体端口240和设置在检查区域236中的一个或多个前部流体端口242。在接口区域230处，探头构件202可包括一个或多个流体连接器(例如，第一流体连接器243和第二流体连接器244)，它们分别与后部流体端口240和前部流体端口242联接。在一个示例中，探头装置202结合一个或多个流体运送元件245，流体运送元件245允许流体在端口240、242和端口243、244之间流动。接口区域230还可具有与探头控制构件210联接的一个或多个连接器元件(例如，连接器元件246)。在检查区域236处，边界元件238可包括第一环形套管248和第二环形套管250。在一个实施例中，第一环形套管248包含黄铜，但是呈包围伸长本体222的至少一部分的形式的其它材料(例如，塑料、橡胶和/或其它柔韧的材料)也是可行的。这个材料接触对象的内表面，以使探头装置200在对象中居中。第二环形套管250的示例可包括橡胶环(例如，O形环)，橡胶环可独立于伸长本体222旋转。在图10中可找到环形套管248、250的结构的额外细节，将在下面对其进行进一步论述。
伸长本体222和第二环形套管250的构造在检查区域236中形成周向腔体和/或储存器。流体循环系统使流体(例如油)循环到这个周向腔体，以及循环出这个周向腔体。橡胶环(例如，第二环形套管250)使流体容纳在周向腔体中。这个流体充当有利于将来自探头构件202的声波传导和/或联接到对象的介质。流体运送元件245的示例包括管道和/或软管，但是本公开构想到在伸长本体222的材料结构中结合特征(例如，孔、膛孔等)的其它结构。总的来说，流体运送元件245可形成网络，以允许流体在例如端口240、242和端口243、244之间流动。
在操作期间，流体分散到检查区域236中，在对象的表面和探头装置200的外表面(例如，伸长本体222的表面)之间形成薄层，以及/或者流体分散到检查区域236中的探头元件208中。第一环形套管248和第二环形套管250可与对象的表面接触和/或接合。第二环形套管250的示例可包括环和/或垫圈(由与流体相容的材料制成)，环和/或垫圈接合对象的表面，以防止流体移离储存器和沿着伸长本体的外边缘移动。第二环形套管250可与一个或多个轴承(未显示)联接，以容许伸长本体222相对于第二环形套管250旋转，从而在探头组件200在检查对象的期间操作，以改变探头构件202的方向时，保持合适的密封。
在一个实施例中，伸长本体222可容纳探头控制构件210，以将许多功能结合到操作换能器(例如，作为相控阵列)所需的探头构件202中。本公开构想了探头控制构件的其它位置，例如在旋转构件306中。探头控制构件210的示例包括电路和类似的电子器件和硬件，包括离散装置(例如晶体管、电阻器等)、处理器(例如ASIC)和存储器(例如RAM、ROM等)。这个电路可嵌入和执行某些可执行指令(例如，软件、固件等)，以产生对应于发射和接收相控阵列装置的功能的信号。探头控制构件210的硬件和指令会减少电缆和操作探头元件来执行检查所必须的其它装置的数量。
图4示出探头组件300的示例性实施例的侧视局部透视图，以示出旋转构件306的一个结构。在一个实施例中，旋转构件306具有成对的接收区域(例如，第一接收区域352和第二接收区域354)，它们设置在结构的相反的端部上。在第一接收区域352中，旋转构件306包括一个或多个前部接口端口356和一个或多个前部接口连接器元件358。第二接收区域354包括一个或多个后部接口端口360和一个或多个后部接口连接器元件362。在一个实施例中，接口端口356、360具有不同的油接口，以允许流体沿不同的方向，例如从第一接收区域352流到第二接收区域354，以及从第二接收区域354流到第一接收区域352。在图11的示意图中显示流型的一个示例。
如还在图4中显示的那样，旋转构件306包括联接结构364，其将固定部分312和旋转部分314固定在一起。联接结构364包括旋转接头366、一个或多个轴承构件368和具有马达370的驱动系统。驱动系统还可包括与马达370分开和/或结合的一个或多个齿轮元件。齿轮元件的示例传递马达370的旋转运动，以使旋转部分314旋转。联接结构364还可包括滑环372，或类似的旋转电接头，滑环372例如在前部接口连接器元件358和后部接口连接器元件362之间传导信号。滑环372的设计可根据通道的数量(例如，探头装置202的换能器元件的数量)改变，以及/或者根据远程电子装置(例如，探头控制构件210)的所需线材改变。在一个示例中，接头366可结合滑环372的一个或多个部件(例如，轴)。
在一个实现中，探头构件302的接口区域337接合旋转构件306的第一接收区域352。这个接合可容许流体和信号例如通过端口342与端口356的联接以及连接器元件346与连接器元件358的联接来传送。探头组件300可使用一个或多个紧固件(例如螺钉、螺栓等)和/或集成机构，它们使探头构件302在旋转构件306上固定就位。
联接结构364使用构件和结构来允许旋转部分314相对于固定部分312移动。这个结构的示例可使旋转部分314旋转，同时保持流体和信号连接，以允许探头构件302按需要操作，以对对象执行检查。旋转接头366的布置可包括配合、固定和/或联接在一起的构件，以允许流体和信号例如在第一接收区域352和第二接收区域354之间传送。此外，旋转接头366可包括对旋转提供基准“零”位置的传感器元件。传感器元件的示例可与滑环372结合或分开。
图5和6描绘探头组件400的示例性实施例的透视图。在这个实施例中，探头构件402可用来对具有大约65mm或更大的膛孔直径的对象执行检查。在第二端426处，探头组件400结合插销型接口474，以将探头构件402联接到旋转构件406上。插销型接口474的示例可使用对应的配合销和插座，它们可在例如探头构件402和旋转构件406之间传导信号和流体。图6是在图5的线6-6处得到的探头组件400的横截面，如图6中最佳地显示的那样，探头构件402包括围绕纵向轴线428沿周向设置的多个探头元件408。
图7在局部分解图中描绘探头组件500的示例性实施例的侧视横截面图，以集中论述接口构件504。在一个实施例中，接口构件504具有连接区域576和输入/输出区域578。连接区域576包括一个或多个连接器580和一个或多个流体端口582。在一个实现中，连接区域576与旋转构件506上的第二接收区域554联接。这个构造得到必要连接(例如，端口582与端口560连接，并且连接器580与连接器562连接)，以允许流体和信号在接口构件504和旋转构件506之间传送。如下面更详细地阐述的那样，输入/输出区域578可与检查系统的一个或多个构件联接。这个连接允许检查系统与探头构件(例如，探头构件102、202、302、402)连通，以对对象执行检查。
图8的示意图示出检查系统600的侧视图，检查系统600使用探头组件(例如，探头装置100、200、300、400、500)来检查对象602。对象602的示例包括具有内部膛孔604的空心对象(例如，管道、管子、轴等)，内部膛孔604接收探头组件。检查系统600包括具有栓系构件608的平移机构606，栓系构件608容纳一个或多个联接元件(例如，第一联接元件610和第二联接元件612)。栓系构件608例如通过接口构件(例如，接口构件104、504)在第一端614处与探头装置联接，并且在第二端616处联接到促动装置618上。
促动装置618的示例可使栓系构件608伸出和收回，以使探头装置从通往内部膛孔604(如图8中显示的那样)的开口附近的第一位置平移到与膛孔间隔开且在膛孔604的更里面的第二位置。促动装置618可包括有利于移动探头装置的一个或多个促动器(例如，第一促动器620和第二促动器622)。第一促动器620可结合缠绕机构624，例如当探头装置处于第一位置时，缠绕机构624可存储栓系构件608的一部分。第二促动器622的示例可包括线性促动器626，其可改变缠绕机构624的高度，以使探头装置处于适合进入内部膛孔604的位置。在一个实施例中，平移机构606可进一步包括使平移机构606与表面630(例如地板)有少量摩擦接触的一个或多个滚动元件628。这个特征有利于平移机构606移动到例如制造和/或工业环境内的不同位置。
还如图8中显示的那样，检查系统600可包括一个或多个外围构件(例如，流体供应632、功率供应634、促动器控制器635和控制器636)。促动器控制器635可具有与控制装置(例如按钮、开关、操纵杆)的接口，以允许最终用户与检查系统600交互。这些控制装置可促使和/或引导探头组件的移动、流体的流动、紧急关闭和类似的功能。在一个实施例中，控制器636具有处理器638、控制电路640和存储器642，存储器642可存储一个或多个可执行指令644，可执行指令例如呈构造成由处理器(例如，处理器638)执行的软件和固件的形式。控制器636还可包括将控制器636的构件(例如，处理器638、控制电路640和存储器642)联接在一起的总线646。总线646容许来自一个构件控制器636的信号、数据和信息与另一个交换。控制电路640可包括远程超声电子器件647，它可处理来自探头组件的信号。
控制器的示例可与网络系统648通信，网络系统648具有一个或多个外部服务器(例如，外部服务器650)和将控制器636连接到外部服务器650的网络652。本公开还构想到一个或多个程序和/或可执行指令(例如，可执行指令644)位于外部服务器650上的构造。控制器636可访问这些远程存储项目，以执行本文公开的一个或多个功能。在一个实施例中，计算装置654可与控制器636和网络652中的一个或多个通信，例如以便如期望的那样与检查系统600的探头装置和/或构件交互和/或相互作用。
图9示出检查系统600的详细视图，以示出栓系构件608的一个结构。在图9中，栓系构件608包括多个栓系连结件(例如，第一栓系连结件656、第二栓系连结件658和第三栓系连结件660)。栓系连结件656、658、660可具有连接端662和接收端664。在一个示例中，连接端662形成U形钩666，U形钩666围绕相邻栓系连结件656、658、660的接收端664而配合。栓系连结件656、658、660连结，形成相对于彼此旋转的至少一个自由度。
在操作期间，一个或多个促动器(例如，缠绕机构624)对栓系构件608施加力。这个力可推拉栓系构件608。在推力下，栓系连结件656、658、660彼此接合，形成伸长链，其硬度足以在探头装置上产生推力(F1)。这个特征允许检查系统600(图7)改变探头装置相对于例如对象602的位置。另一方面，拉力将把栓系连结件656、658、660拉到缠绕机构624中(图7)。将相邻栓系连结件656、658、660联接在一起的铰接接头允许栓系构件608收缩，而且在一个示例中，有效地缠绕成收缩构造。这个结构减小使探头装置到达对象602的外端所需的栓系构件608的大小。栓系连结件656、658、660的示例可具有空心和/或半空心结构，其允许联接元件610、612穿过栓系构件608，以与接口构件(例如，图7的接口构件504)上的输入/输出区域(例如，图7的输入/输出区域578)上的对应的特征联接。
图10描绘示例性边界元件738的侧视图的示意图。在一个示例中，边界元件738包括第一套管元件748和呈橡胶O形环768的形式的第二套管元件750。边界元件738还包括轴承770和衬套772，衬套772具有在其中接收轴承770的开口774。轴承770可与可在探头装置702的伸长本体722上出现的隆起元件776相互作用，如本文公开和构想的那样。一个或多个紧固件778可联接第一套管元件702与衬套772。
图11的示意图示出探头组件800的示例性实施例的平面图，以示出通过结构的流体(例如油)的示例性流型。如图11中显示的那样，流体可在旋转构件806的固定部分812处进入探头组件800。流体可通过旋转构件806的结构行进到接口区域837、852，在那里，旋转构件806与探头构件802联接。流体继续通过探头构件802，在那里，流体从第一组端口(例如，前部端口840)喷射到检查区域836中。在一个实施例中，真空压力可用来将流体吸到第二组端口中(例如，后部端口842)，以使流体向后行进，通过接口区域837、852和离开固定部分812。这个流体循环系统在检查区域836中形成薄油层(或膜)。这个层的示例可用来在探头装置802和对象之间传导声音信号。
如本文所用，以单数叙述或以词语“一个”或“一种”开头的元件或功能应理解为不排除多个所述元件或功能，除非明确陈述了这种排除。此外，对要求保护的发明的“一个实施例”的引用不应解释为排除也结合了所叙述的特征的额外实施例的存在。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。