本發(fā)明涉及對(duì)材料的無損檢驗(yàn)，并且更確切地涉及通過超聲檢測(cè)并表征非均質(zhì)材料中的缺陷。

背景技術(shù)：

超聲通常用于實(shí)施對(duì)材料的無損檢驗(yàn)。為此使用位于要檢查的材料表面的超聲換能器，超聲換能器在材料中發(fā)射超聲波。這些波在材料中傳播，并且根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)被材料反射。換能器接收這些反射波，并且對(duì)反射波的分析允許檢測(cè)材料中可能存在的缺陷。

但是，對(duì)于非均質(zhì)材料，即顆粒大小為超聲波在該材料中的波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)的多晶材料，超聲波被材料結(jié)構(gòu)漫射的現(xiàn)象成為主導(dǎo)現(xiàn)象。因此該漫射可能導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲，即由換能器接收的幅度不可忽視的超聲信號(hào)，并且所述超聲信號(hào)具有與由缺陷反射的波的特征相似的特征，因此導(dǎo)致?lián)p害檢測(cè)材料中實(shí)際存在的缺陷的能力。

實(shí)際上，在結(jié)構(gòu)噪聲具有與構(gòu)成有效信號(hào)的缺陷特征(signature)相似的時(shí)間或頻譜特征的情況下，通過基于小波的投影或去卷積、時(shí)域或頻域?yàn)V波對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行處理的傳統(tǒng)方法被證實(shí)是無效的。

專利申請(qǐng)us2007/0006651a1描述了一種借助超聲波進(jìn)行無損檢驗(yàn)的方法，該方法基于信號(hào)所選部分的頻譜幅度與參考幅度的比較。該申請(qǐng)?zhí)岢鲈诓煌恢眠M(jìn)行測(cè)量的可能，并提出使這些測(cè)量結(jié)合以便獲得在空間意義上的平均測(cè)量信號(hào)。但是，這種方法并不是完全令人滿意的，并且信號(hào)仍受噪聲損害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種通過超聲檢測(cè)非均質(zhì)材料中的缺陷的方法，所述方法允許減小損害所獲得的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)噪聲的影響。

為此，提出一種通過超聲檢測(cè)并表征非均質(zhì)材料中的缺陷的方法，所述方法包括以下步驟：

-從抵靠材料放置的超聲發(fā)射換能器發(fā)射超聲波；

-通過相對(duì)于所述材料的不同位置處的超聲接收換能器獲取多個(gè)時(shí)間信號(hào)，所述多個(gè)時(shí)間信號(hào)表示對(duì)于超聲接收換能器的位置、在材料中傳播的超聲波隨著時(shí)間而變的幅度，

所述方法包括以下步驟：

-確定表示與超聲接收換能器的不同位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)的空間平均功率的時(shí)間函數(shù)，表示時(shí)間信號(hào)的空間平均功率的所述時(shí)間函數(shù)為如下一般公式：

其中α、β、γ不為零，x(z,t)為時(shí)間信號(hào)，所述時(shí)間信號(hào)表示對(duì)于超聲接收換能器的位置z、在材料中傳播的聲音隨著時(shí)間而變的幅度，以及m(t)為時(shí)間的函數(shù)，

-借助所述時(shí)間函數(shù)對(duì)時(shí)間信號(hào)歸一化，以獲得歸一化的時(shí)間信號(hào)，

-根據(jù)歸一化的所述時(shí)間信號(hào)檢測(cè)并表征材料的缺陷。

有利地，通過以下以單獨(dú)或任一可能的技術(shù)結(jié)合的方式采用的特征來將本發(fā)明補(bǔ)充完整：

·m(t)＝0，或者或者m(t)＝medianz{x(z,t)}，以及

·α＝2且γ＝0.5，或者α＝1且γ＝1，以及

·或者或者β＝1，其中nz是位置的數(shù)量，nz大于2。

-選擇m(t)＝0，α＝2，γ＝0.5，所述時(shí)間函數(shù)是接收換能器的不同位置的時(shí)間信號(hào)的空間標(biāo)準(zhǔn)差σ(t)，所述位置由所述位置的高度h和所述位置的角度θ定義：

-借助所述時(shí)間函數(shù)f(t)對(duì)時(shí)間信號(hào)x(z,t)的歸一化對(duì)應(yīng)于將所述時(shí)間信號(hào)除以所述時(shí)間函數(shù)：

-表示對(duì)于接收換能器的位置、在材料中傳播的聲音隨著時(shí)間而變的幅度的時(shí)間信號(hào)是a型空間-時(shí)間表示，所述a型空間-時(shí)間表示代表對(duì)于接收換能器的位置、在材料中傳播的聲音隨著時(shí)間而變的幅度；

-缺陷檢測(cè)包括通過針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置選擇與該位置相對(duì)應(yīng)的歸一化的時(shí)間信號(hào)的絕對(duì)值在時(shí)間上的最大值，來確定至少一個(gè)c型空間表示的確定步驟；

-缺陷檢測(cè)包括借助低通空間濾波器對(duì)所述至少一個(gè)c型空間表示進(jìn)行空間濾波的空間濾波步驟；

-缺陷檢測(cè)包括將比例與檢測(cè)閾值進(jìn)行比較的比較步驟，所述比例為兩方面之間的比，一方面為由c型空間表示所采用的針對(duì)一個(gè)位置的值與c型空間表示的值的平均值之差的絕對(duì)值，以及另一方面為c型空間表示的值的標(biāo)準(zhǔn)差；

-在確定時(shí)間函數(shù)之前：

-通過針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置選擇與該位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)的絕對(duì)值在時(shí)間上的最大值，來確定至少一個(gè)c型空間表示；

-對(duì)該c型空間表示應(yīng)用預(yù)處理二維低通空間濾波器，以便獲得在每個(gè)測(cè)量位置處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平；

-將每個(gè)時(shí)間信號(hào)除以在與所述時(shí)間信號(hào)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量位置處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平；

本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼指令。

附圖說明

借助下面的描述將更好地理解本發(fā)明，該描述涉及作為非限制性例子給出的優(yōu)選實(shí)施例，并參照所附示意圖進(jìn)行說明，在附圖中：

-圖1a和1b示出通過探頭檢查管道，所述探頭分別專用于檢測(cè)縱向和圓周方向的缺陷；

-圖2示出根據(jù)到達(dá)時(shí)間的結(jié)構(gòu)噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差的變化；

-圖3a、3b和3c是c型表示的例子，示出了使結(jié)構(gòu)噪聲的空間變異(variability)減小的預(yù)處理的不同步驟；

-圖4是c型表示的例子，對(duì)應(yīng)于在歸一化之前，針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置選擇與該位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)絕對(duì)值在時(shí)間上的最大值；

-圖5示出在借助時(shí)間信號(hào)的空間標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行歸一化之后的圖4的c型表示。

-圖6示出比例的c型表示，所述比例為一方面圖5的c型表示的值與這些值的平均值之差的絕對(duì)值以及另一方面圖5的c型表示的值的標(biāo)準(zhǔn)差之間的比例。

具體實(shí)施方式

出于示意性目的，本描述將在借助超聲換能器對(duì)穿透核反應(yīng)堆池底部的管道進(jìn)行無損檢驗(yàn)的背景下進(jìn)行。通常進(jìn)行對(duì)這種換能器測(cè)量結(jié)果的獲取，尤其用于實(shí)施稱作衍射路徑時(shí)間測(cè)量的技術(shù)，該技術(shù)以英文縮寫為tofd(timeofflightdiffraction)而更加熟知，可實(shí)施該相同的獲取協(xié)議用于本發(fā)明。

對(duì)穿透核反應(yīng)堆池底部的管道進(jìn)行無損檢驗(yàn)具有核領(lǐng)域特有的多個(gè)約束。一方面，該環(huán)境容易導(dǎo)致材料的過早老化，以及另一方面結(jié)構(gòu)故障的后果使得所有缺陷都應(yīng)被盡早檢測(cè)到。另外，這些穿透管道的可達(dá)性被限制在管道內(nèi)部，這導(dǎo)致需要從管道的內(nèi)表面檢查管道的整個(gè)厚度，因?yàn)閺墓艿劳獠窟M(jìn)行檢查是難以實(shí)現(xiàn)的。

穿透池底部的管道一般由因科鎳合金(inconel)構(gòu)成，即主要以鎳、鉻、和鐵為基礎(chǔ)的合金，并且合金還包含銅、錳和鉬，以及可能的一般較少量的其它成分。其涉及非均質(zhì)材料，其結(jié)構(gòu)具有與在無損檢驗(yàn)中使用的超聲波的波長(zhǎng)差不多尺寸的顆粒。作為示例，一般在無損檢驗(yàn)中使用的超聲波頻率可以在0.1至50mhz之間延伸，最常使用2-10mhz的頻帶。因此在該頻帶中，對(duì)于諸如鋼或鋁之類的金屬，波長(zhǎng)實(shí)際包括在3mm到0.5mm之間。要指出的是，該方法不一定限制于非均質(zhì)材料，但在非均質(zhì)材料中得到有利的應(yīng)用。

對(duì)這種管道的檢查一般借助兩種類型的探頭進(jìn)行。一種探頭適于檢測(cè)縱向缺陷，該探頭給出稱作tofd-l的縱向信號(hào)，而另一種探頭適于檢測(cè)圓周缺陷，該探頭給出稱作tofd-c的圓周信號(hào)。兩個(gè)探頭例如可以按螺旋形的方式掃過管道的內(nèi)表面。

圖1a和1b示出通過兩種類型的超聲探頭掃描管道10。因此圖1a示出面對(duì)管道10的內(nèi)壁11設(shè)置的檢查管道10的tofd-l(縱向)型探頭1，探頭1遵循管道10的曲率。管道10具有這里為凹口形狀的缺陷13。探頭1的發(fā)射換能器14和接收換能器15被設(shè)置為使得彼此與管道10的縱軸線垂直定向。因此它們位于與管道10的所述縱軸線垂直的平面中。

圖1b示出檢查具有缺陷13的管道10的tofd-c(圓周)型探頭2。tofd-c探頭2被設(shè)置為面對(duì)該管道10的內(nèi)壁11，探頭2遵循管道10的曲率。tofd-c探頭2的發(fā)射換能器24和接收換能器25被設(shè)置為使得按管道10的縱軸線對(duì)齊。它們因此位于與管道10的所述縱軸線平行的平面中。

對(duì)于這兩種類型的探頭，測(cè)量方法相似，將要描述的檢測(cè)方法也相同。因此可以使用探頭中的一種類型或另一種類型，或者使用兩種類型。從抵靠材料放置的超聲發(fā)射換能器14、24發(fā)射超聲波。探頭掃過管道，并且對(duì)于由高度h和角度θ表示的多個(gè)位置，進(jìn)行超聲波的發(fā)射，并通過超聲接收換能器15、25接收反射信號(hào)。例如，對(duì)于測(cè)量，高度步長(zhǎng)可以為0.5mm，轉(zhuǎn)動(dòng)步長(zhǎng)可以為1.44°。

通過幅度定義如此獲取的數(shù)據(jù)，所述幅度為與高度h和角度θ有關(guān)的隨時(shí)間的函數(shù)?？梢杂脄表示由高度h和角度θ定義的位置z。因此記作：

-xl(h,θ,t)或者xl(z,t)：由tofd-l探頭1接收的時(shí)間信號(hào)，以及

-xc(h,θ,t)或者xc(z,t)：由tofd-l探頭2接收的時(shí)間信號(hào)，

可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)構(gòu)造多種類型的表示：

-表示a或a-scan，它是針對(duì)探頭位置的時(shí)間信號(hào)，其數(shù)據(jù)記作xlorc(h，θ)(t)或xlorl(z)(t)；

-表示b或b-scan，它可以是：

·對(duì)于給定高度的角度/時(shí)間二維信號(hào)：xlorc(h)(θ,t)，或者

·對(duì)于給定角度的高度/時(shí)間二維信號(hào)：xlorc(θ)(h,t)；

-表示c或c-scan，它是對(duì)應(yīng)于針對(duì)探頭的每個(gè)位置所測(cè)量的最大幅度(絕對(duì)值)的二維信號(hào)

或

為了更方便，并且在它們等效的條件下，下面省略涉及已經(jīng)獲取了所研究信號(hào)的探頭的縱向或圓周方面的下標(biāo)(l或c)。

優(yōu)選地，在繼續(xù)該方法之前，實(shí)施預(yù)處理以便減少結(jié)構(gòu)噪聲的空間變異，并因此改善后續(xù)處理的有效性。為此，首先通過針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置選擇與該位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)絕對(duì)值在時(shí)間上的最大值，來確定至少一個(gè)c型空間表示，如上所述。圖3a示出c型或c-scan型表示，其中垂直軸表示高度，這里以0.5mm的探頭步長(zhǎng)來表示，以及水平軸表示角度θ，這里以1.44°的角度步長(zhǎng)來表示。在該圖3a以及后續(xù)的圖3b和3c中，暗色指示低值，而亮色指示高值?？梢酝ㄟ^它們的平均水平來區(qū)分彼此相區(qū)分的至少四個(gè)區(qū)域：對(duì)應(yīng)于0個(gè)和約50個(gè)角度步長(zhǎng)之間的探頭角度的第一區(qū)域31具有低的平均值(暗色)，對(duì)應(yīng)于約50個(gè)角度步長(zhǎng)和約150個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第二區(qū)域32具有高的平均值(亮色)，對(duì)應(yīng)于約150個(gè)角度步長(zhǎng)和約200個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第三區(qū)33具有低的平均值(暗色)，對(duì)應(yīng)于約200個(gè)角度步長(zhǎng)和約250個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第四區(qū)34具有高平均值(亮色)。

對(duì)該c型空間表示應(yīng)用預(yù)處理二維低通空間濾波器，以便獲得在每個(gè)測(cè)量位置處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平。將兩個(gè)截?cái)囝l率(一個(gè)針對(duì)高度h和另一個(gè)針對(duì)角度θ)選擇為對(duì)應(yīng)于距離的倒數(shù)，根據(jù)所述距離，結(jié)構(gòu)噪聲水平被認(rèn)為是相對(duì)恒定的。在上面的例子中，給出了截?cái)囝l率和1/50的探頭步長(zhǎng)或1/72度^-1。

圖3b示出了對(duì)應(yīng)于圖3a的c-scan在由預(yù)處理二維低通空間濾波器濾波之后的結(jié)構(gòu)噪聲平均值的圖像。其中看到由其平均水平彼此區(qū)分的四個(gè)區(qū)域：對(duì)應(yīng)于0個(gè)和約50個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第一區(qū)域41具有低的平均值(暗色)，對(duì)應(yīng)于約50個(gè)角度步長(zhǎng)和約150個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第二區(qū)域42具有高的平均值(亮色)，對(duì)應(yīng)于約150個(gè)角度步長(zhǎng)和約200個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第三區(qū)43具有低的平均值(暗色)，對(duì)應(yīng)于約200個(gè)角度步長(zhǎng)和約250個(gè)角度步長(zhǎng)之間的角度的第四區(qū)44具有高平均值(亮色)。

因此獲得在每個(gè)測(cè)量位置處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平。然后將每個(gè)時(shí)間信號(hào)，即每個(gè)a-scan，除以在與所述時(shí)間信號(hào)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量位置處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平。將在測(cè)量位置z處的結(jié)構(gòu)噪聲的平均水平記作p(z)，并重新采用上面指示的記號(hào)a-scan，因此對(duì)于如此預(yù)處理的a-scan，有：

在對(duì)a-scan中的結(jié)構(gòu)噪聲的空間變異進(jìn)行該可能的預(yù)處理之后，隨后感興趣的是在a-scan中的結(jié)構(gòu)噪聲的時(shí)間變異。a型表示對(duì)應(yīng)于多個(gè)時(shí)間信號(hào)，所述多個(gè)時(shí)間信號(hào)表示對(duì)于超聲接收換能器15、25的位置、在材料中傳播的聲音隨著時(shí)間而變的幅度。正是根據(jù)這些時(shí)間信號(hào)將實(shí)施缺陷檢測(cè)。

在圖1a和1b中表示出了超聲波的不同路線。超聲波由發(fā)射換能器14、24發(fā)射，并在管道10的內(nèi)壁11處穿透到管道10中，然后在所述管道10的材料中傳播。第一路線16、26構(gòu)成超聲波的短路徑，超聲波被缺陷13向接收換能器15、25的方向衍射。第二路線17、27構(gòu)成超聲波的長(zhǎng)路徑，超聲波被管道10的外壁12向接收換能器15、25的方向反射。

因此，對(duì)于由接收換能器15、25接收到的超聲波，不同路線是可能的，根據(jù)這些路線構(gòu)造不同的測(cè)量信號(hào)(a-scan、b-scan或c-scan)。然而，超聲波在材料中的路線越長(zhǎng)，與材料顆粒的相互作用越大。這表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)噪聲的功率隨著波的路線的時(shí)間而增加，因此隨波的接收時(shí)間而增加。

為了表征該現(xiàn)象，確定表示根據(jù)時(shí)間信號(hào)傳播時(shí)間而變的所述時(shí)間信號(hào)的空間平均功率的時(shí)間函數(shù)，所述時(shí)間信號(hào)與抵靠材料的接收換能器的不同位置相對(duì)應(yīng)?？臻g平均功率表示在空間中的平均值，即根據(jù)量(在該例子中，給定時(shí)間t的瞬時(shí)功率)的z或(h,θ)。時(shí)間函數(shù)表示該空間平均功率，這就是說，該時(shí)間函數(shù)可以直接或間接與空間平均功率相關(guān)，并且因此可以基于不與該空間平均功率對(duì)應(yīng)但是與該空間平均功率相關(guān)的量，諸如空間標(biāo)準(zhǔn)差之類。在所有情況下，對(duì)每個(gè)時(shí)刻t，在考慮由時(shí)間信號(hào)在該時(shí)刻t在所述空間上所采用的值的情況下，該時(shí)間函數(shù)涉及在所述空間上的和。

要指出的是，實(shí)際上所述功率是空間平均值，而不是測(cè)量信號(hào)。因此，涉及的時(shí)間函數(shù)是取決于時(shí)間的信號(hào)，它在時(shí)刻t取表示時(shí)間信號(hào)在時(shí)刻t時(shí)的平均功率的值，所述時(shí)間信號(hào)對(duì)應(yīng)于超聲接收換能器的不同位置。

該時(shí)間函數(shù)的一般公式為：

其中α、β和γ不為零，x(z,t)為時(shí)間信號(hào)，所述時(shí)間信號(hào)表示對(duì)于超聲接收換能器的位置z(由高度和角度定義)、在材料中傳播的聲音隨著時(shí)間而變的幅度，t為超聲波的路線或傳播時(shí)間，以及m(t)為時(shí)間的函數(shù)。

可以選擇：

·m(t)＝0，或者即信號(hào)x在空間上的平均值，或者m(t)＝medianz{x(z,t)}，以及

·優(yōu)選地，α＝2且γ＝0.5，這對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)差，α＝1且γ＝1，這對(duì)應(yīng)于平均絕對(duì)偏差，以及

·優(yōu)選地，或者或者β＝1，

其中nz是所考慮的位置的數(shù)量，大于2；

因此，在m(t)＝0，α＝2，γ＝0.5，的情況下，時(shí)間函數(shù)是接收換能器的不同位置的時(shí)間信號(hào)的空間標(biāo)準(zhǔn)差σ(t)，所述位置由其高度h和其角度θ定義：

優(yōu)選地，接收換能器的不同位置(根據(jù)接收換能器的所述不同位置確定時(shí)間函數(shù))對(duì)應(yīng)于被研究的材料的部分，而不是其全部。因此對(duì)材料的這些部分的每個(gè)部分確定時(shí)間函數(shù)。這樣處理的材料的部分可以是并列的，如在通過塊處理的情況下那樣，但是優(yōu)選地，材料的部分相互覆蓋，并且每個(gè)部分以在測(cè)量位置為中心，使得對(duì)于每個(gè)測(cè)量位置存在根據(jù)圍繞材料上的所述位置的區(qū)域來確定的時(shí)間函數(shù)。

所考慮的材料部分的范圍取決于結(jié)構(gòu)噪聲的空間變異，并且因此取決于所測(cè)量信號(hào)的功率的空間變異。以示例的方式，圍繞所述位置的區(qū)域可以在高度上延伸100個(gè)測(cè)量點(diǎn)(或位置)，以及在角度上延伸100個(gè)測(cè)量點(diǎn)。在高度測(cè)量步長(zhǎng)為0.5mm以及角度步長(zhǎng)為1.44度的情況下，因此獲得在高度上延伸50mm、在寬度上延伸150度的材料部分。

圖2a和2b示出對(duì)于在管道10表面處的位置，針對(duì)探頭l(圖2a)和探頭c(圖2b)的根據(jù)到達(dá)時(shí)間的時(shí)間信號(hào)的空間標(biāo)準(zhǔn)差。由于管道10只包括很少的缺陷，標(biāo)準(zhǔn)差的時(shí)間變化主要是由于結(jié)構(gòu)噪聲。觀察到，至少在開始時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差隨著信號(hào)的到達(dá)時(shí)間而增加，并且因此隨著超聲波的發(fā)射與超聲波被探頭接收之間的時(shí)間而增加，影響結(jié)構(gòu)噪聲的功率。

實(shí)際上，如上面解釋的，對(duì)于超聲波路線的較短時(shí)間，幾乎不可能存在衍射路徑。相反，對(duì)于較長(zhǎng)的路線時(shí)間，對(duì)于超聲波可以存在相對(duì)應(yīng)的多個(gè)不同的衍射路徑。接收到的總信號(hào)是經(jīng)衍射的超聲波的和，接收到的功率將針對(duì)較長(zhǎng)的路線時(shí)間，并且這不管每個(gè)衍射的更大衰減。但是，在最長(zhǎng)的路線時(shí)間上觀察信號(hào)衰減，并且因此其離差由標(biāo)準(zhǔn)差來表示，如所示出的，圖2a和2b的曲線最后稍微降低。

然后表示時(shí)間信號(hào)的空間平均功率的時(shí)間函數(shù)被用于對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行歸一化。更確切地說，將時(shí)間信號(hào)的幅度x(z,y)除以所述時(shí)間函數(shù)f(t):

因此，當(dāng)所使用的時(shí)間函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)差σ(t)時(shí)，可以對(duì)a-scan信號(hào)進(jìn)行歸一化，a-scan信號(hào)是針對(duì)探頭位置的時(shí)間信號(hào)，在省略指示由探頭尋找的缺陷的類型的下標(biāo)l或c的情況下，a-scan信號(hào)的數(shù)據(jù)被記作x(h,θ)(t)。

歸一化允許增加由于材料的可能的缺陷導(dǎo)致的有效信號(hào)與結(jié)構(gòu)噪聲之間的對(duì)比度。因此可以根據(jù)這些歸一化的a-scan來構(gòu)造歸一化的b-scan。還可以根據(jù)這些歸一化的a-scan來構(gòu)造歸一化的c-scan，這是通過針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置選擇與該位置相對(duì)應(yīng)的歸一化時(shí)間信號(hào)在時(shí)間上的最大值來實(shí)現(xiàn)的：

或

因此，獲得借助表示時(shí)間信號(hào)的空間平均功率的時(shí)間函數(shù)(在該示例中為標(biāo)準(zhǔn)差)從時(shí)間信號(hào)的歸一化推導(dǎo)出的信號(hào)。

圖4、5示出在c型表示即c-scan的例子上的歸一化的實(shí)施，c型表示對(duì)應(yīng)于針對(duì)超聲接收換能器的每個(gè)位置，在與該位置相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)絕對(duì)值中選擇在時(shí)間上的最大值。如前所述，垂直軸表示高度，這里以0.5mm的探頭步長(zhǎng)表示，以及水平軸表示角度，這里以1.44°的角度步長(zhǎng)表示。在該圖4及在圖5中，暗色指示低值，而亮色指示高值。

因此圖4是c-scan在該歸一化之前的例子。觀察到，通過它們的顏色可以看到似乎是隨機(jī)的值的分布。相反，在示出圖4的c型表示借助與圖2a和2b類似形式的時(shí)間信號(hào)的空間標(biāo)準(zhǔn)差被歸一化之后的圖5中，觀察到，由比周圍區(qū)域更高的值來彼此區(qū)分的兩個(gè)組51和52在c-scan中心處被突出顯示。因此使與這兩個(gè)組相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)缺陷的存在被突出顯示。

還剩下通過在所推導(dǎo)的信號(hào)中檢測(cè)缺陷特征(signature)來檢測(cè)并表征缺陷。在這方面，優(yōu)選地借助諸如c-scan之類的二維空間信號(hào)而不是時(shí)間信號(hào)或諸如b-scan之類的空間-時(shí)間信號(hào)來進(jìn)行缺陷的檢測(cè)及表征。實(shí)際上，無論缺陷的輪廓如何，例如缺陷涉及矩形或半橢圓形凹口，缺陷在c-scan上的投影是直線段，對(duì)于縱向凹口所述直線段是垂直的，或者對(duì)于圓周凹口所述直線段是水平的，亦或者是二者的結(jié)合(例如，在管道中同時(shí)為圓周地以及縱向地沿對(duì)角線延伸的裂縫的情況)。因此，使用二維空間的c型空間表示使得能夠獨(dú)立于要檢測(cè)的缺陷輪廓。

諸如凹口之類的缺陷可延伸幾十毫米。因此c-scan在該特征處的點(diǎn)彼此是互相關(guān)的(intercorrelated)，即它們?cè)谌毕萏幍亩鄠€(gè)相鄰空間位置上具有相關(guān)性。相反，在c-scan中沒有缺陷特征只有噪聲的情況下，c-scan在任何一點(diǎn)的周圍具有更弱的相關(guān)性。因此，可以通過在c-scan上沿凹口出現(xiàn)的角度和/或高度的空間持續(xù)性(persistence)來識(shí)別每個(gè)凹口。

另外c型或l型探頭tofd的配置也會(huì)導(dǎo)致空間持續(xù)性。實(shí)際上，只要缺陷位于發(fā)射換能器14、24和接收換能器14、25之間(見圖1a和1b)，所接收的超聲信號(hào)就被缺陷影響。因此，可以在c-scan上在缺陷附近的多個(gè)位置(高度、角度)上觀察到缺陷的持續(xù)性。

因此利用該空間相關(guān)性來削弱空間相關(guān)性較差的噪聲以凸顯表示缺陷的有效信號(hào)。因此，通過對(duì)c-scan應(yīng)用低通空間濾波器，來在從歸一化推導(dǎo)出的信號(hào)上實(shí)施利用該空間相關(guān)性的空間濾波，以便對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行空間濾波。低通空間濾波器被設(shè)計(jì)用于允許衰減結(jié)構(gòu)噪聲的變異同時(shí)保留了缺陷的特征水平，所述結(jié)構(gòu)噪聲的變異由其幅度分布的空間標(biāo)準(zhǔn)差表征。

濾波器被稱作是空間的，因?yàn)樗簧婕皶r(shí)間考慮，c-scan是純空間信號(hào)，沒有時(shí)間變量?？臻g濾波可以是應(yīng)用于角度分量θ上的一維濾波器，即對(duì)于每個(gè)高度h，對(duì)歸一化信號(hào)y(h)^norm(θ)進(jìn)行濾波，并且/或者應(yīng)用于高度分量h上，即對(duì)于每個(gè)高度h，對(duì)歸一化信號(hào)y(θ)^norm(h)進(jìn)行濾波。

可以根據(jù)尋求檢測(cè)的缺陷的最小尺寸δlmin來將低通空間濾波器的空間截?cái)囝l率選擇為該最小尺寸δlmin的倒數(shù)。因此，為了檢測(cè)至少10mm的缺陷，因此將空間截?cái)囝l率選擇為小于100m^-1?？臻g濾波器一般為butterworth濾波器。

空間濾波器還可以是應(yīng)用在c-scan圖像上的二維低通空間濾波器。可以根據(jù)所尋找的缺陷的最小尺寸來選擇二維頻率響應(yīng)，對(duì)于一維空間濾波器也是一樣。

這樣濾波的c-scan允許獲得缺陷檢測(cè)圖。實(shí)際上，特征尤其通過與周圍不同的幅度體現(xiàn)在c-scan上，這允許檢測(cè)缺陷，還可對(duì)缺陷定位。實(shí)際上，c-scan是空間表示，并且每個(gè)點(diǎn)通過其高度和其角度定位。

簡(jiǎn)單的檢測(cè)方法在于使用給定的閾值：c-scan的一組相鄰點(diǎn)任何超過閾值表示存在缺陷。

稍經(jīng)完善的檢測(cè)方法不是基于由c-scan直接采用的值y^filtred(z)值，而是基于比例與檢測(cè)閾值的比較，所述比例為兩方面之間的比，一方面為由c型空間表示所采用的針對(duì)一個(gè)位置的值與c型空間表示的值的平均值之差的絕對(duì)值，以及另一方面為c型空間表示的值的標(biāo)準(zhǔn)差。使用前述表示，因此有：

其中，y^filtred(z)為在位置z處采用的可能經(jīng)濾波的c-scan的值，average為c-scan的空間平均值，以及γ為c-scan的值的標(biāo)準(zhǔn)差。檢測(cè)閾值例如可以是3。

該方法允許以更清楚的方式凸顯缺陷。出于示意目的，圖6示出了該計(jì)算的實(shí)施，由于簡(jiǎn)化表示的原因，沒有實(shí)施如前所述的空間濾波步驟。因此圖6表示對(duì)應(yīng)于一方面圖5的c型表示的值與這些值的平均值之差的絕對(duì)值和另一方面圖5的c型表示的值的標(biāo)準(zhǔn)差之間的比例的c-scan。從中看到兩組較高的值51和52，但是與圍繞它們的區(qū)域相對(duì)地被突出顯示，這兩個(gè)組具有比圍繞它們的區(qū)域高3至4倍的值。因此容易對(duì)缺陷定位。

一旦在高度和角度上對(duì)缺陷進(jìn)行了定位，在對(duì)應(yīng)于已定位的缺陷位置的歸一化的a-scan上，幅度的尖峰位置允許確定缺陷的深度。

所描述的方法一般通過設(shè)有處理器和存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)實(shí)施。為此，提出了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼指令。

本發(fā)明不限于所描述的和附圖中表示的實(shí)施方式。可以進(jìn)行修改，尤其是關(guān)于各種元件的構(gòu)成，或者通過等效技術(shù)替代，但是這些修改和替代都不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。