专利名称：确定表面轮廓的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种确定导电物体的表面轮廓的方法。在该方法中使用的探测器包括一个发射器/接收器系统，其中所述发射器适于在所述物体中感生出瞬时涡电流，并且其中所述接收器适于提供一个表示磁场强度或磁场强度改变的信号，通常当导电物体受到不稳定变化的磁场作用时会感生出瞬时涡电流，如通过一个由电流脉冲所激励的线圈产生。在激励之后瞬时涡电流随时间发生变化，通常在没有进一步激励作用时会衰减到零，在接收器中接收到的信号也是如此。
瞬时涡电流是非常有用的检测技术，适用于通过本发明所述方法检测的物体例如可以是曲率半径大于物体厚度的金属板或者容器装置，如管子、器皿或容器的器壁。这里的导电材料可以是任何能够导电的材料，例如碳钢或不锈钢。
权利要求书和说明书中所使用的表面轮廓这一概念是指从已知参照点到一个表面的最短距离，所述的已知参照点例如沿着基本上平行于所要检测的平面的直线或平面排列。表面轮廓能够揭示出表面的粗糙程度和不规则程度，如物体厚度的局部减少，这种减少例如由腐蚀所引起。
可从表面轮廓推导出的一种特别重要的参数是不规则处的深度。例如当对管子进行检测时，腐蚀斑点的深度是用于完整性评估的一个评判参数，因为它涉及到剩余管壁的厚度。
确定表面轮廓的常规方法是基于在所选检测点处的超声波测量。超声波测量不能将所要研究的导电物体与覆盖该物体的非导电材料，例如隔热层、涂料或腐蚀产物区分开来。因此通常需要将这种非导电材料例如通过喷砂处理来去除。对于工作在高压下的管子和器皿，通常需要将设备从工作现场取出，出于安全的考虑往往禁止在操作中进行表面处理。去除腐蚀产品可能会特别危险，这可能会引起泄漏。因此需要有一种允许连续操作的新颖的非侵入式检测方法。
欧洲专利说明书No.321112公开了一种确定在隔离下的容器壁装置厚度的方法。在这种已知的方法中，所使用的探测器包括一个用于在物体中感生出涡电流的发射线圈，以及一个用于提供表示磁场强度改变的信号的接收器系统。这种已知的方法包括在物体中感生出瞬时涡电流；接收表示涡电流的信号；并且将一段时间内接收到的信号的衰减与一个表示已知器壁厚度的参照衰减进行比较，由此可以得出容器装置器壁部分的厚度。
当对一个腐蚀的物体进行检测时，往往不需要实际确定该物体或其器壁的厚度。而通常对借助于一个用于确定不规则度和异变程度的测量仪器可够及的表面进行检测就足够了。尤其感兴趣的是在安装时具有基本平滑的表面的物体，如通常在管道或容器壁的情况下那样。通过稍后测量表面轮廓，可以检测出腐蚀斑点。
本发明的一个目的是提供一种用于确定导电物体的表面轮廓的新方法。
为此，在所述用于确定导电物体的表面轮廓的方法中，使用的探测器包括适于在物体中感生出瞬时涡电流的发射器，以及适于提供表示磁场强度或磁场强度改变的信号的接收器，所述发射器和接收器形成了一个发射器/接收器系统，根据本发明的方法包括以下步骤(a)在表面上选择一个校准点(calibration point)，并选择发射器/接收器系统相对于该校准点的多个校准位置；(b)通过在每个校准位置处确定一个响应由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流在接收器中产生的信号的特征值，确定一组校准值，其中所述特征值与所述信号的幅度相关；(c)确定一个将所述校准值与校准位置和校准点的相对位置联系起来的校准函数；(d)在物体表面上选择一组检测点，并且对应于这组检测点选择一组发射器/接收器系统的检测位置；(e)通过在每个检测位置处确定一个响应由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流而在接收器中产生的信号的特征值，确定一组检测值；并且(f)通过对这组检测值进行解释来确定表面轮廓，其中考虑到所述校准函数，并且其中推导出检测点与相应检测位置的相对位置。
本发明是基于申请人的下列考虑由探测器响应于物体中的瞬时涡电流所接收到的信号的总体幅度可以用于定量分析探测器与物体之间的距离。通过在多个所选的检测位置处进行系统地测量，可以获得表面轮廓。
发射器/接收器系统可包括另外一个(第二个)接收器，它与第一个接收器间隔开来，在这种情况下，根据在发射器/接收器系统的各自位置处的第一和第二个接收器中产生的信号来确定校准值和检测值。当第一和第二个接收器基本上沿着所要研究的点处的表面的法线间隔排列时，并且当校准值和检测值涉及在第一和第二个接收器中产生的信号的特征值的比率时，这种发射器/接收器系统是尤其有用的。
当在对应于一个检测点的发射器/接收器系统的多于一个的检测位置处，或者在多于一个的接收器位置处获取检测值时，该检测值可以被解释以确定一个参数，这个参数是在该检测点处物体电磁特性的尺度。
适当地，本发明的方法可以用于常规器壁厚度测量，确定腐蚀程度，其中器壁厚度已经根据对应于该检测点的任一检测位置处的信号特征被确定，其中在腐蚀程度中考虑到所确定的、作为在该检测点处物体电磁特性的尺度的参数。
在本发明的实践中非常重要的应用中，导电物体在一个或多个检测点处被腐蚀产物所覆盖，而人们感兴趣的是腐蚀产物下面的物体真正的表面轮廓。因此，本发明还提供了一种用于确定腐蚀产物下面的表面轮廓的方法，其中该方法还包括获取一个表示在接收器中响应于发射器的脉冲激励、由绝缘的腐蚀产物所产生的信号；并且通过腐蚀产物对对应于被腐蚀的检测点的检测位置处接收到的总体信号的信号贡献进行校正。
所述校正步骤适当地包括在腐蚀产物的信号贡献在总体信号中占有优势的时刻或时间间隔内，将总体信号与表示绝缘的腐蚀产物的信号进行比较。可以获得与被腐蚀的检测点相关的经过校正的信号，在经过校正后的信号中腐蚀产品的影响已被消除，因此可以通过确定经过校正的信号的特征值来确定与被腐蚀的检测点相关的检测值。
国际专利申请出版物No.WO02/16921(在本申请的优先权日时还未公开)公开了一种检测导电物体的方法，以检测是否存在不规则处，其中在物体上的多个检测点处获得脉冲涡电流信号。如果所述信号之一的特征值与一个标准值明显不同，则该方法提供了存在不规则处的定性指示。在A.E.Crouch和P.C.Porter所著的文章“Conformable array for mapping corrosion profiles”中，该文章可在2002年10月3日的互联网上找到，并且该文章提及第14届PipelinePigging，Integrity Assessment&Repair年会，休斯顿，2002年1月23-24日，描述了一种可用于管道检测的通用传感器线圈阵列。该阵列的工作并非像本发明那样基于激励的瞬时涡电流并跟随一段时间内的伴随信号。而是通过在一段时间周期内用所选频率的交变电流来激励传感器线圈，在被检测的物体中生成稳定状态的涡电流。通过分析线圈的复阻抗，可以检测出钢制测试对象中的预制缺陷。腐蚀产物对测量的影响并没有讨论。
现在将参考附图通过示例更详细地描述本发明，其中

图1用示意图示出了本发明的第一实施例；图2用示意图示出了发射器/接收器系统在物体上方的不同竖直位置处在一个接收器中产生的信号；图3用示意图示出了代表一个校准函数的校准曲线的示例；图4示出了图1中所示物体的表面轮廓；图5示出了对于钢管(a)、带有腐蚀产物的钢管(b)和仅对于腐蚀产物(c)所记录的信号的示例；图6示出了在一个钢管中的缺陷上确定的表面轮廓的示例，该钢管在一种情况(A)时没有被填充，在另一种情况(B)时被腐蚀产物所填充。
现在来参考图1。用附图标记2来表示由导电材料制成的物体，并用附图标记4来表示探测器。探测器4包括一个发射器/接收器系统，所述发射器/接收器系统具有一个用于发出电磁场的发射线圈6，以及接收线圈8。发射线圈6连接到一个(未示出的)用于激励发射线圈的装置，接收器连接到一个(未示出的)用于记录来自接收器的信号的装置。
探测器4中所选择的点与物体2的表面12之间的距离用L来表示，并且探测器4与物体2之间的部分空间例如用涂料来填充，或者用覆盖表面12的(未示出的)隔离层来填充。表面12是物体最接近探测器的表面。物体2在表面12处具有一处不规则处，这个不规则处用附图标记15来表示。
为了确定表面的轮廓，首先进行校准(calibration)。为此，在表面12上选择一个校准点20，最好是在表面上没有不规则处的区域内选择。相对于所述校准点20选择包括发射器/接收器系统的探测器4的一组校准位置，最好是在沿着表面的法线上的不同距离L处选择。在图中标出了三个校准位置22a、22b和22c，这些校准位置沿着在校准点20处穿过表面的法线25分开排列。将探测器设置在不同校准位置的适当方法例如是将已知厚度的塑料间隔器或塑料间隔器组安置在表面上，并且将探测器安置在其顶部。
然后，确定对应于该组校准位置的一组校准值。为了确定校准值，将探测器4安置在一个校准位置处，例如安置在位置22b处，与表面12相隔一段距离Lb。通过在一段有限的时间间隔内用电流I来激励发射线圈6，在物体中感生出涡电流。优选地，这样来选择所述时间间隔的长度，使得由于接通电流I而产生的涡电流已经消失。在电流I已经关断之后，涡电流再次在物体2中产生，并在接收线圈8的位置处引起变化的磁场，从而在接收线圈中感生出电压V。
图2简要示出了当电流I已经关断后，当探测器4分别在校准位置22a(距离La)、22b(距离Lb)和22c(距离Lc)时，在接收线圈8测得的电压V被记录为时间t的函数时，可获得的信号52a、52b、52c。图中以双对数表示法示出了信号的总体幅度随着探测器4中的接收线圈8与表面12之间的距离的减小而增大，即在一段选定的时间内信号越强，则接收线圈的位置距离表面越近。图2中所示的信号表现出的衰减速率在曲线的开始部分较慢，而在大于一个标准时刻tc的时间内变得较快。这个标准时刻tc反映出涡电流从器壁的一个表面扩散到另一个表面所用的时间，因此将其作为物体2厚度的尺度。
通常不需要获取图2中所示的整个时间信号，以确定与信号的总体量级(幅度)相关的特征值。信号的总体量级可能在标准时刻tc之前很久就已经从信号的开始部分推导出来了(对于几毫米厚度的钢制物体，标准时间tc在几十毫秒的数量级内)。这样，为了确定表面轮廓，通常不需要使涡电流穿过物体进行扩散。而器壁厚度测量总是要求测量时间足够长，以使涡电流能够穿过物体进行扩散。因此，如果只利用信号的开始部分，本发明具有额外的优点，即与器壁厚度测量相比测量时间较短。还发现，通过分析接收信号的幅度，能够比器壁厚度测量分析出更小的表面不规则处。
本领域技术人员应理解，有多种方式能够确定与信号幅度相关的特征值。例如，可以记录选定的时刻t1时的电压V(t1)，最好是在信号最强的信号开始部分。然后，可以将适当的特征值θ定义为θ=V(t1)I---(1)]]>其中I为发射线圈的激励电流。在说明书和权利要求书的全文中电压的单位均为伏特，电流的单位均为安培，时间的单位均为秒，距离的单位均为米。
还可以在不同的时刻ti(i＝1，....n)记录电压信号V(ti)，并将式(1)中的V(t1)替换为求和 或者替换为信号在一段选定的时间间隔内的电压的积分。在所有这些情况下获得了与信号的总体幅度相关的特征值。
图3示出了在图2的校准位置22a、22b、22c处确定的特征值θa、θb、θc与距表面的距离相关的曲线图。应该清楚的是，可以在其他校准位置处获得更多的校准值。图3中的实曲线代表校准函数，它将特征值与校准点和校准位置的相对位置联系起来。
现在回过头来讨论图1，在已经确定了校准值之后，在表面12上选择多个检测位置。为了清楚起见，图1仅示出了在表面上的一个线性排列内的四个检测点30a、30b、30c和30d。应该清楚的是，在实际中可以选择更多的点以及其他的排列方式，如矩阵排列。
与上述检测点对应地，选择发射器/接收器系统的多个检测位置。在图1中标出了包括发射器/接收器系统的探测器4的四个位置32a、32b、32c和32d，这四个位置沿着一条直线排列，其在表面12上的法向投影基本上与连接检测点的路径相一致。
在每个检测位置处确定一个检测值。优选地，发射器的激励、信号的接收以及根据接收信号的特征值对检测值的计算以与校准值的确定相同的方式来完成。与校准值相类似，检测值也与各个信号的幅度相关。
使用先前获得的校准函数，如图3所示，对于每个检测位置可以确定在各个检测点之上的距离，所述距离从探测器内的选定的点计算得出。这例如可以通过线性内插来实现。由于在相应检测位置处的发射器/接收器系统的位置和方位马上就可得知，对距离的推导与对检测点和相应检测位置的相对位置的推导相一致。
图4示出了所得到的表面轮廓，其中在横坐标上标出了检测点，在纵坐标上为所确定的、在相应检测点和检测位置之间的距离。为了得到表面轮廓的定量分析，将考虑检测位置相互之间的已知相对位置。
现在将讨论上面所概述的本发明的一些改进和优选实施例。
校准函数最好可以用解析函数来表示，以便于用计算机来进行分析。解析函数尤其是可以在理论研究法的基础上来确定，其优点是仅需确定较少的校准值。
在假设物体具有平坦表面的情况下已得到了理论上的表述，在物体中生成的涡电流环绕着校准点处的表面法线在一个半径R之内流动，使得涡电流的强度Iec与距法线的半径r相关，对于r≤R，为Iec(r)＝Iec0，对于r＞R，为Iec(r)＝0，其中Iec0为一个恒定涡电流。然后，在式(1)中定义的特征值θ遵循下列关系θ(z)=α[log(R+R2+z2|z|)-RR2+z2],---(2)]]>其中z是探测器(接收器)从校准点沿着法线到表面的距离，并且α是一个无量纲的比例常量，它表明设备因素，如接收线圈的大小和匝数，以及接收器中电子放大器的增益，此外它还作为测试对象的电磁特性的一个尺度，尤其是物体材料的导电率σ(单位为Ohm-1.m-1)与导磁率μ(单位为V.s.A-1.m-1)的乘积σ·μ。
已经发现，如果为R和α选择了适当的值，在实际经验中根据式(1)确定的校准值与理论表达式(2)之间有良好的一致性。例如可以通过最小二乘法，将式(2)与有限数目的校准值、以及校准位置和校准点之间的已知距离相适配，来确定R和α。式(2)可以被反演，以根据在检测位置处测得的检测值来确定距离z。
在前面所讨论的例子中，发射器/接收器系统由一个单发射线圈和一个单接收线圈构成，相互平行地堆叠在一起。也可以使用不同的发射器/接收器系统。接收线圈可以垂直于发射线圈定位，并且它们可以在侧面相对于要研究的物体表面间隔开。还可以采用一个单一的线圈，在开始时用作磁脉冲发射器，然后作为由涡电流产生的磁场的接收器。
一种特别有用的发射器/接收器系统包括两个间隔开来的接收器。图1用附图标记38标出了第二个接收线圈，它与第一个接收线圈8同轴地平行设置。在这种情况下，在接收器中产生的总的信号包括在第一个接收线圈8中产生的信号和在第二个接收线圈38中产生的信号。接收线圈之间间隔开的距离最好在接收线圈直径的数量级内。
通过设置两个间隔开的接收器，可以在距表面12的不同距离处测量由物体2中的涡电流产生磁场的特性。特别地，当两个基本上相同的接收器排列得沿着至表面的法线间隔开时，可以根据在两个接收器内接收到的信号的梯度来确定磁场特性的梯度。当接收器是接收线圈时，距表面更近的接收线圈与表面的距离被选择得近似于在接收线圈直径的数量级内。
优选地，在这种情况下，对分别在第一和第二个接收器中产生的信号的第一和第二个特征值θ’和θ”的比率进行分析。例如，当对于每个信号根据式(1)使用相同的时刻t1确定特征值时，得到θ′θ′′=V′(t1)V′′(t1),---(3)]]>其中V’(t1)和V”(t1)是在时刻t1时在第一和第二个接收线圈处分别测得的电压。应该清楚的是，也可以记录在不同时刻ti(i＝1，...，n)时的电压信号V’(ti)和V”(ti)，并将式(1)中的V’(t1)和V”(t1)替换为对所记录的电压值求和，或者替换为在一段选定的时间间隔内的积分。
这种特征值的比率在本发明所述方法中可以用来确定校准值和测量值。每个特征值与在第一或第二个接收器中生成的信号的信号幅度相关。
本领域技术人员应理解，不需要分别显式地确定第一和第二个特征值。对于本发明所述方法，上述特征值在已确定的校准值和检测值中隐式地表示就足够了，例如当使用对电压V’(t1)和V”(t1)进行分压的电子电路时。
特征值的比率代表了磁场的特性，例如磁场强度或磁场强度随时间改变中的梯度。应该清楚的是，梯度也可以用不同的方式来定义，例如定义为由接收线圈的距离所划分的信号的差。
这样的梯度可以用来确定探测器到表面的距离，这可以在下面进行解释。再次参考图1，当在检测点20上方用探测器来进行校准测量时，由于物体2中的涡电流产生的磁场在表面12附近最强，并随着远离物体2而逐渐减小。因此磁场的梯度在靠近表面处最大，随着距离的变大而减小。当探测器在校准位置22a时，两个接收线圈都靠近物体，并且在接收线圈的两个位置处之间的磁场之差相当大。其结果是在两个接收线圈内生成的信号之间的有很大的差别，因此特征值的比率θ’/θ”很大。另一方面，当探测器位于位置22c时，磁场强度的梯度要小得多，使得两个接收线圈将暴露在(几乎)相同的磁场强度下，从而接收到几乎相同的信号。能够获得将特征值比率θ’/θ”与距表面的距离联系起来的校准函数，它与图3中表示的校准函数相类似。利用这个校准函数，可以推导出检测位置与检测点之间的未知距离。
同样在两个接收器的情况下，还可以确定校准函数的理论表达式，例如在联系式(2)所描述的情况下得到θ′(z+Δ)θ′′(z)=[log(R+R2+(z+Δ)2|z+Δ|)-]RR2+(z+Δ)2][log(R+R2+z2|z|)-RR2+z2],---(4)]]>其中A是接收器之间的距离，并且其中其他的符号与前面所定义的具有相同的含义。
式(4)不再包含比例常量α。这表明用两个接收线圈来测量有着重要的优点，即这种测量对测试对象的电磁特性的依赖程度大大减小。
要测试的物体的电磁特性，尤其是前面所定义的乘积αμ，可能在不同测量点和校准点之间变化。这是基于瞬时涡电流的探测方法中产生误差的来源，这通常限制了定量测量的精确度。在本发明的方法中，使用了两个间隔开来的接收器，并且对由于涡电流产生的磁场的梯度进行分析，因此可以较高的精确度来确定表面轮廓，其中将变化的电磁特性的影响考虑在内。
请注意式(2)和(4)中的系数R可能会随着测试样本的电磁特性和几何形状发生一些变化。当设置了一个或多个与第一和第二个接收线圈间隔开的其他接收线圈时可以将这种效应考虑在内。通过将使用各个接收线圈所确定的特征值对结合起来，可以得到与式(4)相类似的两个或更多的独立的等式，从而可以解得R和z。
本发明的方法可以用来确定一个在被检测的表面的位置处与物体的电磁特性相关的参数。已经参考图2讨论过如何根据发射器/接收器系统对应于校准点的不同校准位置处的测量来确定参数α。类似地，也可以在式(2)的基础上对测量进行分析，其中发射线圈保持静止，并且其中在接收器距表面位置的不同距离处获得信号的特征值。当已经确定了参数α的值时，其中对于表面的一个校准点α＝αcp，并且其中对于检测点α＝αip，这些值可以用来确定检测点处经过校正的器壁厚度。这将在下面进行解释。
当测量未知的器壁厚度时，有三种器壁厚度(1)实际的器壁厚度或真实的器壁厚度，(2)(在校正之前)测得的器壁厚度，以及(3)校正后的器壁厚度。为了获得比校正前测得的器壁厚度更接近于实际器壁厚度的器壁厚度，对测得的器壁厚度进行校正。
现有技术中已知如何根据先前所述接收器中的任一个中产生的信号特征来确定器壁厚度，所述信号通常具有图1中所示的形状。
在一种已知的方法中，已参考图1讨论过的信号的标准时刻被定量分析。另一种方法包括计算出两个预定时刻之间的时间内信号的积分，并且根据计算出的数值获得关于厚度的信息。另外一种方法是基于确定信号从第一个数值减小到第二个数值所用的时间，并根据器壁厚度和所述时间之间的关系来获得厚度。
所有这些方法都是基于利用在具有已知器壁厚度的物体上进行测量的定标，并且这些方法所提供的在检测点处测得的器壁厚度WTm都没有根据校准点和检测点处的不同电磁特性的影响进行校正。
优选地，在检测点处经过校正的器壁厚度WTc可以通过下列关系来确定，其中考虑到了不同电磁特性的影响WTc=WTmαipαcp.---(5)]]>根据本发明的另一个方面，可以将腐蚀产物的影响考虑在内。当不希望例如通过喷砂处理去除腐蚀产物时，本发明的这一方面尤其重要。例如，如果要检测一个工作在很高内部压力下的经过腐蚀的钢制物体时，在评估腐蚀的严重程度之前通过机械方式去除腐蚀产物可能会进一步减弱结构完整性。在这种情况下，需要一种能够测量在腐蚀产物下面的导电物体的实际表面轮廓的方法。已经发现，当进行瞬时涡电流测量时，钢的腐蚀产物在接收器中产生一个信号，尽管腐蚀产物是不导电的。因此在对受到腐蚀的物体进行涡电流测量时，腐蚀产物是产生误差的一个来源。来自腐蚀产物的信号对被腐蚀的物体的总体信号产生影响，而人们通常只对物体未被腐蚀的部分产生的信号感兴趣，以确定表面轮廓或者其器壁厚度。
图5示出了来自腐蚀产物的信号影响。瞬时涡电流信号作为时间t的函数以任意的单位来表示。曲线a)表示从6.5mm厚的钢样本接收到的信号，其中探测器位于样本最近的表面上方22mm。曲线b)表示当12mm厚的腐蚀产物层沉积在钢样本上时接收到的总体信号，其中探测器与钢样本表面之间的距离，以及其他测量条件，相对于曲线a)的测量保持不变。因此在这一实验中，探测器与腐蚀产物层的最近表面之间的距离为22mm-12mm＝10mm。曲线c)表示当探测器位于腐蚀产物层最近表面上方10mm处时，单独从12mm厚的腐蚀产物层接收到的信号。可发现曲线a)与c)之和很好地对应于曲线b)。
一般地，已发现从钢腐蚀产物接收到的信号的总体形状与确切的化学成分、厚度及腐蚀产物的形状相对无关。
图5表明，腐蚀产物对信号的总体幅度产生影响。在曲线b)中对总体信号的影响在开始部分相对最小，在超过标准时刻的后面的时间部分最大。在图5中从大约30ms向前，来自腐蚀产物的信号对总体信号的信号贡献起到主要作用。因此，后面的时间部分可以适用于本发明的方法，根据腐蚀产物的信号贡献对信号进行校正，以可以获得位于下面的导电(钢)表面的真实的轮廓。这最好通过在来自腐蚀产物的信号对总体信号的信号贡献占优势的时刻或时间间隔内，将被腐蚀的表面的总体信号与一个表示绝缘的腐蚀产物的信号进行比较来实现。通过这种方式，可以确定腐蚀产物对总体信号的信号贡献，并且可以确定一个校正信号，其中来自腐蚀产物的影响可以被消除。因此，有利的是，当腐蚀产物在一个或多个要确定表面轮廓的检测位置出现时，对每个被检测的位置所确定的这种经过校正的信号，以及经过校正的信号的特征值，被用于确定检测值，并由此确定表面轮廓。经过校正的信号可以作为总体信号与表示由绝缘腐蚀产物产生的响应的信号乘以一个加权系数之间的差来计算。可以通过在来自腐蚀产物的信号对总体信号的信号贡献占优势的时刻或时间间隔内，对总体信号与一个表示绝缘的腐蚀产物的信号进行比较来确定所述加权系数。
现在将解释完成上述计算的一种适当的方法。在本例中，假设使用带有一个单接收线圈的发射器/接收器系统。在导电物体中的涡电流产生的磁场对信号的影响占优势的开始部分内的时刻t1与t2之间，以及在来自腐蚀产物的信号对总体信号的影响占优势的后面的时间部分内的时刻t3与t4之间的不同时刻ti，测量接收线圈处的电压V(ti)，作为导电物体和腐蚀产物的总体信号，其中后面的时间部分通常超过了标准时刻。时刻t1、t2、t1、t2的一个例子在图5中示出。然后计算信号的特征值θ=1t2-t1Σt1t2V(ti)-λt4-t3Σt3t4V(ti)I,---(6)]]>其中λ是一个无量纲参数，它将在下面进行解释，并且其中其他符号具有与上面所述相同的含义。
参数λ用于对腐蚀产物的影响进行校正。该参数根据从绝缘腐蚀产物获得的信号来确定。电压Vc的信号(其中下标c表示腐蚀产物)通常与图5中的曲线c)相类似。通常，在实践中可以从物体上去除一小块腐蚀产物以进行参考测量，所述参考测量最好与先前所述对总体信号的测量类似地进行。如果不能从被测物体上去除一小块腐蚀产物，则原则上可以使用在其他钢腐蚀产物上获得的参考测量。然后使用下式来计算参数λλ=(t4-t3)Σt1t2Vc(ti)(t2-t1)Σt3t4Vc(ti),---(7)]]>使用这个λ，在式(6)中确定特征值θ中将腐蚀产物的影响消去。
应该清楚的是，如前所述根据腐蚀产物造成的影响对总体信号进行校正的方法通常可以与确定表面轮廓的方法无关地应用于瞬时涡电流信号。
例子确定钢管中自然腐蚀的缺陷(不规则处)的表面轮廓。该缺陷近似为圆形，在钢表面处的直径约为35mm。最初，将腐蚀产物从该缺陷去除。然后用超声波测量法确定该缺陷的深度，发现为7.9mm。
使用图1中所示的包括一个单接收线圈的探测器。
单独从腐蚀产物上的测量确定参数λ，类似于图5中所示的例子，曲线c)，其中时间间隔[t1，t2]＝[2ms，3ms]，并且[t3，t4]＝[60ms，160ms]。用式(7)来确定λ，λ＝260。
在钢管未被腐蚀的区域内选择一个校准点，并对8个校准位置确定校准值的信号，所述校准位置在校准点上方22mm至51mm之间选定。根据式(6)来计算校准值，作为特征值，其中λ被设为λ＝0(在校准位置没有出现腐蚀产物)，并相对于校准距离用曲线绘出，以获得一个校准曲线，作为校准函数的图形表示。
然后将一个木尺放置在钢管的外表面上，穿过已去除了腐蚀产物的缺陷区域。在木尺上的多个检测位置上方移动探测器，其中在时间间隔[t1，t2]＝[2ms，3ms]和[t3，t4]＝[60ms，160ms]内测量信号(接收线圈中的电压)。根据式(6)确定第一组检测值(组A)，其中λ被设为λ＝0(没有出现腐蚀产物)。
然后，人为地用腐蚀产物来填充该缺陷，以产生一个平滑的外表面。再一次在木尺上的多个检测位置上方移动探测器，其中再次以相同方式并在相同时间间隔内测量信号。利用式(6)从该信号得到另外两组检测值，对于其中的一组λ被设为λ＝0(组B，没有对腐蚀产物的效应进行校正)，并且对于另一组设为λ＝260(组C，对腐蚀产物的效应进行校正)。
利用每组检测值，用校准曲线来确定表面轮廓。在图6中示出了组A和B的结果，其中在横坐标上的坐标x对应于探测器在木尺上的位置，其中纵坐标上的坐标d对应于木尺接触表面的一侧的深度。在缺陷中没有出现腐蚀产物的情况下(“组A”中)确定的缺陷深度为7.2mm，很好地与超声波测量结果一致。当出现腐蚀产物但没有进行校正时，确定的缺陷深度为5.9mm。因此在这种情况下缺陷深度明显被低估了。在组C的基础上确定表面轮廓时，获得的表面轮廓与图6中标为A的曲线相重叠，因此为了清楚起见在该图中没有示出。这样对于腐蚀产物的效应进行了校正，在这种情况下确定的缺陷深度为7.4mm。
应该理解，也可以确定校正后的器壁厚度，其中将腐蚀产物对信号的影响考虑在内。
应该清楚的是，对于本发明的方法可以使用包括多个发射器/接收器系统的探测器，使得在多个检测位置(或校准位置)处的测量可以比每次移动探测器更有效率地实现。
本发明所使用的接收器最好可使用线圈。在这种情况下，来自接收器的信号所表示的磁场特性是磁场强度随时间的变化。作为替代，接收器也可以是霍尔效应传感器。当接收器是霍尔效应传感器时，或者当来自线圈的信号是一段时间上的积分时，所述信号表示的是磁场强度。
权利要求
1.确定导电物体的表面轮廓的方法，其中使用了探测器，它包括适于在物体中感生出瞬时涡电流的发射器，以及适于提供表示磁场强度或磁场强度变化的信号的接收器，所述发射器和接收器形成了一个发射器/接收器系统，该方法包括下列步骤(a)在表面上选择一个校准点，并选择发射器/接收器系统相对于该校准点的多个校准位置；(b)通过在每个校准位置处确定一个响应由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流在接收器内产生的信号的特征值，确定一组校准值，其中所述特征值与信号的幅度相关；(c)确定一个将所述校准值与校准位置和校准点的相对位置联系起来的校准函数；(d)在物体的表面上选择一组检测点，并对应于这组检测点选择发射器/接收器系统的一组检测位置；(e)通过在每个检测位置处确定一个响应由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流在接收器内产生的信号的特征值，确定一组检测值；并且(f)通过解释该组检测值来确定表面轮廓，其中考虑到校准函数，并且其中推导出检测点与相应检测位置的相对位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收器形成了第一个接收器，其中还提供了与所述第一个接收器间隔开的第二个接收器，所述发射器与第一和第二个接收器形成了发射器/接收器系统，并且其中校准值和检测值根据在发射器/接收器系统的各自位置处的第一和第二个接收器内产生的信号来确定。
3.如权利要求2所述的方法，其中发射器/接收器系统这样来定位使得第一和第二个接收器基本上沿着在所要研究的点处的表面的法线间隔排列，并且其中校准值和检测值与瞬时涡电流产生的磁场特性的梯度相关。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述梯度被确定为在第一和第二个接收器内产生的信号特征值的比率。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中对应于一个检测点，在发射器/接收器系统的多于一个的检测位置处，或者在多于一个的接收器位置处获取检测值，并且其中对检测值进行解释，以确定作为在检测点处物体的电磁特性的尺度的一个参数。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述电磁特性是电导率与导磁率的乘积。
7.如权利要求5或6所述的方法，还包括在每个检测点处，根据对应于该检测点的任一检测位置处的信号特征来确定器壁厚度的步骤，其中将所确定的、作为检测点处物体的电磁特性的尺度的参数考虑在内。
8.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中所要检测的导电物体的表面在一个被腐蚀的检测点处由腐蚀产物所覆盖，并且其中该方法还包括-在接收器中获取一个表示由绝缘的腐蚀产物产生的响应的信号，以对发射器进行脉冲激励；并且-通过腐蚀产物对在对应于被腐蚀的检测点的一个检测位置处接收到的总体信号的信号贡献来进行校正。
9.如权利要求8所述的方法，其中获取与被腐蚀的检测点相关的经过校正的信号，在经过校正的信号中腐蚀产物的影响已经被消除，并且其中通过确定经过校正的信号的特征值来确定与被腐蚀的检测点相关的检测值。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中所述校正步骤包括在腐蚀产物在总体信号中的信号贡献占优势的时刻或时间间隔内，将总体信号与表示绝缘腐蚀产物的信号进行比较。
11.如权利要求10所述的方法，其中经过校正的信号作为总体信号与表示由绝缘的腐蚀产物产生的响应的信号乘以一个加权系数之间的差来计算，其中所述加权系数通过比较总体信号与表示绝缘腐蚀产物的信号来确定。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述时刻或时间间隔是所述信号的后面的时间部分。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述时刻或时间间隔在发射器已经关断后大约20ms之后。
14.如权利要求8至13中任一项所述的方法，其中总体信号的特征值θ用下式来计算其中θ=1t2-t1Σt1t2V(ti)-λt4-t3Σt3t4V(ti)I,]]>tk(k＝1，....4)为发射器已经关断之后的时刻，其中t1＜t2是在信号的开始部分，而t3＜t4是在信号的后面的时间部分；V(ti)是表示在时间间隔[t1，t2]和[t3，t4]的期间内的不同时刻，接收器处的总体信号的电压；I是用以激励发射器的电流；λ=(t4-t3)Σt1t2Vc(ti)(t2-t1)Σt3t4Vc(ti);]]>并且Vc(ti)是表示在时间间隔[t1，t2]和[t3，t4]的期间内的不同时刻，由于绝缘腐蚀产物在接收器处产生的信号的电压。
全文摘要
确定导电物体的表面轮廓的方法，其中使用的探测器包括一个发射器/接收器系统，用于在物体中感生出瞬时涡电流，以及用于提供一个表示磁场特性的信号，该方法包括a)在表面上选择一个校准点及发射器/接收器系统的多个校准位置；b)通过在每个校准位置处确定响应由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流在接收器内产生的信号的特征值，确定一组校准值，其中所述特征值与信号的幅度相关；c)确定一个将所述校准值与校准位置和校准点的相对位置联系起来的校准函数；d)在物体表面上选择一组检测点，以及发射器/接收器系统的一组相应检测位置；e)通过在每个检测位置处确定响应于由发射器在物体中感生出的瞬时涡电流在接收器内产生的信号的特征值，确定一组检测值；并且f)通过利用校准函数解释该组检测值来确定表面轮廓，其中推导出检测点与相应检测位置的相对位置。
文档编号G01B7/28GK1639538SQ03804706
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月26日 优先权日2002年2月26日
发明者鲍拉斯·C·N·克鲁泽恩 申请人:国际壳牌研究有限公司