专利名称：通过迭加多个回波周期测量弱反射的子层厚度的超声方法
技术领域：
本发明涉及用于对多层构件的弱反射子层进行厚度测量的超声方法。在这样的构件中不同的层由具有相似声阻的材料构成。由超声探头产生的声脉冲在材料之间的分界面上只反射非常小的一部分，即大约10％或更小。此被反射的分界面回波具有相应的幅度，这些幅度通常例如由于超声头的非理想衰减或由于横向波-回波而产生的干扰信号而处于此范围内。因此所能得到的信噪比在现有方式的测量中不足以明确识别出分界面回波。
US 4918989公开了一种用于测量核燃料管道的衬层厚度的超声方法，其中为了提高信噪比而应用以下效应两个多次反射回波脉冲虽然有不同的反射路径或传播途径，但是有相同的传播时间。这里应该有一个较强的，明显大于干扰信号的信号，当回波脉冲是单次在衬层的管道材料之间的分界面上反射的时就是这种情况。多次反射在以后的壁厚一回波才有意义，在那里横向波干扰强，并且由其它途径产生的回波弱。因而信噪比的改善不大。
DE4102576A1公开了对核燃料管道的内层进行厚度测量的另一种超声方法。为了使由内层和管道间的分界面反射的信号明显大于干扰信号，应用了时间门电路，在分界面回波之前和之后的干扰信号被滤除。然而在分界面回波附近的干扰却原封不动地被保留。
本发明的目的在于，提出本说明书开始处所述方式的一种方法，用此方法可以改善测量弱反射的子层厚度时的信噪比。
上述任务由权利要求1所述的方法完成。按照此方法，借助于超声探头在多层构件的一个可预先规定的位置上产生多个发送脉冲，并且将对应于一个发送脉冲的回波脉冲以数字方式绘制为HF图(高频图)。这种为了抑制电噪声而得到的HF图然后借助于计算机程序作进一步处理多个回波周期被相应迭加，回波周期分别通过在时间上相继的两个后壁回波划分边界，这两个回波之间包含干扰信号。本发明基于以下观察各个回波周期中干扰信号随时间变化情况是不同的，而分界面回波具有相同的周期性。通过迭加多个回波周期，分界面回波由于其很强的周期性而比干扰信号增强许多。作为迭加的结果，从数字式记录可看到分界面回波明显大于干扰信号，从而容易识别和分析分界面回波。主要优点在于本发明方法可用以确定核燃料管道的衬层厚度。
下面借助于附图详细说明本发明。附图中

图1示出在一个双层构件上实现本方法的装置，图2示出在此构件的一个预定位置上进行超声测量的HF图，图3是图2放大100倍后的HF图，图4中的HF图示出单倍(粗线)和100倍(细线)放大时14个回波周期迭加的结果，图5中的HF图示出单倍(粗线)和100倍(细线)放大时第一个包含发送脉冲和第一个后壁回波的回波周期。
图1简要示出对构件1进行超声测量的典型结构。在此构件的表面上设置了超声探头2。超声输入例如以具有或没有超前间距的触点技术实现。超声探头2接收到的回波信号被超声检测设备3记录并由数字示波器4例如以HF图的形式绘制。为了进一步处理HF图的数据，示波器4连接一台DV设备(数字视频设备)，例如连接一台PC5。
被检测的构件1由两层6，7组成，这两层由声阻非常相近的材料构成。由探头2产生的发送脉冲8大部分穿过两层6，7之间的分界面9。仅有最多1％的部分在分界面9上被反射，并作为弱的分界面回波10被探头2接收。相反由构件2的后壁12反射的后壁回波13明显强得多。当分界面具有例如0.01的反射系数时，后壁回波13比分界面回波10强99倍。分界面回波因此在放大倍数较小的HF图中不再能被分辨出来(见图2)。但是图2所示的图可用于由两个相继的后壁回波13之间的时间间距来确定壁厚。
为了可以观察到两个相继的后壁回波13之间或在一个由这两个回波为边界的回波周期14内的信号，需要将图以很高的放大倍数放大，例如放大100倍。这种放大的HF图表示在图3中。正如图2中的HF图一样，此图不是只表示单个的超声发送，而是表示多个超声发送脉冲的多个HF图的迭加。因为这些超声发送脉冲在无规则电噪声之上是相同的，例如通过超声探头的不充分衰减和通过横向波产生的干扰信号与有效信号相同的尺度被放大，并且只有电噪声被滤除。因此在现有方式的测量中，即在确定构件2的子层厚度时，分界面回波10经常具有这样的幅度该幅度处于干扰信号幅度的范围之内。因而识别出分界面回波10并确定构件2的子层厚度是很困难的。为克服这个困难，现在图2和图3所示数字形式的HF图用上面所提到的PC5作进一步处理。利用一个计算机程序，图3所示HF图按照回波周期被分解，并且这些回波周期被相应迭加。图4示出前14个回波周期14迭加的结果。图5示出第一个回波周期14a，它由发送脉冲8和第一个后壁回波13a组成。由图4与图5的比较可见，大多数干扰信号15a失去了强度。其原因在于，这些干扰信号在相继的回波周期14中发生变化。这就是说，干扰信号15a的最大值在各个回波周期中有不同的位置，因此迭加导致幅度的减弱。只有在与后壁回波13直接相关的信号组15b紧密的地对应于后壁回波的周期性，因此这里没有信号减弱发生。这个信号也可能从一开始就不在这个位置。这样可明确检测出分界面回波10。为了确定子层7的厚度，分界面回波10和后壁回波13分别被找出最小值。由上述信号之间的时间差16以已知的方法得到子层7的厚度。为此可以例如确定信号的最小值，并根据已知超声波速度将信号的时间差换算为层厚度。
附图标记列表1 构件2 超声探头3 超声检测设备4 示波器
5 PC6 子层7 子层8 发送脉冲9 分界面10 分界面回波11 超声入射面12 后壁13 后壁回波14 回波周期15 干扰信号16 时间差
权利要求
1.用于对多层构件(1)中具有弱的分界面反射的子层的厚度进行超声测量的方法，此方法具有以下步骤a)借助于超声探头(2)在构件(1)的一个预先选定的位置上产生多个发送脉冲(8)，b)所得到的对应于一个发送脉冲(8)的回波信号以数字方式绘制为HF图，c)借助于计算机程序对应地迭加具有不同传播时间的多个壁厚-回波周期(14)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，此方法被用于确定核燃料管道的衬层厚度。
全文摘要
本发明涉及对多层构件中具有弱的分界面反射的子层厚度进行的超声测量。借助于超声探头产生多个发送脉冲。所得到的对应于一个发送脉冲的回波信号在此构件的一个预先选定的位置上以数字方式绘制为HF图。借助于计算机程序对应地叠加具有不同传播时间的多个壁厚－回波周期。
文档编号G01N29/44GK1496475SQ02806322
公开日2004年5月12日 申请日期2002年3月1日 优先权日2001年3月28日
发明者马丁·达斯特, 马丁 达斯特 申请人:法玛通Anp有限公司