(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
さらなる超音波受信機と第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機との間に配置される前記領域から横方向に出る超音波から、前記さらなる超音波受信機によって検出された第２の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の前記位置における第１の推定信号を計算し、
前記第２の測定信号に基づいて、前記モデルを使用して検査中の前記位置における第２の推定信号を計算し、
検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和から、及び／又は、それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システム。
【請求項２】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
超音波送信機のアレイと、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の前記位置における第１の推定信号を計算し、
検査中の前記位置における第１及び第２の推定信号の和から、及び／又は、それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システムであって、
前記信号処理が、第１及び第２の推定信号の前記和から前記基準信号を計算するように構成され、
前記信号処理システムは、
前記超音波送信機から、前記超音波送信機の前記アレイにおけるそれぞれの前記超音波送信機による超音波励起、及び／又は前記超音波送信機の前記アレイにおける前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わされた励起に応じて、前記領域からの超音波の横方向出現に起因する第１の測定信号及び第２の測定信号のセットを読み込み、
前記モデルを使用して、前記超音波受信機からの第１及び第２の測定信号の前記セットから、それぞれの励起に関する検査中の前記位置におけるそれぞれの第１及び第２の推定信号を計算し、
その励起に関する第１及び第２の測定信号の前記セットに基づいて、検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和によってそれぞれの励起に関する検査中の前記位置に関する前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システム。
【請求項３】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の前記位置における第１の推定信号を計算し、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定し、
前記壁にある検査中の複数の位置のそれぞれに関して第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システム。
【請求項４】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の前記位置における第１の推定信号を計算し、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定し、
欠陥パラメータの関数として正規化された前記第１の推定信号を予測するモデルの欠陥パラメータの値を推定することを含む、逆欠陥パラメータ決定処理を実行するように構成される、
欠陥監視システム。
【請求項５】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
超音波送信機及び第１の測定信号を決定するための超音波受信機の前記アレイにおける前記超音波受信機の一つとして動作する超音波振動子と、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の前記位置における第１の推定信号を計算し、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システム。
【請求項６】
前記壁に超音波送信機を備え、
前記信号処理が、前記第３の測定信号から前記基準信号を計算するように構成され、
前記アレイの前記超音波受信機が、前記超音波送信機と前記領域との間に配置される、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の欠陥監視システム。
【請求項７】
超音波振動子のアレイを備え、それぞれのアレイが、前記第１の測定信号のそれぞれの一つを決定するために、超音波送信機の前記アレイにおける超音波送信機のそれぞれの一つ及び超音波受信機の前記アレイにおける超音波受信機のそれぞれの一つとして動作するように構成される、
請求項２に記載の欠陥監視システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の欠陥監視システムと、パイプと、前記パイプに配置された超音波受信機の前記アレイと、前記構造体として前記パイプを扱うように構成される信号処理システムと、
を備えるパイプ監視システム。
【請求項９】
前記領域は、前記パイプの軸方向部分であり、
超音波受信機の前記アレイは、前記超音波受信機の第１及び第２のサブアレイを備えており、
前記第１及び第２のサブアレイは、それぞれ、前記軸方向部分の反対側において前記パイプに沿って第１及び第２の円周リングに配置される、
請求項８に記載のパイプ監視システム。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の欠陥監視システムと、前記壁と、前記構造体として前記壁に接続された補強材と、を備え、
前記領域は、超音波受信機の前記アレイの間の壁の一部と、前記補強材と前記壁との間の接続部と、を備える、
表面監視システム。
【請求項１１】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視方法であって、
前記領域に前記壁を通過して横方向に超音波を送信することと、
前記領域から横方向に出る超音波から検出された第１の測定信号を得るために、前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイを使用することと、
前記領域が、さらなる超音波受信機と第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機との間に配置されている状態で、前記さらなる超音波受信機から第２の測定信号を受信することと、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づいて、前記領域内の試験中の前記位置における第１の推定信号を計算することと、
前記第２の測定信号に基づく前記モデルを使用して、検査中の前記位置における第２の推定信号を計算することと、
検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和から、及び／又は、それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置で基準信号を算出することと、
前記基準信号から前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定することと、
を含む欠陥監視方法。
【請求項１２】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視方法であって、
前記領域に前記壁を通過して横方向に超音波を送信することと、
前記領域から横方向に出る超音波から検出された第１の測定信号を得るために、前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイを使用することと、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づいて、前記領域内の試験中の前記位置における第１の推定信号を計算することと、
検査中の前記位置における第１及び第２の推定信号の和から、及び／又は、それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置で基準信号を算出することと、
前記基準信号から前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定することと、
を含む欠陥監視方法であって、
前記壁にある異なる位置における超音波送信機のアレイを使用して超音波励起、及び／又は、前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わせられた励起を励起することと、
超音波送信機の前記アレイにおけるそれぞれの超音波送信機による超音波励起、及び／又は、超音波送信機の前記アレイにおける前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わせられた励起に応じて、第１及び第２の測定信号のセットを測定するために超音波送信機のアレイを使用することと、
前記壁を通過する伝搬の前記モデルを使用して、前記励起のための前記超音波受信機からの第１及び第２の測定信号のそれぞれセットから、それぞれの励起に関する位置に関する第１及び第２の推定信号をそれぞれ計算することと、
それぞれの励起に関する前記位置に関する第１及び第２の推定信号に関する正規化因子を、その励起の前記位置に関する前記第１及び第２の推定信号の和によって、決定することと、
を含む欠陥監視方法。
【請求項１３】
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視方法であって、
前記領域に前記壁を通過して横方向に超音波を送信することと、
前記領域から横方向に出る超音波から検出された第１の測定信号を得るために、前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイを使用することと、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、前記第１の測定信号に基づいて、前記領域内の試験中の前記位置における第１の推定信号を計算することと、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された第３の測定信号を受信することによって、前記モデルに従って検査中の前記位置で基準信号を算出することと、
前記基準信号から前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定することと、
欠陥パラメータの関数として正規化された逆方向伝搬信号を予測するモデルの欠陥パラメータを推定するための逆欠陥パラメータ決定処理を使用することと、
を含む欠陥監視方法。
【請求項１４】
前記壁にある多数の位置のそれぞれのための逆方向伝搬信号に関する正規化因子を決定することを含む、
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の欠陥監視方法。
【請求項１５】
パイプの軸方向部分の反対側において、前記パイプに沿って第１及び第２の円周リングにそれぞれ配置される超音波受信機の前記アレイのサブアレイを有する前記構造体としてパイプを使用する、
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のステップを含むパイプ監視方法。
【請求項１６】
前記構造体として補強材に接続された表面を使用し、
前記領域は、超音波受信機の前記アレイ間の前記壁の一部と、前記補強材と前記壁の間の接続部と、を含む、
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のステップを含む表面監視方法。
【請求項１７】
信号処理システムのための命令を含み、
前記信号処理システムによって実行されるとき、前記信号処理システムに請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の方法を実行させる、
コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプラインのような構造体の欠陥を監視するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造体内からの超音波の反射を検出することにより構造体を監視することが知られている。欠陥は超音波の反射を生じさせるため、これは構造体におけるクラックのような欠陥を検出することを可能にする。特に、構造体の壁における欠陥は検出され得る。ここで用いられるように、壁は、横方向すなわち表面に平行な方向に伝播する超音波を支持するように、構造体の表面から表面の下の限られた距離まで延びる構造体の一部である。壁は、構造体内の空間を包囲する必要はない。壁の表面上の超音波送信機（振動子）は横方向に伝播する波を励起するために使用され得る。これは横方向送信として言及されるだろう。表面にある超音波受信機は、受信機の下にある壁を通って横方向に伝播する波に由来する波信号を検出するために使用され得る。このような横方向（laterally）伝播波は、波が横断方向（transversely）すなわち表面に横切る方向に出る又は入ることを含むことなく、受信機に隣接した表面の領域の外又は中に「横方向に出る」又は「横方向に入る」と言及されるだろう。超音波トランシーバは、超音波送信機と超音波受信機の両方である。
【０００３】
構造体がパイプラインであるとき、検出装置は、超音波振動子と受信機の間にパイプの軸部を有するように、パイプの周囲に超音波振動子及び受信機のリングを備え得る。この場合、リングにおける振動子からの送信と受信機での反射の受信との間の遅延は、リングとパイプにおける欠陥との間の距離と、欠陥の周方向の位置についての情報を提供する。
【０００４】
同様にパイプライン以外の構造体のために、構造体の壁にある異なる位置における送信機と受信機との間の超音波送信が使用され得る。この場合、監視は、送信機と受信機の多数の組み合わせのそれぞれについて欠陥のない構造体から得られる基準信号と測定送信を比較することによって行われ得る。振動子における超音波と構造体における超音波の間の伝送係数の変化のような事項を説明するための比較の前に、監視信号と基準信号との相対的な較正は必要とされ得る。
【０００５】
単なる欠陥の検出を越えて、超音波は、欠陥のより詳細な分析のために使用され得る。反射の角度依存は、欠陥の形状について情報を与え得る。超音波の反射の大きさは、欠陥のサイズと共に増加する。監視の目的のために、欠陥の大きさを推定することは重要であり得る。ひとたび欠陥が閾値のサイズを超えると、構造体を修理又は交換するための介入が必要とされ得る。いくつかの場合において、監視システムは、いつ介入を要求するサイズに成長するかを検知するために、欠陥が発見された後にのみ導入され得る。したがって、大きさを決定するために監視することが望ましい。
【０００６】
しかし、反射の大きさの測定値の使用には較正を必要とする。欠陥のサイズはともあれ、反射の大きさもまた、振動子が取り付けられる方法や温度のような他の要因に依存し得る、振動子における超音波と構造体における超音波の間での伝送係数のような他の要因に依存する。
【０００７】
特許文献１は、超音波を用いた孔の検査を開示する。特に、孔におけるパイプ周りのセメントの結合の品質が決定される。内側及び外側ケーシングの間の反射に由来する反射の大きさと、ケーシング反射の大きさとの割合を取得することによって、正規化されたエネルギー結合信号が得られる。一つの実施形態において、反射の反射セグメントは、そこにエネルギーを決定するために、特定の期間にわたって積分される。セメント結合の品質を表現する正規化された結合値は、積分されたケーシング信号によって積分された反射積分を割ることにより得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４２５５７９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、特に較正された構造体の監視を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
領域を通る送信及び／又は領域における反射の後に、超音波送信機により送信された超音波に応答して、検査中の構造体の壁にある領域から横方向に出る超音波、すなわち、領域にある壁の一部から出て壁を通ってその領域の外側にある壁の部分に向かう超音波に起因する信号を測定するための、例えば、パイプ周りの振動子の第１及び第２のリングを備えるアレイ、又は受信機の線形アレイのような超音波受信機のアレイを含む欠陥監視システムが提供される。欠陥監視システムは、領域の端部にある超音波受信機からの測定された信号から壁にある領域における検査中の位置に関して（すなわち、外周の一部又はすべてに沿って）それぞれの推定信号を計算するように構成された超音波受信機に結合された信号処理システムを備える。これは、検査中の位置と受信機との間の遅延及び波発散のような位置からの伝播の影響を説明するため、壁を通過する超音波伝播のモデルを使用することを含む。推定は、その影響を元に戻すことによる位置から受信機への超音波伝播のモデル化された影響を説明し、そのため逆伝播と呼ばれる。
【００１１】
信号処理システムは、その位置のために計算された基準信号から検査中の位置に関する（逆方向伝播された）推定信号のための正規化因子を決定する。
【００１２】
基準信号は、領域の反対側にある受信機からの測定信号を使用して得られる、検査中のその位置に関する後方伝播信号の和であり得る。反射及び／又は送信は、領域の異なる側にある受信機からの測定信号を含む。両側からの測定信号に基づいて推定信号を合計することにより得られる基準信号を用いて、検査中の位置に関連付けられた正規化反射及び／又は送信係数が取得され得るが、これら（これ）は、欠陥に依存する振幅を維持するが、欠陥監視システム自体の特性に依存しない。あるいは、非正規化され測定された反射及び／又は送信係数との比較の一部として、正規化因子は、警告を生成するための閾値、及び／又は、モデルに基づく予測を逆に正規化するために使用され得る。領域から横方向に出る超音波に由来する信号は、パルス送信とこれらの信号の生成との間の異なる時間遅延に基づいて、時間窓を用いて選択され得る領域に横方向に入る超音波に由来する信号から区別し得る。
【００１３】
代替の実施形態において、基準信号は、受信機（出入りする（emerging及びincoming）超音波は、異なる時間窓からの信号を取得することによって区別し得る。）のアレイにおいて領域に入る入射超音波を測定することによって決定され得る。受信機における入射超音波の測定信号から、検査中の位置での推定入力（incoming）信号は推定し得る。推定は、受信機から検査中の位置への超音波伝播のモデル化された効果を説明し、そのため順伝播と呼ばれる。入力信号を用いるこの実施形態において、受信機のアレイは、送信機と領域の間にある受信機のみを含み、一方で、出力（emerging）信号の合計を用いる実施形態は、送信機から見て領域の前後両方に受信機を必要とする。入力信号を用いた実施形態において、受信機は好ましくは送信機から離れているが、一方で、参照としての出力信号の合計を用いる実施形態において、振動子は受信機及び送信機として使用され得る。両方の代替実施形態は、基準信号の計算のために組み合わせ得る。例えば、正規化因子は、代替実施形態により得られた基準信号の平均値から決定され得る。
【００１４】
先行する請求項のいずれかによる欠陥監視システムは、領域の外側にある壁において、及び／又は、基準信号が第２の測定信号から決定されたときに領域の端部において、超音波送信機を備え得る。後者の場合、複数のトランシーバの一つは、アレイにおける受信機と送信機の両方として作動するように使用され得る。
【００１５】
好ましくは、同一の超音波伝播モードに対応した信号が測定される（少なくとも欠陥に伝わる同一の単一モード、欠陥からの反射又は欠陥による伝送の測定のために、同一のモード又は異なるモードが選択され得る。）。必要に応じて、選択されたモードに対応する受信信号は、受信機における到着時間に基づいて区別され得る。
【００１６】
好ましくは、領域の異なる側に横方向に出力する信号、及び／又は、一つの側に横方向に入出力する信号は、同一の励起に応答して測定されるか、もし測定されるなら、時点の間で超音波伝播特性における変化が除外され得るように選択されたわずかな時間距離（例えば、数秒）における時点を用いて、異なる時点での励起に応じて測定される。
【００１７】
入力信号を使用する実施形態は、予想される欠陥を含む領域の一つの側のみが接近可能であるとき、使用され得るという利点を有する。推定は、その影響を元に戻すことにより、位置から受信機への超音波伝播のモデル化された効果を説明し、したがって逆伝播と呼ばれる。
【００１８】
実施形態において、信号処理システムは、欠陥パラメータの関数として正規化された逆方向伝播信号を予測するモデルの欠陥パラメータを推定する逆欠陥パラメータ決定処理を行うように構成される。これは、広範に及ぶ追加の較正なしで超音波測定値からクラックの深さ及び／又は長さのような欠陥の大きさに関連するパラメータを推定することを可能にする。
【００１９】
正規化因子の同様の計算は、領域における壁にある多数の位置に関して行われ得る。これは、逆方向欠陥パラメータ決定プロセスのためのより多くの入力を提供し、したがって、より多くの欠陥パラメータを推定し、及び／又は、より正確に欠陥パラメータを推定することを可能にする。
【００２０】
異なる位置のための正規化反射及び／又は送信係数は、画像を形成するために使用され得る。しかしながら、好ましい実施形態において、多数の反射及び／又は送信係数が位置に関連して推定される。実施形態において、超音波送信機のアレイによる励起、及び／又は、前記アレイにおける超音波送信機のそれぞれ異なって組み合わされた励起が使用される。この実施形態において、位置に関連するそれぞれの逆方向伝播信号は、それぞれの励起のために計算され得て、位置に関連する逆方向伝播信号は、それぞれの励起のために正規化因子を決定するために使用され得る。さらに、正規化因子は、異なる超音波モデルのために計算され得る。それぞれは逆欠陥パラメータ決定処理のためにより多くの入力を提供するために用いられ得て、したがって、より多くの欠陥パラメータ及び／又はより正確に欠陥のパラメータを推定する可能性がある。
【００２１】
欠陥監視システムは、パイプを監視するように設計され得る。パイプのための逆伝播信号の計算は単純である。実施形態において、超音波受信機のアレイは、パイプに沿って第１及び第２の円周リングにそれぞれ配置された第１及び第２のサブアレイにおける超音波受信機の第１及び第２のサブアレイを備える。このように、監視領域は、リング間にあるパイプの部分によって形成される。ここで用いられるように、パイプに沿った円周リングは、パイプの外側、内側、又はパイプの壁上に存在し得る。
【００２２】
一つの態様によれば、信号処理システムのための命令が信号処理システムによって実行されるとき、信号処理システムが正規化因子の計算を実行する、信号処理システムのための命令を備えるコンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、命令を備えるプログラムがその中に記憶された、半導体メモリ（例えば不揮発性メモリ）、磁気又は光学ディスク等のようなコンピュータ可読媒体であり得る。
【００２３】
パイプラインのような検査中の構造体の壁にある超音波送信機及び受信機を有する欠陥監視システムが提供される。受信機は、検査中の構造体の壁にある検査中の領域を実質的に囲むような位置のアレイに配置される。アレイは、異なる軸方向位置でパイプラインに沿って２つの円周リングを備え得る。超音波受信機のアレイは、領域から出て壁を通って壁の他の部分へ向かう超音波が引き起こす信号を測定するために使用される。測定信号から逆方向伝播信号は、領域内の位置から境界にある受信機の位置への伝播のモデル化された効果を相殺するように、囲まれた領域内の位置に関して計算される。囲まれた領域内の位置に関する逆方向伝播信号は、領域の境界にわたる近似積分を得るために、受信機の位置にわたって加算される。積分は領域内の位置に関する逆方向伝播信号のための正規化因子として使用される。このように、超音波結合係数の較正とは無関係に、壁における欠陥のサイズを示す反射及び／又は送信係数が取得される。
【００２４】
これら及び他の目的並びに有利な態様は、以下の図面を参照して例示的な実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】パイプにある超音波振動子を備えるシステムを示す。
【図１ｂ】パイプにある超音波振動子を備えるシステムを示す。
【図２】超音波モニタリングのフローチャートを示す。
【図３ａ】振動子の構成を示す。
【図３ｂ】振動子の構成を示す。
【図３ｃ】振動子の構成を示す。
【図４】超音波モニタリングのフローチャートを示す。
【図５】平面構造にある超音波送信機及び受信機を示す。
【図６】超音波送信機及び受信機の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１ａは、パイプ１０のための監視システムを概略的に示す。システムは、超音波振動子の第１のリング１２、超音波受信機の第２のリング１４（超音波振動子でもあり得る）を備える。実施形態において、パイプ１０は、パイプ壁と流体の輸送のための内部中空から構成される、少なくとも実質的に円形の断面を有する。図１ｂは、リングにある多数の超音波振動子１２０（一つにのみ符号が付けられている）が、パイプ１０における連続的な円周位置に配置された状態の、第１のリング１２の軸方向の位置におけるパイプ１０の断面図を概略的に示す。第２のリング１４は、類似の構成を有し得る。さらに、監視システムは、第１及び第２のリング１２、１４の超音波振動子に結合された処理システム１６を備える。
【００２７】
振動子は、超音波送信機と超音波受信機の両方である。図１ｂにおける振動子１２０の数は、単なる例として示される。一つのパイプごとに、１０インチ（０．２５ｍ）のパイプのために用いられ得る振動子の数は、例えば３０〜７０の間である。好ましくは、振動子がパイプ１０の外周に沿って均等に間隔を空けて配置される。好ましくは、振動子の数は、少なくとも円周に沿って連続する振動子間の距離が超音波の波長の半分未満となるようにとても多い。これは、リングに沿った波動場が振動子又は受信機によって超音波の測定値から再構築し得ることを確実にする。しかしながら、それ自体知られているよう、リングに沿って位置決めする他の方法もこれを確実にし得る。パイプの円周方向に対して小さな角度の方向に伝播する波が無視できるならば、連続する振動子間のわずかに大きな距離が使用され得る。
【００２８】
作動時において、処理システム１６は、第１のリング１２の振動子１２０が超音波を送信するようにし、処理システム１６は、第１のリング１２の振動子１２０と第２のリング１４の受信機とにより得られた超音波の測定値を読み出す。処理システム１６は、測定値からパイプ１０における欠陥からの反射について定量的情報を計算する。
【００２９】
第１のリング１２におけるその振動子又は他の振動子により励起される超音波に応答して第１のリング１２における振動子１２で測定される超音波信号Ｐ１は以下の式によりモデル化され得る。
【００３０】
【数１】
0006438957.tif 000002
【００３１】
ここで、Ｓは第１のリング１２において励起している振動子によるパイプ１０における超音波励起を表すソース項であり、Ｒは、パイプ１０における反射係数を表し、Ｄ１は、第１のリング１２にある振動子による超音波検出を表す検出項であり、Ｗ２、Ｗ１は、反射の位置と第１のリング１２における受信振動子との間でパイプ１０を通して前と後への送信の影響をそれぞれ表す。
【００３２】
パイプ１０における時間と位置に関する表現が使用されるとき、Ｄ１、Ｗ２、Ｒ、Ｗ１及びＳは、空間と時間に依存する関数であり得て、「*」は時空畳み込み（spatiotemporal convolution）を表す。フーリエ変換された時間依存関係が使用されるとき、時空畳み込みは乗算となる。パイプの場合において、円周方向の位置へのフーリエ変換依存関係が使用され得、その場合、円周方向の位置の関数として畳み込みもまた乗算となる。
【００３３】
第１のリング１２の振動子１２０により、超音波測定値Ｐ１（ｎ，ｉ）は、第１のリング１２における送信振動子（ｉにより符号を付けられる）と、第１のリング１２における受信振動子（ｎにより符号を付けられる）との組み合わせに関して取得される。円周方向の位置へのフーリエ変換された依存関係が使用されるとき、Ｐ１（ｎ，ｉ）のフーリエ変換Ｐ１’（ｍ２，ｍ１）が使用され得る。Ｐ１’（ｍ２，ｍ１）は、受信された周波数成分を表し、超音波の反射の円周周波数ｍ２は、円周周波数ｍ１を有する円周周期励起と共に励起される。
【００３４】
同様に、第１のリング１２におけるその振動子又は別の振動子によって励起された超音波に応答して、第２のリング１４における振動子で測定された超音波信号Ｐ２は、以下の式によってモデル化され得る。
【００３５】
【数２】
0006438957.tif 000003
【００３６】
ここで、Ｔは、パイプ１０における位置での送信係数を表し、Ｄ２は、第２のリング１４における受信機による超音波検出を表す検出項であり、Ｗ３は、パイプ１０を通過して送信の位置から第１のリング１２における受信機への送信の影響を表す。
【００３７】
第１のリング１２の振動子１２０及び第２のリング１４の受信機により、超音波測定値Ｐ１（ｎ，ｉ）とＰ２（ｎ，ｉ）、同等に円周周波数ｍ１、ｍ２に関するＰ１’（ｍ１，ｍ２）、Ｐ２’（ｍ１，ｍ２）も取得され得る。
【００３８】
円周周波数成分に関する表現において、パイプ１０を通過する送信の影響は、以下の式で表し得る。
【００３９】
【数３】
0006438957.tif 000004
【００４０】
ここで、Ｚ１は第１のリング１２と反射の位置との間の軸方向距離であり、ｋは励起の円周周波数に対応する波ベクトル（音速で割られる周波数）であり、ｏｍｅｇａは励起の一時的な周波数であり、ｃは音速であり、ｊはマイナス１の平方根である。Ｗ１は、第１のリング１２の軸方向位置と反射の位置における波ベクトルｋを有する円周周波数成分の比である。Ｗ２は、円周励起周波数の代わりに受信された円周周波数成分の円周周波数を用いているが、この表現においてＷ１と等しい。Ｗ３に関して類似の式は維持されるが、Ｚ１に代わりＺ３を用いており、Ｚ３は反射の位置と第２のリング１４の軸方向位置と間の距離に対応する。積Ｗ３＊Ｗ１は、第１及び第２のリング１２、１４からの送信に対応する。これは、第１及び第２のリング１２、１４の間の超音波送信の測定値から合計Ｚｔｏｔ＝Ｚ１＋Ｚ３を決定することを可能にする。そのような測定値に基づいて、Ｚｔｏｔ−Ｚ１は、Ｗ３の計算においてＺ３として用いられ得る。
【００４１】
Ｗ１に関する式は、波の減衰は大きな影響を与えないことを仮定する。もし減衰が重大であるならば、式はこれを考慮して、例えば平方根に虚数値を有する減衰項を追加することにより修正され得る。
【００４２】
図２は、処理システム１６の計算を示すフローチャートである。第１のステップ２１において、処理システム１６は、第１のリング１２における振動子１２０（“ｉ”により符号が付けられる）に超音波信号を送信させる。信号は、所定の超音波周波数、複数の周波数、又は周波数の帯域において振動を含むパルスであり得る。第２のステップ２２において、処理システム１６は、第１のリング１２における振動子（“ｊ”により符号が付けられる）から、送信に起因する受信信号Ｐ１（ｊ，ｉ）を読み出す。第３のステップ２３において、処理システム１６は、第２のリング１４における受信機（“ｍ”により符号が付けられる）から、送信に起因する受信信号Ｐ２（ｍ，ｉ）を読み出す。これらの信号は、領域を通過する送信又は領域での反射の後、リング１２、１４の間のパイプ壁の領域からその領域の外にあるパイプ壁の部分に移動する信号を表す。これは、横方向の出現と言及されるだろう。第４のステップ２４において、処理システム１６は、第１から第３のステップ２１〜２３が、第１のステップにおいて超音波信号を送信するための第１のリング１２における異なる振動子１２０（他の符号“ｉ”を有する）を用いて繰り返されるべきかどうか決定する。これは、第１のリング１２におけるすべての振動子１２０が使用されるまで行われる。ひとたびそれが行われると、処理システム１６は第５のステップ２５に進む。
【００４３】
第１のリング１２における振動子１２０が第１のステップにおいて連続的に用いられる実施形態が記述されているけれども、振動子１２０が異なる円周周波数に対応する異なる相対位相関係で集合的かつ連続的に励起されるように、代わりの異なる円周周波数が連続的に用いられ得ることが理解されるべきである。実際には、励起の組み合わせのその他の任意のセットが使用され得るが、当該励起からは異なる円周周波数での励起のセットが合成され得る。
【００４４】
振動子の同じ第１のリング１２が送信と受信の両方に使用される実施形態が示されるが、これは必ずしも必要ではないことが理解されるべきである。例えば、受信機の第３のリングは、第１のリング１２の代わりに受信のために使用され得る。
【００４５】
第５のステップ２５において、処理システム１６は、リング１２からのそれぞれの受信信号Ｐ１からパイプ１０における位置ｚへの逆伝播信号値Ｐ１”を計算することによって、パイプ１０の位置ｚにおける信号の推定値を計算する。円周方向の位置へのフーリエ変換された依存が用いられるとき、これは、それに関して逆伝播信号値が計算されるところのパイプ１０に沿った位置の軸方向位置に関するＷ２の逆数によりＰ１を乗じることを含む。単一の周波数のパルスを使用するとき、単一の周波数に関する逆伝播信号値を計算するのに十分であり得る。あるいは、受信された信号は、フーリエ解析され得て、逆伝播信号値は、異なる周波数に関する多数のフーリエ係数に関して計算され得る。
【００４６】
一般的に、位置に関する逆方向伝播信号は、測定信号が位置を含む領域を通る超音波の伝播に起因するという仮定によれば、超音波受信機の位置における測定信号に基づいてその位置における信号の推定値である。一般的に、超音波は、それぞれの成分（“ｍ”により符号が付けられる）に関する自由に選択可能な係数ｃ（ｍ）により乗算される、成分空間位置“ｒ”に依存する波動場Ｆ（ｍ，ｒ）の和としてモデルにおいて表され得る。送信周波数に等しい周波数の成分波動場は使用され得る。任意で、一時的フーリエ変換は、異なる時間周波数成分を分解するために使用され得て、逆方向伝播は、それぞれの時間周波数に適用され得る。
【００４７】
測定信号が領域を通って伝播する波形場成分に起因するという仮定に従って、係数Ｃ（ｍ）が測定信号から決定されるとき、位置“ｒ”における逆方向伝播信号は、係数Ｃ（ｍ）によって乗算された位置“ｒ”における波形場成分値Ｆ（ｍ，ｒ）の和から決定され得る。
【００４８】
円筒状のパイプ又は平面のような並進不変の壁において、与えられた時間周波数において異なる成分波動場Ｆ（ｍ，ｒ）は、その時間周波数に関する異なる許容波ベクトルｋに対応する（すなわち、ｍ＝ｋ）。係数Ｃ（ｋ）は空間フーリエ変換によって計算され得る。波ベクトルに対応する成分場Ｆ（ｋ，ｒ）の場合において、位置“ｒ”における成分の値は、成分の波ベクトルｋと位置の位置ベクトルｒとのスカラー積ｋ．ｒに従って変化する位相を有する位相係数に従って変化する。もし減衰が重大であるならば、位相係数が位置への距離と共に指数関数的に変化する減衰係数により乗算されるモデルが使用され得る。
【００４９】
このように、係数の決定は、フーリエ変換を計算すること含み得る。係数Ｃ（ｋ）によって乗算された位置における波形場成分値Ｆ（ｋ，ｒ）の和のような計算は、それに関して和が計算されるところの波形場成分における位置を説明する係数（coefficient）に係数（factor）を適用した後、係数Ｃ（ｋ）の逆フーリエ変換を計算することを含み得る。
【００５０】
第６のステップ２６において、処理システム１６は、第２のリング１４からのそれぞれの受信信号Ｐ２から位置への逆伝搬信号値Ｐ２”を計算することによって、パイプ１０にある位置における推定信号を計算する。円周方向の位置へのフーリエ変換された依存が用いられるとき、これは、それに関して逆伝播信号値が計算されるところのパイプ１０に沿った位置の軸方向位置に関するＷ３の逆数によってＰ２を乗算することを含む。
【００５１】
円周方向の位置へのフーリエ変換される依存を有する表現において、この軸方向の位置における異なった円周周波数に関する多数のＰ１”とＰ２”の円周周波数成分が得られる。この円周周波数成分の逆フーリエ変換は、この軸方向の位置における個々の円周位置に関するＰ１”とＰ２”を得るために計算され得る。
【００５２】
第５及び第６の工程２５、２６において、処理システム１６は、第１及び第２のリング１２、１４の間のパイプ１０における多数の位置のそれぞれに関して、Ｐ２とＰ１のこれらの計算を行う。空間領域表現において、これはＰ１”（ｒ１，ｒ）とＰ２”（ｒ２，ｒ）の値をもたらし、ここで、ｒ１とｒ２は、第１及び第２リングにおける振動子及び受信機の円周方向の位置であって、それから推定（逆伝播）信号が計算され、ｒはリング間の位置であって、そのためにそれが計算される。計算は、例えば、位置“ｒ”のグリッドにおける位置に対して行われ得る。円周方向の位置へのフーリエ変換された依存を有する表現において、これはＰ１”（ｋ１，ｒ）とＰ２”（ｋ２，ｒ）の値をもたらす。ここで、ｋ１とｋ２は、第１及び第２リングにおける円周周波数である。いかなるサンプル距離も、それに関してＰ１”とＰ２”が計算されるところの位置“ｒ”間で用いられ得る。しかしながら、情報はゼロから用いられた超音波の波長に依存する最大空間周波数への空間周波数帯に制限された帯域であるため、閾値サンプル距離以下において、計算されたＰ１”とＰ２”における情報はもはや必要なくなり得る。
【００５３】
第７のステップ２７において、処理システム１６は、第１及び第２のリングにおける位置にわたって合計された位置“ｒ”に関するＰ１”とＰ２”の値の和Ｆから基準信号と、多数の位置ｒのそれぞれに関するＲ０＝Ｐ１”／Ｆ、及び／又はＴ０＝Ｐ２”／Ｆの比の形式で正規化反射及び／又は送信係数と、を計算する。このように、正規化係数Ｒ０（ｒ１，ｒ）及び／又はＴ０（ｒ２，ｒ）は、第１及び第２のリングにおける位置ｒ１、ｒ２とリング間の位置ｒとの間で行き帰りする超音波の反射／伝送に関して計算される。リングに沿ったそれぞれの和は、リングに沿った位置の連続関数としてＰ１”とＰ２”の積分に関する近似として用いられ得る。単純な和に代わりに、重み付けされた和が用いられ得て、例えば、積分のよりよい近似を達成するために、好ましくは、受信機はリングに沿って均等に分布して配置されるが、もしそれらが均等に重量分布されていないなら、重み付けされた和の使用は近似を改善し得る。
【００５４】
周波数領域において正規化係数Ｒ０及び／又はＴ０は、ｒ１、ｒ２、ｒの一つの又は複数への依存が、空間周波数への、例えばパイプの円周及び／又は軸方向の位置に沿った円周の変化の周波数への、対応する依存によって置き換えられるかである。欠陥が弾性的な散乱をもたらす、すなわち反射Ｒと送信Ｔが一つに加わると仮定すると、位置に関して計算された比Ｒ０、Ｔ０は、較正に依存しないその位置に関する反射／伝送を表す。Ｗ１及びＳの寄与は比Ｒ０、Ｔ０において分けられ、Ｄ１とＤ２が等しいと仮定すると、それらＤ１とＤ２は同様に分けられる。その上、比Ｒ０、Ｔ０は較正に依存しない。円周方向の位置へのフーリエ変換された依存を有する表現において、和Ｆは、円周ゼロ周波数成分から得ることができる。任意に、位置ｒに関する合計Ｆは、最初に位置ｒの軸方向の位置における個々の円周周波数成分に関する値を合計し、続いてフーリエ変換を計算することによって計算し得る。
【００５５】
比Ｒ０（ｒ１，ｒ）への、すなわちｒ１への依存性が空間周波数に対応する依存により置換されている対応するＲ０の振幅は、位置ｒにおける欠陥（クラック）の深さの推定値として使用され得る。実施形態において、所定の参照テーブル又は比例定数は、振幅を位置ｒにおける推定クラック深さに変換するために、ソース位置ｒ１又は空間ソース周波数に基づいて提供され得る。このようにして、位置ｒの関数として推定クラック深さを表すクラック深さイメージが計算され得る。処理システム１６は、推定深さが閾値を超えたとき、警告信号を生成するように構成され得る。閾値との比較の前に反射係数が正規化される実施形態が説明されてきたが、正規化はまた非正規化反射係数の値を逆正規化された閾値と比較することによって行われ得る。
【００５６】
クラックの向きに依存して、ソース位置ｒ１又は空間ソース周波数に関する反射は、クラックの深さに関連した最大可能反射振幅未満であり得る。実施形態において、それぞれ各ソース位置ｒ１又は空間ソース周波数に関して多数の参照テーブル又は比例定数がそれぞれ提供される。このようにして、クラックの深さは、多数のソース位置ｒ１又は空間ソース周波数から推定され得る。結果は、例えば、異なるソースの位置ｒ１又は空間ソース周波数から得られた位置ｒに関する最大クラック深さを取得することにより組み合わせ得る。このようにして、結果は、ソース位置又は周波数にあまり依存せずに作り出され得る。推定深さが閾値を超えるとき、処理システム１６は警告信号を生成し得る。正規化は、この場合においても同様に、非正規化反射係数の値を逆正規化された閾値と比較することによって行われ得るが、反射係数の正規化は計算を簡素化する。深さ推定精度は、逆欠陥モデルのパラメータ推定を使用することによってこれ以上に改善され得る。
【００５７】
任意の第８のステップ２８において、処理システム１６は、逆パラメータ決定処理を実行する。それ自体知られているように、逆パラメータ決定処理は、測定されたデータ値、複数のパラメータの一つの関数としてこれらのデータ値を予測するためにパラメータ化された予測モデル、予測値と測定値の間の推定された差に関する基準を利用する。逆パラメータ決定処理において、評価基準の最大可能値又はそのような値のセットを近似する値のセット（測定データと予測データとの間の最小差に最も対応するように）に対応する一又は複数のパラメータ値のセットが決定される。逆パラメータ決定処理は、例えば、パラメータ値のセットの繰り返しの適応を利用し得る。
【００５８】
第８のステップ２８の逆パラメータ決定処理において、処理システム１６は、測定データとして計算されたＲ０値と予測モデルとして欠陥に基づくモデルとを用いる。任意に、Ｔ０は、Ｒ０の代わりに又は加えて使用し得る。欠陥に基づくモデルは、パラメータとして欠陥ラインに沿った位置の関数としての欠陥サイズ（例えば、クラック深さ）のプロファイルと同様に、欠陥（例えば、クラック）に沿った位置の欠陥ラインを使用し得る。欠陥ラインはパイプ１０の壁にある位置のセットを定義する。実施形態において、欠陥ラインは、パラメータとしてパイプの表面にある終点の座標を有する直線としてモデル化され得る。あるいは、追加のパラメータは欠陥ラインにおける曲線をモデル化するのに使用され得る。実施形態において、欠陥サイズ（例えば、クラック深さ）は、最大サイズ（クラック深さ）と、任意にモデルのパラメータとしての偏心度を用いて、欠陥ラインに沿った関数又は位置として半楕円としてモデル化され得る。あるいは、さらなるパラメータを用いて、欠陥ラインに沿った位置の関数としてクラック深さのための他のパラメータ化された関数が使用され得る。シミュレーションされた角度に依存する超音波反射係数は、パイプの知られている機械的モデルを用いて、そのようなモデルに従って欠陥のために計算され得る。このように、反射係数の予測はパラメータに依存して定義される。
【００５９】
第８のステップ２８では、処理システム１６は、Ｒ０及び／又はＴ０の計算された値からモデルのパラメータを逆に決定する。パラメータに基づいて、処理システム１６は、欠陥の存在を通知するか否かを選択し得る。例えば、欠陥ラインの最大サイズ（例えば、クラックの深さ）及び／又は欠陥ラインの長さが所定の閾値を超えた場合、処理システム１６は、警告信号を生成し得る。例えば、推定クラックサイズが閾値を超えるとき、修復が必要か否かの決定はこの信号に基づき得る。測定された反射係数を正規化することによる正規化の代わりに、正規化は、計算された和を用いて予測された反射係数を逆に正規化することによって、及び／又は、閾値を逆に正規化することによって行われ得る。
【００６０】
実施形態において、欠陥ライン及び欠陥サイズ輪郭のパラメータは、別々のステップで推定され得る。サイズ輪郭を推定するために、正規化反射データＲ０は使用され得る。欠陥ラインのパラメータを推定するために、非正規化されたデータは十分であり得る。
【００６１】
第１のリングからの信号の送信が用いられるプロセスのバージョンが記載されてきたが、第２のリングにおける受信機が振動子であるとき、第２のリングからの信号の送信も同様に使用され得ることが理解されるべきである。これは正規化された反射及び／又は送信係数Ｒ０ａ、Ｔ０ａの追加のセットを生成し得る。これらは第８のステップ２８の逆パラメータ決定処理におけるＲ０及び／又はＴ０の値に加えて使用され得る。このようにして、軸方向に非対称な欠陥は検出され得る。
【００６２】
例示は振動子のリングと受信機のリングを有するパイプに関して与えられてきたが、方法は他の構成に適用され得ることは理解されるべきである。一つの特徴は、リング間でパイプ部分から出るすべての超音波を一緒に受信する第１及び第２のリング１２、１４である。これは推定（逆伝播）項の和が合計するとＰ１及びＰ２からその部分における任意の位置において存在する全超音波係数になることを確かにする。しかしながら、これは他の方法で確保することができる。図３ａは、送信機３０のリングと受信機の第１及び第２リング３１、３２とを備えた構成を示す。この場合、第１及び第２のリングは、それらのリング間のパイプ部分からすべての超音波を一緒に受信し、その部分においてそれぞれの位置での全超音波係数の計算を可能にする。しかし、第３のリングを使用したとき、横方向に出る超音波信号のみをそのままにしつつ、部分の外部から到達する受信信号を除外する到達タイミングを使用する必要があり得る。図３ｂは、送信機のリング３０は、受信機の第１及び第２のリング３１、３２の間に配置される構成を示す。この場合、すべての受信信号は、出現している信号である。この場合、第１及び第２のリング３１、３２の両方は、タイミングに基づいて区別され得る、反射及び送信信号の両方を受信する。
【００６３】
もし信号を受信するために使用されているリングの組み合わせが未検出を回避するため領域からの波のための開口部をそのままにしておく受信機のセットの組み合わせによって置き換えられるなら、推定（逆伝播）項の和は、その領域における任意の位置で全超音波係数まで加算され得ないかもしれない。この場合において、較正に依存しない比Ｒ０、Ｔ０の計算は、利用可能な受信機の位置における受信信号から他の位置への補外法の仮定に基づき得る。しかし、これは方法をより仮定に大きく依存させ、このようにして監視の信頼性を低下させる。
【００６４】
その上、原則として、Ｒ０、Ｒ０を決定する手法は、円形のパイプ１０以外の構造に適用するのに適していることを留意すべきである。例えば、非円形断面のパイプ及び／又は軸方向の位置の関数として変化する直径のパイプに適用され得る。この場合において、一定の円形パイプのために開示されたこれらとは異なる、異なる断面を説明する関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が使用される必要がある。そのような関数を導出するための数学的手法は、それ自体知られている。あるいは、これらの関数は、実験によって決定され得る。
【００６５】
別の例として、他の円筒形又は円錐形の構造体（すなわち、軸方向に直交する連続断面で同じ形状の断面を有する壁を備える構造体）は、振動子のリングと共に用いられ得る。例えば、平坦なストリップに関して、非常に類似した計算は、ストリップ上の超音波振動子及び受信機の列を使用して超音波の測定値に基づいて、円形パイプに関連するものとして使用され得る。この場合において、列の間のストリップの一部の端部において境界条件を説明する関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が使用される必要がある。
【００６６】
そのような構造体において、軸方向に垂直な仮想の平坦面を有する構造体のそれぞれの断面に沿って配置され、異なる軸方向の位置に配置される超音波振動子及び受信機が使用されるとき、計算の扱いやすさはより改善される。しかしながら、他の配置が使用され得る。例えば、軸方向に対して斜めの仮想面におけるリングは使用され得る。
【００６７】
受信機及び受信機として動作する任意の振動子は、好ましくは構造体の軸（例えばパイプの軸）を両方で取り囲む第１及び第２の閉じた輪郭に沿って配置されるけれども、これらの輪郭の間の構造体の壁領域を監視するために、そのような配置は不可欠ではない。いくつかの実施形態において、輪郭が構造体の軸よりも構造体上の領域を取り囲む、単一の閉じられた輪郭に沿って受信機だけを使用することで十分であり得る。図３ｃは、受信機２０のアレイの隣に配置された受信機の輪郭３６を有するそのような配置を示す。構造体の一又は複数の端部と一緒に壁の領域を取り囲む限り、輪郭は閉じられた輪郭である必要はない。輪郭内の壁領域から出る超音波の検出が特定できるとき、壁領域を出る超音波の検出は、壁領域内の任意の位置に関する比Ｒ０及び／又はＴ０を計算するために使用され得る。輪郭に沿って離散的な位置における受信機からの逆伝搬信号値の和は、輪郭に沿った位置の連続関数としてこれらの信号値の近似値として用いられ得る。単純な和の代わりに、例えば、積分のよりよい近似を達成するために、重み付けされた和が使用され得る。好ましくは、受信機は輪郭に沿って均等に分布するように配置されるが、もしそれらが均等な重量分布でないならば、重み付けされた和の使用は近似を改善し得る。受信機の位置間にある位置への信号値の補間が使用され得る。同様に、重み付け又は補間は、検査中の領域に対する輪郭の向きの変化を補償するために使用され得る。固定された輪郭に関して、固定された重み又は補間点が使用され得る。
【００６８】
もし別個の送信機が受信機に加えて使用されるなら、送信機は、閉じた輪郭に沿って配置される必要はない。測定値は単一の送信機を用いて行い得る。この場合において、反射及び送信係数Ｒ０、Ｔ０は、欠陥によりその送信機の位置から超音波の反射と送信のためだけに利用可能になる。いくつかの状況において、これは、それに関してパラメータが推定され得るところの検知のタイプを制限し得る。例えば、欠陥が単一の送信機の位置への方向に整列されたクラックであるとき、クラックの検出は困難であり、クラック長さの推定は不可能である。多数の位置からの送信が用いられるとき、欠陥によって、多数の位置からの超音波の欠陥の反射及び送信を示すより多くの反射及び送信係数Ｒ０、Ｔ０が利用可能になる。これはより多くの欠陥を検出し、評価することを可能にする。パイプを完全に取り囲む送信機のリングの使用は、すべて又はほとんどの欠陥の検出を容易にする。
【００６９】
パイプのような構造体の壁は、異なる伝播速度を有する超音波伝播の異なる多数のモードを支持し得る。異なるモードに起因する信号は、移動時間及び／又は振動子構造の結合に基づいて選択され得る。単一モードの送信及び受信信号は、測定値のために十分である。代替の実施形態において、複数のモードの送信及び／又は受信信号は、移動時間に基づいて区別され、個々に測定され得る。これは送信機と受信機の位置の異なる組み合わせのためだけでなく、受信し、反射された超音波信号のモードの異なる組み合わせのためにも、反射及び送信係数Ｒ０、Ｔ０を決定することを可能にする。これは、欠陥モデルのクラック深さのようなより多くのパラメータを推定すること、及び／又はより正確にそのようなパラメータを推定することを可能にする。
【００７０】
実施形態において、壁の厚さに依存するモードが使用される。好ましくはゼロオーダー対称波モードが使用される。図４は、使用が壁厚の情報からなる計算処理システム１６の動作のフローチャートである。図２のそれらと類似するステップは、同様の番号によって符号が付けられる。第４のステップ２４の後の第１の追加のステップ４１において、処理システム１６は、第２のリング１４における受信機で受信する信号からパイプにおける位置の関数として超音波伝播速度（又はこの速度に対応する厚さ）を推定する。そのように行うための計算は、国際公開第２００８／１０３０３６号から公知である。パイプにある複数の位置における伝播速度及び／又は壁の厚さを定義するパラメータを有するモデルを使用して、逆パラメータ決定処理は使用され得る。その後、処理システム１６は、修正された第５及び第６ステップ４５、４６を実行し、処理システム１６は、逆伝播のための位置の関数として推定厚さを用いる。このようにして、欠陥パラメータは、厚さの監視のためにも同様の測定を使用して、より正確に推定され得る。任意で、第８ステップ２８は、第１の追加のステップ４１から欠陥の位置における推定された壁厚に依存する反射を予測する欠陥モデルを使用するように改変され得る。処理システム１６は、監視の目的で、例えば、２次元画像の形式で、位置の関数として、組み合わせられた位置に依存する厚さと欠陥データとを出力するように構成され得る。
【００７１】
一つの態様によれば、欠陥監視システムは、
超音波送信機と、
超音波送信機によって送信された超音波に応答して、検査中の構造体の壁にある領域から横方向に出る超音波に起因する信号を測定するための超音波受信機のアレイと、
超音波受信機に結合された信号処理システムと、
を備え、
信号処理システムは、
超音波受信機からの測定信号を読み出し、
逆伝搬信号を計算するために壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、超音波受信機からの測定信号から壁にある領域における位置に関するそれぞれの逆伝搬信号を計算し、
その位置に関する逆伝搬信号の和から位置に関する逆伝搬信号の正規化因子を決定するよう構成される。
【００７２】
図５は、それに取り付けられた補剛材５２を有するブリッジデッキのような平面構造体５０にある超音波送信機５４及び受信機５６を示す。ここで用いられるように、もちろんデッキはブリッジ内のスペースの閉じられた壁である必要はないけれども、ブリッジデッキはブリッジ構造の壁と呼ばれるだろう。受信機５６は、受信機のアレイの一部であり、送信機５４は多数の受信機の一部であり得る。送信機５４及び受信機５６は、列に平行な方向に沿って、直線状の列で提供され得る。
【００７３】
それに接続された補強材を有する構造体のような構成において、欠陥を含み得る領域の至る所に受信機又は送信機を配置することは困難であり得る。例えば、欠陥の位置５８がＵ字形の補強材によって囲まれているなら、Ｕ字形における空間は接近可能でないかもしれない。
【００７４】
この場合において、超音波が一又は複数の送信機５４から超音波受信機５６のアレイの位置を経由して予想される欠陥の位置５８へ送信されるように、代替的な測定が用いられ得る。アレイにおける受信機５６は得られる超音波信号を測定する。時間ウィンドウに基づいて、処理システム（図示せず）は、送信機又は複数の送信機５４から外側に向かって進行する波に由来する信号の測定値と、反射波に由来する信号の測定値とを抽出し得る。反射波に由来する信号の測定値は、予想される欠陥の位置への（からの）行き帰りの伝播に関する補償後に、外側への波に由来する信号の測定値を用いて正規化され得る。
【００７５】
図６は、平面構造体に垂直な方向から見た超音波送信機５４と受信機５６の構成例を概略的に示す。補強材への平面構造体の接続線６０は線として示される。少なくとも一つの送信機が使用される。一例として、送信機５４の列は、接続線６０に平行に延びる列として示される（一つのみ符号が付けられる）。受信機５６の列が用いられる。一例として、受信機５６の列は、接続線６０に平行に延びる列として示される（一つのみ符号が付けられる）。実施形態において、受信機５６のアレイは１２８の受信機からなる。
【００７６】
実施形態において、処理システムは、予想される欠陥の位置５８において得られる受信超音波信号を推定するために、外側への波に由来する信号の測定値を使用する。同様に、処理システムは、予想される欠陥の位置５８で得られる超音波反射信号（散乱を含む）を推定するために、反射波に由来する信号の測定値を使用する。処理システムは、推定され、得られる超音波反射に関する正規化因子を決定するために、基準信号として推定され得られる出力超音波信号を用いる。例えば、処理システムは、推定され得られる超音波反射と、推定され得られる受信超音波信号との比を計算し得る。
【００７７】
処理システムは、同じく測定された信号又は異なる送信機を用いて得られた信号に基づいて、異なる位置５８に関する計算を繰り返し得る。このようにして、位置に依存する比は取得され得る。
【００７８】
この代替の実施形態は、正規化は、欠陥に到達するのに十分な遅延の後、欠陥を含む領域から出力される波というよりも、まだ欠陥に到達していない測定された外側への進行波に基づいているという点で、前の例示と区別される。また、代替の実施形態は、もし可能であればそのような受信機を用い得るが、欠陥により送信された受信波のための受信機を必要としない。
【００７９】
平面構造体５０が使用されるとき、波がどのように送信、反射、散乱されるかに依存する係数により増幅される、異なる波ベクトルに対応する成分の和として平面構造体における超音波を表す伝播のモデルが使用され得る。もし与えられた時間周波数に関する測定値が使用されるなら、モデルはその周波数に対して波ベクトルを定義し得る。
【００８０】
処理システムは、外側への波及び反射波の抽出された測定値から、外側への波及び反射波に関する係数を計算し得る。この場合において、処理システムは、波ベクトル及び位置５８に依存する係数に位相因子及び任意で減衰率を適用することによって、予想される欠陥の位置５８における超音波を計算し得る。一例として、処理システムは、係数を計算するために用いられ得る受信機のアレイに沿った位置の関数として測定信号の空間フーリエ変換を用い得る。任意で、異なる時間周波数に対応する波ベクトルが使用され得るために、一時的なフーリエ変換が異なる時間周波数成分を分解するために用いられ得る。
【００８１】
この代替の実施形態は、補強材を有する構造体のために説明してきたが、補強材のない構造体のためにも用いられ得ることが理解されるべきである。
【００８２】
好ましくは、隣接する受信機が構造体における超音波の波長の半分以下の距離であるように、受信機のアレイにおける受信機５６は配置される。一又は複数の送信機５４からの超音波は、位置５８又はそれに関して方向の範囲から計算が行われるところの複数の位置に到達する。方向の狭い範囲は、その範囲に渡って方向のこの範囲からの波エネルギーの実質的に全て（例えば、５パーセントを除いて全て）が位置５８又は複数の位置に到着するように定義され得る。好ましくは、受信機のアレイは、この方向の範囲にわたって、又は少なくともそのような狭い範囲にわたって延びる。同様に、受信機のアレイは、すべて又は実質的に反射された（散乱を含む）超音波エネルギーが反射されるように、方向のさらなる範囲にわたって延びる。受信機のアレイは、計算を簡素化する線形のアレイにより説明されているが、他の構成が使用され得ることは理解されるべきである。
【００８３】
（付記１）
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視システムであって、
前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイと、
前記超音波受信機に結合された信号処理システムと、
を備え、
前記信号処理システムは、
前記領域から横方向に出る超音波から検出され、前記超音波受信機から第１の測定信号を受信し、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、当該第１の測定信号に基づき、前記領域内における検査中の当該位置における第１の推定信号を計算し、
前記領域から横方向に出る超音波から、前記アレイにおけるさらなる超音波受信機によって検出される第２の測定信号、及び／又は、前記領域に横方向に入る超音波から、前記アレイにおける前記超音波受信機によって検出される第３の測定信号に少なくとも部分的に基づいて、前記モデルに従って検査中の前記位置における基準信号を計算することにより、第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
欠陥監視システム。
【００８４】
（付記２）
前記信号処理システムは、
前記さらなる超音波受信機と第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機との間に配置される前記領域から横方向に出る超音波から、前記さらなる超音波受信機によって検出された前記第２の測定信号を受信すること、
前記第２の測定信号に基づいて、前記モデルを使用して検査中の前記位置における第２の推定信号を計算すること、
検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和から前記基準信号を計算すること、及び／又は、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から、第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された前記第３の測定信号を受信すること、
により前記基準信号を計算するように構成される、
付記１に記載の欠陥監視システム。
【００８５】
（付記３）
超音波送信機のアレイを備え、
前記信号処理が、第１及び第２の推定信号の前記和から前記基準信号を計算するように構成され、
前記信号処理システムが、
前記超音波送信機から、前記超音波送信機の前記アレイにおけるそれぞれの前記超音波送信機による超音波励起、及び／又は前記超音波送信機の前記アレイにおける前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わされた励起に応じて、前記領域からの超音波の横方向出現に起因する第１の測定信号及び前記第２の測定信号のセットを読み込み、
前記モデルを使用して、前記超音波受信機からの第１及び第２の測定信号の前記セットから、それぞれの励起に関する検査中の前記位置におけるそれぞれの第１及び第２の推定信号を計算し、
その励起に関する第１及び第２の測定信号の前記セットに基づいて、検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和によってそれぞれの励起に関する検査中の前記位置に関する前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
付記１又は２に記載の欠陥監視システム。
【００８６】
（付記４）
前記信号処理システムは、前記壁にある検査中の複数の位置のそれぞれに関して第１の推定信号に関する正規化因子を決定するように構成される、
付記１〜３のいずれか１つに記載の欠陥監視システム。
【００８７】
（付記５）
前記信号処理システムは、欠陥パラメータの関数として正規化された前記第１の推定信号を予測するモデルの欠陥パラメータの値を推定することを含む、逆欠陥パラメータ決定処理を実行するように構成される、
付記１〜４のいずれか１つに記載の欠陥監視システム。
【００８８】
（付記６）
前記超音波送信機及び前記第１の測定信号を決定するための超音波受信機の前記アレイにおける前記超音波受信機の一つとして動作する超音波振動子を備える、
付記１〜５のいずれか１つに記載の欠陥監視システム。
【００８９】
（付記７）
前記壁に超音波送信機を備え、
前記信号処理が、前記第３の測定信号から前記基準信号を計算するように構成され、
前記アレイの前記超音波受信機が、前記超音波送信機と前記領域との間に配置される、
付記１又は２に記載の欠陥監視システム。
【００９０】
（付記８）
超音波振動子のアレイを備え、それぞれのアレイが、前記第１の測定信号のそれぞれの一つを決定するために、超音波送信機の前記アレイにおける超音波送信機のそれぞれの一つ及び超音波受信機の前記アレイにおける超音波受信機のそれぞれの一つとして動作するように構成される、
付記３に記載の欠陥監視システム。
【００９１】
（付記９）
付記１〜８のいずれか１つに記載の欠陥監視システムと、パイプと、前記パイプに配置された超音波受信機の前記アレイと、前記構造体として前記パイプを扱うように構成される信号処理システムと、
を備えるパイプ監視システム。
【００９２】
（付記１０）
前記領域は、前記パイプの軸方向部分であり、
超音波受信機の前記アレイは、前記超音波受信機の第１及び第２のサブアレイを備えており、
前記第１及び第２のサブアレイは、それぞれ、前記軸方向部分の反対側において前記パイプに沿って第１及び第２の円周リングに配置される、
付記９に記載のパイプ監視システム。
【００９３】
（付記１１）
付記１〜８のいずれか１つに記載の欠陥監視システムと、前記壁と、前記構造体として前記壁に接続された補強材と、を備え、
前記領域は、超音波受信機の前記アレイの間の壁の一部と、前記補強材と前記壁との間の接続部と、を備える、
表面監視システム。
【００９４】
（付記１２）
検査中の構造体の壁にある領域内の検査中の位置における欠陥を監視するための欠陥監視方法であって、
前記領域に前記壁を通過して横方向に超音波を送信することと、
前記領域から横方向に出る超音波から検出された第１の測定信号を得るために、前記領域の端部における前記壁にある超音波受信機のアレイを使用することと、
前記第１の測定信号から検査中の前記位置における第１の推定信号を計算するために、前記壁を通過する超音波伝播のモデルを使用して、当該第１の測定信号に基づいて、前記領域内の試験中の当該位置における第１の推定信号を計算することと、
前記領域から横方向に出る超音波から、前記アレイにおけるさらなる超音波受信機により検出される第２の測定信号、及び／又は、前記領域に横方向に入る超音波から、前記アレイにおける前記超音波受信機により検出される第３の測定信号に少なくとも部分的に基づいて、前記モデルに従って試験中の前記位置で基準信号を算出することと、
前記基準信号から前記第１の推定信号に関する正規化因子を決定することと、
を含む欠陥監視方法。
【００９５】
（付記１３）
前記領域が、前記さらなる超音波受信機と第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機との間に配置されている状態で、前記さらなる超音波受信機から前記第２の測定信号を受信すること、
前記第２の測定信号に基づく前記モデルを使用して、検査中の前記位置における第２の推定信号を計算すること、
検査中の前記位置における前記第１及び第２の推定信号の和から前記基準信号を計算すること、又は、
それらの超音波受信機において前記領域に横方向に入る超音波から、第１の測定信号を受信するために使用される前記超音波受信機によって検出された前記第３の測定信号を受信すること、
により前記基準信号を計算することを含む、
付記１２に記載の欠陥監視方法。
【００９６】
（付記１４）
前記壁にある異なる位置における超音波送信機のアレイを使用して超音波励起、及び／又は、前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わせられた励起を励起することと、
超音波送信機の前記アレイにおけるそれぞれの超音波送信機による超音波励起、及び／又は、超音波送信機の前記アレイにおける前記超音波送信機からのそれぞれの異なって組み合わせられた励起に応じて、前記第１及び第２の測定信号のセットを測定するために超音波送信機のアレイを使用することと、
前記壁を通過する伝搬の前記モデルを使用して、前記励起のための前記超音波受信機からの第１及び第２の測定信号のそれぞれセットから、それぞれの励起に関する位置に関する第１及び第２の推定信号をそれぞれ計算することと、
それぞれの励起に関する前記位置に関する第１及び第２の推定信号に関する正規化因子を、その励起の前記位置に関する前記第１及び第２の推定信号の和によって、決定することと、
を含む、
付記１２又は１３に記載の欠陥監視方法。
【００９７】
（付記１５）
前記壁にある多数の位置のそれぞれのための逆方向伝搬信号に関する正規化因子を決定することを含む、
付記１２又は１３に記載の欠陥監視方法。
【００９８】
（付記１６）
前記欠陥パラメータの関数として前記正規化された逆方向伝搬信号を予測するモデルの欠陥パラメータを推定するための逆欠陥パラメータ決定処理を使用することを含む、
付記１２〜１５のいずれか１つに記載の欠陥監視方法。
【００９９】
（付記１７）
前記パイプの軸方向部分の反対側において、前記パイプに沿って第１及び第２の円周リングにそれぞれ配置される超音波受信機の前記アレイのサブアレイを有する前記構造体としてパイプを使用する、
付記１２〜１６のいずれか１つに記載のステップを含むパイプ監視方法。
【０１００】
（付記１８）
前記構造体として補強材に接続された表面を使用し、
前記領域は、超音波受信機の前記アレイ間の前記壁の一部と、前記補強材と前記壁の間の接続部と、を含む、
付記１２〜１６のいずれか１つに記載のステップを含む表面監視方法。
【０１０１】
（付記１９）
信号処理システムのための命令を含み、
前記信号処理システムによって実行されるとき、前記信号処理システムに付記１２〜１８のいずれか１つに記載の方法を実行させる、
コンピュータプログラム製品。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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