用于校正超声波测试系统中的温度变化的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本文公开了用于校正超声波测试系统中的温度变化的方法和系统。在一个实施例中，确定用于校正飞行时间测量的偏置，其中，所述偏置基于在第一校准温度和第二校准温度下的脉冲延迟。在另一个实施例中，确定用于校正飞行时间测量的因数，其中，所述因数基于在第一校准温度和第二校准温度下的时钟信号误差。
【专利说明】用于校正超声波测试系统中的温度变化的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本文中公开的主题涉及超声波测试系统。
【背景技术】
[0002] -些行业（例如石油天然气、炼油厂、化工、发电）需要通过管道传输流体。非破 坏性测试系统设置于这些管道的外表面上，以监控管道的腐蚀（或侵蚀），包括管道壁内部 上的腐蚀。在一些非破坏性测试系统中，探头或其它非破坏性测试装置固定地耦连到管道 的外表面，以连续地监控此位置的腐蚀，从而确定管道腐蚀速率，以及确定该管道位置是否 需要预防性维修以避免管道故障。在其它非破坏性测试系统中，探头是便携式的，可以沿管 道的外表面移动。
[0003] 用来监控管道腐蚀的非破坏性测试系统的一个示例是超声波测试系统。当对管道 进行超声波测试时，超声波信号从耦连到管道的外表面的探头发出，并通过管道。随着超声 波信号传输进入并通过管道，称作回声的各种反射在超声波信号与管道的外表面、内部结 构、管道内的空隙或阻塞以及与管道的内表面（或后壁）相互作用时反射回探头。回声信 号可以显示在屏幕上，回声幅值表现为垂直轨迹，飞行时间或距离表现为水平轨迹。通过跟 踪超声波信号的传输和回声的接收之间的时间差，可以确定管道的各种特征，包括管道厚 度。知道超声波信号从管道的外表面到管道的内表面然后返回管道的外表面的飞行时间以 及声音在制成管道的材料中的速度（例如对于不锈钢316L为5, 800m/s)能够确定管道的 厚度。如果在超声波测试系统所在位置管道的厚度随时间减小（例如表现为后壁回声的飞 行时间减小），这可能表示有腐蚀。
[0004] 为了进行非常准确的厚度测量，飞行时间测量也必须是非常准确的。由超声波测 试单元的组件的温度变化引起的性能变化可能负面地影响飞行时间测量的准确度。例如， 逻辑电路向脉冲发生器输出触发的时间和超声波信号实际被触发的时间之间的时间（传 播）延迟（脉冲延迟）根据逻辑电路的温度变化（例如，在较低温度下，时间延迟比在较高 温度下的时间延迟要短）。类似地，决定例如所接收的超声波信号的采样时间或飞行时间测 量的时钟信号的频率也根据时钟振荡器的温度变化（例如，在较低温度下，频率比在较高 温度下的频率要低（周期更长））。取决于逻辑电路和时钟振荡器的温度，这些温度变化可 以导致不同的飞行时间测量，其可能导致不准确的厚度测量。例如，如果在逻辑电路为85°c 时测量的飞行时间比逻辑电路在-40°C时测量的飞行时间长30ns，则在较高温度下的厚度 测量会比在较低温度下的测量大近似0. 087mm，即便实际厚度未曾改变。
[0005] 为了解决由逻辑电路或时钟振荡器中的温度变化引起的性能变化所产生的飞行 时间（和厚度）测量的差异，超声波测试系统必须被经常校准。在经常校准不现实的那些 固定安装中，加热或冷却装置可以安装在超声波测试系统中，以便保持超声波测试系统的 组件的一致温度，增大了检查系统的成本和能量需求。
[0006] 上文的论述只是针对一般的背景信息提供的，不旨在用来帮助确定所要求保护的 主题的范围。
【发明内容】
[0007] 公开了用于校正超声波测试系统中的温度变化的方法和系统。在一个实施例中， 确定校正飞行时间测量的偏置，其中，所述偏置基于第一和第二校准温度下的脉冲延迟。在 另一个实施例中，确定用于校正飞行时间测量的因数，其中，所述因数基于在第一和第二校 准温度下的时钟信号误差。通过实践所公开的实施例中的一些实施例可以获得的优势是校 正超声波测试单元的温度变化的更加准确的飞行时间测量。这会提供更加准确的厚度测 量，以便更加准确地识别腐蚀。
[0008] 在一个实施例中，公开了对于超声波测试单元的变化温度引起的变化脉冲延迟， 校正超声波测试单元测量的测量飞行时间的方法。所述方法包括步骤：在标准化校准温度 下通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间，校准超声波测试单元；在超声波测试 单元的第一校准温度下确定第一脉冲延迟；在超声波测试单元的第二校准温度下确定第二 脉冲延迟；以及基于第二脉冲延迟和第一脉冲延迟之间的差以及第二校准温度和第一校准 温度之间的差确定飞行时间的脉冲延迟偏置。
[0009] 在另一个实施例中，公开了用于检查测试物体的超声波测试系统。所述超声波测 试系统包括超声波探头和连接到所述探头的超声波测试单元。超声波测试单元包括逻辑电 路、脉冲发生器、时钟振荡器、温度测量装置和微控制器，所述微控制器包括可执行指令，以 便在标准化校准温度下通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间校准超声波测试 单元；在超声波测试单元的第一校准温度下确定第一脉冲延迟；在超声波测试单元的第二 校准温度下确定第二脉冲延迟；以及基于第二脉冲延迟和第一脉冲延迟之间的差以及第二 校准温度和第一校准温度之间的差确定飞行时间的脉冲延迟偏置。
[0010] 在又一个实施例中，公开了对于超声波测试单元的变化温度引起的变化时钟信号 频率，校正由超声波测试单元测量的测量飞行时间的方法。所述方法包括步骤：在标准化校 准温度下通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间，校准超声波测试单元；确定在 超声波测试单元的第一校准温度下已知材料和第一已知厚度的第一试样的第一飞行时间； 确定在超声波测试单元的第二校准温度下第一试样的第二飞行时间，基于第一试样的第二 飞行时间和第一试样的第一飞行时间确定时钟信号误差；以及基于时钟信号误差和第二校 准温度和第一校准温度之间的差确定时钟信号误差因数。
[0011] 对本发明的简要描述仅仅旨在根据一个或多个示意性实施例提供对本文中公开 主题的简要概括，不用作解释权利要求或限定或限制本发明范围的指导，本发明的范围只 由所附权利要求限定。提供此简要描述以便以简要形式介绍示意性概念选择，所述示意性 概念选择将在下文的详细描述中进一步描述。此简要描述不旨在确定所要求保护主题的关 键特征或基本特征，也不旨在用来帮助确定所要求保护主题的范围。所要求保护的主题不 局限于解决在背景部分指出的任何或所有缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 所以，以可以理解本发明的特征的方式，通过参考某些实施例对本发明进行详细 描述，其中的一些实施例在附图中图示。然而，要注意，附图只图示本发明的某些实施例，因 此不认为是限制其范围，因为本发明的范围包括其它同样有效的实施例。附图不一定是成 比例的，重点一般放在图示本发明的某些实施例的特征。在附图中，相同的数字用来指示各 个附图中的相似部件。因此，为了进一步理解本发明，可以参考以下的详细描述，这些描述 可结合附图阅读，其中：
[0013] 图1是用来检查测试物体的示例性超声波测试系统的示意图；
[0014] 图2是显示由超声波测试单元的温度变化引起的脉冲延迟的示例性变化的图；
[0015] 图3是对于由超声波测试单元的变化的温度引起的变化的脉冲延迟，校正由超声 测试单元测量的飞行时间的示例性方法的流程图；
[0016] 图4是显示图2的脉冲延迟相对温度的示例性图表的图；
[0017]图5是显示由时钟振荡器的温度变化引起的时钟信号的频率（或周期）的示例性 变化的图；以及
[0018] 图6是对于由超声波测试单元的变化的温度引起的变化的时钟信号频率，校正由 超声测试单元测量的飞行时间的示例性方法的流程图。
[0019] 具体实现方式
[0020] 图1是用于检查测试物体10的示例性超声波测试系统100的示意图。系统100 包括通过超声波探头电缆112连接到超声波探头110的超声波测试单元120。超声波测试 单元120包括脉冲发生器122,脉冲发生器122在从逻辑电路128 (例如现场可编程门阵列 (FPGA)或专用逻辑电路（ASIC))接收触发信号之后，发射模拟电激励脉冲以驱动超声波探 头110的压电元件，引起超声波信号发射到测试物体10中。示例性超声波测试单元120还 包括接收器/放大器124,以用于接收以及放大从超声波探头110接收的模拟电回声信号。 还提供数字转换器126,以用于以由时钟振荡器132的频率（例如50MHz)确定的采样速率 采样接收的模拟电回声信号，并将它转换成数字信号，再输入到逻辑电路128中，逻辑电路 128可以缓冲接收的数字信号，将信号输出到一个或多个微控制器130用于处理。超声波测 试单元120可以包含一个或多个温度测量装置140(例如，热电偶、热敏电阻器等），以用于 测量超声波测试单元120的温度。
[0021] 图2是显示由图1的超声波测试单元120 (例如包括逻辑电路128的各个组件） 的温度变化引起的脉冲延迟（和飞行时间）的示例性变化的图。在一个示例中，逻辑电路 128被命令以在时钟信号240的第一上升沿241生成触发信号，建立时间零202。在此示例 中，为了示意目的，时钟信号240具有与20ns的时钟信号周期对应的50MHz的频率。如图 2所示，时间零202和生成激励脉冲212、222、232的实际时间之间的脉冲延迟214、224、234 部分上由例如逻辑电路128的温度来确定。当逻辑电路128的温度较低时，脉冲延迟比逻 辑电路128的温度较高时的短。脉冲延迟214、224、234则影响从超声波探头110 (图1)接 收的超声波信号确定的飞行时间219、229、239。
[0022] 来看标准化电信号210,当逻辑电路128在+25°C(标准化校准温度）操作时触发 的标准化激励脉冲212的标准化脉冲延迟214是30ns。此标准化脉冲延迟214又使标准化 飞行时间219延迟，所述标准化飞行时间219基于标准化电信号210的标准化回声216 (对 应于标准化超声波信号回声）的标准化回声过零217确定，所述标准化飞行时间219是 150ns。如果超声波测试单元120的微控制器130只在时钟信号240的上升沿确定时间测 量，则标准化电信号210的飞行时间将基于时钟信号240的第八个上升沿248的时间确定， 第八个上升沿248的时间对应于160ns的时间。
[0023] 来看第一电信号220,当逻辑电路128操作于_40°C(第一校准温度）时触发的第 一激励脉冲222的第一脉冲延迟224是15ns。第一脉冲延迟224又使第一飞行时间229延 迟，所述第一飞行时间229基于第一电信号220的第一回声226 (对应于第一超声波信号回 声）的第一回声过零227确定，所述第一飞行时间229是135ns(比标准化飞行时间219短 15ns)。如果超声波测试单元120的微控制器130只在时钟信号240的上升沿确定时间测 量，则第一电信号220的飞行时间将基于时钟信号240的第七个上升沿247的时间确定，第 七个上升沿247的时间对应于140ns的时间（比标准化电信号210的飞行时间短20ns)。
[0024] 来看第二电信号230,当逻辑电路128在+85°C(第二校准温度下）操作时触发的 第二激励脉冲232的第二脉冲延迟234是45ns。此第二脉冲延迟234又使第二飞行时间 239延迟，所述第二飞行时间239基于第二电信号230的第二回声236 (对应于第二超声波 信号回声）的第二回声过零237确定，所述第二飞行时间239是165ns(比标准化飞行时间 219长15ns)。如果超声波测试单元120的微控制器130只在时钟信号240的上升沿确定 时间测量，则第二电信号230的飞行时间将基于时钟信号240的第九个上升沿249的时间 来确定，第九个上升沿249的时间对应于180ns的时间（比标准化电信号210的飞行时间 长 20ns)。
[0025] 不经过任何校正，即使厚度没有变化，在超声波测试单元120的不同温度下获得 的电信号210、220、230的飞行时间219、229、239的不同可以产生测试物体10的不同的厚 度测量，可能不能识别或者错误地识别测试物体的腐蚀。例如，假设测试物体10的材料中 的声速是5, 800m/s(例如，对于不锈钢316L)，对应于第一飞行时间229 (135ns)的测试物 体10的第一厚度比对应于标准化飞行时间219 (150ns)的测试物体10的标准化厚度薄 0. 0435mm。类似地，对应于第二飞行时间239 (165ns)的测试物体10的第二厚度比对应于 标准化飞行时间219 (150ns)的标准化厚度要厚0.0435mm。这些不同的厚度是时间零202 和实际触发激励脉冲的时间之间的不一致的脉冲延迟造成的。
[0026] 图3是由超声波测试单元（例如通过微控制器130的可执行指令）执行的对于由 超声波测试单元120的变化的温度（例如逻辑电路128的变化的温度）引起的变化的脉冲 延迟，校正由超声波测试单元120测量的飞行时间的示例性方法300的流程图。要理解在 一些实施例中，可以以不同的次序执行这些步骤，某些步骤不会被执行，可以包括附加的步 骤。
[0027] 在步骤310,在标准化校准温度（TN。）（例如+25°C)下校准超声波测试单元120， 以确定标准化脉冲延迟214(PDi= 30ns)和在标准化校准温度下产生的标准化飞行时间 229(150ns)。尽管示意性实施例的标准化校准温度（TN。）为+25°C，如图2中的标准化电信 号210所示的，要理解可以采用其它标准化校准温度（例如+22°C)。在标准化校准温度下， 可以通过确定已知材料和已知厚度（例如，25mm的玻璃块）的试样的标准化飞行时间来校 准超声波测试单元120,以在标准化校准温度下产生已知厚度的测量。
[0028] 在步骤320,如图2中所示，在第一校准温度（TC1 = _40°C)下，确定超声波测试单 元120的第一脉冲延迟ZZMPD1 = 15ns)。在步骤330,如图2中所示，在第二校准温度（Tc2 =+85°C)下确定超声波测试单元120的第二脉冲延迟234 (PD2 = 45ns)。在一个实施例 中，第一校准温度低于标准化校准温度（Ta = +25°C)，使第一脉冲延迟224比标准化脉冲 延迟214要短，而第二校准温度高于标准化校准温度，使第二脉冲延迟234比标准化脉冲延 迟214要长。要理解，尽管在示例性实施例中第一和第二校准温度与标准化校准温度不同， 在示例性实施例中第一和第二脉冲延迟224、234与标准化脉冲延迟214不同，但第一或第 二校准温度之一可以与标准化校准温度相同，第一或第二脉冲延迟224、234之一可以与标 准化脉冲延迟214相同。可以使用示波器或类似装置确定脉冲延迟224、234,从而确定时间 零202和生成激励脉冲222、232的实际时间之间的时间。
[0029]在步骤340,基于第一脉冲延迟ZZMPD1 = 15ns)、第一校准温度（Ta = -40°C)、 第二脉冲延迟（PD2 = 45ns)和第二校准温度（Ira = +85°C)确定飞行时间的脉冲延迟偏置 (TOFpdqffset)。图4是显示图2的脉冲214(30ns)、224(15ns)、234(45ns)相对于超声波测试 单元120的校准温度（+25°C、_40°C、+85°C)的示例性图表的图。基于超声波测试单元120 的校准温度和产生的脉冲延迟214、224、234之间基本上为线性关系的这一发现，飞行时间 的脉冲延迟偏置（TOFpmffset)可以确定为在例如图4的图表上的第一脉冲延迟224和第二脉 冲延迟234之间延伸的飞行时间的脉冲延迟校正线250的斜率。使用上述提出的示例值， 基于以下等式，TOFpdqffset等于+0. 24ns/°C: 「ITrw-APD(PLX-PDi)
[0030] TOFmomm, - - ―― (1) Δ/(JC2
[0031] 在步骤350,使用超声波测试单元120对测量飞行时间（TOFm)进行测量。在步骤 360,超声波测试单元120 (例如，数字转换器126、逻辑电路128、时钟振荡器132等）（图1) 的温度（例如Tm = +60°C)是通过超声波测试单元120的温度测量装置140测量的。在一 个实施例中，温度测量装置140可以测量位于超声波测试单元120的印制电路板或印制电 路板的地平面上的一个或多个管芯的温度。
[0032] 在步骤370,超声波测试单元120可以基于飞行时间的脉冲延迟偏置（TOFpmffset) 以及标准化校准温度（Tnc)和测量温度（Tm)之间的差以下面的等式确定脉冲发生器校正飞 行时间（TOFrc):
[0033]TOFpc =TOFm+ (Tnc-Tm) ^TOFpdoffset (2)
[0034]其中，
[0035]TOFre=脉冲发生器校正飞行时间，
[0036]TOFm=测量飞行时间，
[0037]Tng =标准化校准温度（例如，+25°C)，
[0038] Tm=超声波测试单元120的测量温度（例如，+60°C)，以及
[0039]TOFpdoffset =飞行时间的脉冲延迟偏置（例如，+0·24ns/°C)。
[0040] 使用上文提出的示例值，对于+60°C的测量温度，脉冲发生器飞行校正时间 (TOFrc)比测量飞行时间（TOFm)短8. 4ns。如图4中所示，与+60°C的测量温度（Tm)对应 的飞行时间的脉冲延迟校正线250上的点254表明当超声波测试单元120在+60°C的温 度下操作时，预期脉冲延迟将比确定的标准化校准温度的标准化脉冲延迟214(30ns)(图 2)长约8. 4ns，要求在+60°C获得的任何测量飞行时间降低偏置时间量256。类似地，参照 与_15°C的测量温度（Tm)对应的飞行时间的脉冲延迟校正线250上的点，当超声波测试单 元120在-15°C的测量温度（Tm)下操作时，预期脉冲延迟214(21ns)将比标准化脉冲延迟 (30ns)短约9. 0ns，要求在-15°C获得的任何测量飞行时间增加偏置时间量257。
[0041] 除了引起脉冲延迟变化之外，超声波测试单元120,特别是时钟振荡器132(图2)， 的温度变化可以引起时钟信号频率（或者周期）的变化（例如，在较低温度下的频率比较 高温度下的频率低（周期更长））。由于飞行时间是通过对两个点之间的时钟脉冲的数目计 数确定的，所以时钟信号的频率（或周期）的变化可以在不同的温度下产生不同的飞行时 间测量。例如，相同飞行时间的持续期间在较高温度下可以计数为比在较低温度下计数的 时钟脉冲数有更大的时钟脉冲数。
[0042] 图5是显示由时钟振荡器132的温度变化引起的时钟信号410、420、430的频率 (或周期）的示例性变化的图表。在一个示例中，逻辑电路128被命令在时钟信号410、420、 430的第一上升沿411、421、431生成激励脉冲442，建立时间零402。在一个实施例中，电信 号440的飞行时间449是通过从时间零402到回声446的回声过零447对时钟脉冲的数目 计数（例如通过对时钟信号的上升沿计数）确定的。在此示例中，超声波测试单元120被 配置成具有50MHz频率的时钟信号，与20ns的时钟信号周期对应。如图5中所示，因为时 钟信号410、420、430根据超声波测试单元120的温度具有不同的时钟信号频率，通过对时 钟脉冲的数目计数确定的飞行时间449将根据温度而不同。
[0043] 来看在+25°C的标准化校准温度（ΤΝ。）下，超声波测试单元120的时钟振荡器132 操作的标准化校准时钟信号410,由超声波测试单元120确定的标准化校准飞行时间449将 基于标准化校准时钟信号410的第十二个上升沿412 (240ns)。来看-40°C的第一时钟温度 (Tai)下，超声波测试单元120的时钟振荡器132操作的第一时钟信号420,通过超声波测试 单元120确定的飞行时间449将基于第一时钟信号420的第九个上升沿422 (180ns)(即， 比基于标准化校准时钟信号410确定的飞行时间449短60ns)。来看在+85°C的第二时钟 温度（Ta2)下超声波测试单元120的时钟振荡器132操作的第二时钟信号430,由超声波测 试单元120确定的飞行时间449将基于第二时钟信号430的第十八个上升沿432 (360ns) (即比基于标准化校准时钟信号410确定的飞行时间449长120ns)。
[0044] 不经过任何校正，即使厚度没有变化，基于在超声波测试单元120的不同温度下 的时钟信号410、420、430的不同频率确定的飞行时间449的变化可以产生测试物体10的 不同厚度测量，可能不能识别或错误地识别测试物体的腐蚀（厚度减小）。例如，假设测试 物体10的材料中的声速是5, 800m/s(例如对于不锈钢316L)，与基于第一时钟信号420的 飞行时间449 (180ns)对应的测试物体10的第一厚度比与基于标准化校准时钟信号的飞行 时间449 (240ns)对应的测试物体10的标准化校准厚度薄0. 174mm。类似地，与基于第二时 钟信号430的飞行时间449 (360ns)对应的测试物体10的第二厚度比与标准化校正飞行时 间219 (240ns)对应的测试物体10的标准化校准厚度厚0. 348mm。这些不同的厚度是不一 致的时钟信号频率造成的（即，+25°C的标准化校准时钟信号410的时钟信号频率比-40°C 的第一时钟信号420的时钟信号频率更大，而+25°C的标准化校准时钟信号410的时钟信号 频率比+85°C的第二时钟信号420的时钟信号频率小）。
[0045] 图6是由超声波测试单元（例如通过微控制器130的可执行指令）执行的对于由 超声波测试单元120的变化的温度（例如，时钟振荡器132的变化的温度）引起的变化的时 钟信号频率，校正由超声波测试单元120测量的飞行时间的示例性方法600的流程图。要 理解，在一些实施例中，可以以不同顺序执行这些步骤，不执行某些步骤，可以包括附加步 骤。由于已经确定由时钟信号频率变化引起的飞行时间测量变化还取决于测试物体10的 厚度，所以可以使用两个或更多个已知材料和已知厚度（例如，25mm、50mm和75mm玻璃块） 的试样在两个或更多个校准温度（例如，-40°C、+25°C、+85°C)下确定时钟信号的频率校 正因数，以确定由变化的时钟信号频率在飞行时间测量中引入的平均误差百分比。
[0046] 在步骤610,在超声波测试单元120的标准化校准温度（Tnc)(例如+25°C)下，校 准超声波测试单元120,以确定在标准化校准温度下的标准化校准飞行时间（TOFic)(例如 通过对时钟脉冲的数目计数）。尽管示意性实施例具有+25°C的标准化校准温度（TN。)，但 要理解，可以使用其它标准化校准温度（例如+22°C)。此校准步骤610可以出现在与图3 的脉冲延迟校正使用的校准步骤310相同的时间和相同的标准化校准温度下。在此标准化 校准温度下，可以用已知材料（例如玻璃）和已知厚度的试样校准超声波测试单元120,以 在标准化校准温度下产生第一飞行时间（即已知数目的时钟信号上升沿）。
[0047] 在步骤620,在超声波测试单元120的第一校准温度（Ta = -40°C)下，确定已知 材料和第一已知厚度（例如，第一厚度TH1 = 25mm)的第一试样的第一飞行时间（TOF1)。在 步骤630,在超声波测试单元120的第二校准温度（Τε2 = +85°C)下确定第一试样的第二飞 行时间（TOF2)。在一个实施例中，第一校准温度低于标准化校准温度（1^ = +25°〇，使第 一飞行时间比标准化校准飞行时间短，而第二校准温度比标准化校准温度高，使第二飞行 时间比标准化校准飞行时间长。要理解，尽管在示例性实施例中第一和第二校准温度与标 准化校准温度不同，在示例性实施例中第一和第二飞行时间与标准化校准飞行时间不同， 但第一或第二校准温度之一可以与标准化校准温度相同，第一或第二飞行时间之一可以与 标准化校准飞行时间相同。
[0048] 还可以在超声波测试单元120的第一校准温度（Ta = -40°C)下确定具有第二厚 度（例如，TH2 = 50mm)的第二试样和具有第三厚度（例如，TH3 = 75mm)的第三试样的第 一飞行时间（TOF1)。类似地，还可以在超声波测试单元120的第二校准温度（TC2 = +85°C) 下确定具有第二厚度（例如，TH2 = 50mm)的第二试样和具有第三厚度（例如，TH3 = 75mm) 的第三试样的第二飞行时间（TOF2)。在一个实施例中，使用三个不同厚度的试样，确定以下 校准数据，飞行时间显示为时钟脉冲的数目：
[0049]表1
[0050]
【权利要求】
1. 一种对于由超声波测试单元的变化温度引起的变化脉冲延迟，校正由所述超声波测 试单元测量的测量飞行时间的方法，所述方法包括步骤： 在标准化校准温度下通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间校准所述超声 波测试单元； 在所述超声波测试单元的第一校准温度下确定第一脉冲延迟； 在所述超声波测试单元的第二校准温度下确定第二脉冲延迟；以及 基于所述第二脉冲延迟和所述第一脉冲延迟之间的差以及所述第二校准温度和所述 第一校准温度之间的差，确定飞行时间的脉冲延迟偏置。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中进一步包括步骤： 测量所述超声波测试单元的温度；以及 基于飞行时间的脉冲延迟偏置以及所述超声波测试单元的标准化校准温度和所述超 声波测试单元的测量温度之间的差确定脉冲发生器校正飞行时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一校准温度低于所述标准化校准温度。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二校准温度高于所述标准化校准温度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述确定飞行时间的脉冲延迟偏置的步骤包括用 所述第二校准温度和所述第一校准温度之间的差除以所述第二脉冲延迟和所述第一脉冲 延迟之间的差。
6. 根据权利要求2所述的方法，其中所述测量所述超声波测试单元的温度的步骤包括 测量所述超声波测试单元的逻辑电路的温度。
7. 根据权利要求2所述的方法，其中所述脉冲发生器校正飞行时间是通过从测量飞行 时间中减去飞行时间的脉冲延迟偏置和所述超声波测试单元的标准化校准温度与所述超 声波测试单元的测量温度之间的差的积确定的。
8. -种用于检查测试物体的超声波测试系统，所述超声波测试系统包括： 超声波探头；以及 连接到所述探头的超声波测试单元，所述超声波测试单元包括： 逻辑电路， 脉冲发生器， 时钟振荡器， 温度测量装置，以及 微控制器，所述微控制器包括可执行指令，所述可执行指令用于： 在标准化校准温度下通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间校准所述超声 波测试单元； 在所述超声波测试单元的第一校准温度下确定第一脉冲延迟； 在所述超声波测试单元的第二校准温度下确定第二脉冲延迟；以及 基于所述第二脉冲延迟和所述第一脉冲延迟之间的差以及所述第二校准温度和所述 第一校准温度之间的差确定飞行时间的脉冲延迟偏置。
9. 根据权利要求8所述的超声波测试系统，其中所述逻辑电路是现场可编程门阵列 FPGA或专用逻辑电路ASIC之一。
10. 根据权利要求8所述的超声波测试系统，其中所述温度测量装置是热敏电阻器。
11. 根据权利要求8所述的超声波测试系统，其中所述温度测量装置是热电偶。
12. -种对于由超声波测试单元的变化温度引起的变化时钟信号频率，校正由所述超 声波测试单元测量的测量飞行时间的方法，所述方法包括步骤： 在标准化校准温度下，通过确定已知材料和已知厚度的标准化飞行时间，校准所述超 声波测试单元； 在所述超声波测试单元的第一校准温度下确定已知材料和第一已知厚度的第一试样 的第一飞行时间； 在所述超声波测试单元的第二校准温度下确定所述第一试样的第二飞行时间； 基于所述第一试样的所述第二飞行时间和所述第一试样的第一飞行时间之间的差确 定时钟信号误差；以及 基于所述时钟信号误差以及所述第二校准温度和所述第一校准温度之间的差确定时 钟信号误差因数。
13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括步骤： 测量所述超声波测试单元的温度；以及 基于所述时钟信号误差因数以及所述超声波测试单元的标准化校准温度和所述超声 波测试单元的测量温度之间的差确定时钟信号校正飞行时间。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第一校准温度低于所述标准化校准温度。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述第二校准温度高于所述标准化校准温度。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中所述确定时钟信号误差的步骤包括：用所述第 一飞行时间或第二飞行时间除以所述第一试样的第二飞行时间和所述第一试样的第一飞 行时间之间的差。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中所述确定时钟信号误差因数的步骤包括用所述 第二校准温度和所述第一校准温度之间的差去除所述时钟信号误差。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中所述测量超声波测试单元的温度的步骤包括测 量所述超声波测试单元的时钟振荡器的温度。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中所述时钟信号校正飞行时间是通过用测量飞行 时间乘以一加上所述时钟信号误差因数与所述超声波测试单元的标准化校准温度和所述 超声波测试单元的测量温度之间的差的积所得的和确定的。
20. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括步骤： 在所述超声波测试单元的第一校准温度下，确定所述已知材料和第二已知厚度的第二 试样的第一飞行时间； 在所述超声波测试单元的第二校准温度下，确定所述第二试样的第二飞行时间； 在所述超声波测试单元的第一校准温度下，确定所述已知材料和第三已知厚度的第三 试样的第一飞行时间；以及 在所述超声波测试单元的第二校准温度下，确定所述第三试样的第二飞行时间， 其中，所述时钟信号误差是基于所述第一试样的第二飞行时间和所述第一试样的第一 飞行时间之间的差、所述第二试样的第二飞行时间和所述第二试样的第一飞行时间之间的 差以及所述第三试样的第二飞行时间和所述第三试样的第一飞行时间之间的差的平均值 确定的。
【文档编号】G01N29/07GK104380100SQ201380032509
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】N.J.史密斯, J.L.杜布勒 申请人:通用电气公司