用于借助超声测试部件的装置和设备的制作方法

本发明涉及用于借助超声来测试部件(诸如混凝土体或其它建筑物部件)的装置和设备。

背景技术：

借助超声的部件的无破坏测试提供了各种技术领域中重要的工具。它可以例如用于定位建筑材料(诸如混凝土)中的钢筋、空隙、裂缝或不均匀性。

这种类型的设备在us7587943中示出。它包括布置在壳体中的多个超声换能器。驱动器电子器件被提供用于通过换能器单独发送和/或接收信号。

为了操作该设备，用户将该设备握持在要测试的部件上，然后操作换能器以执行扫描操作。

技术实现要素：

在本发明的第一方面，要解决的问题是提供用户易于操作的这种类型的装置和设备。

这个问题通过用于借助超声测试部件的设备来解决，该设备包括以下项：

-壳体：该壳体形成设备的机械框架。

-多个超声换能器：该换能器被布置在壳体的探测侧上。它们是双向换能器并且可以被操作以接收和发射超声波。可以通过将壳体的具有换能器的探测侧握持抵靠在要测试的部件上来执行测量。

-驱动器电子器件：该驱动器电子器件被布置在壳体中并且适于并被构造成用于操作换能器。

-被布置在壳体上的机械手柄接口：该机械手柄接口被塑造为用于将至少一个手柄安装到壳体。

-不同形状的手柄的集合：每个手柄被构造成被安装在机械手柄接口上。

通过为设备提供不同形状的手柄的集合，可以更容易地适应用户的需要。

“不同形状的手柄的集合”应被理解为包括多个手柄，这些手柄中的至少两个手柄彼此不同地塑造。

有利地，该设备的机械手柄接口被构造成并适于可替代地一次接纳手柄中的一个以及两个。换句话说，取决于当前要求(例如，取决于他想用于握持设备的手的数量)，用户可以安装一个手柄，但是他也可以安装两个手柄。

机械手柄接口可以包括位于壳体的“第一安装侧”上的多个机械适配器。这个第一安装侧(特别地，可以是设备的平坦或弯曲的表面)被布置为横向于(特别是垂直于)壳体的探测侧。在这个上下文中，“垂直”有利地指示90°+/-10°的角度。第一安装侧在壳体的第一端面和第二端面之间延伸。

有利地，手柄的集合包括至少一个“第一手柄”。该第一手柄具有适于并被构造成连接到适配器中的至少一个的足部分，特别是通过被塑造为与所述至少一个适配器配合。它还具有由用户抓握的抓握部分。该抓握部分被定位成使得，当第一手柄被安装到壳体时，抓握部分在壳体的所述第一端面和所述第二端面之间的中心处远离所述壳体延伸。在这个上下文中，“在中心处”有利地被理解成使得抓握部分与第一端面和第二端面的距离相差不超过10％。

这样的第一手柄允许通常用单手将设备握持在中心。

该设备还可以包括至少一个“第二手柄”。第二手柄具有适于并被构造成连接到适配器中的至少一个的足部分，特别是通过被塑造为与所述至少一个适配器配合。它还具有由用户抓握的抓握部分。第二手柄被塑造为使得，当所述第二手柄被安装到壳体时，抓握部分在壳体的第一或第二端面上方突出。

在这种情况下，手柄的集合有利地包括第二手柄中的至少两个，并且机械手柄接口适于并被构造成同时接纳第二手柄中的两个，所安装的手柄的抓握部分被布置在所述壳体的相对侧上。当用户想要用双手握持设备时，这种设置尤其方便。

在另一有利的实施例中，该设备还包括被布置在其壳体上的电手柄接口。这个电手柄接口被构造成提供与安装到机械手柄接口的手柄中的至少一个的电连接。另外，手柄的至少一部分包括用户可操作元件，诸如按钮、滑块或开关，借助这些元件，可以通过电手柄接口来控制设备。在这个上下文中，术语“控制”应被理解为控制设备的至少一个方面的操作。例如，用户可操作元件可用于触发测量、调整放大、改变测量模式或改变设备上的显示器的操作模式等。

有利地，电手柄接口包括在设备的侧面上以及手柄的侧面上的接触构件集合，当手柄安装到设备时，这些接触构件自动地彼此接触。

本发明还涉及借助超声来测试部件的装置。该装置包括上述类型的若干设备以及至少一个机械连接器。换句话说，该装置是若干设备的集合并且还包括所述机械连接器。该机械连接器被构造成并适于通过被附接到其中两个设备的机械手柄接口而将这两个设备彼此机械地连接。

在本发明的第二方面，要解决的问题是提供用于借助超声来测试部件的装置，该装置根据用户的需要提供用于配置测量的自由度。

这个问题通过包括多个完全相同的设备的装置来解决，其中每个设备包括

-壳体：该壳体形成设备的机械框架。

-多个超声换能器：该换能器被布置在壳体的探测侧上。它们是双向换能器并且可以被操作以接收和发射超声波。可以通过将壳体的具有换能器的探测侧握持抵靠在要测试的部件上来执行测量。

-驱动器电子器件：该驱动器电子器件被布置在壳体中并且适于并被构造成用于操作换能器。

-对等设备接口：该接口适于并被构造成用于与该装置的设备中的至少一个其它设备建立通信。

-主控制器：该主控制器适于并被构造成通过对等设备接口来控制所述至少一个其它设备。

换句话说，该装置包括多个完全相同的设备。这些设备中的每一个都包括超声换能器以及所述对等设备接口和所述主控制器。主控制器能够通过对等设备接口控制装置的其它设备中的至少一个，特别是装置的所有其它设备。因此，装置中的每个设备都可以充当能够控制该装置的一个或多个其它设备的主设备。这提高了在将若干设备组装成复杂测量体系架构时的灵活性。

在本上下文中，如果两个设备具有相同的功能、电气和机械设计以及相同的固件，那么认为它们是“完全相同的”。但是，它们可以在非功能方面有所不同，诸如它们的颜色或它们的序列号可以不同。

有利地，每个设备包括若干通道，每个通道包括换能器中的至少一个。换句话说，每个换能器归属通道。每个通道具有用于发送超声信号的发送模式以及用于接收超声信号的接收模式。每个设备的主控制器都适于并被构造成：

-在本地并单独地控制同一设备上的通道的模式以及

-远程地并单独地控制所述至少一个其它设备上的通道的模式。

因此，在这个实施例中，一个主控制器可以经由对等设备接口单独地控制其所属设备上的通道以及另一个设备的通道的操作模式。这使得体系架构更加通用，因为单个主控制器可以控制更大数量的通道。特别地，主控制器适于将另一个设备的通道中的一些配置为处于发送模式，而将一些其它通道配置为处于接收模式。

对等设备接口有利地包括数据链路，该数据链路适于并被构造成传输描述要以所述发送模式生成的信号和/或描述以所述接收模式接收的信号的信息，从而使得(当前活动的)主控制器能够控制所发出的信号和/或收集其自己和其它设备的各个通道的所接收的信号。

除了数据链路之外，对等设备接口还可以包括实时触发链路，该实时触发链路适于并被构造成在时间上同步设备。在这种情况下，数据链路可以形成设备之间的非实时连接。在这个上下文中，术语“非实时连接”有利地是指其信号与超声脉冲不同步的连接。

该装置还可以包括主机单元，该主机单元适于并被构造成控制该装置。换句话说，该主机单元为用户提供控制装置的操作的手段。这个主机单元与设备分离，并且它有利地具有与设备的壳体分离的壳体。在这种情况下，设备可以保持完全相同并且简单，同时仍然有形成装置的中央控制的专用装备。

在这种情况下，每个设备还包括主机数据接口，该主机数据接口适于并被构造成将设备的主控制器连接到主机单元。该主机单元适于并被构造成连接到设备中的第一设备的主控制器，并通过这个第一设备的主控制器来控制所有设备。换句话说，将主机单元连接到设备中的单个设备对于控制所有设备是足够的。

为了通过主机单元精细地调整测量，主机数据接口可以适于并被构造成单独地针对装置的通道中的每一个来传输描述要以发送模式生成的信号和/或描述以接收模式接收的信号的信息。因此，主机单元可以单独地控制每个通道和/或从每个个体通道接收所测量的信号。

而且，主机数据接口可以适于并被构造成单独控制所述装置的所有通道的模式。这允许通过主机单元完全配置整个装置的发送和接收模式。

根据本发明的装置和设备可以用于探测任何类型的样本，特别是混凝土的样本。

附图说明

当本发明的以下详细描述被考虑时，将更好地理解本发明，并且除上文阐述的目的之外的目的将变得显而易见。本说明书参考附图，其中：

图1示出了用于借助来自其第一安装侧的超声来测试部件的设备，

图2从其第二安装侧示出了图1的设备，

图3示出了其上附接有第一手柄的图1的设备，

图4示出了其上附接有两个第二手柄的图1的设备，

图5示出了设备的单个第二手柄，

图6示出了两个机械地连接的图1的设备，其上附接有两个第二手柄，

图7是包括多个设备的装置的框图，

图8是单个设备的框图，以及

图9是设备的通道的框图。

具体实施方式

壳体设计：

图1中示出的设备1可以用于借助超声对部件进行无破坏测试。

它包括例如大致立方体设计的壳体2。

壳体2具有探测侧3，其在图2中最佳地看到。探测侧3有利地是平坦的。

多个双向超声换能器4被布置在壳体2的探测侧3上。每个换能器4有利地包括压电致动器，该压电致动器配备有尖端5并且被弹性地安装在例如wo2016/029326中描述的类型的支架6中。

换能器4有利地被布置在行和列的矩形矩阵中。在本实施例中，这个矩阵具有三个这样的行和八个列。单列中的换能器4可以例如是设备的单个通道的一部分，如将在下面更详细地描述的。

壳体2还包括第一安装侧8和第二安装侧9。它们都横向于，特别是垂直于，探测侧3。就像探测侧3一样在壳体2的第一端面10和第二端面11之间延伸。

最后，壳体2包括用户接口表面14，其有利地位于探测表面3的对面。如图1中示出的，用户接口表面14可以握持用户接口元件，诸如显示器15和用户可操作的控件16。

如图1中最好地看到的，总体上由18表示的机械手柄接口被布置在第一安装侧8上。手柄接口18包括多个机械适配器20，有利地包括至少四个机械适配器20。在图1的实施例中，机械适配器20被布置成一排。

此外，电手柄接口22也被布置在安装侧8上。有利地，电手柄接口22包括至少两个带有接触构件25的连接器24。在图1的实施例中，连接器24与机械适配器20被布置成一排。

特别地，一排可以有四个机械适配器20和两个电连接器24。在这种情况下，当沿着该排将机械适配器编号为第一至第四机械适配器时，第一连接器24位于第一机械适配器和第二机械适配器之间，而第二连接器24位于第三机械适配器和第四机械适配器之间。在这种情况下，电适配器不仅可以通过对称手柄接触，例如，如图3中示出的，而且还可以是仅连接到最外面的两个机械适配器的侧向手柄，诸如图4和5中示出并且下文更详细地描述的。

如图2中示出的，设备还可以包括被布置在第二安装侧9上的辅助机械接口26，该辅助机械接口同样由例如多个机械适配器20形成。

手柄设计：

设备被设计为连接到多个不同的手柄，如图3和图4中示出。这些手柄的目的是为用户提供在执行测量时握持设备的手柄。

图3示出了第一手柄30，其旨在允许用户用单手握持设备。

第一手柄30具有对称设计并且包括足部分32以及抓握部分34。足部分32适于并被构造成连接到适配器20中的至少一个，特别是至少两个，在本实施例中连接到所有适配器20。例如，螺钉36可以位于足部分32中，每个螺钉被拧入适配器20中的一个中。

抓握部分34有利地被安装到足部分32的中心，以便具有力的对称分布。

有利地，抓握部分34包括抓握表面38，该抓握表面38被设计为为用户提供牢固的抓握。

当第一手柄30被安装到壳体2时，抓握部分34位于设备1的第一端面10和所述第二端面11之间的中心并且远离壳体2延伸。有利地，抓握部分34垂直于连接第一端面10和第二端面11的线延伸。

第一手柄30还包括用户可操作元件40，用于通过电手柄接口22控制设备1的至少一个操作。

虽然第一手柄30被设计为用单手握持设备1，但图4和5示出了两个第二手柄44，其被优化以用两只手握持设备。

每个第二手柄44具有足部分46和抓握部分48。足部分46适于并被构造成连接到适配器20中的至少一个，特别是至少两个，在本实施例中连接到设备1的机械手柄接口18的适配器20中的一半。同样地，螺钉36可以位于足部分46中并且拧入机械适配器20中。

如在图4和5中最好地看到的，抓握部分48横向于(有利地垂直于)足部分46延伸，使得每个第二手柄基本上是l形的。

当第二手柄44被安装到壳体2时，抓握部分48延伸超过壳体2的第一端面10或第二端面11。

如图4中示出的，机械手柄接口18被构造成同时接纳第二手柄44中的两个，它们的抓握部分48被布置在壳体2的相对侧上，即，壳体2位于两个第二手柄44的抓握部分48之间。

每个第二手柄44有利地还设有用户可操作元件40，用于控制设备1的至少一个操作。

特别地，第一手柄30和/或第二手柄44的用户可操作元件40可以控制设备1的以下功能中的至少一个：

-它可以用于触发测量。

-它可以用于存储测量。

-它可以用于选择处于接收模式的通道的增益。

-它可以用于选择测量的另一个参数，诸如滤波模式或脉冲形状。

图5示出了与设备1的连接器24配合的连接器50如何可以被布置在第二手柄44的足部分46处。它包括多个接触构件51，当手柄安装到设备时，所述接触构件51与连接器24的接触构件25接触。至少一个类似的连接器也可以位于第一手柄30的足部分32处。

取决于预期使用模式，由用户决定要用第一手柄30还是第二手柄44来操作设备。手柄可以被轻松更换。

装置可以包括其它类型的手柄。例如，手柄还可以具有位于用户接口表面14上方(即，在从其垂直向外延伸的空间中)的抓握部分。

设备互连：

如下文将更详细描述的，几个设备1可以被组装到装置中，以便增加测量通道的数量和/或它们之间的距离。

在这种情况下，每个设备1可以由用户单独握持。但是，在有利的实施例中，装置包括至少一个机械连接器，该机械连接器被构造成并适于将至少两个设备1机械地连接到彼此。这在图6中图示。

在图6的实施例中，机械连接器52被设计为附接到两个设备1的机械手柄接口18。

有利地，设备1和机械连接器52被构造成使得设备1可以被安装成使第一设备的第二端面11与第二设备的第一端面10相邻。为此，机械连接器52在第一设备和第二设备的壳体1的第一安装侧8处被安装到机械适配器20的第一部分。

在图6的实施例中，机械连接器52被安装到每个设备1的机械手柄接口18的机械适配器20的一半上。

在这种配置中，并且如图6中示出的，两个第二手柄44可以被安装到每个设备1的机械手柄接口18的机械适配器20的第二部分。

为了加强两个设备之间的机械连接，有利地具有与机械连接器52相同的设计的第二机械连接器也可以被安装到每个设备的第二安装侧9上的机械连接器20。

装置电路系统：

当在单个装置中操作多个设备1时，用于同步和用于中央控制的手段必须是可用的。出于该目的，每个设备1有利地配备有对等设备接口以及主机接口。这两个接口都可以是有线或无线的。

在图1-6的实施例中，对等设备接口配备有插头-连接器60，用于形成装置的所有设备1的菊花链。

类似地，在图1-6的实施例中，每个设备的主机接口配备有插头-连接器62。

图7中示出了具有若干设备1的完整装置64的可能体系架构。

装置64包括借助主机连接68连接到设备1中的一个的主机单元66，而设备1借助设备连接70以菊花链形式连接。

主机单元66可以是例如平板计算机。它通常包括用于显示测量数据和图形用户界面以及用户控件的显示器72，例如通过使用触敏设备作为显示器72来实现。

主机单元66形成装置64的中央控制单元。它能够从用户接收配置数据，例如，设备的哪些通道要发射信号以及哪些通道要接收信号的说明。它还能够将用户输入作为命令发送到设备1，相应地操作它们，并且接收返回的测量数据。它可以处理这些测量数据并以用户可读的方式在显示器72上显示结果。它还可以包括用于存储或进一步处理测量数据的手段。

图8示出了单个设备1的框图。如提到的，每个设备包括对等设备接口72，用于经由设备连接70与装置的至少一个其它设备建立通信，例如，在上文描述的菊花链配置中。

它还包括能够控制装置的其它设备的主控制器73。

另外，每个设备包括主机数据接口74，以经由主机连接器68将主控制器73连接到主机单元66。

最后，每个设备1包括多个通道76，每个通道包括换能器4中的至少一个。在本文示出的实施例中，每个通道76包括换能器4中的三个。

现在更详细地描述这些部件的功能。

主控制器73用于控制其自己的设备的功能以及装置的其它设备的功能。换句话说，如果装置64包括n>1个设备1，那么它也包括n个主控制器73，每个主控制器73理论上能够控制所有其它设备。但是，只有其设备1经由主机数据接口74连接到主机单元66的主控制器73将承担这个角色(从而充当“活动的主控制器”)，而其它主控制器73将仅充当其相应设备的本地控制器。

可替代地或除此之外，活动主控制器可以是设备1的菊花链末端处的一个控制器。

主控制器73有利地包括例如借助快速串行总线互连的cpu以及fpga电路系统。fpga用于生成需要精确定时的所有数字信号，例如，用于为通道的模拟/数字转换器生成时钟信号。另一方面，cpu控制测量过程和与其它设备通信的高级方面，即，它负责那些不需要精确定时的任务。

通道76中的每一个具有用于发送超声信号的发送模式以及用于接收超声信号的接收模式。主控制器73能够在其自己的设备上本地控制通道76的模式。此外，通过经由对等设备接口72发送适当的信号，活动主控制器73(例如，直接连接到主机单元66的主控制器73)能够远程控制其它设备1上的通道76的模式。

对等设备接口72包括数据链路78，用于传输描述要以各个通道的发送模式生成的信号的信息，以及用于描述由各个通道以接收模式接收的信号。

数据链路78有利地被配置为传输信息的以下项中的一个或多个：

-关于哪些通道是处于“接收模式”(即，被配置为接收信号)或者处于“发送模式”(即，被配置为发送信号)的信息。这个信息从活动主控制器73发送到各个通道76。

-描述要由处于发送模式的那些通道生成的信号的信息。这个信息可以包括信号形状、信号幅值、信号相位(或信号延迟)，并且它从活动主控制器73被发送到各个通道76。

-描述由通道接收的信号的信息。这个信息可以例如包含在某一时间间隔期间一系列经采样的信号幅值，并且它从各个通道76被发送到活动主控制器73。

-关于接收器设置的信息，诸如放大器增益、采样率和/或滤波器参数。

对等设备接口72还包括触发链路80，所述触发链路80适于并被构造成在时间上同步所有设备1。换句话说，即使每个设备1通常具有其自己的时钟发生器，触发信号也可以从活动主控制器被发送到所有设备，以便在所有设备上建立共同时间参考，从而允许发送相互同步的信号并接收具有共同时基的信号数据。触发链路80可以是例如简单的信号线，一旦通过数据链路78已分发所有必要的设置信息，就在测量开始时切换所述信号线的电平。

如上面所提到的，数据链路78有利地形成非实时连接，从而允许数据在设备1之间异步传送。当要从各个设备1向活动主控制器传送大量测量数据时，这特别有用。

为了能够实时地对描述从通道76接收的信号的测量数据进行采样，同时稍后以非实时方式将其传输到活动主控制器，每个主控制器有利地包括适于缓冲来自通道76的测量数据的存储器75。

为了增加数据吞吐量，并且如图8中示出的，每个通道76具有到其本地主控制器73的其自己的数据连接77，从而与经由其中通道76必须连续地被寻址和查询的共同数据总线的通信相比，增加了通道76和主控制器73之间的数据传送的速度。

图9最后示出了单个通道76的框图。它包括用于与同一设备的本地主控制器73接口的通道接口82。驱动器电子器件84被提供用于生成电信号，以便激活通道的换能器4，以及用于接收和放大由换能器4接收的信号。驱动器电子器件84可以包含模数转换器和数模转换器，在这种情况下，通过通道接口82向本地主控制器73的数据的传送可以是数字的。

注意：

手柄接口18还可以用于附接除手柄之外的部件。特别地，手柄接口18可以用于将设备1安装到机器人操纵器，所述机器人操纵器自动地将设备移动到要检查的样本上的期望的测量的位置。在这种情况下，机械适配器20用于建立到操纵器的机械连接，而电手柄接口22可以建立允许自动触发测量的电子连接。

适配器20可以例如包括在安装侧8上延伸的突起，并且手柄的足部分可以包括用于接收这些突起的凹槽，或反之亦然，从而在足部分和适配器之间形成配合连接。

装置是高度可扩展的。如果要执行复杂的测量，那么装置中设备1的数量可以是大量的。

装置的设备1可以彼此机械耦接，诸如图6中示出的，或者它们可以彼此分离，仅通过对等设备接口72以电子方式彼此连接。

设备1可以用于测量经反射的以及经传输的信号。

模式“发送模式”和“接收模式”不是排他性的。特别地，通道可以被配置为处于发送模式，但同时处于接收模式，例如，从而在发出脉冲后接收回声。

装置特别适用于创建相控阵，其中通道生成相互相移的信号。可替代地或除此之外，装置可以以saft模式操作，其中一个通道处于发送模式而其它通道处于接收模式，主控制器在连续测量之间改变处于发送模式的通道。

可以借助活动主控制器和/或由主机单元66来触发各个测量。测量可以连续运行，以便在主机单元66的显示器72上获得实时图像。在这种情况下，例如通过操作手柄中的一个上的用户可操作元件40，可以存储各个测量。

每个设备1可以具有其自己的电源，诸如可再充电电池。

虽然示出并描述了本发明的当前优选实施例，但是应该清楚地理解，本发明不限于此，而是可以在以下权利要求的范围内以其它方式体现和实践。