探测系统和探测外部保护层下的锈蚀的方法
【技术领域】
[0001] 本发明广义地涉及探测系统，并特别（但不限于）适用于运作以评估外部保护层 或涂层下的锈蚀程度的探测器（和探测系统方法论），保护层或涂层例如为油漆、绝缘层、 防火覆层或防锈蚀保护涂层，其施加在表面上，例如管或墙壁上。
【背景技术】
[0002] 探测和辨识基质中的结构异常和瑕疵（包括裂纹和裂缝、穿透、孔隙度的变异、锈 蚀、解体和脱层）对于品质控制、预防性维护和特别是安全方面的考虑是重要的。在本文 的范围中，基质可限定管、板或框架的结构并可由各种已知的物料造成，包括金属或复合材 料。就位后，从这些基质形成的机械结构即承受着各种环境和/或对该基质内或外施加的 不同压力。例如，一般的负重可产生弯曲的力矩，其在基质中产生应力。再者，这些环境可 以是化学上为腐蚀性或者机械上为磨蚀性的。
[0003] 就负面效果而言，如果我们考虑化工厂中的管或者横跨沙漠的输油管道，则这样 的管的破裂会导致整个系统关闭并影响环境和安全。更具体而言，漏出的液体（例如油） 必须被安全地清理和弃置，而于管中运行的液体的高速高压泄漏可导致管破碎，并因此从 管的破碎基质产生高速弹射物。因此，定期维护或具预测性的维护是必须的。
[0004] 很多飞机的机体现于关键构件上（如机翼、副翼上）采用复合材料。若其结构完 整性维持完好，这些物料是极强韧的，但任何裂纹或脱层皆可导致其快速丧失刚性并可引 致灾难性失效。因此，用于适航性评估的定期机体检查对于飞机的大量面积皆是必须的，而 其中为机体提供刚性的基质一般都被漆料覆盖，其阻挡了直接的检视。
[0005] -旦设在现场后，用于评估的成本和进行评估所需的时间皆增加，原因简单地就 是物理上难以访及被调查的部件。换句话说，简单地因为访及受限制，而令视察或机械性检 查困难。
[0006] 再者，被调查的基质常常是被保护涂层或绝缘层覆盖，其（一般）是于最终生产点 或于实地组装后施加的。任何覆盖物皆阻碍直接目视评估，而任何覆盖物或涂层过往皆导 致需要使用昂贵和精确放置的评测器材。因此，主动维护具有相对高的成本，因为对绝缘层 下锈蚀（"CUI"）或漆料下锈蚀（"CUP"）或涂层下锈蚀（"CUC"）的评估须求主动地将 绝缘物料或漆料揭开甚至直接去除以进行对基质的目视或其它量化的检查，及后又必须妥 善、牢固地重新施加新的保护涂层或保护层。因此去除和重新施加任何涂层或层具有一定 的成本，而任何去除的过程又带来损坏基质的可能性。其实也可以发生的情况是，去除了保 护涂层和保护层露出的管是处于合格的、机械上稳定的状态的。在这情况下，用于评测该 基质以检出磨损或锈蚀的迹象的成本本来是可避免的，因为本来也不需要进行任何补救行 动。
[0007] 作为保护涂层的例子，（:hartek_?7是一高效能的环氧树脂膨胀型防火涂层系统， 其被施加至钢、铝及其它基质以保护这些基质免受烃的池式和喷射式火灾影响。很多商业 保险商皆推荐Chanek?7,其主要拟用于高风险环境，例如石油、天然气、石油化工和发电 工业以及航运上。FoamG丨as、K)是另一型的绝缘/保护性覆盖物（见http://www.industry,foamglas.com/-/frontend/handler/document.php?id= 303&type= 42)〇
[0008] GB-A-2398946 (QinetiQ)描述了使用微波雷达探测表面的间断，特别是用于火车 路轨的表面。其提供了毫米波长的雷达系统，以向被测试的表面发射毫米波长幅射的短促 脉冲。如果该表面没有瑕疵或缺陷，大部分所发射的幅射便往预期中的方向被反射。其提 供了至少一个接收天线以探测有没有任何所发射的幅射被表面的缺陷散射往预期反射方 向以外的方向。发射天线亦可作为接收天线操作，即单基雷达，但具分别的发射天线和接收 天线的双基设置是优选的。可使用多于一个接收天线以从不同角度检查路轨，以提供增加 的灵敏度，并帮助确定缺陷的类别。所散射的幅射的偏振（polarization)属性可用于提供 关于缺陷类别的资讯。另一接收天线可额外地或替代地被提供于预期的反射方向中，以在 有缺陷时探测出所接收的讯号功率减弱。
[0009] US2005/0098728-Alfano提供了用于非破坏性地探测涂了涂层的表面下的物料 的异常的系统和方法。太赫兹（THz)的照明单元照明涂了涂层的表面的区域。探测单元探 测从涂了涂层的表面中被照明的区域反射的光线，而处理单元从探测单元所接收的光学特 征将涂了涂层的表面中被照明的区域显像化。因此，Alfano提出，大部分保护性的漆料和 涂层于这些波长中是透明的，所以可穿过漆料或多种其它保护性的涂层探测到锈蚀（意指 其可于某些波长中被照明从而被观察到）。
[0010] 然而，Alfano' 728和QinetiQ' 946皆依靠将被调查的样本保持于从观察仪器某 指定距离和定向。更具体地，这些现有技术的系统依赖从具高度方向性的光源的沿轴的、沿 视线的或沿正交的照明。这照明方法引致表面的镜面反射所导致的问题，并要求检查仪器 (或样本）于每个测量点皆要被重置。探测器定向和/或样本放置的要求对于在现实环境 中实际应用他们的技术设下严重的限制，在锈蚀是重大问题的室外环境中，如桥梁、采油平 台等，这些限制尤为严重。再者，Alfano' 728和QinetiQ' 946的系统依赖以具方向性的、 相干的毫米波长、亚毫米波长或太赫兹频率的辐射源照明样本。相干的辐射源提供在反射 的电波中评估相位的能力，而没对准的幅射源从特征解晰度方面是被视为有问题的。
[0011] 如Alfano'728和QinetiQ'946所教导的方法依赖与样本仔细的对准，并需要将检 查系统和或需要测试的样本转动（即旋转或重置）才能有效地扫描样本和/或得到（即接 收）足够数据以供分析。样本或探测器的转动皆导致显著的仪器复杂程度和上升的成本， 旋转还进一步减低评估的速度。因此，Alfano' 728和QinetiQ' 946的该些现有技术的系 统可被视为基于实验室的执行，因为它们的构造使在现场的基质检查非常困难，就算不是 无可能也至少是非常不切实际的。此外，使用大功率的人造的相干的幅射源只会得到置于 场景内的物件的反射率组分，于是即使对于无锈蚀的表面，样本的任何偏位或其表面纹理 的任何变化皆可被误解为反射率的变化，即是说该些系统可被错误地触发。
【发明内容】
[0012] 根据本发明的第一方面，提供了一种方法，其用于探测被保护涂层或保护层覆盖 的基质中或基质表面上的异常的存在，该方法包含：观察从基质而来的反射，该些反射从第 一不相干幅射源的广角照明产生的入射电磁波引起，该些入射电磁波具有毫米或亚毫米波 长或具有约三十太赫兹以下的频率；通过以下至少其一，辨识基质中的异常的存在：对比 在基质中的相邻区域所观察到的反射率；以及将被测试的基质区域的所观察到的反射率和 对于被测试的基质的该区域所预期的反射率参考数值作对比。
[0013] 在一种优选的实施方案中，该第一不相干幅射源是被动幅射源，而该方法进一步 包含：观察从主动的不相干幅射源的广角照明产生的入射电磁波引起的从基质的反射，该 主动的不相干幅射源和第一被动的不相干幅射源是不同的，从主动的不相干幅射而来的入 射电磁波具有毫米或亚毫米波长或具有约三十太赫兹以下的频率；通过对比从被动幅射源 和主动幅射源所观察到的反射率频谱分布，辨识基质中的异常的存在。
[0014] 基质上的层或覆盖基质的涂层的结构完整性的评估可通过评测层或涂层的透射 率进行，该评测将以被动幅射源和主动幅射源观察到的反射率频谱分布中的分别作对比； 以及在从被动幅射源和主动幅射源所观察到的反射率频谱分布之间的透射率超过某阈值 的情况下，通过产生输出的步骤进行。
[0015] -种优选的方法可于两个不同温度确定从基质的发射率，以评估在该两不同温度 之间是否发生了发射率的改变，而如果发射率的改变超过某预定阈值，则该确定导致产生 输出，该输出指示在基质内或基质表面上存在异常。
[0016] 在本发明的第二方面中，提供了用于辨识处于层或涂层下的锈蚀的锈蚀探测系 统，该锈蚀探测系统包含：显像系统，其包括探测器，其被配置以在使用时探测从被测试的 基质的反射率，所述反射率从基质由广角的不相干电磁波幅射源照明引起的，该些电磁波 具有于约三十千兆赫兹和约30太赫兹之间的范围中的频率；以及基于处理器的评测系统， 其对显像系统有反应，该基于处理器的评测系统被配置以呈现对于所探测的反射率之间的 分别的指示，该分别为以下至少其中之一：从基质多个不同区域评测到的反射率，其中反射 率之间的分别指示锈蚀；和在被测试的基质的某区域所观察到的反射率和对该被测试的基 质的区域所预期的反射率参考值对比，其中所观察到的反射率相对反射率参考值的分别指 示锈蚀。
[0017] 优选地，该显像系统是被配置以于至少一个特定频带中观察反射率，对于该些特 定频带，大气层的水分和氧气是透明的：
[0018] 在本发明的另一方面中，提供了辨识在被层或涂层覆盖的基质中的结构异常的探 测系统，该探测系统包含：显像系统，其包括被配置以在使用时接收和探测从被测试的基质 的反射率的探测器，所述反射率从基质由广角的不相干电磁波幅射源照明引起的，该被配 置以于特定频带中观察反射率，对于该些特定频带，大气层的水分和氧气是透明的；以及基 于处理器的评测系统，其对显像系统有反应，该基于处理器的评测系