探测系统和探测外部保护层下的锈蚀的方法_2

文档序号:9493523阅读:来源:国知局
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的分别:从基质多个不同 区域评测的反射率,其中反射率之间的分别指示异常;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异常。
[0019] 主动的不相干杂讯幅射源于使用时可提供对被调查的基质的选定的广角照明,该 主动的不相干杂讯幅射源产生以下至少其一 :(i)毫米波长、(ii)亚毫米波长和(iii)具约 30太赫兹以下频率的微米波长。
[0020] 在其中一种具体实施例中,该基于处理器的评测系统被配置以:将所述的主动不 相干杂讯幅射源和所述的被动幅射源所产生的从基质的反射率的相对程度作对比;以及如 果在主动和被动幅射源下被评测的反射率的可测量参数的对比产生超过某预定阈值的分 另 1J,则广生指不,指不基质中有异常存在。
[0021] 该基于处理器的评测系统可被进一步配置以提供对被测试的基质上的层或覆盖 该基质的涂层的结构完整性的置信度的指示,该指示基于评测穿过该层或涂层的透射率, 该评测是将使用被动幅射源和主动幅射源时所观察到的反射率频谱分布之间的分别作对 比。
[0022] 在本发明的又另一方面中,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,其包括探测器,其被配置以在使用时接收并探测从 被测试的基质散发的电磁频率,所述探测器被配置以观察于约30GHz和30THz之间的范围 内的电磁频率;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 统被配置以辨识从被测试的基质的所评估的发射率的分别,这是基于在至少两个测试温度 中观察和评测被测试的基质的发射率,两个测试温度皆是相对背景温度不同的;其中如果 发射率的分别超过某预定阈值,处理器则产生输出,该输出指示基质内或基质表面上存在 异常。
[0023] 有利地,本发明的实施方案提供探测系统和技术,其运用于从约三十千兆赫 (30GHz)至约30THz的频带中自然存在的电磁性幅射照明以可靠地探测出在保护涂层和/ 或绝缘层以下的基质的变形、穿透、孔隙、裂缝、裂纹、锈蚀、解体和脱层。此外,本发明的系 统并不需求探测器或样本高度准确地对准,这提供了两方面的好处:i)可快速评估样本的 CUI或CUP或CUC;和ii)可以相对短的时间调查和评估大的面积。该探测系统并不需求高 精确度的放置,所以其成本亦不高。
[0024] 不相干的毫米波、亚毫米波和太赫兹的测试讯号被用以探测被保护涂层或外层覆 盖的金属基质,保护涂层或外层有如漆料或热绝缘体,其阻挡了对基质直接的检视。不相干 的测试讯号可为从自然出现的被动幅射源(例如天空)和/或从主动的杂讯幅射源而来 的,该些讯号在往基质的入射角度方面提供了测试讯号的讯号散射和角度上的变化。对基 质的照射允许了区分样本无锈蚀和有锈蚀的部分,因为从基于金属的基质的反射率(和发 射率)是高度因变于表面电阻率,其继而是因变于锈蚀情况。探测器/摄像机被设置以接 收从基质的反射,而关联的控制系统辨识出不同地反射测试讯号照明的样本区域,或者对 从参考值的变化作出指示。因此,该些差异代表锈蚀是否存在,甚至代表基质中或其表面上 是否有其它异常存在。
[0025] 对于被调查的基质的自然存在的被动的、不相干的和扩散了的毫米波、亚毫米波 和太赫兹照明允许对样本没腐蚀和腐蚀了的部分作出区分。该探测系统支援非破坏性的测 试,实际上还支援现场(不拆解的)测试。
[0026] 各实施方案提供了一系统,其不用被硬性地附接至某参考框架就能从某距离直接 观察样本;从现实环境的实际应用方面看,这自由度提供相当大的好处。提供广角照明的、 扩展的被动幅射源的运用代表了相比现有技术的显著改进,特别是对于观察非平面的表面 (如管或直立的管)的显著改进。
【附图说明】
[0027] 现将参照【附图说明】本发明的优选实施方案,在附图中:
[0028] 图1示出典型的管道,其包括一层绝缘层;
[0029] 图2是根据本发明的一优选实施方案的探测方法论的示图;
[0030] 图3是根据本发明的一替代实施方案的探测方法论的示图;
[0031] 图4表示出相干的幅射源相对圆球形或圆柱型测试基质探测上的限制;
[0032] 图5是一优选的探测方法论的示图,其示出使用不相干的、扩展的全向太赫兹幅 射源的效果;
[0033] 图6是示意图,其表示出用于辨识在绝缘层下的锈蚀的一优选的探测系统;而
[0034] 图7示出图6的⑶I或CUP或⑶C的探测系统的主动幅射源的一实施方案;
[0035] 图8是在锈蚀评测系统的一优选接收器中的光学传递路径的示图;
[0036] 图9示出,于由例如图6的锈蚀评测系统所观察的讯号中具贡献的幅射组分的来 源;
[0037] 图10和11示出发明的一实施方案的锈蚀探测系统,其在评测在某层下是否存在 锈蚀时运用发射率。
【具体实施方式】
[0038] 图1示出一典型的管道系统10。管12由基质造成,基质已具有某种锈蚀14,例如 基于铁的管是会生锈的。管12可于其内部13内载有任何数量的物质(包括油或其它化 学物)并且其内部可有保护涂层覆盖或者其基质可以由保护涂层在外涂覆,涂层可以是漆 料;或者它们可以是以其它方式由外部绝缘层16保护。在后者方面,层16可以是热滞物 (thermallagging),其绕着外部套件18的管被固定在位。实际上,绝缘层16可以由两半 圆部分(16a、16b)实现,它们由外部套件18和某种锁定机制20协同地夹在一起,锁定机制 20通过外部套件18作用。技术人员会明白管道系统10的排列以及绝缘层16是如何绕着 管12被固定或以其它方式被施加至(意指附着至)管12。
[0039] 绝缘层16可以是被喷涂的溶液或包括提供抗腐蚀性能的被喷涂的溶液,其于毫 米和微米波长之间是透明的。用于该层(无论是绝缘的还是保护性的还是两者皆是的)的 典型物料包括凯芙拉-碳纤(Kevlar-carbon)复合材料和塑料。
[0040] 图2是根据本发明的一优选实施方案的探测方法的示图。发明人发现了,从天空 而来的背景电磁辐射的选定频带(例如毫米、亚毫米波长的,特别是太赫兹范围波长的)提 供了广角的幅射源,而当其下射至金属时,其提供表面的照明,而当由对合适波长敏感的探 测器探测时,其允许对比金属的相邻表面区域的反射率。实制上,大部分非金属物料于毫 米、亚毫米和太赫兹范围中皆不是完全不透光的,而是具有某程度的透明度的。非金属物料 的透明度会根据其厚度和其介电损耗正切值而变化,后者本身则会大部分因变于其结构完 整度、纯度和含水量。因此,毫米、亚毫米和微米波长能够穿透绝缘层,并因此能照亮绝缘层 下的金属。例如,1. 199mm的波长(其额定于250GHz)可向处于一层保护漆料下的金属表面 提供合理的照明(和经处理的显像),不过以约0. 300mm的波长(其额定于ITHz)会达致更 好的解晰度,而这些更高的频率仍可穿透包围的绝缘层并有较高的表面反射率。其实,反射 率的对比度于较低频率一般是较差的。已发现较高频率的穿透度较差,但基质的反射率的 对比度于较高频率是较好的。
[0041] 电磁频谱中30GHz至30THz的这范围对应约十毫米至约十微米的波长范围。在这 范围中,具测量自然存在的电磁幅射照明所需的灵敏度的探测器科技是可商购的。这范围 也大约对应于航空、汽车、石油、天然气、化工、能源、建筑(包括基建)和船运业中被商业采 用的复合的、绝缘的和保护的基质和层的有用的厚度。优选实施方案的技术和评测系统因 此便可例如查找飞机机翼的损坏和检查漆料层的品质和深度。该系统可被用于评测船只的 船体(包括内部和外部)、甲板和地板,例如洗手间附近的。储存缸、压力容器和运油管道可 被检查是否有结构变化,用于采油平台、化工厂和挖钻机上的其它管道和椿架也是。因此, 本发明于各种基建,包括支撑缆绳和桥梁的评测系统中是可广泛应用的。
[0042] 现在已了解,在室外环境中,由于幅射源的环境和样本的环境处于不同温度中,所 以样本会自然地被照明。例如,由于外太空的冷的宇宙背景可穿过地球的大气层被观察到, 所以天空30是极冷的。围绕样本的环境相对天空多半会是较热的,而这温差提供了好的被 动照明的条件。
[0043] 被调查的基质可被视为大体上均质的,所以反射率的对比允许锈蚀(或结构异 常)的区域相对具较高的基质完整度的区域被区分从而被辨识。换句话说,发明者们发现 了宽带杂讯幅射源35 (例如从天空/外太空30的,波长上至约10微米,幅射源温度为73 开尔文)对基质的主动照明提供了散射于基质表面34上的波长,其中从基质表面34 (于额 定室温293K)的发射率/反射率36可由合适的摄像机/探测器32探测到。更具体地说, 通过利用电磁频谱中上述的频带中自然出现的广角照明,可使用被动的'只接收'的摄像机 (如现今容易获得的那些)将样本区域显像。所选的幅射源的的性质使摄像机/探测器32 无须被持于相对样本特定的距离或定向。此外,所有金属的反射率皆高度因变于其表面电 阻率,表面电阻率则因变于锈蚀的状态,所以优选实施方案的技术可用于辨识样本不同地 反射照明的区域,从而表示基质中或基质上有没有锈蚀(或其它异常,如本文所述)。
[0044] 更具体地,在户外环境的情况下优选实施方案的样本照明原理的结果是,
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