评估装置和方法可采用超声或其他声信号。
技术实现要素：
描述了用于原位监测工件的设备，其包括限定腔且具有限定孔的周边部分的流体容器。该流体容器容纳声传输流体。适形膜可密封地设置于流体容器的孔的周边部分周围。该适形膜设置为可密封地容纳流体容器内的声传输流体并且符合未插入流体的工件一部分的表面。声源换能器设置于流体容器的腔中并且与声传输流体接触。该声源换能器设置为在工件方向上产生第一声波。声接收换能器设置为监测响应于第一声波从工件反射的剩余声波。
本发明的一方面包括声接收换能器为声成像传感器。
本发明的另一方面包括声接收换能器为多元件声接收换能器。
本发明的另一方面包括声接收换能器与声发送单元设置于相同的流体容器中。
本发明的另一方面包括声源换能器与声接收换能器设置于流体容器的腔中并且布置为脉冲回波配置。
本发明的另一方面包括声源换能器与声接收换能器设置于流体容器的腔中并且布置为一发一收配置。
本发明的另一方面包括声接收换能器为平坦表面。
本发明的另一方面包括声接收换能器为弯曲表面。
本发明的另一方面包括声接收换能器设置在工件与声源换能器相反的一侧。
本发明的另一方面包括声接收换能器，其设置于第二容器中，第二容器限定具有限定周边部分的孔的腔，其中该腔容纳声传输流体，其中适形膜可密封地设置于第二容器的孔的周边部分周围，其中膜设置为可密封地容纳第二容器内的声传输流体，并且其中适形膜设置为符合未插入流体的工件一部分的表面，并且其中声接收换能器设置于第二容器的腔中并与声传输流体接触，其中声接收换能器设置为监测响应于第一声波而通过工件传输的剩余声波。
本发明的另一方面包括流体容器和第二容器是设置为将声源换能器相对于声接收换能器布置在xy空间中的位置对准装置。
本发明的另一方面包括流体容器的孔的周边部分，其包括外密封表面和具有多个孔的内周通道，该多个孔流体连接到可控真空源，其中真空源设置为促使膜符合工件的一部分而无需插入空气或流体。
本发明的另一方面包括便携式设备。
本发明的另一方面包括流体容器的孔的周边部分，其包括位置对准装置。
如所附权利要求限定，结合附图，本教导的以上特征和优点以及其他特征和优点从以下对用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
现在将参考附图以实例方式描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的用于原位监测工件的双侧透射传输声监测装置的实施例的侧视透视图；
图2示意性地示出了根据本发明参考图1所示的双侧透射传输声监测装置的侧视透视图的一部分的细节；
图3示意性地示出了根据本发明参考图1所示的双侧透射传输声监测装置的端视透视图；
图4示意性地示出了根据本发明的设置于脉冲回波布置中的单侧反射声监测系统的实施例的侧视透视图；
图5示意性地示出了根据本发明的设置于一发一收布置中的单侧反射声监测系统的实施例的侧视透视图；以及
图6示出了根据本发明采用本文所述单侧反射声监测系统实施例的用于原位监测工件的便携式监测装置的实施例的等距透视图。
具体实施方式
如本文所描述和示出的，公开的实施例的组件可布置和设计为各种不同的配置。因此，以下具体实施方式并非旨在限制所要求保护的本发明的范围，而仅仅是其可能的实施例的代表。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以便提供对本文公开的实施例的透彻理解，但一些实施例可以在没有这些细节的情况下实现。此外，为了清楚起见，相关领域中理解的某些技术材料未详细描述以免混淆本发明。此外，附图是简化形式，并非精确的比例。仅为了方便和清楚起见，可相对于附图使用方向术语，如顶、底、左、右、上(up)、上方(over)、之上(above)、之下(below)、下方(beneath)、后和前。这些和类似的方向术语不应解释为限制本发明的范围。此外，如本文所示出和描述的，本发明可在缺少本文未具体公开的元件的情况下实现。
参考附图，其中，在所有附图中相同的附图标记对应相同或类似的组件，图1根据本文公开的实施例示意性地示出了采用声监测的用于原位监测工件90全部或一部分(如图所示)的双侧透射传输声监测装置10形式的设备的实施例的侧视透视图。工件90示出为具有均匀厚度的制造材料的平坦片材，虽然本文描述的概念不限于此。工件90可由聚合物、铸铁、钢、铝、铜、粉末金属或其他材料构成，其可包含孔隙、分层、杂质或可能无法通过目测检查方法检测到的其他表面或表面下异常。本文描述的概念的应用可用于检查配置于各种基础设施中的原位结构构件，基础设施例如桥、路面、铁轨、建筑结构、水和气体管道、航空航天，例如复合材料的检查等。
本实施例中的监测装置10配置为包括声发送单元20和声接收单元40的双侧透射传输装置，该声发送单元20包括设置在第一流体容器21中的声源换能器32，该声接收单元40包括设置在第二流体容器41中的声接收换能器52。第一流体容器21可以是合适的多维形状，并且包括第一内腔22，该第一内腔22在由第一周边24限定的第一孔26处的一端上开口。声源换能器32设置在第一流体容器21的第一内腔22中，优选地设置在与第一孔26相对的端。第一流体容器21的第一内腔22填充有声传输流体28，使得声源换能器32浸入其中。声传输流体28可以是合适的声传输流体。第一适形膜30可密封地设置在第一流体容器21的第一孔26的第一周边24周围，使得第一适形膜30可密封地容纳第一流体容器21内的声传输流体28。优选地，无论监测装置10或第一流体容器21的空间位置或定向如何，声源换能器32完全浸入声传输流体28中。控制器12与声源换能器32和声接收换能器52通信以控制其操作并分析生成的信号。
在本实施例中，第二流体容器41包括第二内腔42，该第二内腔42在由第二周边44限定的第二孔46处的一端上开口。在一个实施例中，第二孔46和第二周边44的设计和形状配置为等同于并符合第一孔26和第一周边24的设计和形状，允许第二流体容器41有利地布置为与第一流体容器21相对以实现监测。以互补的方式，第一流体容器21在其第一侧上与工件90相符合，并且第二流体容器41在其第二侧上与工件90相符合。
第二流体容器41可以是合适的多维形状，并包括第二内腔42，该第二内腔42在由第二周边44限定的第二孔46处的一端上开口。声接收换能器52设置在第二流体容器41的第二内腔42中，优选地设置在与第二孔46相对的端。第二流体容器41的第二内腔42填充有声传输流体48，使得声接收换能器52浸入其中。声传输流体48可以是合适的声传输流体，并且优选为与声传输流体28采用的流体相同。第二适形膜50可密封地设置在第二流体容器41的第二孔46的周边44周围，使得第二适形膜50可密封地容纳第二流体容器41内的声传输流体48。优选地，无论监测装置10或第二流体容器41的空间位置或定向如何，声接收换能器52完全浸入声传输流体48中。第一适形膜30和第二适形膜50可由合适的柔韧材料制成，作为非限制性实例包括乳胶橡胶、硅树脂等。
第一流体容器21包括多个第一位置对准和连接装置38，并且第二流体容器41包括对应的多个第二位置对准和连接装置58。第一位置对准和连接装置38优选地设置在第一孔26处的第一流体容器21的第一周边24周围。以类似的方式，第二位置对准和连接装置58优选地设置在第二孔46处的第二流体容器41的第二周边44周围。第一位置对准和连接装置38和第二位置对准和连接装置58中的每个优选地包括xy位置编码器形式的位置定向编码器和连接装置。xy位置编码器是合适的机械或电子装置，其配置为确定空间位置以使第一流体容器21的旋转位置与第二流体容器41的对应旋转位置对准。连接装置是合适的连接装置，例如将第一流体容器21与第二流体容器41可释放地连接的永磁体装置。这些元件参考图2示出。
声发送单元20优选地包括压力源62，其经由一个或多个通道64流体联接至设置于第一流体容器21的第一周边24的面部66上的一个或多个真空孔72。第一周边24的面部66优选地包括具有面密封垫70和向内锥形边缘部分68的平坦表面。第一适形膜30优选地附接至第一周边24的面部66以覆盖并封闭第一孔26，使得向内锥形边缘部分68被第一适形膜30覆盖。真空孔72流体连接至第一周边24的面部66以允许空气在第一适形膜30的外表面和工件90之间流动，工件90通过设置在第一周边24的面部66的向外部分上的面密封垫70抵靠声发送单元20密封。这些元件也参考图3示出，图3示意性地示出了监测装置10的声发送单元20的端视透视图。
声接收单元40优选地包括压力源63，其经由一个或多个通道65流体联接至设置于第二流体容器41的第二周边44的面部67上的一个或多个真空孔73。第二周边44的面部67优选地包括具有面密封垫和向内锥形边缘部分(未示出)的平坦表面，其类似于声发送单元20的面密封垫66和向内锥形边缘部分68。第二适形膜50优选地附接至第二周边44的面部66以覆盖并封闭第二孔46，使得向内锥形边缘部分被第二适形膜50覆盖。真空孔73流体连接至第二周边44的面部67以允许空气在第二适形膜50的外表面和工件90之间流动，工件90通过设置在第二周边44的面部67的向外部分上的面密封垫抵靠声接收单元40密封。
在操作中，当声发送单元20抵靠工件90定位并且通过操作压力源62施加真空时，第一适形膜30有利地通过所施加的真空而吸取到被声发送单元20的第一周边24的面部66覆盖的工件90的一部分，从而使第一适形膜30符合工件90的表面，并提供经由第一适形膜30从声源换能器32到工件90的连续流体联接路径。这样，第一适形膜30联接至未插入流体或凝胶的工件90，并且存在通过声传输流体48和第一适形膜30从声源换能器32到工件90的流体声联接路径，其中流体声联接路径不被空气中断。声源换能器32响应于来自控制器12的命令在工件90的方向36上产生源声波34。
以类似的方式，声接收单元40抵靠工件90定位并且通过操作第二压力源63施加真空，第二适形膜50有利地通过真空而吸取到被声接收单元40的第二周边44的面部67覆盖的工件90的一部分，从而使第二适形膜50符合工件90的表面以提供经由第二适形膜50从声接收换能器52到工件90的连续流体联接。这样，第二适形膜50联接至未插入流体或凝胶的工件90，并且存在通过声传输流体48和第二适形膜50从声接收换能器52到工件90的流体声联接路径，其中流体声联接路径不被空气中断。这种布置能够允许监测装置10在工件90的平滑表面或工件90的不规则表面上有效地操作。声接收换能器52设置为检测并感知在与工件90接触后基于源声波34的剩余声波54。剩余声波54和来自位置对准和连接装置58的xy位置编码器的空间位置信息传送至控制器12。
声源换能器52可以是能够产生和传输超声波的合适换能器，并且在一个实施例中为压电装置。在一个实施例中，声接收换能器52为包括声成像胶片、相机、光源等的声成像传感系统。声成像传感系统包括通过“显影”对超声波作出反应的胶片，从而使人们能够在不需要机械扫描的情况下进行声学扫描。或者，声接收换能器52可以是扫描型应用，如相控阵列、c扫描或“画笔”型扫描。
图4示意性地示出了采用设置于脉冲回波布置中的单侧反射声监测系统的用于原位监测工件的便携式监测装置310的实施例的侧视透视图。脉冲回波布置包括设置在流体容器的共同腔中的声源换能器和声接收换能器，声波的发送和接收设置在相同的传感器单元中。传感器可以包括嵌入声成像胶片中的声源，或在发送和接收声波的脉冲回波模式下操作的多元件换能器。
发送和接收功能可以通过发送/接收模式下操作的单个传感器或通过单个单元中操作的两个或多个传感器来完成。监测装置310包括声发送/接收单元320，其包括均设置在共同的流体容器321中的声源换能器332和声接收换能器352。流体容器321可以是合适的多维形状，并包括内腔222，该内腔222在由周边324限定的孔326处的一端上开口。声源换能器332居中设置在流体容器321的内腔322中，优选地设置在与孔326相对的端。内腔322填充有声传输流体328，使得声源换能器332浸入其中。声传输流体328可以是合适的声传输流体。适形膜330可密封地设置在流体容器321的孔326的周边324周围，使得适形膜330可密封地容纳流体容器321内的声传输流体328。优选地，无论监测装置310的空间位置或定向如何，声源换能器332完全浸入声传输流体328中，在操作条件下声源换能器332的面部浸没。声源换能器332和声接收换能器352的操作由控制器312经由通信链路314控制。
声接收换能器352可具有弯曲表面。作为非限制性实例，声接收换能器352可配置为抛物线形状，声源换能器332设置在其顶点，如图所示。或者，声接收换能器352可构造为部分圆柱体的形状，类似于半管，声源换能器332设置在其基部。在一个实施例中，部分圆柱体可具有圆形横截面形状。或者，部分圆柱体可具有抛物线的横截面形状。优选地，无论监测装置310的形状、位置或定向如何，声接收换能器352完全浸入声传输流体328中。适形膜330可由合适的柔韧材料制成，作为非限制性实例包括乳胶橡胶、硅树脂等。
流体容器321包括多个位置对准和连接装置338。位置对准和连接装置338优选地设置在孔326处流体容器321的周边324周围。位置对准和连接装置338中的每个优选地包括xy位置编码器形式的位置定向编码器。xy位置编码器是配置为确定空间位置的合适机械或电子装置。流体容器321优选地包括压力源362，其经由一个或多个通道364流体联接至设置于流体容器321的周边324的面部366上的一个或多个真空孔372。周边324的面部366优选地包括具有面密封垫和向内锥形边缘部分(未示出)的平坦表面。适形膜330优选地附接至周边324的面部366以覆盖并封闭孔326，使得向内锥形边缘部分被适形膜330覆盖。真空孔372流体连接至周边324的面部366以允许空气在适形膜330的外表面和工件390之间流动，工件390为设置在周边324的面部366的向外部分上的密封的面密封垫70。
提供连续流体联接路径，其经由声传输流体348和适形膜330从声源换能器332到工件390，并且经由声传输流体348和适形膜330从工件390到声接收换能器352。这样，适形膜330联接至未插入流体或凝胶的工件390，并且存在通过声传输流体348和适形膜330从声源换能器332到工件390的流体声联接路径，其中流体声联接路径不被空气中断。
在操作中，当声发送单元320抵靠工件390定位并且通过操作压力源362施加真空时，适形膜330有利地通过所施加的真空而吸取到被周边324的面部366覆盖的工件390的一部分，从而使适形膜330符合工件390的表面以提供经由适形膜330从声源换能器332到工件390的连续流体联接。这种布置能够允许监测装置310在工件390的平滑表面或工件390的不规则表面上有效地操作。在操作中，声源换能器332响应于来自控制器312的命令在工件390的方向上产生源声波334。声接收换能器352设置为检测并感知在与工件390接触后基于源声波334的剩余声波354。剩余声波354和来自位置对准和连接装置338的xy位置编码器的空间位置信息传送至控制器312。
图5示意性地示出了采用设置于一发一收布置中的单侧反射声监测系统的用于原位监测工件的便携式监测装置的实施例的侧视透视图，其中发送和接收换能器相互成角度定向以适应声波检测。
监测装置410包括声发送/接收单元420，其包括均设置在共同的流体容器421中的声源换能器432和声接收换能器252。在一发一收布置中，声源换能器432偏离流体容器421中的声接收换能器452，使得声接收换能器452接收由声源换能器432发射并由工件490反射的超声波。流体容器421可以是合适的多维形状，并包括内腔422，该内腔422在由周边424限定的孔426处的一端上开口。声源换能器432设置在流体容器421的内腔422中，优选地设置在与孔426相对的端。内腔422填充有声传输流体428，使得声源换能器432浸入其中。声传输流体428可以是合适的声传输流体。适形膜430可密封地设置在流体容器421的孔426的周边424周围，使得适形膜430可密封地容纳流体容器421内的声传输流体428。优选地，无论监测装置410的空间位置或定向如何，声源换能器432和声接收换能器452完全浸入声传输流体428中。声源换能器432和声接收换能器452的操作由控制器412经由通信链路414控制。声接收换能器452布置为设置在内腔422中的平坦表面，优选地偏离声源换能器432。适形膜430可由合适的柔韧材料制成，作为非限制性实例包括乳胶橡胶、硅树脂等。
流体容器421包括多个位置对准和连接装置438。位置对准和连接装置438优选地设置在孔426处流体容器421的周边424周围。位置对准和连接装置438中的每个优选地包括xy位置编码器形式的位置定向编码器。xy位置编码器是配置为确定空间位置的合适机械或电子装置。
流体容器421优选地包括压力源462，其经由一个或多个通道464流体联接至设置于流体容器421的周边424的面部466上的一个或多个真空孔472。周边424的面部466优选地包括具有面密封垫和向内锥形边缘部分(未示出)的平坦表面。适形膜430优选地附接至周边424的面部466以覆盖并封闭孔426，使得向内锥形边缘部分被适形膜430覆盖。真空孔472流体连接至周边424的面部466以允许空气在适形膜430的外表面和工件490之间流动，工件490为设置在周边424的面部466的向外部分上的密封的面密封垫470。
提供连续流体联接路径，其经由声传输流体448和适形膜430从声源换能器432到工件490，并且经由声传输流体448和适形膜430从工件490到声接收换能器452。这样，适形膜430联接至未插入流体或凝胶的工件490，并且存在通过声传输流体348和适形膜430从声源换能器432到工件490的流体声联接路径，其中流体声联接路径不被空气中断。
在操作中，当声发送单元420抵靠工件490定位并且通过操作压力源462施加真空时，适形膜430有利地通过所施加的真空而吸取到被周边424的面部466覆盖的工件490的一部分，从而使适形膜430符合工件490的表面以提供经由适形膜430从声源换能器432到工件490的连续流体联接。这种布置能够允许监测装置410在工件490的平滑表面或工件490的不规则表面上有效地操作。在操作中，声源换能器432响应于来自控制器412的命令在工件490的方向上产生源声波434。声接收换能器452设置为检测并感知在与工件490接触后基于源声波434的剩余声波454。剩余声波454和来自位置对准和连接装置338的xy位置编码器的空间位置信息传送至控制器412。
图6示出了用于原位监测工件690的便携式监测装置610的实施例的等距透视图，其中便携式监测装置610包括单侧反射声监测系统，该单侧反射声监测系统包括限定孔的周边624，该孔由如参考与图4和图5相关联的实施例在此描述的适形膜(未示出)覆盖并封闭。工件690包括具有点焊692的凸缘部分691和粘合剂接合部分693。便携式监测装置610包括具有多个电力、信号和压力通信线路的手持部分。这些包括真空线路662，其将压力源联接至便携式监测装置610上的适形膜与工件690的一部分之间的区域。这些包括控制线路664，其连接在控制器和设置于便携式监测装置610中的声源换能器(未示出)之间。这些还包括数据链路614，其连接在控制器和设置于便携式监测装置610中的声接收换能器(未示出)之间。提供连续流体联接路径，其经由声传输流体和适形膜从声源换能器到工件690，并且经由声传输流体和适形膜从工件690到声接收换能器。这样，适形膜联接至未插入流体或凝胶的工件690，并且存在通过声传输流体和适形膜从声源换能器到工件690的流体声联接路径，其中流体声联接路径不被空气中断。
术语“控制器”和相关术语如控制模块、模块、控制、控制单元、处理器以及类似术语指专用集成电路(asic)、电子电路、中央处理单元例如微处理器以及相关联的存储器和存储装置形式(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)的非暂时性存储器组件中的一种或多种组合。非暂时性存储器组件能够以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路以及能够由一个或多个处理器访问以提供所述功能的其他组件的形式存储机器可读指令。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监测来自传感器输入的相关装置，这些输入以预设的采样频率或响应于触发事件进行监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语指包括校准和查找表的控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能。例程可以以规则间隔执行，例如正在进行的操作期间每100微秒一次。或者，例程可响应于触发事件的发生而执行。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线点对点链路、网络通信总线链路、无线链路或其他合适通信链路来实现，并且由链路14标示。通信包括以合适形式交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入、致动器命令以及控制器之间通信的离散、模拟或数字化模拟信号。术语“信号”指传达信息的物理上可辨别的指示符，并且可以是合适波形(例如电、光、磁、机械或电磁)，如dc、ac、正弦波、三角波、方形波、振动等，其能够通过介质传播。
在操作中，可以采用本文描述的用于原位监测工件的设备的实施例来表征待检查工件的声学性质并且确定期望的缺陷检测分辨率，其可以包括确定声衰减/速度。此外，可以采用声学性质来控制部件的厚度限制。此外，可以制定质量标准，限定故障检测的分辨率。这可以包括选择适当的频率或范围。如所理解的，较高的频率可以更多衰减，但在故障检测中允许更高的分辨率。此外，较高频率源通常发射更小的功率。采用时，声成像检测系统相比其他频率对某些频率更敏感。本文描述的概念可以扩展声成像的适用性至工件无法浸入流体的布置，并且无需流体或凝胶联接剂即可操作。已经证明声成像相比超声波扫描具有更快的处理时间。
详细描述和附图或图片支持和描述了本教导，但本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例，但存在用于实施所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。